DE102012200863A1 - Halbleitervorrichtung mit Grundplatte - Google Patents

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DE102012200863A1
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semiconductor chip
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English (en)
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Andre Christmann
Patrick Jones
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Infineon Technologies AG
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    • H01L2224/83463—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/83464—Palladium [Pd] as principal constituent
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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasst einen Halbleiterchip (136) und eine Grundplatte (102), die mit dem Halbleiterchip (136) gekoppelt ist. Die Grundplatte (102) umfasst einen oberen und einen unteren Abschnitt (112, 114). Der obere Abschnitt (112) weist eine Bodenfläche (106) auf, die sich mit einer Seitenwand (108) des unteren Abschnitts (114) trifft. Die Halbleitervorrichtung umfasst ein Kühlelement (160), das mit der Grundplatte (102) gekoppelt ist. Das Kühlelement (160) weist eine erste Fläche (166) auf, die direkt mit der Bodenfläche (106) des oberen Abschnitts (112) der Grundplatte (102) in Berührung ist, eine zweite Fläche (170), die die Seitenwand (108) des unteren Abschnitts (114) der Grundplatte (102) direkt berührt, und eine dritte Fläche (168), die parallel zu der ersten Fläche (166) verläuft und die bündig zu einer Bodenfläche (110) des unteren Abschnitts (114) der Grundplatte (102) angeordnet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Leistungselektronikmodule sind Halbleiterbaugruppen, die in Leistungselektronikschaltungen verwendet werden. Leistungselektronikmodule kommen typischer Weise in Fahrzeug- und Industrieanwendungen zum Einsatz, wie zum Beispiel in Wechselrichtern und Gleichrichtern. Die Halbleiterbauelemente, die in den Leistungselektronikmodulen enthalten sind, sind typischer Weise Bipolartransistor-Halbleiterchips mit isoliertem Gate oder Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor(MOSFET)-Halb-leiterchips. Die IGBT- und MOSFET-Halbleiterchips weisen unterschiedliche Nennspannung und unterschiedlichen Nennströme. Bestimmte Leistungselektronikmodule enthalten auch zusätzliche Halbleiterdioden (z. B. Freilaufdioden) in der Halbleiterbaugruppe zum Überspannungsschutz.
  • Im Allgemeinen werden zwei unterschiedliche Leistungselektronikmoduldesigns verwendet. Ein Design ist für Anwendungen mit höherer Leistung bestimmt, das andere für Anwendungen mit niedrigerer Leistung. Für Anwendungen mit höherer Leistung umfasst ein Leistungselektronikmodul typischer Weise mehrere Halbleiterchips, die auf einem einzigen Substrat integriert werden. Das Substrat umfasst typischer Weise ein isolierendes Keramiksubstrat, wie zum Beispiel Al2O3, AlN, Si3N4 oder andere geeignete Werkstoffe, um das Leistungselektronikmodul zu isolieren. Wenigstens die Oberseite des Keramiksubstrats wird entweder mit reinem oder mit plattiertem Cu, Al oder mit einem anderen geeigneten Werkstoff metallisiert, um für die Halbleiterchips elektrische und mechanische Kontakte bereitzustellen. Die Metallschicht wird typisch mit einem Direct-Copper-Bonding-Verfahren (DCB), einem Direct-Aluminium-Bonding-Verfahren (DAB) oder einem Active-Metal-Brazing-Verfahren (AMB) auf das Keramiksubstrat aufgebracht.
  • Typischer Weise wird Weichlöten mit Sn-Pb, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu oder einer anderen geeigneten Lötlegierung zum Verbinden eines Halbleiterchips mit einem metallisierten Keramiksubstrat verwendet. Typischer Weise werden mehrere Substrate auf einer flachen Metallgrundplatte kombiniert. In diesem Fall wird auch die Unterseite des Keramiksubstrats entweder mit reinem oder mit plattiertem Cu, Al oder mit einem anderen geeigneten Werkstoff metallisiert, um die Substrate mit der flachen Metallgrundplatte zu verbinden. Zum Verbinden der Substrate mit der flachen Metallgrundplatte wird typischer Weise Weichlöten mit Sn-Pb, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu oder einer anderen geeigneten Lötlegierung verwendet. Die flache Metallgrundplatte kann ihrerseits an einem Kühlelement, durch das ein Kühlmittel fließen kann, um ein Überhitzen des Leistungselektronikmoduls während des Betriebs zu verhindern, befestigt werden.
