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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektronik. Im Spezielleren befasst sich die vorliegende Erfindung mit der Herstellung von elektronischen Vorrichtungen vom DSC-Typ, wobei DSC für „dual side cooling“ bzw. doppelseitige Kühlung steht.
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Generell betrachtet weist jede elektronische Vorrichtung einen Chip (oder mehrere Chips) aus Halbleitermaterial auf, auf dem eine eigentliche elektronische Komponente integriert ist. Der Chip ist normalerweise in eine Baueinheit aus isolierendem Material eingeschlossen, so dass er isoliert und gegenüber der äußerem Umgebung geschützt ist. An dem Baustein liegen leitfähige Pins bzw. Anschlüsse frei, die mit entsprechenden leitfähigen Anschlüssen des Chips gekoppelt sind. Ein derartiges Resultat wird z.B. durch Spritzgießen von Kunststoffmaterial erreicht.
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US 2006/0108700 A1 bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung gebildet durch thermisches Versiegeln mindestens eines Halbleiterelements verbunden mit einer Heizkörperplatte mit einem geformten Harz, einem Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung und einem Apparat zur Herstellung der Halbleitervorrichtung.
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Im Stand der Technik werden verschiedenen Arten solcher Baueinheiten verwendet, wobei diese in Abhängigkeit von dem Einsatzgebiet der elektronischen Vorrichtung ausgewählt werden.
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Beispielsweise hat der Skalierungsvorgang von elektronischen Vorrichtungen zu einer weiten Verbreitung der Oberflächenmontage-Technologie (die auch als SMT-Technologie bekannt ist) von elektronischen Vorrichtungen geführt. Im Spezielleren weist ein Typ von elektronischen SMT-Vorrichtungen Pins bzw. Anschlüsse auf, die an einer (unteren) Oberfläche für die Montage der Baueinheit der elektronischen Vorrichtung an einer Leiterplatte (PCB) freiliegen - wobei dies in der Technik als „No-lead-“ bzw. zuleitungsfreie oder „Micro-lead-“ bzw. Mikro-Leitungs-Bauform bekannt ist.
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Ferner können die elektronischen SMT-Vorrichtungen auch mit einer (unteren) Wärmesenke versehen sein, die an der Befestigungsfläche freiliegt, um die von der elektronischen Komponente während des Betriebs erzeugte Wärme abzuführen (wobei dies auch unter der Abkürzung EP - Exposed thermal Pad bzw. freiliegende thermische Fläche bekannt ist).
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Die Verwendung von elektronischen Komponenten, die sich durch hohen Stromverbrauch auszeichnen (z.B. Leistungselektronik-Komponenten und zentrale Verarbeitungseinheiten), hat zur Entwicklung von elektronischen Vorrichtungen mit einer weiteren (oberen) Wärmesenke geführt, die nunmehr an einer freien (oberen) Oberfläche der Baueinheit gegenüber von der Befestigungsfläche freiliegt, so dass eine größere Menge an von der elektronischen Komponente erzeugter Wärme abgeführt wird (wobei dies auch unter der Abkürzung DSC für Dual Side Cooling bzw. doppelseitige Kühlung bekannt ist).
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Eine bekannte Technik (für die Herstellung von elektronischen Vorrichtungen mit Wärmeabführung ausschließlich nach oben) sieht eine derartige Ausbildung der Baueinheit vor, dass der Chip an der oberen Oberfläche freiliegt; eine obere Wärmesenke kann dann direkt an der freiliegenden Oberfläche des Chips befestigt werden. Dies erfordert jedoch eine entsprechende Modifizierung der Spritzgußformen aus Kunststoffmaterial (und bedingt somit einen entsprechenden Anstieg bei den Herstellungskosten); ferner ist bei der in dieser Weise gebildeten elektronischen Vorrichtung der Chip nicht gegenüber der äußeren Umgebung isoliert. Daher kann der Betrieb der elektronischen Komponente durch Feuchtigkeit und Fremdkörper (z.B. Staubpartikel), die in der äußeren Umgebung vorhanden sind, beeinträchtigt werden, indem diese mit der freiliegenden Oberfläche des Chips in Kontakt gelangen, so dass es zu Fehlfunktionen der elektronischen Komponente kommen kann.
