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Technisches Gebiet
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Verschiedene Ausführungsformen betreffen Halbleitereinheiten und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinheit.
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Hintergrund
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Verfahren zum Herstellen von Halbleitereinheiten können ein Anordnen eines Nacktchips oder Dies über einer Platte, z.B. einem Leadframe oder einer Leiterplatte (printed circuit board PCB), und ein Anhaften eines Form- oder Vergussmaterials über dem Nacktchip und an der Platte beinhalten. Es kann zudem möglich sein, den Chip zuerst durch das Vergussmaterial zu kapseln und dann anschließend das Chipgehäuse oder Gehäuse über der Platte oder dem Substrat anzuordnen. Üblicherweise erzeugt der Chip während des Betriebs Wärme, die dissipiert oder vom Gehäuse abgeführt werden muss. Zum Dissipieren der Wärme wird üblicherweise eine Wärmesenke am Chipgehäuse angebracht oder bildet einen Teil des Gehäuses selbst.
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Kurzdarstellung
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Verschiedene Ausführungsformen stellen eine Halbleitereinheit bereit, wobei die Halbleitereinheit einen Träger umfasst, wobei der Träger einen ersten Abschnitt, der eingerichtet ist, einen Halbleiterchip zu halten; und einen zweiten Abschnitt umfasst, der zum Montieren der Halbleitereinheit an einem Tragelement eingerichtet ist, wobei der zweite Abschnitt weiterhin ein erstes Feature, das eingerichtet ist, mit dem Tragelement verbunden zu werden; und mindestens ein zweites Feature umfasst, das eingerichtet ist, die Wärmeübertragung weg vom ersten Abschnitt zu erleichtern, wobei das mindestens eine zweite Feature einen Oberflächenbereich des zweiten Abschnitts vergrößert.
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Des Weiteren stellen verschiedene Ausführungsformen eine Halbleitereinheit bereit, die einen Träger umfasst, der einen Haltebereich, der eingerichtet ist, einen Halbleiterchip zu halten; und einen Wärmedissipationsbereich umfasst, der eine ebene Oberfläche umfasst, wobei der Wärmedissipationsbereich mindestens zwei Unterbrechungen in der ebenen Oberfläche umfasst.
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Darüber hinaus stellen verschiedene Ausführungsformen ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinheit bereit, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines Trägers, der einen ersten Abschnitt, der eingerichtet ist, einen Halbleiterchip zu halten, und einen zweiten Abschnitt, der zum Montieren der Halbleitereinheit an einem Tragelement eingerichtet ist, umfasst; und ein Ausbilden mindestens eines Features im zweiten Abschnitt umfasst, wobei das mindestens eine Feature eingerichtet ist, die Wärmeübertragung weg vom ersten Abschnitt zu erleichtern, wobei das mindestens eine Feature einen Oberflächenbereich des zweiten Abschnitts vergrößert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen allgemein dieselben Teile über die unterschiedlichen Ansichten hinweg. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Stattdessen wird allgemein Wert auf ein Veranschaulichen der Grundgedanken der Erfindung gelegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine Detailansicht einer Wärmesenke zeigt;
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2A bis 2E unterschiedliche Halbleitereinheiten gemäß Ausführungsbeispielen zeigen;
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3A und 3B unterschiedliche Halbleitereinheitenanordnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigen; und
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4 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
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(a) Detaillierte Beschreibung
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Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen einer Halbleitereinheit und eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitereinheit erklärt. Es sollte beachtet werden, dass die Beschreibung der im Kontext eines speziellen Ausführungsbeispiels beschriebenen speziellen Merkmale ebenso mit anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden kann.
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Das Wort „beispielhaft“ oder „Beispiel“ wird hierin in der Bedeutung von „als ein Beispiel, Fall oder einer Veranschaulichung dienend“ verwendet. Jede hierin als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Gestaltung ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Gestaltungen anzusehen.