  • Mit dem steigenden Bedarf nach Einsatz von Leistungselektronik in schwierigen Umgebungen (zum Beispiel Automobilanwendungen) und der voranschreitenden Integration von Halbleiterchips steigt die extern und intern abgegebene Hitze weiterhin. Es besteht daher eine zunehmende Nachfrage nach Hochtemperatur-Leistungselektronikmodulen, die bei internen und externen Temperaturen von bis zu 200°C und darüber funktionieren können. Zusätzlich steigt auch die Stromdichte der Leistungselektroniken, was zu einer Steigerung in der Dichte der Leistungsverluste führt. Flüssigkeitskühlung der Leistungselektroniken über Kühlelemente zur Vermeidung von Überhitzung wird daher immer wichtiger.
  • Aus diesen sowie anderen Gründen besteht ein Bedarf nach der vorliegenden Erfindung.
  • Kurzdarstellung
  • Eine Ausführungsform stellt eine Halbleitervorrichtung bereit. Die Halbleitervorrichtung umfasst einen Halbleiterchip und eine Grundplatte, die mit dem Halbleiterchip gekoppelt ist. Die Grundplatte umfasst einen oberen und einen unteren Abschnitt. Der obere Abschnitt weist eine Bodenfläche auf, die sich mit einer Seitenwand des unteren Abschnitts trifft. Die Halbleitervorrichtung umfasst ein Kühlelement, das mit der Grundplatte gekoppelt ist. Das Kühlelement weist eine erste Fläche auf, die direkt mit der Bodenfläche des oberen Abschnitts der Grundplatte in Berührung ist, eine zweite Fläche, die die Seitenwand des unteren Abschnitts der Grundplatte direkt berührt, und eine dritte Fläche parallel zu der ersten Fläche und mit einer Bodenfläche des unteren Abschnitts der Grundplatte gefluchtet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die begleitenden Zeichnungen sind enthalten, um ein besseres Verstehen der Ausführungsformen zu erlauben und sind eingegliedert und fester Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Konzepte der Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der angestrebten Vorteile der Ausführungsformen können ohne weiteres beurteilt werden, da sie unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden können. Die Elemente der Zeichnungen sind zueinander nicht unbedingt maßstabgerecht. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung.
  • 2 veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Kühlelements.
  • 3A veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung, die mit einem Kühlelement gekoppelt ist.
  • 3B veranschaulicht eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung, die mit einem Kühlelement gekoppelt ist.
  • 4A veranschaulicht eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung, die mit einem Kühlelement gekoppelt ist.
  • 4B veranschaulicht eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung, die mit einem Kühlelement gekoppelt ist.
  • 5A veranschaulicht eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung, die mit einem Kühlelement gekoppelt ist.
  • 5B veranschaulicht eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung, die mit einem Kühlelement gekoppelt ist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die feste Bestandteile hiervon sind, und auf welchen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen, in welchen die Offenbarung umgesetzt werden kann, gezeigt sind. In diesem Hinblick wird richtungsweisende Terminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „vorlaufend“, „nachlaufend“ usw. unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figur oder Figuren verwendet. Da die Bauteile der Ausführungsformen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert werden können, wird die richtungsweisende Terminologie veranschaulichend und in keiner Weise einschränkend verwendet. Es ist klar, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturmäßige oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Die folgende ausführliche Beschreibung darf daher nicht als einschränkend betrachtet werden, und der Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung wird von den beiliegenden Ansprüchen definiert.
  • Es ist klar, dass die Merkmale der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, wenn spezifisch nichts Anderes angegeben ist.
  • So, wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff „elektrisch gekoppelt“ nicht, dass die betreffenden Elemente direkt miteinander gekoppelt werden müssen, und Zwischenelemente können zwischen den „elektrisch gekoppelten“ Elementen bereitgestellt werden.