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Gemäß einer weiteren bekannten Technik für die Herstellung von elektronischen Vorrichtungen mit Wärmeabführung nach oben (welche die elektronischen Vorrichtungen vom DSC-Typ beinhalten) wird die Wärmesenke vor dem Formgebungsvorgang an dem Chip befestigt, so dass sie am Ende desselben vollständig in die Baueinheit bzw. das Gehäuse eingebettet ist; an diesem Punkt erfolgt ein Läppvorgang an der Baueinheit zum Freilegen der oberen Wärmesenke. Diese Technik beinhaltet jedoch eine mechanische Belastung für alle Elemente der elektronischen Vorrichtung (Chip, Baueinheit, Pins bzw. Anschlüsse und mechanische Verbindungen zwischen diesen) während des Läppvorgangs, wobei dies zu einer Beschädigung der elektronischen Vorrichtung und als Ergebnis zu einer Beeinträchtigung der korrekten Funktion derselben (mit anschließender Reduzierung der Herstellungsausbeute) führen kann. Darüber hinaus ist die zusätzliche Verwendung des Läppvorgangs für die Bausteine erforderlich, und somit vergrößert sich die Maschinerie, die für die Ausführung eines solchen Vorgangs erforderlich ist, wodurch wiederum die Herstellungskosten in entsprechender Weise steigen.
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Allgemein ausgedrückt basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, Abstandshalteeinsätze zum direkten Freilegen der Wärmesenken bzw. Kühlkörper zu verwenden.
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Im Spezielleren sind ein oder mehrere Aspekte der Lösung gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der Erfindung in den unabhängigen Ansprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Merkmale der gleichen Lösung in den Unteransprüchen angegeben sind; deren Wortlaut wird hiermit durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht (zusammen mit allen vorteilhaften Merkmalen, die in Bezug auf einen speziellen Aspekt der Lösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, die für jeglichen anderen Aspekt derselben entsprechend anwendbar sind).
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Im Spezielleren sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Herstellen von elektronischen Vorrichtungen vom DSC-Typ vor, bei dem eine erste Wärmesenke in Kontakt mit einer inneren Oberfläche der Form platziert wird und eine zweite Wärmesenke in Kontakt mit einem Abstandshalteeinsatz platziert wird, so dass beide Wärmesenken von einer entsprechenden Baueinheit freiliegen.
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Eine Lösung gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile derselben sind unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung besser verständlich, die lediglich als nicht-einschränkendes Beispiel zu verstehen ist und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist (wobei einander entsprechende Teile mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind und die Beschreibung derselben aus Gründen der Verkürzung nicht wiederholt wird). In diesem Zusammenhang wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht unbedingt maßstabsgetreu (wobei einige Details möglicherweise übertrieben und/oder vereinfacht dargestellt sind) sind und diese die vorliegend beschriebenen Strukturen und Verfahrensweisen nur konzeptionell veranschaulichen sollen, wenn nichts anderes erwähnt ist.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1A und 1B schematische Darstellungen einer Perspektivansicht von oben und von unten einer elektronischen Vorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;
- 2A-2C schematische Darstellungen von verschiedenen Schritten eines Verfahrens zum Herstellen einer solchen elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2D eine schematische Darstellung eines alternativen Schrittes des Herstellungsverfahrens für die gleiche elektronische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2E und 2F schematische Darstellungen der Schritte des Herstellungsverfahrens bei einer anderen elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorleigenden Erfindung;
- 3A und 3B schematische Darstellungen von verschiedenen Schritten eines Herstellungsverfahrens für ein Paar elektronische Vorrichtungen entsprechend der Darstellung in den 1A und 1B gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4A und 4B schematischen Darstellungen von verschiedenen Schritten eines Herstellungsverfahrens für die elektronische Vorrichtung, wie sie in den 1A und 1B gezeigt ist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 5A und 5B schematische Darstellungen von verschiedenen Schritten eines Herstellungsverfahrens für eine Charge von elektronischen Vorrichtungen entsprechend den 1A und 1B gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf 1A und 1B gemeinsam veranschaulichen diese schematische Perspektivansichten von oben bzw. von unten einer elektronischen Vorrichtung 100, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Bei der elektronischen Vorrichtung 100 handelt es sich um eine vom DSC-Typ; im Spezielleren handelt es sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei der elektronischen Vorrichtung 100 um den „No Lead SMT Typ“ bzw. den Oberflächenmontage-Typ ohne Zuleitungsdrähte.
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Die elektronische Vorrichtung 100 weist eine Baueinheit 105 auf, die durch einen isolierenden Körper gebildet ist (der z.B. aus Kunststoff, Epoxy oder Keramik hergestellt ist) und im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist. Die Baueinheit 105 weist zwei Hauptflächen auf, nämlich eine Befestigungsfläche 110M (zur Montage auf einer Leiterplatte, die nicht dargestellt ist) und eine freie Oberfläche 110F gegenüber von dieser; die Befestigungsfläche 110M und die freie Oberfläche 110F sind durch vier Seitenflächen 110L voneinander getrennt.