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Verschiedene Ausführungsformen stellen eine Wärmesenke für einen Chip bereit, wobei die Wärmesenke einen Körper umfasst, der eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche umfasst, wobei die zweite Hauptoberfläche eingerichtet ist, einem Fluidmedium ausgesetzt zu sein; und wobei die zweite Hauptoberfläche mindestens zwei Oberflächenstrukturen, z.B. Ausnehmungsstrukturen, umfasst, die einen Oberflächenbereich der zweiten Hauptoberfläche vergrößern. Insbesondere kann es sich bei einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche der Wärmesenke oder des Körpers der Wärmesenke um gegenüberliegende Hauptoberflächen handeln.
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Insbesondere können die Wärmesenke oder der Träger ein Material umfassen oder daraus bestehen, das eine Wärmeleitfähigkeit über einem zuvor festgelegten Schwellenwert aufweist, z.B. über 1 W/(m·K), bevorzugt über 10 W/(m·K) und mehr bevorzugt über 50 W/(m·K) oder auch über 100 W/(m·K). Zum Beispiel kann der Träger ein Metall oder ein wärmeleitfähiges Kunststoffmaterial umfassen. Insbesondere kann der erste Abschnitt eine flache oder ebene Oberfläche aufweisen. Bei dem Träger kann es sich im Wesentlichen um eine Platte handeln, d.h. einen Körper mit Ausdehnungen in zwei Richtungen, die verglichen mit der Ausdehnung in der dritten Richtung, z.B. der Höhe, wesentlich größer sind. Die Höhe der Halbleitereinheit einschließlich des Trägers wird unter Umständen aufgrund der Bereitstellung des zweiten Features oder Merkmals, z.B. einer Oberflächenstruktur, im zweiten Abschnitt des Trägers nicht verändert. Insbesondere kann der Träger aus einem Leadframe, auf dem der Chip angeordnet sein kann, gebildet oder Teil davon sein. Insbesondere kann ein Abschnitt des Leadframes oder Trägers das so genannte Bauteil eines Leadframes oder den Chipaufnahmebereich bilden, d.h. den Abschnitt des Leadframes, an dem der Chip oder der Die angebracht wird, während ein anderer Abschnitt des Leadframes die Wärmesenke ausbilden kann.
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Der Begriff „zweites Feature“, das einen Oberflächenbereich vergrößert, kann insbesondere jedes Feature, Merkmal oder jede Struktur bezeichnen, die willentlich oder beliebig auf oder in einer Oberfläche ausgebildet ist. Es muss daher von normalen oder üblichen Oberflächenunregelmäßigkeiten unterschieden werden, z.B. kleinen Vorsprüngen und Vertiefungen, die in allen ausgebildeten Körpern vorhanden sind und die typische Oberflächenrauheit darstellen. Die Features oder Oberflächenstrukturen können auch als makroskopische Oberflächenstrukturen oder willentlich ausgebildete Strukturen bezeichnet werden, während die typische Oberflächenrauheit, die jedem Formgebungs- oder Herstellungsprozess eines Körpers innewohnt, als mikroskopische Strukturen bezeichnet werden können.
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Der Begriff „vergrößerter Oberflächenbereich“ kann insbesondere angeben, dass der Oberflächenbereich durch Ausbilden von Oberflächenstrukturen oder Ausnehmungen in oder auf diesem Oberflächenbereich willentlich vergrößert wird, so dass der Oberflächenbereich nachher größer ist als er vor dem Ausbilden der Oberflächenstrukturen war. In anderen Worten kann ebenso eine Rauheit der Oberfläche in großem Maßstab vergrößert werden. Solche Oberflächenstrukturen können auch als Unterbrechungen in einer ebenen Oberfläche der Abschnitte des Trägers bezeichnet werden.
