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Die Erfindung betrifft einerseits ein Halbleiter-Bauteil, bei dem ein Halbleiterelement in einer Weise auf einem Träger aufgebracht wird, bei der zwischen dem Träger und dem Halbleiter eine Kammer vorhanden ist, durch die ein Kühlmittel geleitet werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiter-Bauteils bei dem eine Kammer zwischen einem Halbleiterelement und einem Träger vorhanden ist, die mit einem Kühlmittel beschickt werden kann. Andererseits betrifft die Erfindung eine Aufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme eines derartigen Halbleiter-Bauteils mit deren Hilfe das Halbleiter-Bauteil an einem Kühlmittelkreislauf angebunden werden kann.
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Im Bereich der Halbleiterindustrie besteht der Bedarf, die von einem Halbleiterelement erzeugte Wärme effektiv vom Halbleiterelement abzuführen und an die Umgebung abzugeben. Nach gegenwärtigem Stand der Technik werden hierzu meist Kühlkörper aus Metall am oder in der unmittelbaren Umgebung des Wärme erzeugenden Halbleiterelements angeordnet, die gegebenenfalls in Verbindung mit Lüftern für einen Abtransport der Wärme sorgen. Nachteil dieses Verfahrens ist der insbesondere bei Mikroprozessoren (CPUs) oder Grafikprozessoren (GPUs) der hohe Platzbedarf für die Metallkühler und die zugehörigen Lüfter. Darüber hinaus ist es hierbei unabdingbar, das Gehäuse, in dem das Wärme erzeugende Halbleiter-Bauteil verbaut ist, der Art zu gestalten, dass ein kontinuierlicher Luftstrom von außen in das Gehäuse eintreten kann und die Abluft das Gehäuse ungehindert verlassen kann.
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Eine unerwünschte Folge hiervon ist, dass mit der angesaugten Umgebungsluft auch Verschmutzungen wie Staub und dergleichen in das Gehäuse gelangen können und sich dort ablagern können.
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Um diese Problematik zu vermeiden, ist es wünschenswert, dass eine kontinuierliche Durchströmung des Gerätegehäuses mit Umgebungsluft vermieden wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die zur Wärmeabführung verwendeten Bauteile möglichst platzsparend gestaltet werden können.
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Ferner ist es wünschenswert, dass das zur Kühlung des Halbleiterelements verwendete Kühlmittel eine größere Menge an Wärmeenergie vom Halbleiterelement aufnehmen kann, um diese rasch und effizient abzutransportieren. So weist Wasser eine um einen Faktor von etwa 4000 erhöhte Wärmekapazität im Vergleich zu Luft auf. Bezogen auf das Kühlmittelvolumen ist demnach eine Flüssigkeit in der Lage, wesentlich größere Mengen thermischer Energie aufzunehmen und abzutransportieren. Mit Hilfe anderer Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemische können noch stärkere Kühleffekte erzielt werden.
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Der Abtransport der Abwärme kann vorteilhafter Weise dann besonders effektiv gestaltet werden, wenn das Kühlmittel möglichst nah an den Ort der Wärmeentstehung geleitet wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, das Kühlmittel möglichst nah an das Halbleiterelement heranzuführen. Idealer Weise sollte das Kühlmittel in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Wärme erzeugenden Halbleiterelements treten um die Wärme direkt am Ort der Entstehung aufzunehmen.
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Bei einer konventionellen Kühlung mittels Metallkühler ist dies nicht gegeben, da das Kühlmittel, also die hierzu meist verwendete Umgebungsluft, die Abwärme an einer vom Ort der Wärmeentstehung weit entfernten Stelle aufnimmt und von dort abtransportiert.
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Aufgrund der im Vergleich zu Flüssigkeiten wie Wasser deutlich reduzierten Wärmekapazität von Luft sind hierbei deutlich größere Volumina an Kühlmittel zum Abtransport der Abwärme nötig, als dies bei Verwendung flüssiger Kühlmittel der Fall wäre.