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Die Baueinheit 105 ist zum Schützen und Isolieren eines (oder mehrerer) Chips (nicht gezeigt) aus Halbleitermaterial gegenüber der äußeren Umgebung ausgebildet; in den Chip ist eine elektronische Komponente - z.B. ein Leistungs-MOS-Transistor - integriert. Zum Bilden eines elektrischen Pfads zwischen dem Chip und Elementen außerhalb der elektronischen Vorrichtung 100 - um dadurch eine Verbindung der elektrischen Komponente mit anderen in der Zeichnung nicht dargestellten elektronischen Vorrichtungen zu ermöglichen - liegen verschiedene leitfähige Pins bzw. Anschlüsse von der Baueinheit 105 frei, wie z.B. drei Source-Anschlüsse 115S, ein Gate-Anschluss 115G und ein Drain-Anschluss 115D im Fall eines MOS-Transistors; jeder Anschluss 115S, 115G, 115D ist durch eine Anschlussfläche in elektrischem Kontakt mit entsprechenden Leitungsanschlüssen des Chips gebildet (wie dies im Folgenden noch ausführlicher erläutert wird). Die Source-Anschlüsse 115S und der Gate-Anschluss 115G sind allgemein rechteckig ausgebildet und liegen teilweise an der Befestigungsfläche 110M und teilweise an einer Seitenfläche 110L der Baueinheit 105 frei (links und rechts in 1A bzw. 1B). Dagegen liegt der Drain-Anschluss 115D nur an der Befestigungsfläche 110M frei; der Drain-Anschluss 115D ist allgemein rechteckig ausgebildet und erstreckt sich in etwa über die halbe Befestigungsfläche 110M. Der Drain-Anschluss 115D definiert auch eine von der Baueinheit 105 freiliegende Oberfläche einer unteren Wäremesenke (in der Zeichnung nicht dargestellt) für den Chip. Eine Mehrzahl von Verbindungsstegen 120 (die zum Abstützen der unteren Wärmesenke während der Herstellung der Baueinheit 105 dienen, wie dies im Folgenden beschrieben wird, und die anschließend mit diesem elektrisch verbunden werden) ragen z.B. paarweise auf jede Seitenfläche 110L der Baueinheit 105 mit Ausnahme der Seitenfläche 110L, an der sich die Anschlüsse 115S und 115G erstrecken.
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Weiterhin liegt eine weitere Anschlussfläche 130 auf der freien Oberfläche 110F frei; die Anschlussfläche 130 ist allgemein rechteckig ausgebildet und erstreckt sich in etwa über die Hälfte der freien Oberfläche 110F. Die Anschlussfläche 130 bildet eine von der Baueinheit 105 freiliegende Oberfläche einer oberen Wärmesenke (in der Zeichnung nicht dargestellt) für den Chip.
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Unter Bezugnahme nunmehr auf die 2A bis 2C gemeinsam veranschaulichen diese verschiedene Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine elektronische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ausgehend von 2A wird eine Anordnung 200 (Vorläufer der gewünschten elektronischen Vorrichtung) in einer unteren Formhälfte 205a platziert.
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Die Anordnung 200 weist die untere Wärmesenke (insbesondere einen Kühlkörper), die mit dem Bezugszeichen 215D bezeichnet ist (und von der eine untere Oberfläche den Drain-Anschluss 115D bildet), einen Anschlussblock 215G sowie drei Anschlussblöcke 215S - in den Zeichnungen hinter dem Anschlussblock 215G - (wobei die oberen und unteren Oberflächen den Gate-Anschluss 115G bzw. die Source-Anschlüsse 115S bilden), den mit dem Bezugszeichen 210 bezeichneten Chip, der auf einer oberen Oberfläche der unteren Wärmesenke 215D angebracht ist, sowie die mit dem Bezugszeichen 230 bezeichnete obere Wärmesenke (insbesondere einen Kühlkörper) auf, die auf einer oberen (freien) Oberfläche des Chips 210 montiert ist und von der eine obere Oberfläche die Anschlussfläche 130 bildet. Die untere Wärmesenke 215D ist aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material gebildet, die Anschlussblöcke 215S und der Anschlussblock 215G sind aus elektrisch leitfähigem Material gebildet, und die obere Wärmesenke 230 ist aus thermisch leitfähigem Material gebildet (beispielsweise sind alle aus einem metallischen Material wie z.B. Kupfer gebildet). Die untere Wärmesenke 215D, die Anschlussblöcke 215S und der Anschlussblock 215G (und somit der Drain-Anschluss, die Source-Anschlüsse bzw. der Gate-Anschluss) sind mit entsprechenden leitfähigen Anschlüssen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) des Chips 210 elektrisch gekoppelt. Beispielsweise ist die untere Wärmesenke 215D mit einem Drain-Anschluss des Chips 201 direkt verbunden, während die Anschlussblöcke 215S und 215G mit einem Source-Anschluss bzw. einem Gate-Anschluss des Chips 210 über eine Drahtverbindung 235 verbunden sind (beispielsweise mittels einer als Drahtbonden bekannten Technik). Ferner kann die obere Wärmesenke 230 mit dem Source-Anschluss der elektronischen Komponente (und somit auch mit den Anschlussblöcken 215S) elektrisch verbunden sein.