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Die Bereitstellung solcher Oberflächenstrukturen, wie Features, Unterbrechungen einer ebenen Oberfläche, Ausnehmungsstrukturen oder Löcher zum Vergrößern des Oberflächenbereichs eines Abschnitts eines Trägers oder einer Hauptoberfläche eines Trägers kann die Fähigkeit steigern, Wärme zu dissipieren oder durch Konvektion auf ein Fluidmedium, z.B. ein flüssiges oder gasförmiges Medium, z.B. Luft, zu übertragen, das die Halbleitereinheit oder Abschnitte davon umgibt. Darüber hinaus muss im Falle, dass Oberflächenstrukturen in einem Abschnitt des Trägers bereitgestellt werden, der Chip selbst möglicherweise nicht im Layout angepasst werden und/oder der Montageprozess muss möglicherweise nicht ergänzt oder modifiziert werden. Darüber hinaus kann die Bereitstellung einer vergrößerten Oberfläche für einen Abschnitt eines Trägers die Leistungsfähigkeit des Chipgehäuses oder des Gehäuses aufgrund verbesserter Wärmedissipation durch Konvektion an die Umgebung steigern.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit umfasst der erste Abschnitt des Trägers eine flache Oberfläche. Insbesondere kann die flache Oberfläche eine Hauptoberfläche des ersten Abschnittes bilden. Solch eine flache Oberfläche kann eingerichtet sein um mit einem Substrat in Kontakt gebracht zu werden, z.B. einem externen Substrat, das für die Halbleitereinheit, von der der Träger ein Teil oder eine Komponente sein kann, extern ist. Zum Beispiel kann es sich bei dem Substrat um eine Leiterplatte, eine externe Wärmesenke oder irgendein anderes geeignetes Substrat handeln. Insbesondere kann eine im Wesentlichen flache oder ebene Oberfläche als eine Oberfläche definiert werden, die keine wesentlichen Oberflächenstrukturen oder Features aufweist, welche die Oberfläche verglichen mit einer flachen Struktur vergrößern oder die Rauheit erhöhen. Es können jedoch auch auf der ersten Oberfläche kleine Oberflächenunregelmäßigkeiten, insbesondere kleine in jedem ausgebildeten Körper vorhandene Vorsprünge, z.B. die normale Oberflächenrauheit, vorhanden sein. Die Oberfläche kann jedoch frei von willentlich oder beliebig ausgebildeten Oberflächenstrukturen sein, welche die Oberfläche vergrößern.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit umfasst der zweite Abschnitt des Trägers eine Vielzahl von zweiten Features.
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Insbesondere kann es sich bei der Vielzahl von zweiten Features um eine Vielzahl von Oberflächenstrukturen oder Unterbrechungen der ebenen Oberfläche handeln, z.B. Ausnehmungsstrukturen, und sie können in einem Muster angeordnet sein, z.B. einem regelmäßigen oder einem unregelmäßigen Muster. Zum Beispiel kann die Vielzahl von Ausnehmungsstrukturen oder Löchern konkave Löcher bilden. Seitenwände der Löcher können abhängig von der Verwendung und der Einfachheit der Ausbildung der Löcher gerade oder geneigt sein. Die Bereitstellung von Ausnehmungsstrukturen als oberflächenvergrößernde Features oder Strukturen kann vorteilhaft sein, da die Höhe oder Dicke des Trägers und/oder der Halbleitereinheit unter Umständen nicht erhöht wird, obwohl der Oberflächenbereich, der zur Wärmekonvektion verwendet werden kann, vergrößert werden kann. Des Weiteren kann die Bereitstellung von Ausnehmungsstrukturen, z.B. verglichen mit Vorsprüngen als oberflächenvergrößernde Strukturen, die für den Träger im zweiten Abschnitt zu verwendende Materialmenge reduzieren. Somit können Material und Kosten abhängig vom für den Träger verwendeten Material reduziert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit handelt es sich bei mindestens einem der Vielzahl von zweiten Features um ein Sackloch.
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Insbesondere kann es sich bei einem oder mehreren oder allen der Vielzahl von zweiten Features oder Ausnehmungsstrukturen um Sacklöcher oder Ausnehmungsstrukturen handeln. Die Verwendung von Sacklöchern für die zweiten Features kann ein Bereitstellen des zweiten Abschnitts mit einer flachen ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche mit Features (Ausnehmungen/Sacklöcher) erlauben, welche den Oberflächenbereich vergrößern. Während die flache erste Hauptoberfläche den Anschluss- oder Kontaktbereich zu einem Substrat ermöglichen kann, kann die zweite Hauptoberfläche einen vergrößerte Oberflächenbereich aufweisen, der eine verbesserte Wärmedissipation durch Konvektion ermöglicht. Typische Abmessungen für die Sacklöcher können für rechteckige Sacklöcher 1,5 mm bis 3,5 mm in der Länge, 0,5 mm bis 2 mm in der Breite und 0,1 mm bis 0,5 mm in der Tiefe betragen. Der Begriff „Ausnehmungsstruktur“ kann insbesondere eine Oberflächenstruktur bezeichnen, die in einem Körper, z.B. eines Trägers, ausgebildet ist und eine Absenkung im Körper ausbildet. Der Begriff kann eine Sackausnehmungsstruktur oder eine Ausnehmungsstruktur umfassen, die sich von einer Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche durch den gesamten Körper erstreckt. Solch eine Ausnehmungsstruktur kann eine Oberfläche des Körpers, in dem sie ausgebildet ist, vergrößern.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit weist das zweite Feature mindestens eine Form aus der Gruppe von Formen, die aus rechteckig, quadratisch, kreisförmig, elliptisch, polygonal, sternenartig und schlitzartig besteht, auf.