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Zum Verbesserten Abtransport der am Halbleiter entstehenden Wärme sind Flüssigkeitskühlungen bekannt, bei denen ein von einem flüssigen Kühlmittel durchströmter Metallkühler ähnlich eines herkömmlichen Metallkühlers an das Halbleiter-Bauteil angekoppelt wird. Wie bei herkömmlichen Luftkühlern erreicht hierbei das Kühlmittel jedoch nicht die direkte Umgebung des Halbleiterelements und somit auch nicht den Ort der Wärmeentstehung.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung das Kühlmittel direkt an das Halbleiterelement heranzuführen, um so für eine effizientere Kühlung und einen verbesserten Abtransport der Wärme zu sorgen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Zufluss und Abfluss des Kühlmittels in das Halbleitergehäuse bzw. aus diesem wieder heraus zu ermöglichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Halbleiter-Bauteil mit einem Träger und einem Halbleiterelement gelöst, bei welchem zwischen dem Träger und dem Halbleiterelement eine Kammer für ein Kühlmittel vorhanden ist, und das Halbleiterelement mittels einzelner zwischen dem Träger und dem Halbleiterelement vorhandener Materialdepots an dem Träger angeordnet ist.
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Durch einen derartigen Aufbau ist das Halbleiter-Bauteil mit seiner Kammer für das Kühlmittel konstruktiv besonders einfach aufgebaut und gestattet es, das Kühlmittel direkt an das Halbleiterelement heranzuführen um eine möglichst effiziente Kühlung des Halbleiterelements zu gewährleisten.
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In diesem Zusammenhang wird die Aufgabe der Erfindung auch von einem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils mit einer Kammer für ein Kühlmittel gelöst, bei welcher ein Halbleiterelement auf einem Träger aufgebracht wird und das Halbleiterelement mittels einzelner Materialdepots beabstandet auf dem Träger befestigt wird.
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Dadurch, dass das Halbleiterelement mittels der einzelnen Materialdepots auf dem Träger befestigt wird, ist es nicht weiter notwendig, eine Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger durch weitere Bauteile bzw. Bauteilgruppen, wie es bei dem derzeitigen Stand der Technik üblich ist, herzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils mit einer Kammer für ein Kühlmittel gelöst, bei welchem ein Halbleiterelement auf einem Träger mittels eines Flip-Chip-Verfahrens oder Bump-Bonding-Verfahrens aufgebracht wird.
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Alternativ dazu kann das Halbleiterelement ebenfalls mittels mehrer, zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordneter Metallkugeln angeordnet werden, die durch Erhitzung zumindest partiell zum Schmelzen gebracht werden und somit nach dem Erkalten das Halbleiterelement mit dem Träger verbinden.
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Die Kammer für das Kühlmittel des Halbleiter-Bauteils wird vorteilhaft bereitgestellt, wenn das Halbleiterelement mittels der Materialdepots beabstandet auf dem Träger befestigt wird, sodass zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger eine Kammer für ein Kühlmittel gebildet wird.
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Vorteilhaft ist es bei dem beschriebenen Verfahren, dass die insbesondere im Flip-Chip-Verfahren, im Bump-Bonding bzw. im Ball-Grid-Array Verfahren (BGA-Verfahren) aufgebrachten Materialdepots, wie beispielsweise Metallkügelchen, einerseits als Distanzhalter zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger und andererseits zur elektrischen Kontaktierung zumindest der in Richtung des Trägers weisenden Oberfläche des Halbleiterelements dienen.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Materialdepots aus auf dem Träger aufgebrachten Bumps bestehen. Derartige Bumps sind bereits aus unterschiedlichen Verbindungstechnologien, wie beispielsweise dem Tape-Automated-Bonding (TAB), dem Chips-Size-Packaging (CSP) und dem vorstehend bereits erwähnten Flip-Chip-Verfahren (FC) bzw. Bump-Bonding-Verfahren bekannt.
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Eine alternative Ausführung sieht die Verwendung schmelzbaren Metallkugeln, die beispielsweise aus Lötzinn bestehen können vor, die durch Erhitzen zum Etablieren einer haltbaren und elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger herangezogen werden können.
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Somit verbinden derartige Bumps vorliegend als Materialdepots das Halbleiterelement und den Träger eines Halbleiter-Bauteils vorteilhaft miteinander, ohne dass weitere Bauteile bzw. Bauteilgruppen zum Verbinden des Halbleiterelements und des Trägers benötigt werden.
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Vorteilhaft ist es also, wenn die Materialdepots Distanzhalter zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger sind. So ist die Kammer für das Kühlmittel eines Halbleiter-Bauteils besonders einfach hergestellt.
