DE102017120753A1

DE102017120753A1 - SMD-Package mit Oberseitenkühlung

Info

Publication number: DE102017120753A1
Application number: DE102017120753.8A
Authority: DE
Inventors: Amirul Afiq HUD; Teck Sim Lee; Ralf Otremba; Xaver Schloegel; Bernd SCHMOELZER
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-09-09
Also published as: DE102017120753B4; US10699978B2; CN109473415B; US20190080973A1; CN109473415A

Abstract

Ein Package (2) umschließt ein Leistungshalbleiter-Die und weist einen Package-Körper (20) mit einer Package-Oberseite (201), einer Package-Lötflächenseite (202) und Package-Seitenwänden (203) auf, wobei sich die Package-Seitenwände (203) von der Package-Lötflächenseite (202) zu der Package-Oberseite (201) erstrecken, wobei das Die einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist und dazu ausgelegt ist, eine zwischen den Lastanschlüssen angelegte Sperrspannung zu sperren, wobei das Package (2) Folgendes umfasst: eine Leiterrahmenstruktur (21), die dazu ausgelegt ist, das Package (2) elektrisch und mechanisch mit einem Träger (7) zu koppeln, wobei die Package-Lötflächenseite (202) dem Träger (7) zugekehrt ist, wobei die Leiterrahmenstruktur (21) mindestens einen ersten Außenanschluss (211) umfasst, der sich aus der Package-Lötflächenseite und/oder aus einer der Seitenwände (203) erstreckt und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist; eine obere Schicht (22), die auf der Package-Oberseite (201) angeordnet ist und mit dem zweiten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist, wobei eine Kriechlänge zwischen dem elektrischen Potenzial des mindestens einen ersten Außenanschlusses (211) und dem elektrischen Potenzial der oberen Schicht (22) durch eine Package-Körperoberflächenkontur definiert wird, wobei die Oberflächenkontur mindestens durch die Package-Oberseite (201) und die Package-Seitenwand (203) gebildet wird; und mindestens ein Strukturmerkmal (23), das auch die Oberflächenkontur bildet und das zum Vergrößern der Kriechlänge ausgelegt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Patentschrift bezieht sich auf Ausführungsformen eines Packages, das ein Leistungshalbleiter-Die umschließt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Patentschrift auf Ausführungsformen eines Packages für ein oberflächenmontiertes Bauelement-Package (SMD-Package, SMD - Surface-Mount Device) mit Oberflächenkühlung.
HINTERGRUND
Viele Funktionen moderner Bauelemente in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa die Umwandlung von elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, stützen sich auf Leistungshalbleiterbauelemente.
Zum Beispiel sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich Schaltern in Stromversorgungen und Leistungsumsetzern, aber nicht darauf beschränkt.
Ein Leistungshalbleiterbauelement umfasst üblicherweise ein Leistungshalbleiter-Die, das dazu ausgelegt ist, einen Laststrom entlang einem Laststrompfad zwischen zwei Lastanschlüssen des Dies zu leiten. Ferner kann der Laststrompfad zum Beispiel mittels einer isolierten Elektrode, die manchmal als Gate-Elektrode bezeichnet wird, gesteuert werden. Bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals von beispielsweise einem Treiber kann die Steuerelektrode zum Beispiel das Leistungshalbleiterbauelement in einen leitenden Zustand oder einen gesperrten Zustand setzen.
Nach der Herstellung des Leistungshalbleiter-Dies muss es üblicherweise in ein Package installiert werden, zum Beispiel auf eine Art und Weise, die die Anordnung des Packages mit dem Die in einer Anwendung, zum Beispiel in einem Leistungswandler, zum Beispiel so gestattet, dass das Die mit einem Träger, zum Beispiel einer Leiterplatte (PCB - printed circuit board), gekoppelt werden kann.
Dazu ist eine gemeinhin als Oberflächenmontagetechnik (SMT - surface-mount technology) bezeichnete Technik bekannt, wobei sich dieser Begriff allgemein auf die Herstellung elektronischer Schaltungen, bei denen die Bauteile direkt auf die Oberfläche einer PCB montiert oder platziert werden, beziehen kann. Solch ein Bauteil wird somit als SMD-Bauteil bezeichnet. Zum Beispiel hat diese Technik zumindest in einigen Anwendungsbereichen das sogenannte Durchstecktechnik-Konstruktionsverfahren des Anordnens von Bauteilen mit Anschlussdrähten in Löcher in der Leiterplatte ersetzt.
Im Allgemeinen kann ein SMD-Bauteil kleiner als sein Durchsteck-Gegenstück sein. Es kann kurze Stifte oder Leitungen von verschiedenen Arten, Flachkontakte (auch als „Anschluss-Pads“ bekannt), eine Matrix von Lotperlen (zum Beispiel ein sogenanntes Ball Grid Array (BGA)) und/oder Anschlüsse am Package-Körper des Bauteils aufweisen.
Beispielhafte Konfigurationen eines SMD-Packages sind aus den Schriften DE 10 2015 101 674 A1 und DE 10 2015 120 396 A1 bekannt. Jedes dieser SMD-Packages umschließt ein Leistungshalbleiter-Die und weist einen Package-Körper mit einer Package-Oberseite, einer Package-Lötflächenseite und Package-Seitenwänden auf, wobei sich die Package-Seitenwände von der Package-Lötflächenseite zu der Package-Oberseite erstrecken. Das Die weist einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss auf und ist dazu ausgelegt, eine zwischen den Lastanschlüssen angelegte Sperrspannung zu sperren. Die Packages umfassen ferner jeweils eine Leiterrahmenstruktur, die dazu ausgelegt ist, das Package elektrisch und mechanisch mit einem Träger zu koppeln, wobei die Package-Lötflächenseite dem Träger zugekehrt ist. Die Leiterrahmenstruktur umfasst Außenanschlüsse, die sich aus der Package-Seitenwand erstrecken und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden sind. Ferner umfasst jedes der Packages eine obere Schicht, die auf der Package-Oberseite angeordnet ist und mit dem zweiten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist.