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Insbesondere kann die Gestalt oder Form des zweiten Features, z.B. Löcher oder Ausnehmungsstrukturen, durch eine Draufsicht auf die zweite Hauptoberfläche des Trägers oder der Halbleitereinheit definiert werden. Im Prinzip ist jede Form oder Gestalt möglich, und Formen, die einfach zu produzieren sind, können bevorzugt werden, um die Komplexität des Ausbildungsprozesses der Ausnehmungsstrukturen zu verringern. Typische Abmessungen für die Features können für rechteckige Ausnehmungsstrukturen 1,5 mm bis 3,5 mm in der Länge, 0,5 mm bis 2 mm in der Breite und 0,1 mm bis 0,5 mm in der Tiefe oder für kreisförmige Ausnehmungsstrukturen bzw. quadratische Ausnehmungsstrukturen 1,5 mm bis 5 mm, jeweils im Durchmesser und in der Länge betragen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit umfasst der zweite Abschnitt ein Durchgangsloch zum Montieren der Halbleitereinheit auf dem Tragelement. Insbesondere kann es sich beim ersten Feature um ein Durchgangsloch handeln.
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Insbesondere kann es sich bei dem Durchgangsloch um ein Befestigungsloch handeln. Der Begriff „Befestigungsloch“ kann insbesondere ein Loch bezeichnen, das eingerichtet ist, die Wärmesenke (und als solches das Chipgehäuse oder die Halbleitereinheit) an einem Tragelement oder einer Stützstruktur wie einem Substrat, einer Leiterplatte, einer externen Wärmesenke (Struktur) oder Ähnlichem zu befestigen. Zum Beispiel kann das Befestigen durch Verschrauben oder Stecken eines Stiftes einer Stützstruktur mit dem bzw. durch das Befestigungsloch durchgeführt werden. Die Bereitstellung eines Befestigungsloches kann für eine einfache Anbringung des Trägers an einem Tragelement sorgen, das für die Halbleitereinheit, den gehäusten oder untergebrachten Chip, wovon der Träger ein Teil sein kann, extern ist. Insbesondere können ein oder mehrere Durchgangslöcher im zweiten Abschnitt des Trägers ausgebildet werden. Die Bereitstellung von Durchgangslöchern kann in dem Fall vorteilhaft sein, in dem die Halbleitereinheit in solcher Weise auf einem Substrat platziert, angeordnet oder montiert wird, dass der zweite Abschnitt nicht direkt mit dem Substrat in Kontakt gebracht, sondern auf eine solche Weise angeordnet wird, dass beide Hauptoberflächen des zweiten Abschnitts in Kontakt mit dem umgebenden Fluidmedium stehen, z.B. Luft. Eine solche Anordnung kann in dem Fall erreicht werden, in dem Anschlüsse des Trägers oder der Halbleitereinheit in Löcher eines Substrats gesteckt werden. Somit wird auch der Oberflächenbereich beider Hauptoberflächen vergrößert und stellt daher einen verbesserten Kontaktbereich für die Wärmekonvektion bereit.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit weisen der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Trägers dieselbe Dicke auf.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit umfassen der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt ein gleiches Material.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit umfasst der Träger ein Material aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer; einer Kupferlegierung; Nickel; und einer Nickellegierung.