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Um zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger eine elektrisch leitende Verbindung bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Materialdepots elektrisch leitfähig sind.
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Es versteht sich, dass die im Sinne der Erfindung verwendeten Materialdepots aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können, die dazu geeignet sind, haltbare Verbindungen zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger herzustellen. Beispielsweise können die Materialdepots aus einem Kleber oder aus einem Kunststoff bestehen. Um eine besonders hochwertige Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger zu etablieren, die zum einen elektrisch besonders gut leitend ist und zum anderen besonders haltbar und korrosionsbeständig ist, ist es vorteilhaft, wenn die Materialdepots den Werkstoff Gold aufweisen.
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Wie bereits vorstehend erwähnt, wird das Halbleiterelement durch die Materialdepots beabstandet von dem Träger positioniert, sodass die im Randbereich des Halbleiterelements angeordneten Materialdepots den Raum zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger zu einer geschlossenen Kammer für ein Kühlmittel vorbereiten bzw. idealerweise verschließen. Deshalb ist es vorteilhaft, dass die Materialdepots im Randbereich des Halbleiterelements zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnet sind. Es versteht sich, dass in diesem Zusammenhang nicht jedes Materialdepot zur Gänze zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnet sein muss. Vielmehr reicht es in vielen Fällen aus, wenn das Materialdepot nur teilweise zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnet ist.
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Die Materialdepots sind besonders einfach bereitgestellt, wenn die Materialdepots aus einer lithographisch behandelten Oberflächenbeschichtung des Trägers hergestellt sind. Es versteht sich, dass die Materialdepots aber auch mit Hilfe anderer Verfahren wie beispielsweise Ultraschall-Bonden, Bump-Bonden oder Ball-Bonden hergestellt werden können.
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Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass der Träger eine Glasplatte aufweist. Es versteht sich, dass als Träger auch Bauteile aus anderen Materialien wie etwa Kunststoff oder sonstigen Leiterplattenmaterialien verwendet werden können.
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Es ist vorgeschlagen, dass der Träger zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist. Eine Glasplatte kann beispielsweise durch eine Metallisierung der Oberfläche elektrisch leitfähig gemacht und darüber hinaus durch Strukturierung dieser Metalloberfläche als Leiterplatte verwendet werden.
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Damit auf dem Träger Informationen gezielt weitergeleitet werden können, ist es vorteilhaft, wenn der Träger Leiterbahnen aufweist. Verfügt der Träger über derartige Leiterbahnen, ist der Anschluss des Halbleiterelements vorteilhafter Weise an weitere Bauelemente oder eine Spannungs– bzw. Stromversorgung besonders einfach möglich.
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Der Träger kann darüber hinaus über Bohrungen verfügen, die zur Etablierung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Leiterbahnen des Trägers verwendet werden, die auf entgegen gesetzten Oberflächen des Trägers oder auf inneren Lagen im Inneren Trägers angeordnet sind.
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Der Träger kann auf zumindest einer seiner Oberflächen über Kontaktflächen oder Anschlusspins verfügen, mit deren Hilfe das Halbleiter-Bauelement beispielsweise durch Lötverbindungen mit einer Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden werden kann. Alternativ dazu können die Kontaktflächen oder Anschlusspins verwendet werden, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Halbleiter-Bauteil und einer Aufnahme-Vorrichtung und über die Aufnahme-Vorrichtung zu weiteren Komponenten zu etablieren.
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Um einen Zugang zu der Kammer für das Kühlmittel des vorliegenden Halbleiter-Bauteils zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn an dem Träger zumindest ein Zulauf und/oder ein Ablauf zur Kammer für das Kühlmittel angeordnet ist. Vorliegend hat sich bewährt, an dem Träger zumindest eine Zulauf-Öffnung und zumindest eine Ablauf-Öffnung vorzusehen. Je nach Anwendungsfall können unterschiedliche Zahlenverhältnisse zwischen Zulauf– und Ablauf-Öffnungen vorteilhaft sein. Weiterhin ist es möglich, sowohl den Zulauf als auch den Ablauf des Kühlmittels durch eine gemeinsame Öffnung im Träger des Halbleiter-Bauteils zu erzielen.
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Vorteilhafter Weise können an dem Träger mehrere Halbleiterelemente angeordnet sein, so dass mehrere Halbleiterelemente mittels eines Kühlmittels gekühlt werden können.