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100. Bei einer Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 100 ein Hochtemperatur-Hochleistungselektronikmodul (das heißt geeignet für den Betrieb der enthaltenen Halbleiterchips bei Temperaturen von bis zu 200 °C und darüber). Das Leistungselektronikmodul 100 umfasst eine Metallgrundplatte 102, die mit einer Struktur 120 gekoppelt ist. Die Struktur 120 umfasst gesinterte oder gelötete Verbindungen 126, metallisierte Keramiksubstrate 130, die metallische Flächen oder Schichten 128 und 132 aufweisen, gesinterte oder gelötete Verbindungen 134, Halbleiterchips 136, Bonddrähte 138, eine Leiterplatte 140, Steuerkontakte 142, Leistungskontakte 144, Vergussmassen 146 und 148 sowie ein Gehäuse 150.
  • Die Grundplatte 102 umfasst einen ersten oder oberen Abschnitt 112 und einen zweiten oder unteren Abschnitt 114. Der erste Abschnitt 112 umfasst eine ober Oberfläche 104, sowie eine Bodenfläche 106, die eine Seitenwand 108 des zweiten Abschnitts 114 schneidet. Bei einer Ausführungsform weist die Seitenwand 108 des zweiten Abschnitts 114 eine Höhe 116 derart auf, dass wenn die Grundplatte 102 an einem Kühlelement befestigt ist, die Grundplatte 102 derart in eine Öffnung des Kühlelements ragt, dass das Kühlmittel gerade an der Grundplatte vorbei fließt. Bei einer Ausführungsform erstrecken sich Stifte 118 von einer Bodenfläche 110 des zweiten Abschnitts 114 weg. Die Stifte 118 erhöhen den Wärmetransfer von der Struktur 120 und der Grundplatte 102 zu einem Kühlmittel innerhalb des Kühlelements. Bei einer anderen Ausführungsform sind keine Stifte 118 enthalten. Die Grundplatte 102 und die Stifte 118 bestehen aus Kupfer, Kupfer mit Nickelplattierung oder einem anderen geeigneten Werkstoff.
  • Zu den Keramiksubstraten 130 gehören Al2O3, AlN, Si3N4 oder andere geeignete Werkstoffe. Bei einer Ausführungsform haben die Keramiksubstrate 130 jeweils eine Stärke innerhalb eines Bereichs von 0,2 mm bis 2,0 mm. Die Metallschichten 128 und 132 umfassen Cu, Al oder andere geeignete Werkstoffe. Bei einer Ausführungsform sind die Metallschichten 128 und/oder 132 mit einem oder mehreren von Ni, Ag, Au, Pd plattiert. Bei einer Ausführungsform haben die Metallschichten 128 und 132 jeweils eine Stärke innerhalb eines Bereichs von 0,1 mm bis 0,6 mm. Gesinterte oder gelötete Verbindungen 126 verbinden die Metallschichten 128 mit der Metallgrundplatte 102. Gesinterte oder gelötete Verbindungen 134 verbinden die Metallschichten 132 mit Halbleiterchips 136.
  • Die Halbleiterchips 136 sind durch Bonddrähte 138 elektrisch mit den Metallschichten 132 gekoppelt. Die Bonddrähte 138 enthalten Al, Cu, Al-Mg, Au oder andere geeignete Werkstoffe. Bei einer Ausführungsform werden die Bonddrähte 138 durch Ultraschall-Drahtbondtechnik mit den Halbleiterchips 136 und den Metallschichten 132 verbunden. Die Metallschichten 132 sind mit der Leiterplatte 140 und den Leistungskontakten 144 elektrisch gekoppelt. Die Leiterplatte 140 ist elektrisch mit Steuerkontakten 142 gekoppelt.
  • Das Gehäuse 150 umschließt gesinterte oder gelötete Verbindungen 126, metallisierte Keramiksubstrate 130 einschließlich der Metallschichten 128 und 132, gesinterte oder gelötete Verbindungen 134, Halbleiterchips 136, Bonddrähte 138, eine Leiterplatte 140, Abschnitte von Steuerkontakten 142 und Abschnitte von Leistungskontakten 144. Das Gehäuse 150 weist Kunststoffe, beispielsweise einen Duroplast oder einen Thermoplast, oder andere geeignete Werkstoffe auf. Das Gehäuse 150 ist mit der oberen Oberfläche 104 der Metallgrundplatte 102 verbunden.