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Insbesondere kann der zweite Abschnitt des Trägers oder der gesamte Träger Kupfer, Nickel oder Legierungen davon umfassen oder daraus bestehen. Diese Werkstoffe können eine geeignet hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und einfach verarbeitet werden. Somit kann es sich um ein geeignetes Material für zumindest den zweiten Abschnitt des Trägers handeln. Alternativ dazu kann jedes Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit für den Träger verwendet werden.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit ist der erste Abschnitt zumindest teilweise gekapselt.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit handelt es sich bei mindestens einer der zwei Unterbrechungen um ein Sackloch. Alternativ oder zusätzlich dazu handelt es sich bei mindestens einer der zwei Unterbrechungen um ein Durchgangsloch.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit handelt es sich bei dem Haltebereich um einen flachen Bereich.
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Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst die Halbleitereinheit weiterhin einen auf dem Haltebereich angeordneten Halbleiterchip.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit werden die Ausnehmungsstrukturen durch einen Prozess aus der Gruppe von Prozessen bestehend aus Stanzen (stamping), Prägen (punching), Ätzen, Fräsen (milling) und Bohren ausgebildet.
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Die folgende detaillierte Beschreibung nimmt Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, die in veranschaulichender Weise spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann.
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1 zeigt einen Abschnitt eines Trägers 100, z.B. einen Wärmesenkenabschnitt eines Trägers. Insbesondere zeigt 1 den Wärmesenkenabschnitt 100, der einen plattenartigen Wärmesenkenkörper 101 aus einem wärmeleitfähigen Material umfasst, zum Beispiel einem Metall, z.B. Kupfer oder Ähnliches, und eine Vielzahl von Features oder Oberflächenstrukturen 102 umfasst, die einen Oberflächenbereich des Wärmesenkenabschnitts 101 vergrößern. Im Falle der Ausführungsform von 1 sind die Features oder Oberflächenstrukturen nur an einer Hauptoberfläche (in 1 die obere Hauptoberfläche des plattenartigen Körpers) und durch rechteckige Ausnehmungsstrukturen oder Sacklöcher 102 ausgebildet, die in dem plattenartigen Wärmesenkenabschnitt 101 ausgebildet sind. Obwohl die Ausnehmungsstrukturen nach 1 in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, können die Ausnehmungsstrukturen ebenso in einem unregelmäßigen Muster angeordnet werden.
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Es sollte erwähnt werden, dass die Features oder Ausnehmungsstrukturen 102 durch einen Stanz-, Präge-, Fräs-, Ätzprozess in einen plattenartigen Körper eingebracht werden können oder der Körper bereits einschließlich der Ausnehmungsstrukturen ausgebildet sein kann, z.B. gegossen. Des Weiteren sollte erwähnt werden, dass die Ausrichtung der Ausnehmungsstrukturen beliebig ist.
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Im Falle von 1 umfasst der Wärmesenkenabschnitt 101 nur Sacklöcher. Somit weist eine erste Hauptoberfläche (in 1 die untere Hauptoberfläche) noch eine flache oder ebene Oberfläche auf, wohingegen eine zweite Hauptoberfläche (in 1 die obere Hauptoberfläche) eine Vielzahl von Ausnehmungsstrukturen umfasst, welche die Oberfläche der zweiten Hauptoberfläche vergrößern. Die flache oder ebene Hauptoberfläche oder Rückseite des Wärmesenkenabschnitts kann für einen guten thermischen Kontakt mit einem Substrat wie einer Leiterplatte (PCB) oder externen Wärmesenke sorgen, so dass über die erste Hauptoberfläche und eine in Kontakt stehende PCB eine gute Wärmedissipation durch Wärmeleitung ermöglicht werden kann. Gleichzeitig kann der vergrößerte Oberflächenbereich der zweiten Hauptoberfläche die Wärmedissipation durch Konvektion verbessern, wenn die zweite Oberfläche einem Fluidmedium wie Luft ausgesetzt ist. Abhängig von der Anzahl von Ausnehmungsstrukturen oder Sacklöchern kann die Konvektionsoberfläche um ungefähr 30 % bis 60 % oder auch mehr erhöht werden. Gleichzeitig kann der Materialverbrauch für den Wärmesenkenabschnitt zum Beispiel um 10 % bis 30 % gesenkt werden. Im Falle, dass ein relativ teures Metall, z.B. Kupfer, als Material für den Wärmesenkenabschnitt verwendet wird, kann die Verringerung zu einer erheblichen Verringerung der Kosten für die Wärmesenke führen, während die für die Wärmekonvektion nutzbare Oberfläche vergrößert wird.