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Es versteht sich, dass das Halbleiter-Bauteil eine Vielzahl an unterschiedlichen Halbleiterelemente aufweisen kann. Insbesondere können unterschiedliche Arten von Prozessoren, wie Hauptprozessoren (CPUs), Grafikprozessoren (GPUs) und/oder Speicher-Elemente als Halbleiterelemente Anwendung finden.
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Sowohl auf dem Träger als auch auf dem Halbleiterelement kann vorteilhafterweise zumindest ein Temperatursensor oder zumindest ein temperaturabhängiger Widerstand wie ein PTC– oder ein NTC-Element angeordnet sein mit dessen Hilfe die aktuelle Temperatur des Halbleiterelements bestimmt werden kann.
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Eine baulich bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass das Halbleiterelement an seiner dem Träger zugewandten Seite und/oder an seiner dem Träger abgewandten Seite Elektroden und Kontakt-Flächen aufweist. Mittels dieser Elektroden oder Kontaktflächen können elektrische Signale zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger über die zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordneten leitfähigen Materialdepots hinweg ausgetauscht werden.
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Die elektrische Kontaktierung der dem Träger abgewandten Oberfläche des Halbleiterelements erfolgt über Drähte, die beispielsweise aufgelötet oder gebondet sind. Derartige Drähte komplizieren den Aufbau des Halbleiter-Bauteils nicht wesentlich und beeinträchtigen darüber hinaus nicht die Kühlung des Halbleiterelements mit einem Kühlmittel das durch die zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnete Kammer geleitet wird.
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Für das vorliegende Halbleiter-Bauteil spielt die genaue Kontur des Trägers und des Halbleiterelements keine Rolle. Beide können sowohl rund, eckig als auch unregelmäßiger Form ausgeprägt sein.
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Der Abstand des Halbleiterelements von dem Träger kann mittels der Bauhöhe der zwischen dem Träger und dem Halbleiterelement angeordneten Materialdepots variiert werden.
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Im Zusammenhang mit der Fläche des Halbleiterelements und dem Abstand des Halbleiterelements vom Träger kann die Kammer für das Kühlmittel ein Volumen im Mikroliter-Bereich (μl-Bereich) als auch im Milliliter-Bereich (ml-Bereich) aufweisen.
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Durch den vorstehend beschriebenen Aufbau des Halbleiter-Bauteils und des beschriebenen Verfahrens zum Herstellen des Halbleiter-Bauteils ist es möglich, das Halbleiterelement mit einem Abstand von wenigen Mikrometern bis zu mehreren Millimeter gegenüber dem Träger zu positionieren, so dass das Volumen der Kammer für das Kühlmittel in weitem Bereich variiert werden kann.
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Die Kammer für das Kühlmittel wird baulich besonders einfach bereitgestellt, wenn die Materialdepots im Randbereich des Halbleiterelements zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnet sind.
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Die Kammer für das Kühlmittel wird in dem Bereich zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger besonders dicht verschlossen, wenn die Kammer zusätzlich zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger durch ein Dichtmittel abgedichtet ist. Vorzugsweise wird das Dichtmittel im Randbereich des Halbleiterelements verwendet.
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Vorteilhafter Weise kann aufgrund der elektrisch leitfähigen Materialdepots auf zusätzliche elektrische Anschlüsse im Bereich der Kammer für das Kühlmittel verzichtet werden. Dies ist einer optimalen Durchströmung der Kammer mit einem Kühlmittel und damit einer effizienten Kühlung des Halbleiterelements förderlich.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls von einer Aufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils nach einem der vorstehenden Ansprüche gelöst.
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Leicht zu handhaben ist die Aufnahme-Vorrichtung, wenn diese sowohl über elektrische Anschlüsse oder Kontakte als auch über Zu– und Ablaufleitungen für ein Kühlmittel verfügt.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahme-Vorrichtung über zumindest je eine Öffnung zur Zuleitung und/oder Ableitung eines Kühlmittels verfügt, die mit den Öffnungen zur Zu– und Abführung des Kühlmittels im Träger des Halbleiter-Bauteils kommunizierend angeordnet ist.
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In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Dichtung aus einem elastischen Material zwischen der Aufnahme-Vorrichtung und dem Träger des Halbleiter-Bauteils angeordnet ist.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Aufnahme-Vorrichtung über Öffnungen zur Aufnahme der am Träger des Halbleiter-Bauteils angeordneten Anschluss-Pins verfingt.