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Die Anordnung 200 wird in der unteren Formhälfte 205a derart platziert, dass sich die untere Oberfläche der unteren Wärmesenke 215D in Kontakt mit einer entsprechenden inneren (oberen) Oberfläche der unteren Formhälfte 205a befindet. Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel (bei dem es sich bei der elektronischen Vorrichtung um den Typ ohne Zuleitungsdrähte handelt) wird auch die untere Oberfläche der Anschlussblöcke 215S und 215G in Kontakt mit der gleichen inneren Oberfläche der unteren Formhälfte 205a platziert.
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Unter Bezugnahme auf 2B wird eine obere Formhälfte 205b mit der unteren Formhälfte 205a gekoppelt und dadurch eine vollständige Form (die einfach mit dem Bezugszeichen 205 bezeichnet ist) gebildet, in der die Anordnung 200 eingeschlossen wird. Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel weist ein innerer Hohlraum der oberen Formhälfte 205b einen derart an die Anordnung 200 angepassten Querschnitt auf, dass eine äußere Seitenfläche der Anschlussblöcke 215S und 215G mit den inneren Seitenflächen der oberen Formhälfte 205b in Kontakt steht.
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Bei der Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abstandshalteeinsatz 240 in der oberen Formhälfte 205b platziert. Der Abstandshalteeinsatz 240 weist eine an den inneren Hohlraum der oberen Formhälfte 205b angepasste Formgebung sowie eine Höhe auf, die einer Differenz zwischen der Tiefe des inneren Hohlraums der oberen Formhälfte 205b und der Höhe der Anordnung 200 entspricht. Somit wird in der Form 205 ein Hohlraum 255 (mit reduzierter Höhe) gebildet, der an die Höhe der Anordnung 200 angepasst ist. Wenn die obere Formhälfte 205b mit der unteren Formhälfte 205a gekoppelt ist, befindet sich der Abstandshalteeinsatz 240 somit in Kontakt mit einer freien (oberen) Oberfläche der oberen Wärmesenke 230.
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An diesem Punkt wird ein Isoliermaterial im Wesentlichen in flüssigem Zustand (z.B. ein verflüssigtes Polymer, das in 2B durch einen Pfeil schematisch dargestellt ist) durch eine Düse 260 der Form 205 in den Hohlraum 255 eingespritzt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Düse 260 teilweise an der unteren Formhälfte 205a und teilweise an der oberen Formhälfte 205b gebildet, so dass beim Koppeln der beiden Formhälften 205a und 205b die Düse 260 vollständig gebildet wird.
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Anschließend wird das Isoliermaterial von dem flüssigen Zustand in den festen Zustand gebracht (z.B. durch Kühlen der Form, wenn sich das Isoliermaterial bei Temperaturen über der Raumtemperatur im flüssigen Zustand befindet).
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Schließlich werden die Formhälfte 205a und die Formhälfte 205b voneinander getrennt, und die resultierende elektronische Vorrichtung 100, die in 2C im Schnitt dargestellt ist, wird entnommen; wie zu erkennen ist, bildet das gehärtete Isoliermaterial die Baueinheit bzw. das Gehäuse 105, in die bzw. das die Anordnung 200 eingebettet ist. Außerdem liegt die untere Oberfläche der unteren Wärmesenke 215D von der Befestigungsfläche 110M der Baueinheit 105 frei, um den Drain-Anschluss 115D zu bilden; bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen auch die Anschlussblöcke 215S und 215D von der Befestigungsfläche 110M und von der entsprechenden Seitenfläche 110L der Baueinheit 105 frei, um die Source-Anschlüsse (in der Zeichnung nicht sichtbar) bzw. den Gate-Anschluss 115G zu bilden.