Demgemäß kann jedes dieser aus den Schriften DE 10 2015 101 674 A1 und DE 10 2015 120 396 A1 bekannten SMD-Packages eine Package-Oberseite aufweisen, die dem Träger abgekehrt ist und die mit einer oberen Schicht versehen ist, an der eine Wärmeableitungsvorrichtung, zum Beispiel ein Kühlkörper, montiert sein kann. Dadurch kann von dem das Die umschließenden Package Wärme abgezogen werden. Solch Package-Arten können somit als SMD-TSC-Packages (TSC - Top Side Cooling/Oberflächenkühlung) bezeichnet werden.
Die Hauptfunktion der Wärmeableitungsvorrichtung besteht darin, Wärme von dem Package-Körper abzuziehen; es muss jedoch gleichzeitig gewährleistet werden, dass die Anordnung der Wärmeableitungsvorrichtung des Package-Körpers Sicherheitsanforderungen hinsichtlich beispielsweise eines Mindestsicherheitsabstands und einer Mindestkriechlänge, erfüllt.
KURZFASSUNG
Bestimmte Aspekte der vorliegenden Beschreibung beziehen sich auf die Oberflächenmontagepackagingtechnik. Ausführungsbeispiele für das hier offenbarten Package sind SMD-Packages (Packages für oberflächenmontierte Bauelemente).
Gemäß einer Ausführungsform umschließt ein Package ein Leistungshalbleiter-Die und weist einen Package-Körper mit einer Package-Oberseite, einer Package-Lötflächenseite und Package-Seitenwänden auf, wobei sich die Package-Seitenwände von der Package-Lötflächenseite zu der Package-Oberseite erstrecken, wobei das Die einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist und dazu ausgelegt ist, eine zwischen den Lastanschlüssen angelegte Sperrspannung zu sperren. Das Package umfasst eine Leiterrahmenstruktur, die dazu ausgelegt ist, das Package elektrisch und mechanisch mit einem Träger zu koppeln, wobei die Package-Lötflächenseite dem Träger zugekehrt ist, wobei die Leiterrahmenstruktur mindestens einen ersten Außenanschluss umfasst, der sich aus der Package-Lötflächenseite und/oder aus einer der Seitenwände erstreckt und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist; eine obere Schicht, die auf der Package-Oberseite angeordnet ist und mit dem zweiten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist, wobei eine Kriechlänge zwischen dem elektrischen Potenzial des mindestens einen ersten Außenanschlusses und dem elektrischen Potenzial der oberen Schicht durch eine Package-Körperoberflächenkontur definiert wird, wobei die Oberflächenkontur mindestens durch die Package-Oberseite und die Package-Seitenwand gebildet wird; und mindestens ein Strukturmerkmal, das auch die Oberflächenkontur bildet und das zum Vergrößern der Kriechlänge ausgelegt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umschließt ein Package ein Leistungshalbleiter-Die und weist einen Package-Körper mit einer Package-Oberseite, einer Package-Lötflächenseite und Package-Seitenwänden auf, wobei sich die Package-Seitenwände von der Package-Lötflächenseite zu der Package-Oberseite erstrecken, wobei das Die einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist und dazu ausgelegt ist, eine zwischen den Lastanschlüssen angelegte Sperrspannung zu sperren, wobei das Package Folgendes umfasst: eine Leiterrahmenstruktur, die dazu ausgelegt ist, das Package elektrisch und mechanisch mit einem Träger zu koppeln, wobei die Package-Lötflächenseite dem Träger zugekehrt ist, wobei die Leiterrahmenstruktur mindestens einen ersten Außenanschluss umfasst, der sich aus der Package-Lötflächenseite und/oder einer der Seitenwände erstreckt und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist; und eine obere Schicht, die auf der Package-Oberseite angeordnet ist und mit jedem des zweiten Lastanschlusses des Dies elektrisch verbunden ist. Die Package-Oberseite ist in mindestens einen ersten Abschnitt auf einer ersten vertikalen Ebene und mindestens einen zweiten Abschnitt auf oder unter einer zweiten vertikalen Ebene, die niedriger als die erste vertikale Ebene ist, getrennt. Die obere Schicht ist auf der ersten vertikalen Ebene auf dem ersten Abschnitt angeordnet. Der zweite Abschnitt erstreckt sich zu der Package-Seitenwand und bildet damit einen Rand.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform umschließt ein Package ein Leistungshalbleiter-Die und weist einen Package-Körper mit einer Package-Oberseite, einer Package-Lötflächenseite und Package-Seitenwänden auf, wobei sich die Package-Seitenwände von der Package-Lötflächenseite zu der Package-Oberseite erstrecken, wobei das Die einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist und dazu ausgelegt ist, eine zwischen den Lastanschlüssen angelegte Sperrspannung zu sperren, wobei das Package Folgendes umfasst: eine Leiterrahmenstruktur, die dazu ausgelegt ist, das Package elektrisch und mechanisch mit einem Träger zu koppeln, wobei die Package-Lötflächenseite dem Träger zugekehrt ist, wobei die Leiterrahmenstruktur mindestens einen ersten Außenanschluss umfasst, der sich aus der Package-Lötflächenseite und/oder einer der Seitenwände erstreckt und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist; eine obere Schicht, die auf der Package-Oberseite angeordnet ist und mit dem zweiten Lastanschluss des Dies verbunden ist; und eine Wärmeableitungsvorrichtung, die außerhalb des Package-Körpers angeordnet ist und mit der oberen Schicht in elektrischem Kontakt steht, wobei die Wärmeableitungsvorrichtung eine untere Fläche aufweist, die größer als die Oberfläche der oberen Schicht ist, und wobei in einer Region, in der die Wärmeableitungsvorrichtung über die obere Schicht passiert, die Package-Oberseite in mindestens einen ersten Abschnitt auf einer ersten vertikalen Ebene und mindestens einen zweiten Abschnitt auf oder unter einer zweiten vertikalen Ebene, die niedriger als die erste vertikale Ebene ist, getrennt ist, wobei die obere Schicht auf der ersten vertikalen Ebene auf dem ersten Abschnitt angeordnet ist.