  • Eine Vergussmasse 146 füllt Bereiche unterhalb der Leiterplatte 140 innerhalb des Gehäuses 150 um die gesinterten oder gelöteten Verbindungen 126, die metallisierten Keramiksubstrate 130 einschließlich der Metallschichten 128 und 132, die gesinterten oder gelöteten Verbindungen 134, die Halbleiterchips 136 und die Bonddrähte 138. Die Vergussmasse 148 füllt den Bereich oberhalb der Leiterplatte 140 innerhalb des Gehäuses 150 um Abschnitte der Steuerkontakte 142 und Abschnitte der Leistungskontakte 144. Die Vergussmassen 146 und 148 weisen ein Silikongel oder andere geeignete Werkstoffe auf. Die Vergussmassen 146 und 148 beugt Schäden an dem Leistungselektronikmodul 100 durch elektrische Durchschläge vor.
  • 2 veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Kühlelements 160. Das Kühlelement 160 umfasst einen ersten Abschnitt 162 und einen zweiten Abschnitt 164, der an dem ersten Abschnitt 162 befestigt ist. Eine Bodenfläche 168 des zweiten Abschnitts 164 und eine Oberfläche 178 des ersten Abschnitts 162 definieren einen Einlass 174 und einen Auslass 176 des Kühlelements. Der Einlass 174 und der Auslass 176 erlauben es dem Kühlmittel, durch einen Hohlraum 184 des Kühlelements 160 zu fließen, was anhand von Pfeilen 182 veranschaulicht wird. Die Seitenwände 170 des zweiten Abschnitts 164 definieren eine Öffnung 180, die sich durch den zweiten Abschnitt 164 hindurch zu dem Hohlraum 184 erstreckt. Die Öffnung 180 ist so ausgebildet, dass sie den unteren Abschnitt 114 der oben beschriebenen und unter Bezugnahme auf 1 veranschaulichten Grundplatte 102 aufnehmen kann. Bei einer Ausführungsform ist die Höhe der Seitenwände 170 der Öffnung 180 gleich der Höhe 116 des zweiten Abschnitts 114 der Grundplatte 102.
  • Ein Dichtmittel 172 ist in einer Vertiefung 186 in der Fläche 166 des zweiten Abschnitts 164 angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist das Dichtmittel 172 ein O-Ring. Das Dichtmittel 172 umgibt die Öffnung 180 und stellt eine Abdichtung zwischen dem Kühlelement 160 und der Grundplatte 102 bereit, wenn die Grundplatte 102 an dem Kühlelement 160 befestigt wird. Das Dichtmittel 172 hindert ein Lecken des Kühlmittels zwischen dem Kühlelement 160 und der Grundplatte 102. Bei dieser Ausführungsform wird das Dichtmittel 172 an der Kontaktfläche 106 der Grundplatte 102 angeordnet, wenn die Grundplatte 102 an dem Kühlelement 160 befestigt wird. Das Dichtmittel 172 besteht aus Silikon, einem Polymer oder einem anderen geeigneten Werkstoff.
  • 3A veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100a, die mit einem Kühlelement 160a gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform umfasst die Halbleitervorrichtung 100a eine Struktur 120 wie sie oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht wurde. Die Struktur 120 ist an der oberen Fläche 104 der Grundplatte 102 wie oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht befestigt. Die Grundplatte 102 ist mit dem Kühlelement 160a gekoppelt, das ähnlich aufgebaut ist wie das oben beschriebene und unter Bezugnahme auf 2 veranschaulichte Kühlelement 160. Die Grundplatte 102 ist mit dem Kühlelement 160a mit Schrauben oder einem anderen geeigneten Befestigungsverfahren gekoppelt.
  • Wenn die Grundplatte 102 mit dem Kühlelement 160a gekoppelt ist, berührt die Fläche 106 der Grundplatte 102 die Fläche 166 des Kühlelements 160a. Die Fläche 106 der Grundplatte 102 berührt auch das Dichtmittel 172. Die Seitenwand 108 der Grundplatte 102 berührt die Seitenwand 170 des Kühlelements 160a. Aufgrund der übereinstimmenden Höhen der Seitenwand 108 der Grundplatte 102 und der Seitenwand 170 des Kühlelements 160a sind die Bodenfläche 110 der Grundplatte 102 und die Bodenfläche 168 des zweiten Abschnitts 164 des Kühlelements 160a bündig zueinander. Die Bodenfläche 110 der Grundplatte 102 und die Bodenfläche 168 des zweiten Abschnitts 164 des Kühlelements 160a definieren daher die Oberseite des Hohlraums 184. Der Boden des Hohlraums 184 wird von der Oberfläche 178 des ersten Abschnitts 162 des Kühlelements 160a definiert.