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2A bis 2E zeigen unterschiedliche Halbleitereinheiten gemäß Ausführungsbeispielen.
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Insbesondere zeigt 2A eine Halbleitereinheit oder ein Gehäuse 200, d.h. einen Chip oder einen Die (nicht gezeigt), der durch eine Formmasse gekapselt ist. Bevor die Kapselung des Chips durch die Formmasse ausgebildet wird, wird der Chip an einem Bauteil oder ersten Abschnitt eines Leadframes oder Trägers angebracht. Abgesehen vom Bauteil oder Chipaufnahmebereich umfasst der Träger einen Wärmesenkenabschnitt oder zweiten Abschnitt 201 und Anschlüsse oder einen Anschlussbereich 205, die optional ebenso Leiterbahnen oder Leiter zum elektrischen Kontaktieren des gekapselten Chips ausbilden können. Wie im Beispiel von 1 sind Ausnehmungsstrukturen 202 durch rechteckig geformte Löcher im Wärmesenkenabschnitt ausgebildet. Nach dem Ausführungsbeispiel von 2A handelt es sich bei den Löchern 202 jedoch um Durchgangslöcher. Zusätzlich ist in 2A ein kreisförmiges zentrales Durchgangs- oder Befestigungsloch 203 gezeigt, das verwendet werden kann, um den Wärmesenkenabschnitt 201 und als solches das Gehäuse 200 an einem Substrat zu befestigen, z.B. zu verschrauben oder zu stecken.
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Es sollte beachtet werden, dass im Falle von Durchgangslöchern der Wärmesenkenabschnitt des Trägers, d.h. die verbleibenden Materialstrukturen 204, vorzugsweise hinreichend stark sind, um die Stabilität des Wärmesenkenabschnitts 201 des Trägers aufrechtzuerhalten. Im Allgemeinen kann die Bereitstellung von Durchgangslöchern die Materialeinsparung für den Wärmesenkenabschnitt steigern und gleichzeitig die Vergrößerung des Oberflächenbereichs des Wärmesenkenabschnitts erhöhen, wodurch die Fähigkeit der Wärmesenke, Wärme durch Wärmekonvektion zu dissipieren, erhöht wird.
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2B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel von Ausnehmungsstrukturen, die für einen Wärmesenkenabschnitt verwendet werden können. Insbesondere sind kreisförmige Durchgangslöcher 212 in einem Wärmesenkenabschnitt 211 ausgebildet, der Teil einer Halbleitereinheit oder eines Gehäuses 210 ist. Wie die Ausführungsform von 2A umfasst die Ausführungsform von 2B ein zentrales kreisförmiges Loch 213 zum Befestigen oder Verschrauben sowie einige Leiterbahnen 215 zum elektrischen und/oder mechanischen Verbinden des Gehäuses 210.
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2C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel von Ausnehmungsstrukturen oder Oberflächenstrukturen, die für einen Wärmesenkenabschnitt des Trägers verwendet werden können. Insbesondere sind Durchgangslöcher 222 unterschiedlicher Formen (rautenförmig, quadratisch und polygonal) in einem Wärmesenkenabschnitt 221 ausgebildet, der Teil einer Halbleitereinheit oder eines Gehäuses 210 ist. Es sollte beachtet werden, dass die Ausführungsform von 2C im Gegensatz zu denjenigen in 2A und 2B und den im Folgenden beschriebenen 2D und 2E gezeigten kein Befestigungs- oder Schraubenloch enthält. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass die Bereitstellung eines solchen Schraubenloches in jedem der abgebildeten Beispiele optional ist, d.h. jedes der Ausführungsbeispiele von Wärmesenkenabschnitten kann ein oder mehrere Schraubenlöcher, die im Zentrum der Wärmesenke oder außerhalb des Zentrums angeordnet sein können, enthalten oder nicht.