Der Fachmann erkennt bei Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Betrachtung der beigefügten Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile.
Figurenliste
Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf veranschaulichende Grundzüge der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:

1 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer perspektivischen Ansicht eines Packages gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
2-4C jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Packages gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen als Veranschaulichung gezeigt werden, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann.
In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „unter“, „vorne“, „hinten“, „zurück“, „führender“, „nachlaufender“, „unterhalb“, „oberhalb“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in einer Vielzahl von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist keineswegs einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachstehende detaillierte Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert.
Es wird nunmehr ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von welchen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt werden. Jedes Beispiel wird als Erläuterung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben werden, können beispielsweise bei oder kombiniert mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen mit einschließen. Die Beispiele werden unter Verwendung einer speziellen Ausdrucksweise beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche einschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Übersicht halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts Anderes angegeben ist.
Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Fläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann zum Beispiel die Fläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies oder eines Chips sein. Zum Beispiel können sowohl die (erste) laterale Richtung X als auch die (zweite) laterale Richtung Y, die nachstehend erwähnt werden, horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Fläche, das heißt, parallel zu der normalen Richtung der Fläche des Halbleiterwafers/-Chips/-Dies, angeordnet ist. Zum Beispiel kann die nachstehend erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine Erstreckungsrichtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht ist.
Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Regionen, Bereichen, Zonen, Abschnitten oder Teilen des hierin beschriebenen Bauelements besteht. Außerdem soll im Rahmen der vorliegenden Patentschrift der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen des entsprechenden Halbleiterbauelements besteht; zum Beispiel umfasst ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander befindlichen Elementen möglicherweise keine weiteren Zwischenelemente oder dergleichen.
Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Patentschrift der Begriff „elektrische Isolierung“, wenn nicht anders angegeben, im Rahmen seines allgemein gültigen Verständnisses verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten separat voneinander angeordnet sind und dass keine ohmsche Verbindung besteht, die jene Komponenten verbindet. Jedoch können elektrisch voneinander isolierte Komponenten nichtsdestotrotz miteinander gekoppelt, zum Beispiel mechanisch gekoppelt und/oder kapazitativ gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel zu nennen, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert, und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv, zum Beispiel mit Hilfe einer Isolierung, zum Beispiel eines Dielektrikums, miteinander gekoppelt sein.
In dieser Beschreibung besprochene spezielle Ausführungsformen betreffen ein Leistungshalbleiter-Die, zum Beispiel ein Leistungshalbleiter-Die, das innerhalb eines Leistungsumsetzers oder eines Netzteils verwendet werden kann, sind aber nicht darauf beschränkt. Somit kann ein solches Die bei einer Ausführungsform dazu ausgelegt sein, einen Laststrom zu führen, der jeweils einer Last zugeführt werden soll und/oder von einem Netzteil bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann das Die eine oder mehrere von aktiven Leistungshalbleiterzellen, wie zum Beispiel einer monolithisch integrierten Diodenzelle, einer monolithisch integrierten Transistorzelle, einer monolithisch integrierten IGBT-Zelle, einer monolithisch integrierten RC-IGBT-Zelle, einer monolithisch integrierten MGD-Zelle (MOS Gated Diode), einer monolithisch integrierten MOSFET-Zelle und/oder Abwandlungen davon umfassen. Mehrere solche Diodenzellen und/oder solche Transistorzellen können in dem Die integriert sein.
Der Begriff „Leistungshalbleiter-Die“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll ein einziges Die mit Möglichkeiten zum Sperren einer hohen Spannung und/oder Führen eines hohen Stroms beschreiben. Mit anderen Worten ist ein solches Leistungshalbleiter-Die für einen hohen Strom, typischerweise im Ampere-Bereich, zum Beispiel bis zu 5 oder 100 Ampere, und/oder Spannungen, typischerweise über 15 V, besonders typisch bis zu 40 V und darüber, zum Beispiel bis zu mindestens 500 V oder mehr als 500 V, zum Beispiel mindestens 600 V, bestimmt.
Zum Beispiel kann das unten beschriebene Leistungshalbleiter-Die ein Die sein, das dazu konfiguriert ist, als ein Leistungsbauteil in einer Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungsanwendung eingesetzt zu werden. Zum Beispiel ist der Begriff „Leistungshalbleiter-Die“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, nicht auf logische Halbleiterbauelemente ausgerichtet, die zum Beispiel zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
Bevor das Leistungshalbleiter-Die in einer Anwendung eingesetzt werden kann, wird es in der Regel in einem Package gehäust, das eine mechanische Montage und elektrische Verbindung des Dies in der Anwendung gestatten kann, zum Beispiel auch für Wärmeverteilungszwecke. Wie eingangs erwähnt worden ist, kann dies Anwenden der Oberflächenmontagetechnik (SMT) umfassen.
Ausführungsbeispiele des hierin offenbarten Packages sind Packages für oberflächenmontierte Bauelemente (SMD-Packages). Zum Beispiel sind Ausführungsformen des hierin offenbarten Packages SMD-Packages mit Flachkontakten, die mit einem Träger, zum Beispiel einer PCB, zusammenwirken.
1 veranschaulicht schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer perspektivischen Ansicht eines Packages 2 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und die 2-4C veranschaulichen jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Packages 2 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Im Folgenden wird auf jede der 1-4C Bezug genommen.