  • Aufgrund der bündigen Anordnung der Bodenfläche 110 der Grundplatte 102 und der Bodenfläche 168 des zweiten Abschnitts 164 des Kühlelements 160a fluchten der Einlass 174 und der Auslass 176 mit dem Hohlraum 184. Daher fließt ein Kühlmittel, das durch das Kühlelement 160a fließt, linear an der Grundplatte 102 vorbei. Die Grundplatte 102 besitzt viele Vorteile im Vergleich zu einer herkömmlichen flachen Grundplatte, die, wie oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht, nur aus einem oberen Abschnitt 112 besteht.
  • Beispielsweise verbessert der lineare Fluss des Kühlmittels, der durch die Grundplatte 102 ermöglicht wird, die Kühlung der gesamten Grundplattenfläche 110 durch Verkleinern von Bereichen in der Nähe der Ecken der Grundplatte, in denen das Kühlmittel unbewegt ist, wie sie bei herkömmlichen flachen Grundplatten bestehen können. Aufgrund der Fluchtung des Einlasses 174, des Hohlraums 184 und des Auslasses 176 wird durch das Kühlelement 160a und die Grundplatte 102 im Vergleich zu einer herkömmlichen flachen Grundplatte ein niedrigerer Druckabfall erzeugt. Zusätzlich verringert die fluchtende Anordnung von Einlass 174, Hohlraum 184 und Auslass 176 die Wahrscheinlichkeit, dass sich während des Füllens des Kühlelements 160a mit Kühlmittel Luftblasen entwickeln. Um die Steifigkeit der Grundplatte 102 zu erhöhen wird Material in dem Bereich der Öffnung 180 des Kühlelements 160a hinzugefügt. Hierin besteht ein Unterschied zu einer herkömmlichen flachen Grundplatte, bei der die Stärke der gesamten Platte erhöht wird, um ihre Steifigkeit zu steigern. Das Volumen an Material, das für die Grundplatte 102 verwendet wird, kann daher geringer sein als das Volumen an Material, das für eine herkömmliche flache Grundplatte zum Verwirklichen der gleichen Steifigkeit verwendet wird. Ferner wirkt die Masse der Grundplatte 102 direkt unter den elektrischen Bauteilen als ein Wärmekondensator, der die Wärmeleistung der Halbleitervorrichtung verbessert.
  • 3B veranschaulicht eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100b, die mit einem Kühlelement 160a gekoppelt ist. Die Halbleitervorrichtung 100b ist ähnlich der Halbleitervorrichtung 100a, die oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 3A veranschaulicht wurde, mit der Ausnahme, dass die Halbleitervorrichtung 100b Stifte 118 aufweist. Die Stifte 118 ragen von der Fläche 110 der Grundplatte 102 in den Hohlraum 184 des Kühlelements 160a. Bei einer Ausführungsform berühren die Stifte 118 die Fläche 178 des ersten Abschnitts 162 des Kühlelements 160a. Bei anderen Ausführungsformen ragen die Stifte 118 in den Hohlraum 184, berühren aber die Fläche 178 des ersten Abschnitts 162 des Kühlelements 160a nicht.
  • 4A veranschaulicht eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100a, die mit einem Kühlelement 160b gekoppelt ist. Das Kühlelement 160b ist ähnlich dem Kühlelement 160a, welches oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 3A veranschaulicht wurde, mit Ausnahme der Lage des Dichtmittels 172. Bei dieser Ausführungsform ist das Dichtmittel 172 in einer Vertiefung 187 in der Seitenwand 170 des zweiten Abschnitts 164 des Kühlelements 160b angeordnet. Das Dichtmittel 172 berührt daher die Seitenwand 108 der Grundplatte 102, um das Lecken von Kühlmittel zwischen der Grundplatte 102 und dem Kühlelement 160b zu vermeiden. 4B veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100b, die mit einem Kühlelement 160b gekoppelt ist. Die Halbleitervorrichtung 100b ist ähnlich der Halbleitervorrichtung 100a, wie sie oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 4A veranschaulicht wurde, ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Halbleitervorrichtung 100b Stifte 118 aufweist.