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Bei der vorliegenden Erfindung liegt gleichzeitig auch die obere Oberfläche der oberen Wärmesenke 230 von der freien Oberfläche 110F der Baueinheit 105 frei, um die Anschlussfläche 130 zu bilden.
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Dies gestattet die Verwendung einer bereits existierenden Form, so dass sich eine entsprechende Reduzierung der Herstellungskosten erzielen lässt.
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Ferner ist auf diese Weise der Chip 210 vollständig in die Baueinheit 105 eingebettet, so dass der Betrieb seiner elektronischen Komponente durch Feuchtigkeit und Fremdkörper aus der äußeren Umgebung, die Fehlfunktionen der elektronischen Komponente verursachen können, nicht oder nur geringfügig beeinflusst wird.
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Dieses Resultat wird ohne Notwendigkeit irgendeines Läppvorgangs an der Baueinheit 105 erzielt, der die Elemente der elektronischen Vorrichtung 100 mechanischen Belastungen aussetzt, die die elektronische Vorrichtung 100 möglicherweise beschädigen und als Ergebnis hiervon den korrekten Betrieb derselben beeinträchtigen könnten (wodurch wiederum eine Steigerung der Herstellungskosten entstehen würde).
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Ferner sind auf diese Weise keine Gerätschaften für die Ausführung eines solchen Vorgangs erforderlich, so dass sich eine Reduzierung der Herstellungskosten ergibt.
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Das spezielle, vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bietet noch weitere Vorteile.
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Insbesondere ist der gesamte Abstandshalter vorzugsweise aus elastischem Material (z.B. hitzebeständigem Gummi) hergestellt.
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Die Elastizität des Abstandshalteeinsatzes verhindert, dass die Elektronikanordnung während der Kopplung der Formhälften irgendwelchen Quetschkräften ausgesetzt wird. Ferner ist der Abstandshalteeinsatz an die freiliegende Oberfläche der Wärmesenke 230 angepasst, so dass eine vollständige Freilegung der entsprechenden Anschlussfläche von der freien Oberfläche 110F der Baueinheit 105 sichergestellt ist. Dies ist auch beim Ausgleichen von jeglichen Ungenauigkeiten bei der Parallelität der die Anordnung bildenden Elemente von Hilfe.
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Ein alternativer Schritt bei dem Herstellungsverfahren für die gleiche elektronische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 2D veranschaulicht.
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In diesem Fall wird eine andere obere Formhälfte 20b5' verwendet, deren innerer Hohlraum in Bezug auf die Anordnung 200 einen größeren Querschnitt aufweist, so dass die Anschlussblöcke 215S und 215G von den inneren Seitenflächen der oberen Formhälfte 205b' beabstandet sind.
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Bei dieser Lösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Inneren der oberen Formhälfte 205b' ein anderer Abstandshalteeinsatz 240' angeordnet. Der Abstandshalteeinsatz 240' weist einen Hauptbereich 240A mit einer an den inneren Hohlraum der oberen Formhälfte 205b' angepassten Formgebung und mit einer Höhe auf, die einer Differenz zwischen der Tiefe des inneren Hohlraums der oberen Formhälfte 205b' und der Höhe der Anordnung 200 entspricht. Ein Seitenbereich 240B erstreckt sich von einem Rand des Hauptbereichs 240A nach unten bis zum Erreichen der unteren Formhälfte 205a. Der Seitenbereich 240B ist derart ausgebildet, dass er mit der äußeren Seitenfläche der Anschlussblöcke 215S und 215G in Kontakt tritt. Außerdem kann der Abstandshalteeinsatz 240' mit einer Durchgangsöffnung 265 versehen sein, die bei miteinander gekoppelten Formhälften mit der Einspritzdüse 260 für das Isoliermaterial ausgerichtet ist.
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Dies erlaubt die Verwendung einer bestehenden Form auch für die Herstellung von elektronischen Vorrichtungen mit kleinerer Grundfläche und ermöglicht somit eine Reduzierung der Herstellungskosten.
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Verschiedene Schritte des Herstellungsverfahrens für eine andere elektronische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind in den 2E und 2F veranschaulicht.
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Beginnend mit 2E wird die gleiche obere Formhälfte 205b (mit dem der Anordnung 200 entsprechenden Querschnitt), jedoch ein andere Abstandshalteeinsatz 240" verwendet. Der Abstandshalteeinsatz 240" weist den gleichen Hauptbereich 240A, jedoch einen anderen Seitenbereich 240B' auf. Der Seitenbereich 240' erstreckt sich von dem Hauptbereich 240A nach unten bis zum Erreichen der unteren Formhälfte 205a, mit der Ausnahme von den Stellen, an denen die Anschlussblöcke 215S, 215G vorhanden sind; an diesen Stellen erstreckt sich der Seitenbereich 240B stattdessen bis zum Erreichen einer oberen Oberfläche der Anschlussblöcke 215S und 215G.