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2D und 2E zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Ausnehmungsstrukturen eines Wärmesenkenabschnitts 231, die verwendet werden können, um die Wärmedissipation eines Gehäuses zu verbessern. Im Falle von 2D und 2E sind die Ausnehmungsstrukturen 232 durch Schlitze ausgebildet, die in jeder geeigneten Ausrichtung angeordnet werden können. Die Schlitze 232 bilden Spitzen 234 aus, die ebenso die Wärmedissipation eines Gehäuses 230 verbessern können, das den Wärmesenkenabschnitt 231 umfasst.
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3A und 3B zeigen unterschiedliche Halbleitereinheitenanordnungen gemäß Ausführungsbeispielen.
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Insbesondere zeigt 3A eine Querschnittsansicht einer Halbleitereinheit 300, die ein Gehäuse 301 umfasst, das einen Träger umfasst, der einen Wärmesenkenabschnitt 302 umfasst. Der Wärmesenkenabschnitt 302 umfasst Ausnehmungsstrukturen oder Oberflächenstrukturen 303, welche den Oberflächenbereich des Wärmesenkenabschnitts 302 vergrößern. Gemäß 3A sind die Ausnehmungsstrukturen durch Sacklöcher ausgebildet, so dass ein fortlaufender Abschnitt 304 des Wärmesenkenkörpers an einer ersten Hauptoberfläche des Wärmesenkenabschnitts bestehen bleibt, während eine zweite Hauptoberfläche des Wärmesenkenabschnitts eine vergrößerte Oberfläche aufweist. Das den Wärmesenkenabschnitt 302 umfassende Gehäuse 301 ist an einem Substrat 305, z.B. einer PCB oder einer externen Wärmesenke, z.B. durch ein Haftmittel, durch Oberflächenmontagetechniken, eine Montageschraube oder Ähnliches, auf eine solche Weise befestigt oder montiert, dass die erste Hauptoberfläche des Wärmesenkenabschnitts 302 in direktem Kontakt mit dem Substrat 305 steht. Aufgrund der fortlaufenden ersten oder Rückseitenhauptoberfläche des Wärmesenkenabschnitts wird ein guter direkter Kontakt zwischen dem Wärmesenkenabschnitt 302 und dem Substrat 305 bereitgestellt, was zu einer guten Wärmedissipation durch Wärmeleitung führt. Gleichzeitig weist die strukturierte zweite Hauptoberfläche einen vergrößerten Oberflächenbereich auf und stellt somit eine gute Wärmedissipation durch Wärmekonvektion an die umgebende Luft bereit. Zudem zeigt 3A eine elektrische Leiterbahn, einen elektrischen Anschluss oder eine elektrische Leitung 306, die oder der verwendet werden kann, um den Chip des Gehäuses 301 elektrisch und/oder mechanisch mit externen Komponenten, z.B. elektrischen oder elektronischen Schaltungen, zu verbinden. Obwohl in 3A drei Anschlüsse oder Leiterbahnen gezeigt sind, kann sich die Anzahl der Anschlüsse natürlich abhängig von den Anforderungen des jeweiligen verwendeten Chips unterscheiden. Zum Beispiel kann die Anzahl von Anschlüssen fünf, sieben oder auch mehr betragen. Des Weiteren müssen die Leiterbahnen oder Anschlüsse nicht gerade sein, sondern können auch versetzt oder gebogen sein.
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3B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleitereinheitenanordnung. Insbesondere zeigt 3B eine schematische perspektivische Ansicht einer Halbleitereinheit 310, die ein Gehäuse 311 umfasst, das einen Träger umfasst, der einen Wärmesenkenabschnitt 312 enthält. Der Wärmesenkenabschnitt 312 umfasst Ausnehmungsstrukturen 313, welche die Oberfläche des Wärmesenkenabschnitts 312 vergrößern. Gemäß 3B sind die Ausnehmungsstrukturen durch Sacklöcher ausgebildet, so dass ein fortlaufender Abschnitt 314 des Wärmesenkenabschnitts an einer ersten Hauptoberfläche des Wärmesenkenabschnitts bestehen bleibt. Die Ausnehmungsstrukturen können jedoch ebenso durch Durchgangslöcher ausgebildet werden. Im Gegensatz zur in 3A gezeigten Ausführungsform ist das Gehäuse 311 von 3B nicht in solch einer Weise an einem Substrat 315 montiert, dass sich der Wärmesenkenabschnitt 312 in direktem Kontakt mit dem Substrat befindet, sondern das Gehäuse 311 ist am Substrat 315 über elektrische Leiter, Anschlüsse oder Leiterbahnen 316 am Substrat montiert, indem z.B. die Anschlüsse in Löcher oder Durchkontaktierungen des Substrats gesteckt werden. Somit dissipiert der Wärmesenkenabschnitt 312 Wärme des Chips auch eher durch Konvektion anstatt durch Wärmeleitung von der ersten Hauptoberfläche.