Das Package 2 umschließt ein Leistungshalbleiter-Die (nicht veranschaulicht), das nachstehend auch als Die bezeichnet wird. Zum Beispiel weist das Die eine Leistungshalbleitertransistorkonfiguration oder eine Leistungshalbleiterdiodenkonfiguration, zum Beispiel eine MOSFET-Konfiguration, eine IGBT-Konfiguration oder eine von diesen Grundkonfigurationen abgeleitete Konfiguration, auf.
Das Leistungshalbleiter-Die kann somit einen ersten Lastanschluss (nicht veranschaulicht) und einen zweiten Lastanschluss (nicht veranschaulicht) umfassen und kann dazu ausgelegt sein, einen Laststrom zwischen diesen Lastanschlüssen zu führen. Der Laststrom kann in dem Bereich von 1 A bis 700 A, zum Beispiel in dem Bereich von 10 A bis 50 A, liegen. Der maximale Laststrom, der durch das Die kontinuierlich geführt werden kann, kann durch einen Laststromnennwert des Dies angezeigt werden. Ferner kann das umschlossene Die dahingehend ausgelegt sein, eine zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss angelegte Sperrspannung, zum Beispiel in dem Bereich von 10 V bis 1000 V, zum Beispiel in dem Bereich von 50 V bis 600 V, zu sperren. Die maximale Spannung, die durch das Die kontinuierlich gesperrt werden kann, kann durch einen Sperrspannungsnennwert des Dies angegeben werden.
Bei einer Ausführungsform kann das Die eine Leistungsdiode, in welchem Fall der erste Lastanschluss ein Anodenport und der zweite Lastanschluss ein Kathodenport sein kann, ein Leistungs-IGBT, in welchem Fall der erste Lastanschluss ein Emitteranschluss und der zweite Lastanschluss ein Kollektoranschluss sein kann, ein MOSFET, in welchem Fall der erste Lastanschluss ein Source-Anschluss und der zweite Lastanschluss ein Drain-Anschluss sein kann, oder ein von einer oder mehreren dieser Grundkonfigurationen abgeleitetes Leistungsbauelement, zum Beispiel ein JFET (Junction Field Effect Transistor / Sperrschichtfeldeffekttransistor (SFET)), sein.
Zum Beispiel enthält das Die einen monolithischen bidirektional sperrenden und leitenden Leistungshalbleiterschalter bzw. ist ein solcher; das Die kann zum Beispiel ein Si-, Sic-MOSFET oder ein GaN-HEMT (high-electron-mobility transistor / Transistor mit hoher Elektronenmobilität) sein.
Ferner kann das von dem Package 2 umschlossene Die eine vertikale Konfiguration aufweisen, gemäß der der erste Lastanschluss auf einer Die-Vorderseite angeordnet ist und der zweite Lastanschluss auf einer Die-Rückseite angeordnet ist. In lateralen Richtungen, zum Beispiel in den lateralen Richtungen X und Y und linearen Kombinationen davon, kann das Die durch einen Die-Rand, zum Beispiel eine Seitenfläche, abgeschlossen sein.
Dass das Die umschließende Package 2 weist einen Package-Körper 20 mit einer Package-Oberseite 201, einer Package-Lötflächenseite 202 und Package-Seitenwänden 203 auf, wobei sich die Package-Seitenwände 203 von der Package-Lötflächenseite 202 zu der Package-Oberseite 201 erstrecken. Der Package-Körper 20 kann aus einer Vergussmasse hergestellt sein.
Zum Beispiel weist der Package-Körper 20 eine flache Konfiguration auf, gemäß der: sich sowohl die Package-Oberseite 201 als auch die Package-Lötflächenseite 202 im Wesentlichen horizontal erstrecken; die Package-Seitenwände 203 im Wesentlichen vertikal erstrecken; und sich eine maximale horizontale Erstreckung der Package-Lötflächenseite 202 auf mindestens das Doppelte einer maximalen vertikalen Erstreckung der Package-Seitenwände 203 beläuft.
Zum Beispiel ist das Die zwischen der Package Oberseite 201 und der Package-Lötflächenseite 202 angeordnet. Der Package-Körper 20 kann das Die vollständig umgeben und das Die gegen die Umgebung abdichten.
Das das Die umschließende Package 2 kann, zum Beispiel gemäß der Oberflächenmontagetechnik, auf einem Träger 7 montiert sein. Zum Beispiel kann das Package 2 ein Oberflächenmontagetechnik-Package (SMT-Package) sein. Bei Montage des in dem Package 2 enthaltenen Dies auf dem Träger 7 kann es ferner mit anderen auf dem Träger 7 vorgesehenen (zum Beispiel daran fixierten) Bauteilen (nicht veranschaulicht) elektrisch verbunden werden.
Der Träger 7 kann eine Leiterplatte (PCB - printed circuit-board) oder ein Bauteil auf einer PCB sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Träger 7 ein DCB-Substrat (DCB - Direct Copper Bond / direkte Kupferverbindung), zum Beispiel eine keramische Leiterplatte, sein, oder er kann ein Bauteil eines DCB-Substrats sein. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann der Träger 7 auch auf einem IMS (Insulated Metallic Substrate / isoliertes metallisches Substrat) basieren. Der Träger 7 kann aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein, zum Beispiel aus einem Polymer, einem PCB-Laminat, einer Keramik, einem Flammschutz(FR)-Material (zum Beispiel FR4), einem Verbund-Epoxid-Material (CEM, composite epoxy material), wie zum Beispiel CEM1 oder CEM3, einem Bismaleimid-Triazin-Harz(BT)-Material, einem Imid, einem Polyimid, einem ABF oder aus einer Kombination aus den oben genannten beispielhaften Materialien hergestellt sein.