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Nach dem Einspritzen und Härten des Isoliermaterials erhält man nach dem Trennen der Formhälften 205a und 205b somit eine andere elektronische Vorrichtung 100'; in diesem Fall bildet das gehärtete Isoliermaterial eine Baueinheit 105', in die die Anordnung 200 eingebettet ist, wobei die Anschlussblöcke 215S, 215G jedoch nunmehr seitlich von der Baueinheit 105' hervorstehen.
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Unter Bezugnahme auf die 3A und 3B gemeinsam, so veranschaulichen diese in schematischer Weise verschiedene Schritte eines Herstellungsverfahrens für ein Paar elektronische Vorrichtungen wie in 1A und 1B gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Beginnend mit 3A wird in diesem Fall auf einer einzelnen Formhälfte 305a ein Paar der vorstehend beschriebenen Anordnungen platziert, deren Bezugszeichen zur Unterscheidung ihrer entsprechenden Komponenten der Zusatz „a“ bzw. „b“ hinzugefügt ist. Die Anordnungen 200a und 200b sind durch zwei Opferverbindungen 310 miteinander verbunden, die jeweils entsprechende Verbindungsstege 120a und 120b gegenüber von den Anschlussblöcken 215Sa, 215Sb und 215Ga, 215Gb miteinander verbinden.
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Wie weiterhin in 3A zu sehen ist, wird eine einzelne obere Formhälfte 305b mit der unteren Formhälfte 305a gekoppelt, um eine vollständige Form (die einfach mit dem Bezugszeichen 305 bezeichnet ist) zu bilden, in der beide der Anordnungen 200a und 200b eingeschlossen werden (wobei ein innerer Hohlraum der oberen Formhälfte 200b einen dem Paar der Anordnungen 200a und 200b derart entsprechenden Querschnitt hat, dass eine äußere Seitenfläche der Anschlussblöcke 215Sa, 215Ga und 215SB, 215Gb mit inneren Seitenflächen der oberen Formhälfte 305b in Kontakt steht).
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Bei der Lösung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein einzelner Abstandshalteeinsatz 340 im Inneren der oberen Formhälfte 305b angeordnet. Der Abstandshalteeinsatz 340 weist einen Hauptbereich 340A mit einer an den inneren Hohlraum der oberen Formhälfte 305b angepassten Formgebung sowie mit einer Höhe auf, die einer Differenz zwischen der Tiefe des inneren Hohlraums der oberen Formhälfte 305b und der Höhe der Anordnungen 200a, 200b entspricht. Eine Trennwand 340C erstreckt sich von einem zentralen Bereich des Hauptbereichs 340A nach unten bis zum Erreichen der unteren Formhälfte 305a, und zwar mit Ausnahme der Stellen, an denen die Opferverbindungen 310 vorhanden sind; an diesen Stellen erstreckt sich die Trennwand 340C stattdessen bis zum Erreichen einer oberen Oberfläche der Opferverbindungen 310. Wie zuvor wird in der Form 305 ein Hohlraum 355 gebildet, wobei der Hauptbereich 340A des Abstandshalteeinsatzes 340 mit den oberen (freien) Oberflächen der Wärmesenken 230a, 230b in Kontakt steht.
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An diesem Punkt wird das Isoliermaterial im flüssigen Zustand durch eine Düse 360a und eine Düse 360b der Form 305 entsprechend den Anordnungen 200a bzw. 200b in den Hohlraum 355 eingespritzt. Anschließend wird das Isoliermaterial in den festen Zustand gebracht, und die Formhälften 305a und 305b werden voneinander getrennt, so dass man zwei elektronische Vorrichtungen mit entsprechenden Baueinheiten erhält (die in den Zeichnungen mit den Bezugszeichen 100a, 100b bzw. 105a, 105b bezeichnet sind), die durch die Opferverbindungen 310 miteinander verbunden sind.
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Nun werden die Opferverbindungen 310 durch einen Schneidvorgang entfernt (wie dies in 3B in unterbrochenen Linien dargestellt ist), so dass die beiden elektronischen Vorrichtungen 100a und 100b separiert werden.
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Das Herstellungsverfahren der elektronischen Vorrichtungen gemäß der vorstehenden Beschreibung kann bei jeder Wiederholung desselben zwei elektronische Vorrichtungen 100a und 100b gleichzeitig erzeugen.