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Es sollte beachtet werden, dass typische Größen von Wärmesenkenabschnitten eines Trägers oder Leadframes im Bereich von 2 mm bis 30 mm in der Länge, 2 mm bis 30 mm in der Breite und 0,5 mm bis 5 mm in der Höhe liegen können, z.B. 2,4 mm in der Länge und 0,285 mm in der Höhe im Falle eines rechteckigen Sackloches. Diese Zahlen werden jedoch lediglich als Beispiel angegeben und können entsprechend den spezifischen Anforderungen und/oder der spezifischen Größe des Gehäuses, dessen Teil sie sind oder an dem sie angebracht sind, in einem breiten Bereich variieren. Es sollte zudem erwähnt werden, dass im Falle, dass die oberflächenvergrößernden Ausnehmungsstrukturen durch eine Vielzahl von Löchern ausgebildet werden, manche der Vielzahl von Löchern durch Durchgangslöcher ausgebildet werden können, während andere durch Sacklöcher ausgebildet werden können.
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4 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens 400 zum Herstellen einer Halbleitereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere umfasst der Ablaufplan von 4 einen ersten Schritt 401 eines Bereitstellens eines Trägers, der einen ersten Abschnitt, der eingerichtet ist, einen Halbleiterchip zu halten, und einen zweiten Abschnitt, der zum Montieren der Halbleitereinheit an einem Tragelement eingerichtet ist, umfasst. Zum Beispiel kann es sich bei dem Träger um eine Metalltafel handeln, die typischerweise als ein Rohling für Träger oder zum Ausbilden von Leadframe verwendet wird. Dann ist mindestens ein Feature im zweiten Abschnitt ausgebildet, wobei das mindestens eine Feature eingerichtet ist, die Wärmeübertragung weg vom ersten Abschnitt zu erleichtern, wobei das mindestens eine Feature einen Oberflächenbereich des zweiten Abschnitts vergrößert. Das mindestens eine Feature, z.B. eine Ausnehmungsstruktur, kann durch Stanzen, Prägen, Bohren, Fräsen, Ätzen oder jeden anderen geeigneten Prozess ausgebildet werden. Es kann ebenso sein, dass schon der plattenartige Träger bereits einschließlich des mindestens einen Features ausgebildet ist, z.B. durch einen Formprozess unter Verwendung eines Gusses, der bereits die ergänzenden Oberflächenstrukturen einschließt. Das mindestens eine Feature kann mit einer Form ausgebildet werden, die konkaven Sacklöchern oder Durchgangslöchern entspricht. Nach Fertigstellen des Trägers kann der Träger an einem Chip angebracht werden und dann an einer externen Wärmesenke oder Substrat montiert werden.
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Es sollte festgehalten werden, dass der Begriff „umfassend“ weitere Elemente oder Featuree nicht ausschließt und die Begriffe „ein“, „eine“ oder „einer“ sowie deren Deklinationen eine Vielzahl nicht ausschließen. Zudem können in Verbindung mit unterschiedlichen Ausführungsformen beschriebene Elemente kombiniert werden. Es sollte zudem beachtet werden, dass Bezugszeichen nicht als den Umfang der Ansprüche einschränkend anzusehen sind. Obwohl die Erfindung besonders unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte durch den Fachmann verstanden werden, dass vielfältige Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Erfindung, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird somit durch die angehängten Ansprüche angegeben, und sämtliche Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche fallen, sind daher als einbezogen beabsichtigt.