Das Die kann so im Package 2 angeordnet sein, dass die Die-Vorderseite der Package-Lötflächenseite 202 zugekehrt ist und dass die Die-Rückseite 102 der Package-Oberseite 201 abgekehrt ist, oder umgekehrt. Ferner kann die Package-Lötflächenseite 202 einer Fläche 70 des Trägers 7 zugekehrt sein. Zum Beispiel ist die Fläche 70 horizontal, zum Beispiel parallel zu der durch die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y definierten Ebene, angeordnet.
Das Package 2 kann zum Beispiel eine Leiterrahmenstruktur 21 umfassen, die zur elektrischen und mechanischen Kopplung des Packages 2 mit dem Träger 7 ausgelegt ist. Die Leiterrahmenstruktur 21 kann zum Beispiel zur Kopplung des Packages 2 mit dem Träger 7 mit dem Träger 7 zugekehrter Package-Lötflächenseite 207 ausgelegt sein, wie in den 1 und 2 veranschaulicht.
Die Leiterrahmenstruktur 21 kann als eine elektrisch leitende Grenzfläche zwischen den Lastanschlüssen des Dies (und, falls vorhanden, dem einen oder den mehreren weiteren Anschlüssen des Dies) und weiteren Bauteilen (nicht veranschaulicht), die am Träger 7 fixiert sind, dienen. Der Träger 7 kann zum Beispiel andere Bauteile (nicht veranschaulicht; zum Beispiel ein oder mehrere andere Packages, die ein oder mehrere andere Dies enthalten, und/oder eine Steuerung, einen Sensor, ein passives Bauteil, eine Last oder dergleichen) umfassen oder damit versehen sein, mit denen die Anschlüsse des Dies über die Leiterrahmenstruktur 21 gekoppelt werden sollen. Eine Verbindung zwischen der Leiterrahmenstruktur 21 und den Anschlüssen des Dies, zum Beispiel den Lastanschlüssen, kann durch innere Packages-Verbindungsmittel (nicht veranschaulicht) realisiert werden. Zur Verbindung des Dies mit anderen am Träger 7 fixierten Bauteilen kann der Leiterrahmen 21 einen oder mehrere Außenanschlüsse umfassen, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird.
Zum Beispiel umfassen die Außenanschlüsse der Leiterrahmenstruktur 21 mindestens einen ersten Außenanschluss 211, der sich aus der Package-Lötflächenseite 202 und/oder aus einer der Seitenwände 203 erstreckt und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist. Natürlich können mehr als ein solcher erster Außenanschluss 211 vorgesehen sein, die jeweils mit dem ersten Lastanschluss des Dies verbunden sind. Ferner können die Außenanschlüsse der Leiterrahmenstruktur 21 mindestens einen zweiten Außenanschluss 212 umfassen, der sich aus der Package-Lötflächenseite 202 und/oder aus einer der Seitenwände 203 (zum Beispiel aus einer der Seitenwand 203, aus der sich der bzw. die erste(n) Außenanschluss (Außenanschlüsse) 211 erstrecken können, gegenüberliegenden Seitenwand 203, vgl. 2)) erstrecken und mit dem zweiten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden sein. Natürlich können mehr als ein solcher zweiter Außenanschluss 212 vorgesehen sein, die jeweils mit dem zweiten Lastanschluss des Dies verbunden sind. Ferner können die Außenanschlüsse der Leiterrahmenstruktur 21 mindestens einen dritten Außenanschluss (nicht veranschaulicht) umfassen und/oder mindestens einen vierten Außenanschluss (nicht veranschaulicht) umfassen, die sich aus der Package-Lötflächenseite 202 und/oder aus einer der Seitenwände 203 erstrecken und mit einem Steueranschluss des Dies (zum Beispiel einen Gate-Anschluss) und einem Sensoranschluss (zum Beispiel einem Stromsensoranschluss) des Dies elektrisch verbunden sind. Natürlich können mehr als ein solcher dritter/vierte Außenanschluss vorgesehen sein.
Jeder der Außenanschlüsse 211, 212 des Leiterrahmens 21 kann zur elektrischen und mechanischen Kopplung mit dem Träger 7, zum Beispiel durch Löten, ausgelegt sein.
In der vorliegenden Patentschrift kann der Begriff „Außen...“ Ausdrücken, dass der erste Außenanschluss 211 und der zweite Außenanschluss 212 dazu ausgelegt sein können, mittels sich außerhalb des Package-Körpers 20 befindenden Bauteilen elektrisch kontaktiert zu werden.
Bei einer Ausführungsform sind die Außenanschlüsse 211, 212 planare Außenanschlüsse. In der vorliegenden Patentschrift kann der Begriff „planar“ zum Beispiel ausdrücken, dass der erste Anschluss 211 und der zweite Anschluss 212 eine im Wesentlichen ebene untere Fläche aufweisen können, deren Horizontalabmessungen (zum Beispiel sowohl entlang der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y) mindestens so groß wie eine Vertikalabmessung des jeweiligen Anschlusses 211, 212 (zum Beispiel entlang der vertikalen Richtung Z) ist, wie in 1 beispielhaft veranschaulicht. Zum Beispiel weist der Leiterrahmen 21 eine Oberflächenmontagekonfiguration auf. Dazu können die planaren Außenanschlüsse 211 und 212 dazu ausgelegt sein, eine Montage des Packages 2 gemäß der Oberflächenmontagetechnik zu gestatten. Ferner können sowohl der erste Außenanschluss 211 als auch der zweite Außenanschluss 212 sogenannte Flachkontakte (auch als „Anschluss-Pads“ bekannt), die gemäß der Oberflächenmontagetechnik gebildet sind, sein. Somit kann das Package 2 ein leadless Package (Package ohne „Beinchen“), zum Beispiel ein leadless SMD-Package, sein. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Außenanschlüsse 211 und 212 als Kontaktstifte oder als Kontaktbälle ausgelegt.
Die Außenanschlüsse 211 und 212 können getrennt angeordnet und elektrisch gegeneinander isoliert sein.