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Eine alternative Ausführung sieht vor, dass die Vorrichtung über Kontaktflächen oder Kontaktfedern verfügt, die mit den auf dem Träger des Halbleiter-Bauteils befindlichen Kontaktflächen kommunizierend angeordnet sind.
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Auf diese Weise ist die Aufnahme-Vorrichtung dazu geeignet das Halbleiter-Bauteil sowohl elektrisch leitfähig als auch zum Zuführen und Ableiten des Kühlmittels zu anzubinden.
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Um das Halbleiter-Bauteil betriebssicher mit der Aufnahme-Vorrichtung zu verbinden, ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme-Vorrichtung über einen Mechanismus verfügt, mit dessen Hilfe das Halbleiter-Bauteil in Richtung der Aufnahme-Vorrichtung gepresst wird.
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Um das in eine Aufnahme-Vorrichtung eingelegte Halbleiter-Bauteil mit einem Kühlmittel gut zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme-Vorrichtung eine Fluidik aufweist, welche eine Zulauf- und Ablaufeinrichtung für ein Kühlmittel aufweist. Mittels der Zulauf- und Ablaufeinrichtung ist die Kammer für das Kühlmittel des Halbleiter-Bauteils baulich besonders gut zu erreichen.
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Vorteilhafterweise verfügt die Aufnahme-Vorrichtung über Kanäle durch die das Kühlmittel zum Halbleiter-Bauteil geleitet bzw. vom Halbleiter-Bauteil weg geleitet werden kann. Die Kanäle dienen weiterhin dazu, das Kühlmittel zu weiteren Komponenten abzuleiten bzw. von weiteren Komponenten hin zur Aufnahme-Vorrichtung zu leiten.
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Vorteilhafterweise verfügt die Aufnahme-Vorrichtung über Anschlüsse für Schläuche, die mit den in der Aufnahme-Vorrichtung befindlichen Kanälen bzw. Leitungen für das Kühlmittel kommunizieren.
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Es versteht sich, dass zwischen allen separaten Bauteilen der Aufnahme-Vorrichtung als auch zwischen allen separaten Bauteilen des Halbleiter-Bauteils Dichtungen vorgesehen sein können, um diese Bauteile untereinander noch sicherer abzudichten.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand der nachfolgenden Erläuterung anliegender Zeichnungen beschrieben, in welchen beispielhaft ein Halbleiter-Bauteil mit Kühlmittelkammer und eine Aufnahme-Vorrichtung dargestellt sind.
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Es zeigt
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1 schematisch einen Querschnitt durch ein Halbleiter-Bauteil,
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2 schematisch eine Aufsicht eines Halbleiter-Bauteils aus der 1,
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3 schematisch einen Querschnitt durch eine Aufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils aus 1 bis 2,
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4 schematisch einen Querschnitt durch eine alternative Ausführung einer Aufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils aus 1 bis 2,
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5 schematisch einen Querschnitt durch eine Aufnahmevorrichtung aus 3 mit eingesetztem Halbleiter-Bauteil aus 1 bis 2 und
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6 schematisch einen Querschnitt durch eine Aufnahmevorrichtung aus 4 mit eingesetztem Halbleiter-Bauteil aus 1 bis 2.
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Das in den 1 und 2 gezeigte Halbleiter-Bauteil 1 besteht aus einem Träger 2 aus einer Leiterplatte und zumindest einem Halbleiterelement auf Silizium-Basis 3. Der Träger 2 ist zumindest einseitig, das heißt im vorliegenden Beispiel, zumindest an der dem Halbleiterelement 3 zugewandten Seite mit Leiterbahnen 4 beschichtet. Zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Träger 2 sind eine Vielzahl an Bumps 5 (hier nur exemplarisch beziffert) aufgetragen. Vorzugsweise befinden sich diese emplarisch beziffert) aufgetragen. Vorzugsweise befinden sich diese Bumps 5 in den Randbereichen des Halbleiterelements 3, um zumindest einen Teil des Raums zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Träger 2 materialfrei zu gestalten.