  • 5A veranschaulicht eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100c, die mit einem Kühlelement 160c gekoppelt ist. Das Kühlelement 160c ist ähnlich dem Kühlelement 160a, wie es oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 3A veranschaulicht wurde, ausgebildet, mit der Ausnahme, dass das Dichtmittel 172 durch ein Dichtmittel 190 ersetzt wird. Bei dieser Ausführungsform ist das Dichtmittel 190 zwischen einer Fläche 106 der Grundplatte 102 und der Fläche 166 des zweiten Abschnitts 164 des Kühlelements 160c angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist das Dichtmittel 190 eine Silikonpaste oder ein Silikonklebstoff, die bzw. der auf das Kühlelement 160c oder auf die Grundplatte 102 vor dem Koppeln der Grundplatte 102 mit dem Kühlelement 160c aufgetragen wird. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Dichtmittel 190 eine Dichtung aus Silikon, einem Polymer oder einem anderen geeigneten Werkstoff.
  • Um das Dichtmittel 190 unterzubringen und weiterhin die Fluchtung der Bodenfläche 168 des zweiten Abschnitts 164 des Kühlelements 160c mit der Bodenfläche 110 der Grundplatte 102 zu gewährleisten, weist der zweite Abschnitt der Grundplatte 102 eine Höhe 117 auf, die gleich der Höhe 116 der Seitenwand 170 des zweiten Abschnitts 164 des Kühlelements 160c ist, zuzüglich einer Höhe 192 des Dichtmittels 190.
  • 5B veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100d, die mit einem Kühlelement 160c gekoppelt ist. Die Halbleitervorrichtung 100d ist ähnlich der Halbleitervorrichtung 100c, wie sie oben beschrieben und unter Bezugnahme auf 5A veranschaulicht wurde, ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Halbleitervorrichtung 100d Stifte 118 aufweist.
  • Ausführungsformen stellen ein Leistungshalbleitermodul mit einer Grundplatte, die mit einem Kühlelement gekoppelt ist, bereit. Die Grundplatte ist derart konfiguriert, dass, wenn sie an dem Kühlelement befestigt ist, ein Kühlmittel geradlinig durch das Kühlelement und an der Grundplatte vorbei fließt. Der geradlinige Fluss des Kühlmittels an der Grundplatte vorbei verbessert das thermische Verhalten des Leistungshalbleitermoduls im Vergleich zu Leistungshalbleitermodulen, die herkömmliche flache Grundplatten verwenden.
  • Obwohl hier spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann klar, dass eine Vielzahl alternativer und/oder gleichwertiger Umsetzungen die spezifischen Ausführungsformen, die gezeigt und beschrieben wurden, ersetzen können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der hier besprochenen spezifischen Ausführungsformen decken.

Claims (20)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterchip (136); eine Grundplatte (102), die mit dem Halbleiterchip (136) gekoppelt ist, wobei die Grundplatte (102) einen oberen Abschnitt (112) und einen unteren Abschnitt (114) aufweist, wobei der obere Abschnitt (114) eine Bodenfläche (106) aufweist, die sich mit einer Seitenwand (108) des unteren Abschnitts (114) trifft, und ein Kühlelement (160), das mit der Grundplatte (102) gekoppelt ist, wobei das Kühlelement (106) eine erste Fläche (166) aufweist, die die Bodenfläche (106) des oberen Abschnitts (112) der Grundplatte (102) direkt berührt, eine zweite Fläche (170), die die Seitenwand (108) des unteren Abschnitts (114) der Grundplatte (102) direkt berührt, und eine dritte Fläche (168), die parallel zu der ersten Fläche (166) verläuft und die an bündig ist mit einer Bodenfläche (110) des unteren Abschnitts (114) der Grundplatte (102).