Zum Beispiel kann auf dem Träger 7 eine erste Kontaktfläche des ersten Außenanschlusses 211 mit einer oder mehreren ersten Leiterbahnen (nicht veranschaulicht), zum Beispiel Kupferleitungen, des Trägers 7 elektrisch verbunden sein, und eine zweite Kontaktfläche des zweiten Außenanschlusses 212 kann mit einer oder mehreren zweiten Leiterbahnen (nicht veranschaulicht), zum Beispiel Kupferleitungen, des Trägers 7 elektrisch verbunden sein.
Demgemäß kann der durch das Leistungshalbleiter-Die zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss geführte Laststrom das Package 2 mittels des (der) ersten Außenanschlusses (Außenanschlüsse) 211 „verlassen“ bzw. darin „eintreten“ und in das Package 2 mittels des (der) zweiten Außenanschlusses (Außenanschlüsse) 212 „eintreten“ bzw. es „verlassen“.
Das Package 2 kann ferner eine obere Schicht 22 umfassen, die auf der Package-Oberseite 201 angeordnet ist und mit dem zweiten Lastanschluss des Dies, zum Beispiel auch mit dem (den) zweiten Außenanschluss (Außenanschlüssen) 212, elektrisch verbunden ist. Die obere Schicht 22 kann aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sein. Die obere Schicht 22 kann somit das gleiche elektrische Potenzial wie der zweite Lastanschluss des Dies, zum Beispiel das hohe Potenzial (zum Beispiel das Drain-Potenzial), aufweisen. Ferner kann die obere Schicht 22 gegen den (die) erste(n) Außenanschluss (Außenanschlüsse) 211 elektrisch isoliert sein.
Die obere Schicht 22 kann eine horizontale Oberfläche aufweisen, die sich auf mindestens 50%, auf mindestens 60% oder sogar mehr als 80% der gesamten horizontalen Oberfläche der Package-Oberseite 201 beläuft. Diese Oberfläche kann zu der Umgebung des Package-Körpers 20 freiliegen, das heißt, die Oberfläche der oberen Schicht 22 ist nicht in dem Package-Körper 20 eingeschlossen, sondern bildet einen Teil einer Außenwand.
Das Package 2 ist zum Beispiel ein Package mit Oberseitenkühlung, wobei die obere Schicht 22 als eine Oberseitenkühlung ausgelegt ist. Zum Beispiel verlässt mindestens ein Großteil der abzuleitenden Wärme den Package-Körper 20 über die obere Schicht 22.
Die obere Schicht 22 kann somit zur Kopplung mit einer Wärmeableitungsvorrichtung 3 ausgelegt sein, die zum Beispiel ein Wärmespreizer oder ein Kühlkörper sein kann. Im Falle eines Wärmespreizers kann die obere Schicht 22 zur elektrischen Verbindung mit einer Wärmeableitungsvorrichtung 3 ausgelegt sein. Somit kann der gegebenenfalls zum Beispiel aus Kupfer hergestellte Wärmespreizer das gleiche elektrische Potenzial wie die obere Schicht 22, das heißt der zweite Lastanschluss des umschlossenen Dies, aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Wärmeableitungsvorrichtung 3 ein Kühlkörper. In diesem Fall ist die obere Schicht 22 mit der Wärmeableitungsvorrichtung gekoppelt, aber elektrisch dagegen isoliert. Zwischen der oberen Schicht 22 und dem Kühlkörper kann dann zum Beispiel eine Isolierschicht (nicht veranschaulicht) installiert sein.
Die folgenden Beispiele betreffen eher die Situation, in der die obere Schicht 22 mit einer Wärmeableitungsvorrichtung 3 in Form eines Wärmespreizers elektrisch verbunden ist, das heißt die Situation, in der die Wärmeableitungsvorrichtung 3 das gleiche elektrische Potenzial wie die obere Schicht 22, das heißt der zweite Lastanschluss des Dies, aufweist.
Die Package-Oberseite 201 kann einen ersten Abschnitt 2011 auf einer ersten vertikalen Ebene Z1 (vgl. 2) und einen zweiten Abschnitt 2012 umfassen. Zum Beispiel ist die obere Schicht 22 im Wesentlichen koplanar mit dem ersten Abschnitt 2011 der Package-Oberseite 201 angeordnet; zum Beispiel ragt die obere Schicht 22 nicht von dem ersten Abschnitt 2011 der Package-Oberseite 201 vor. Der erste Abschnitt 2011 kann (wie vom Träger 7 aus gesehen) der höchste Abschnitt des Package-Körpers 20 sein.
Nach der Montage kann eine untere Fläche 32 der Wärmeableitungsvorrichtung 3 im Wesentlichen koplanar mit der oberen Schicht 22 angeordnet sein. Ferner kann die untere Fläche 32 der Wärmeableitungsvorrichtung 3 eine horizontale untere Oberfläche aufweisen, die größer als die horizontale Oberfläche der oberen Schicht 22 ist. Die untere Fläche 32 der Wärmeableitungsvorrichtung 3 kann eine horizontale untere Oberfläche aufweisen, die ungefähr so groß wie die Lötfläche des Packages 2 ist. Nach der Montage kann sich die Wärmeableitungsvorrichtung 3 zum Beispiel horizontal mit dem zweiten Abschnitt 2012 der Package-Oberseite 201 überlappen. Da die obere Schicht 22 im Wesentlichen koplanar mit der Package-Oberseite 201 angeordnet ist, kann die Wärmeableitungsvorrichtung 3 nach der Montage an der oberen Schicht 22 ferner auch im Wesentlichen koplanar mit der Package-Oberseite 201 angeordnet sein und sogar in Kontakt mit der Package-Oberseite 201 angeordnet sein.
In einfacher Form kann die Wärmeableitungsvorrichtung 3 ein Quader aus Kupfer (oder Aluminium oder Stahl oder dergleichen) sein, der in elektrischem und direktem mechanischen Kontakt mit der oberen Schicht 22 angeordnet ist; zum Beispiel kann der Quader mit der oberen Schicht 22 verlötet sein.