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Mittels der Bumps 5 ist das Halbleiterelement 3 zum einen elektrisch mit dem Träger 2 und damit auch mit den Leiterbahnen 4 des Trägers 2 verbunden und zum anderen beabstandet von dem Träger 2 angeordnet, so dass zwischen dem Träger 2 und dem Halbleiterelement 3 eine Kammer für ein Kühlmittel 6 gebildet ist. Die Kammer 6 für das Kühlmittel 12 ist vorliegend an der unteren Seite 7 des Halbleiter-Bauteils 1 durch den Träger 2, an der oberen Seite 8 der Halbleiter-Bauteils 1 durch das Halbleiterelement 3 und sowohl an der rechten Seite 9 als auch an der linken Seite 10 des Halbleiter-Bauteils 1 durch die Vielzahl an gegebenenfalls miteinander verschmolzenen Bumps 5 begrenzt.
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Eine Ausführungsvariante sieht eine Beschichtung des Halbleiterelements 3 mit einem Dielektrikum 11 im Bereich der Kammer 6 für das Kühlmittel 12 vor, mit der ein direkter Kontakt des in der Kammer 6 befindlichen Kühlmittels 12 mit dem Halbleiterelement 3 vermieden wird. Vorteilhafterweise wird für die Beschichtung ein Dielektrikum 11 gewählt, das elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.
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Um die Dichtheit der Kammer 6 für das Kühlmittel 12 im Bereich der Bumps 5 zu erhöhen, ist die Kammer 6 für das Kühlmittel 12 in diesen Bereichen zusätzlich durch eine Dichtmasse 13 ringsherum abgedichtet. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Dichtmasse 13 lediglich dichtende Funktionen und keine zusätzlichen Klebefunktionen um das Halbleiterelement 3 auf den Träger 2 zu kleben. Diese Klebefunktion, die einen sicheren Halt des Halbleiterelements 3 auf dem Träger 2 sicher stellt, erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die Vielzahl an Bumps 5.
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Damit in die Kammer 6 ein Kühlmittel 12 gelangen kann, ist in dem Träger 2 zumindest eine Öffnung 14 (hier nur exemplarisch beziffert) vorgesehen, über welche eine Zufuhr und/oder eine Abfuhr des Kühlmittels 12 in bzw. aus der Kammer 6 erzielt wird.
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An dem Halbleiterelement 3 sind an der dem Träger 2 zugewandten Seite 15 erste Kontaktflächen 16 angeordnet, mit deren Hilfe elektrische Signale oder eine Spannungsversorgung über die Bumps 5 vom Träger 2 an das Halbleiterelement 3 angebunden werden können.
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Dadurch, dass das Halbleiterelement 3 mittels der Vielzahl an Bumps 5 auf dem Träger 2 befestigt ist, kann der Abstand zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Träger 2 sehr gering gestaltet werden, da keine weiteren Bauteile bzw. Bauteilgruppen zum Befestigen des Halbleiterelements 3 auf dem Träger 2 benötigt werden. Somit weist das Halbleiter-Bauteil 1 einen sehr übersichtlichen und unkomplizierten Aufbau auf, wodurch das Halbleiter-Bauteil 1 sehr einfach und günstig hergestellt werden kann. Da die Bumps 5 elektrisch leitfähig sind, ist konstruktiv besonders einfach eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Träger 2 hergestellt, ohne zusätzlich elektrisch leitfähige Drähte im Bereich der Kammer 6 für das Kühlmittel 12 zwischen dem Halbleiterelement 3 und den Leiterbahnen 4 des Trägers 2 vorsehen zu müssen.
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Optional verfügt der Träger 2 des Halbleiter-Bauteils 1 über Bohrungen zur Durchkontaktierung 17 elektrischer Signale zwischen der oberen und unteren Seite des Trägers 2. Gegebenenfalls vorhandene Leiterbahnen im inneren des Trägers 2 (hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) können ebenfalls über derartige vom Fachmann als Vias bezeichnete Durchkontaktierungen elektrisch leitfähig angebunden werden.
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Weiterhin kann das Halbleiter-Bauteil 1 am Träger 2 mit AnschlussPins 18 versehen werden, die zur Weiterleitung elektrischer Signale an eine Aufnahme-Vorrichtung genutzt werden können.