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Dichtmittel (172, 190), das die Grundplatte (102) und das Kühlelement (160) direkt berührt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Dichtmittel (172) einen O-Ring aufweist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Kühlelement (160) eine Vertiefung (186) in der ersten Fläche (166) zur Aufnahme des O-Rings aufweist.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Kühlelement (160) eine Vertiefung (187) in der zweiten Fläche (170) zur Aufnahme des O-Rings aufweist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Dichtmittel (172, 190) entweder eine Siliconpaste oder einen Siliconklebstoff aufweist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Dichtmittel eine Dichtscheibe aufweist.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend Stifte (118), die von der Bodenfläche (110) des unteren Abschnitts (114) der Grundplatte (102) aufragen.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Halbleiterchip (136) einen Leistungshalbleiterchip aufweist.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Substrat (130), das den Halbleiterchip (136) mit der Grundplatte (102) koppelt.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Substrat (130) ein metallisiertes Keramiksubstrat umfasst.
  12. Modul umfassend: einen Leistungshalbleiterchip (136); eine Grundplatte (102), die mit dem Leistungshalbleiterchip (136) gekoppelt ist; und ein Kühlelement (160), das mit der Grundplatte (102) gekoppelt ist, wobei das Kühlelement (160) einen Einlass (174) und einen Auslass (176) zum Hindurchleiten eines Kühlmittels (182) durch das Kühlelement (160) aufweist, wobei der Einlass (174) und der Auslass (176) durch eine erste Fläche (168) des Kühlelements (160) festgelegt sind; wobei eine erste Fläche (110) der Grundplatte (102) und die erste Fläche (168) des Kühlelements (160) zueinander bündig sind.
  13. Modul nach Anspruch 12, bei dem eine zweite Fläche (106) der Grundplatte (102) eine zweite Fläche (166) des Kühlelements (160) direkt berührt, wobei die zweite Fläche (166) des Kühlelements (160) direkt gegenüber der ersten Fläche (168) des Kühlelements (160) liegt.
  14. Modul nach Anspruch 13, bei dem sich eine dritte Fläche (108) der Grundplatte (102) von der ersten Fläche (110) der Grundplatte (102) zu der zweiten Fläche (106) der Grundplatte (102) erstreckt, wobei die dritte Fläche (108) der Grundplatte (102) eine dritte Fläche (170) des Kühlelements (160) direkt berührt.
  15. Modul nach einem der Ansprüche 12 bis 14 ferner umfassend: ein Dichtmittel (172, 190) zwischen der Grundplatte (102) und dem Kühlelement (160), wobei das Dichtmittel (172, 190) dazu ausgebildet ist, ein Lecken des Kühlmittels (182) zwischen der Grundplatte (102) und dem Kühlelement (160) zu verhindern.
  16. Modul nach Anspruch 15, bei dem das Dichtmittel (172, 190) entweder einen O-Ring, eine Dichtscheibe, eine Silikonpaste oder einen Silikonklebstoff aufweist.
  17. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Kühlelements (160), das einen Einlass (174), einen Auslass (176), einen Hohlraum (184) zwischen dem Einlass (174) und dem Auslass (176) sowie eine Öffnung (180) durch das Kühlelement (160) zu dem Hohlraum (184) aufweist, wobei die Öffnung (180) eine Seitenwand (170) aufweist; Koppeln eines Halbleiterchips (136) mit einer Grundplatte (102); und Koppeln der Grundplatte (102) mit dem Kühlelement (160), so dass ein zweiter Abschnitt (114) der Grundplatte (102) in die Öffnung (180) ragt und ein erster Abschnitt (112) der Grundplatte (102) über die Seitenwand (170) der Öffnung (180) ragt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend das Anordnen eines Dichtmittels (172, 190) entweder auf dem Kühlelement (160) oder auf der Grundplatte (102) vor dem Koppeln der Grundplatte (102) mit dem Kühlelement (160).
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Anordnen des Dichtmittels (172, 190) das Anordnen eines O-Rings, einer Dichtscheibe, einer Silikonpaste oder eines Silikonklebstoffs um die Öffnung (180) herum umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die Grundplatte (102) mit dem Kühlelement (160) gekoppelt wird, so dass Stifte (118), die sich vom zweiten Abschnitt (114) der Grundplatte (102) weg erstrecken, in den Hohlraum (184) des Kühlelements (160) ragen.
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