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Im Folgenden wird auf die 4A und 4B gemeinsam Bezug genommen; diese veranschaulichen in schematischer Weise die verschiedenen Schritte eines Herstellungsverfahrens für die elektronische Vorrichtung der 1A und 1B gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In 4A wird ein Schutzelement, wie z.B. ein schützender Flächenkörper 405a aus einem hitzebeständigen Material (z.B. ein Flächenkörper aus Tetrafluorethylen, dass besser als Teflon® bekannt ist) zwischen der oberen Oberfläche der unteren Formhälfte 205a und der unteren Oberfläche der Anordnung 200 - d.h. in Berührung mit den unteren Oberflächen der Anschlussblöcke 215G, 215S und der unteren Wärmesenke 215D angeordnet. Wie in 4B gezeigt ist, kann ein weiterer schützender Flächenkörper 405b zwischen der oberen Oberfläche der Anordnung 200 und der unteren Oberfläche des Abstandshalteeinsatzes 240 sowie seitlich zwischen der inneren Seitenfläche der oberen Formhälfte 205b und der Seitenfläche der oberen Wärmesenke 230 und der Anschlussblöcke 215S und 215G angeordnet werden. Der Herstellungsvorgang fährt dann in der vorstehend beschriebenen Weise fort.
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Dieses Herstellungsverfahren ist für hoch automatisierte industrielle Fertigungssysteme, die für große Fertigungsvolumen ausgelegt sind, besonders geeignet. Die schützenden Flächenkörper 405a und 405b können in der Tat den Verbrauch an Abstandshalteeinsatzmaterial 240 (aufgrund von Kompression desselben durch die Form) reduzieren und zur gleichen Zeit einen direkten Kontakt zwischen der Form und dem Isoliermaterial verhindern. Auf diese Weise ist es möglich, die Häufigkeit und Dauer von Wartungs- und Reinigungsarbeiten an der Form in signifikanter Weise zu reduzieren. In der Tat können jegliche Reste an Isoliermaterial den schützenden Flächenkörpern 405a und 405b (anstatt den inneren Oberflächen der Formhälften 205a und 205b) zugeordnet bleiben, wobei diese in einfacher und kostengünstiger Weise entfernt werden können (z.B. indem diese schützenden Flächenkörper 405a und 405b einfach ausgetauscht werden).
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Unter Bezugnahme auf die 5A und 5B gemeinsam zeigen diese in schematischer Weise verschiedene Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine Charge von elektronischen Vorrichtungen gemäß 1A und 1B bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Beginnend mit 5A weist eine Charge von Anordnungen (die jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen 200 bezeichnet werden) jeweils Source-Anschlussblöcke 215S, einen Gate-Anschlussblock 215G sowie eine untere Wärmesenke 215D auf, die über jeweilige Opferverbindungen 510 mit einer Trägerstruktur (Leiterrahmen) 503 verbunden sind.
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Unter Bezugnahme auf 5B wird der Leiterrahmen 503 in einer Matrix von unteren Formhälften 505a angeordnet, die eine Anzahl von unteren Formhälften (mit dem Bezugszeichen 205a bezeichnet) aufweist, die der Anzahl der Anordnungen 200 entsprechen; wie vorstehend erläutert, wird jede Anordnung 200 auf einer entsprechenden unteren Formhälfte 205a platziert.
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Eine Matrix von oberen Formhälften 505b wird mit der Matrix der unteren Formhälften 505a gekoppelt. Die Matrix der oberen Formhälften 505b weist die gleiche Anzahl oberer Formhälften (mit dem gleichen Bezugszeichen 205b bezeichnet) auf, so dass die entsprechenden vollständigen Formen (mit dem gleichen Bezugszeichen 205 bezeichnet) gebildet werden, in denen jeweils eine Anordnung 200 untergebracht ist. Ferner weist eine Gruppe von Abstandshalteeinsätzen 540 die gleiche Anzahl von Abstandshalteeinsätzen (mit dem gleichen Bezugszeichen 240 bezeichnet) auf, die jeweils in einer entsprechenden oberen Formhälfte 205b platziert werden.
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Das Herstellungsverfahren fährt dann in exakt der gleichen Weise, wie vorstehend beschrieben, parallel für alle Formen 205 fort, so dass eine entsprechende Anzahl von elektronischen Vorrichtungen (in der Zeichnung nicht dargestellt) gebildet wird, die durch entsprechende Opferverbindungen miteinander verbunden sind. Die Opferverbindungen werden dann durch einen Schneidvorgang entfernt, so dass die jeweiligen elektronischen Vorrichtungen 100 von dem Leiterrahmen 503 separiert werden.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren zum Herstellen von elektronischen Vorrichtungen kann bei jeder Wiederholung desselben eine große Anzahl von elektronischen Vorrichtungen gleichzeitig erzeugen.