Zum Beispiel wird eine Kriechlänge zwischen dem elektrischen Potenzial des mindestens einen ersten Außenanschlusses 211 und des elektrischen Potenzials der oberen Schicht 22 durch eine Package-Körperoberflächenkontur definiert, wobei die Oberflächenkontur mindestens durch die Package-Oberseite 201 und die Package-Seitenwand 203 gebildet wird. Ein beispielhafter Verlauf der Kriechlänge wird in 1 mittels des gestrichelten Pfads 5 veranschaulicht. Demgemäß kann der Verlauf am ersten Außenanschluss 211 beginnen und sich entlang der Package-Seitenwand 203 zu der Package-Oberseite 201 und von dort zu einem Rand der oberen Schicht 22 erstrecken. Wenn der Wärmespreizer 3 an der oberen Schicht 22 montiert ist, kann der Verlauf der Kriechlänge jedoch früher enden, vgl. zum Beispiel 4B, gemäß der der Wärmespreizer 3 im Wesentlichen koplanar mit der Package-Oberseite 201 angeordnet ist und sich zu einem zwischen der Package-Oberseite 201 und der Package-Seitenwand 203 gebildeten Rand 204 erstreckt; in solch einem Fall würde der Verlauf der Kriechlänge am Rand 204 enden (bzw. starten).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Package 2 mindestens ein Strukturmerkmal 23, das auch die Oberflächenkontur bildet und das zum Vergrößern der Kriechlänge ausgelegt ist. Das mindestens eine Strukturmerkmal 23 kann ab der Package-Oberseite 201 und/oder der Package-Seitenwand 203 (aus der sich der mindestens eine erste Außenanschluss 211 erstrecken kann) angeordnet sein.
Das mindestens eine Strukturmerkmal 23 kann zum Beispiel mindestens einen Absatz 231 (vgl. 1-4A und 4C) und eine Ausnehmung 232 (vgl. 4B) enthalten, wobei eine solche Art von Strukturmerkmalen zum Beispiel innerhalb eines Prozesses zum Bilden des Package-Körpers 20, der aus einer Vergussmasse hergestellt sein kann, implementiert werden kann. Somit kann der Absatz 231 ein Gieß-Absatz sein, und die Ausnehmung 232 kann eine Gieß-Ausnehmung sein, zum Beispiel ein Absatz/eine Ausnehmung, der/die in oder mittels der Vergussmasse des Package-Körpers 20 implementiert ist.
Wie in 1 dargestellt, kann der Absatz 231 entlang der Gesamtabmessung der Package-Oberseite 201 in der zweiten lateralen Richtung Y implementiert sein.
Es ist auch eine Kombination aus einem Absatz 231 und einer Ausnehmung 232 möglich. Unter Bezugnahme auf 1 könnten beispielsweise am zweiten Abschnitt 2012 der Package-Oberseite 201, der von dem Verlauf der Kriechlänge (vgl. Pfad 5) überquert wird, auch eine oder mehrere Ausnehmungen enthalten sein, um die Kriechlänge weiter zu vergrößern. Es ist auch möglich, nur einen Absatz 231 (wie zum Beispiel in den 1, 2, 3 und 4A und 4C veranschaulicht) oder nur eine Ausnehmung, wie zum Beispiel in 4B veranschaulicht, vorzusehen.
Gemäß der oben erläuterten beispielhaften Anordnung der Wärmeableitungsvorrichtung 3, kommt, wenn sie als ein einziger Absatz 231 implementiert ist, in Betracht, solch ein Strukturmerkmal 23 an der Package-Oberseite 201 zu positionieren, und, wenn sie als eine einzige Ausnehmung 232 implementiert ist, kommt in Betracht, solch ein Strukturmerkmal 23 an der Package-Seitenwand 203 zu positionieren, um die Kriechlänge effektiv zu vergrößern.
Ferner gibt es viele mögliche Weisen der geometrischen Gestaltung des Strukturmerkmals 23. Statt eines vertikalen Absatzes könnte zum Beispiel auch ein winkelförmiger Abschnitt vorgesehen sein (vgl. 4C). Statt einer Ausnehmung mit einem rechteckigen Querschnitt könnte zum Beispiel auch eine muldenartige Ausnehmung mit einem halbkreisförmigen oder halbovalen Querschnitt vorgesehen sein. Zusätzlich oder als Alternative zu der Ausnehmung könnte zum Beispiel auch ein vorragender Abschnitt (nicht veranschaulicht) an der Package-Seitenwand 203 zum Vergrößern der Kriechstrecke vorgesehen sein.
Bei einer Ausführungsform ist das Strukturmerkmal 23 zum Vergrößern der Kriechstrecke um mindestens 5% im Vergleich zu der Situation, in der kein solches Strukturmerkmal vorgesehen ist, ausgelegt. Die prozentuale Vergrößerung könnte sogar noch größer sein, zum Beispiel größer als 10% oder größer als 20% oder sogar größer als 50%.
Bei einer Ausführungsform ist die Package-Oberseite 201 in mindestens einen ersten Abschnitt 2011 auf einer ersten vertikalen Ebene Z1 und mindestens einen zweiten Abschnitt 2012 auf oder unter einer zweiten vertikalen Ebene Z2, die niedriger als die erste vertikale Ebene Z1 ist, getrennt. Die obere Schicht 22 kann auf der ersten vertikalen Ebene Z1 auf dem ersten Abschnitt 2011 angeordnet werden, und der zweite Abschnitt 2012 kann sich zu der Package-Seitenwand 203 (aus der sich der mindestens eine erste Außenanschluss 211 erstrecken kann) erstrecken und damit einen Rand 204 bilden.