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Optional am Träger 2 vorhandene Kontaktpads bzw. Kontaktflächen 19 ermöglichen es, das Halbleiter-Bauteil 1 zum Beispiel durch Verlöten mit einer Leiterplatte sowohl mechanisch als auch elektrisch leitfähig zu verbinden. Alternativ dazu können derartige Kontaktflächen 19 auch dazu genutzt werden, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zu Kontaktfedern zu etablieren, die in einer geeigneten Aufnahme-Vorrichtung angeordnet sind.
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Um das Halbleiter-Bauteil 1 schnell und effektiv mit einem Kühlmittel 12 beaufschlagen zu können, eignet sich die in der 3 gezeigte Aufnahme-Vorrichtung 20 besonders gut. Die Aufnahme-Vorrichtung 20 besteht im Wesentlichen aus einer Bodenplatte 21, mit integrierten Kanälen 22, zumindest einer elastischen Dichtung 23 (hier nur exemplarisch beziffert), sowie Öffnungen 24 zur Aufnahme der Kontakt-Pins 18 (hier nur exemplarisch beziffert) des Halbleiter-Bauteils 1.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsvariante einer Aufnahme-Vorrichtung 30 zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils 1. Bei dieser Aufnahme-Vorrichtung 30 wird auf Öffnungen zur Aufnahme von Kontakt-Pins verzichtet. Stattdessen kommen Kontaktfedern 35 (hier nur exemplarisch beziffert) zur Anwendung. Die übrigen Bestandteile entsprechen denen der in 4 gezeigten Ausführungsvariante.
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5 zeigt die Aufnahme-Vorrichtung gemäß 3 mit eingelegtem Halbleiter-Bauteil 1. Die Kanäle 22 (hier nur exemplarisch beziffert) der Aufnahme-Vorrichtung 20 kommunizieren hierbei mit den Öffnungen 14 des Halbleiter-Bauteils 1. Zur Sicheren Abdichtung können zwischen der Aufnahme-Vorrichtung 20 und den Öffnungen 14 des Halbleiter-Bauteils 1 eine oder mehrere Dichtungen 23 angeordnet sein. Über die etablierte Verbindung kann die Kammer 6 für das Kühlmittel 12 des Halbleiter-Bauteils 1 über die Aufnahmevorrichtung 20 mit einem Kühlmittel 12 beschickt werden. Hierzu wird zumindest einer der Kanäle 22 der Aufnahmevorrichtung zur Zuleitung des Kühlmittels 12 und zumindest einer der übrigen Kanäle 22 zum Abführen des Kühlmittels 12 aus der Kammer 6 für das Kühlmittel 12 des Halbleiter-Bauteils 1 verwendet. Die Öffnungen zur Aufnahme der Kontaktpins 24 der Aufnahmevorrichtung kommunizieren mit den Anschlusspins 18 des Halbleiter-Bauteils 1.
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Die zumindest eine elastische Dichtung 23 besteht vorliegend aus einem Silikon. Zur Anwendung können jedoch auch Materialien wie Gummi oder gummiähnlichen Materialien, wie beispielsweise PDMS, kommen.
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Um einen festen Sitz und eine leckfreie Verbindung zwischen der Aufnahme-Vorrichtung 20 und dem Halbleiterbauelement 1 zu etablieren, ist es vorteilhaft, wenn das Halbleiter-Bauteil 1 durch geeignete Maßnahmen in Richtung der Aufnahmevorrichtung gedrückt wird. Hierzu kann eine oberhalb des Halbleiter-Bauteils 1 angeordnete Andruckplatte (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in den 1 bis 6 dargestellt) oder eine elastische Feder Anwendung finden.
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6 zeigt die Aufnahme-Vorrichtung gemäß 4 mit eingelegtem Halbleiter-Bauteil 1, das über keine Anschluss-Pins 18 verfügt. Stattdessen wird der elektrische Kontakt zwischen der Aufnahmevorrichtung 30 und dem Halbleiter-Bauteil 1 über Kontaktfedern 35 etabliert, die mit den Kontaktflächen 19 des Halbleiter-Bauteils 1 kommunizierend angeordnet sind. Die übrigen Charakteristika entsprechen denen in 5.
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Es versteht sich, dass die hier gezeigten Ausführungsbeispiele die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken, sondern lediglich Ausführungsbeispiele darstellen. Der Fachmann erkennt, dass die hier gezeigten Halbleiter-Bauteile und die gezeigte Aufnahme-Vorrichtung beispielsweise in der Form und Gestalt variieren können.