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Auch in diesem Fall ist es möglich, mehrere Anordnungen in einer jeweiligen Form zu platzieren sowie die oberen und unteren schützenden Flächenkörper (wobei die Flächenkörper in diesem Fall derart ausgebildet werden, dass sie jede Form der Matrix der oberen Formhälften bzw. der Matrix der unteren Formhälften überdecken können) in ähnlicher Weise zu verwenden, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.
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Unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung können auch ohne die speziellen Details (wie z.B. die zahlenmäßigen Beispiele) ausgeführt werden, die in der vorstehenden Beschreibung angegeben worden sind, um für ein umfassenderes Verständnis derselben zu sorgen; umgekehrt dazu sind allgemein bekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht worden, um die Beschreibung nicht mit unnötigen Details zu überfrachten. Ferner ist es ausdrücklich beabsichtigt, dass spezielle, in Verbindung mit einem beliebigen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebene Elemente und/oder Verfahrensschritte je nach gewünschter allgemeiner Ausbildung in jede beliebige andere Ausführungsform integriert werden können. In diesem Zusammenhang sind die Begriffe „beinhalten“, „aufweisen“ und „enthalten“ in einem offenen, nicht einschränkenden Sinn (d.h. nicht auf die genannten Elemente beschränkt) zu verstehen, und die Begriffe „auf der Basis“, „in Abhängigkeit von“, „gemäß“ sind als nicht einschränkende Beziehung (d.h. möglicherweise mit weiteren Variablen) zu verstehen, wobei ferner das Wort „ein(e)“ im Sinn von einem oder mehreren Elementen zu verstehen ist (wenn nicht anders angegeben).
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Zum Beispiel sieht eine Lösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen DSC-Vorrichtung (beliebigen Typs) vor. Das Verfahren beinhaltet die Schritte gemäß Anspruch 1.
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Die Schritte können auch in anderer Reihenfolge, parallel oder überlappend (zumindest teilweise) ausgeführt werden.
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Die gleiche Lösung kann jedoch auch bei anderen elektronischen Vorrichtungen (z.B. bei „Gull-Wing“- bzw. Knickflügelanschlüssen oder auch bei anderen Vorichtungen, bei denen es sich nicht um den Oberflächenmontage-Typ handelt) zum Einsatz kommen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Merkmale gemäß Anspruch 2.
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Die Verwendung eines starren Abstandshalteeinsatzes ist jedoch nicht ausgeschlossen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Merkmale gemäß Anspruch 3 (wobei der Einsatz aus einem beliebigen Material bestehen kann, wie z.B. Silikon, Neopren).
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Die Verwendung eines Abstandshalteeinsatzes, der sich plastisch verformt, ist jedoch nicht ausgeschlossen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Merkmale gemäß Anspruch 4.
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Es ist jedoch auch möglich, einen Abstandshalteeinsatz mit beliebiger Formgebung (z.B. mit beliebiger Anzahl von nach unten vorstehenden Bereichen, bis zu Null) und/oder Typ (z.B. aus mehreren separaten Teilen bestehend) zu verwenden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Merkmale gemäß Anspruch 5.
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Jedoch ist es auch möglich, eine beliebige Anzahl (≥ 2) von Anordnungen in jeder Form zu platzieren; dagegen kann auch nur eine einzige Anordnung in jeder Form platziert werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Merkmale gemäß Anspruch 6.
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Der schützende Flächenkörper kann jedoch hinsichtlich Formgebung, Größe beliebig ausgebildet sein und/oder auch aus beliebigen anderen Materialien hergestellt sein (wobei er auch nicht hitzebeständig sein kann, wenn das Isoliermaterial chemisch gehärtet wird).
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Merkmale gemäß Anspruch 7.
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Die schützenden Flächenkörper können jedoch in beliebiger Anzahl (auch nur einer) verwendet werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Merkmale gemäß Anspruch 8.
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Jedoch können die Anordnungen auch in einer anderen Weise in den entsprechenden Formen angeordnet werden, auch nacheinander (z.B. mittels eines Aufnahme- und Platzierkopfes).
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Merkmale gemäß Anspruch 9.
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Die Anordnungen können jedoch auch an einer anderen Struktur angebracht werden oder auch vollständig voneinander getrennt angebracht werden.