Bei einer Ausführungsform kann solch eine Trennung der Package-Oberseite 201 mittels des mindestens einen Strukturmerkmals 23, das die Kriechlänge vergrößert, erreicht werden. Obgleich die 1-3 symmetrische Unterteilungen der Package-Oberseite 201 veranschaulichen, gemäß denen der erste Abschnitt 2011 zwei zweiten Abschnitten 2012 mit gleichen Flächen benachbart ist, versteht sich, dass das Strukturmerkmal 23, zum Beispiel der Absatz 231, nur dort vorgesehen zu sein braucht, wo die Kriechlänge vergrößert werden soll. Wenn an der anderen Package-Seitenwand zum Beispiel nur zweite Außenanschlüsse 212 vorhanden sind, besteht nicht wirklich die Notwendigkeit, die Kriechlänge an dieser Seite zu vergrößern, da dort die Differenz zwischen dem elektrischen Potenzial des Wärmespreizers 3 und dem elektrischen Potenzial der zweiten Außenanschlüsse 212 im Wesentlichen null sein kann.
Das Strukturmerkmal 23 kann so positioniert sein, dass, wenn die Wärmeableitungsvorrichtung 3 (zum Beispiel der Wärmespreizer) an der oberen Schicht 22 montiert ist, er sich horizontal mit dem mindestens einen Strukturmerkmal 23 überlappt, wie in den 2-4C beispielhaft veranschaulicht.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Package 2 die Wärmeableitungsvorrichtung 3. Die Wärmeableitungsvorrichtung 3 (zum Beispiel der Wärmespreizer) kann außerhalb des Package-Körpers 20 und in elektrischem Kontakt mit der oberen Schicht 22, zum Beispiel in direktem mechanischen Kontakt mit der oberen Schicht 22, angeordnet sein. Zum Beispiel ist der Wärmespreizer 3 mit der oberen Schicht 22 verlötet. Bei einer anderen Ausführungsform können andere Kopplungstechniken, zum Beispiel die Verwendung einer Klebekopplung oder dergleichen, eingesetzt werden. Darüber hinaus kann ein Kühlkörper mit dem Wärmespreizer 3 gekoppelt sein.
Bezüglich der oben genannten horizontalen Überlappung zwischen der Wärmeableitungsvorrichtung 3 und dem mindestens einen Strukturmerkmal 23 kann die Package-Oberseite 201 in einer Region, in der die Wärmeableitungsvorrichtung 3 über die obere Schicht 22 passiert, zum Beispiel in den mindestens einen ersten Abschnitt 2011 auf der ersten vertikalen Ebene Z1 und den mindestens einen zweiten Abschnitt 2012 auf oder unter einer zweiten vertikalen Ebene Z2, die niedriger als die erste vertikale Ebene Z1 ist, getrennt sein. Die obere Schicht 22 kann wieder auf dem ersten Abschnitt 2011 auf der ersten vertikalen Ebene Z1 angeordnet sein.
Bei einer Ausführungsform beläuft sich die Höhendifferenz DZ zwischen der ersten vertikalen Ebene Z1 und der zweiten vertikalen Ebene Z2 auf mindestens 0,1 mm. Bei einer Ausführungsform beläuft sich die durch das Strukturmerkmal 23 verursachte Vergrößerung der Kriechlänge auf mindestens diese Höhendifferenz DZ. Die Höhendifferenz DZ kann größer als 0,1 mm, zum Beispiel größer als 1 mm oder größer als 2 mm sein.
Der zweite Abschnitt 2012 kann sich zu der Package-Seitenwand 203 (zum Beispiel der, aus der sich der mindestens eine erste Lastanschluss 211 erstreckt) erstrecken und den Rand 204 damit bilden. Der zweite Abschnitt 2012 erstreckt sich zum Beispiel über mindestens 1 mm zu dem Rand 204.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen beinhalten die Erkenntnis, dass die Kriechlänge eines SMD-TSC-Packages durch Strukturieren des relevanten Abschnitts des Package-Körpers zwischen dem Außenanschluss und der oberen Schicht, zum Beispiel durch Bereitstellen eines Gieß-Absatzes an der Package-Oberseite und/oder an der Package-Seitenwand, vergrößert werden kann.
Räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“, und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber dazu verwendet die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Diese Begriffe sollen zusätzlich zu Ausrichtungen, die von jenen, die in den Figuren veranschaulicht sind, verschieden sind, verschiedene Ausrichtungen des jeweiligen Bauelements mit einschließen. Ferner werden Begriffe, wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen auch zum Beschreiben verschiedener Elemente, Regionen, Abschnitte usw. verwendet und sollen ebenfalls nicht einschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“, „umfassen“, „zeigen“ und dergleichen offene Begriffe und geben das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale an, schließen aber zusätzlichen Elemente oder Merkmale nicht aus.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Variationen und Anwendungen sollte auf der Hand liegen, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt wird, noch wird sie durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und ihre legalen Äquivalente eingeschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015101674 A1 [0008, 0009]
DE 102015120396 A1 [0008, 0009]

Claims

Ein Leistungshalbleiter-Die umschließendes Package (2), wobei das Package (2) einen Package-Körper (20) mit einer Package-Oberseite (201), einer Package-Lötflächenseite (202) und Package-Seitenwänden (203) aufweist, wobei sich die Package-Seitenwände (203) von der Package-Lötflächenseite (202) zu der Package-Oberseite (201) erstrecken, wobei das Die einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist und dazu ausgelegt ist, eine zwischen den Lastanschlüssen angelegte Sperrspannung zu sperren, wobei das Package (2) Folgendes umfasst: - eine Leiterrahmenstruktur (21), die dazu ausgelegt ist, das Package (2) elektrisch und mechanisch mit einem Träger (7) zu koppeln, wobei die Package-Lötflächenseite (202) dem Träger (7) zugekehrt ist, wobei die Leiterrahmenstruktur (21) mindestens einen ersten Außenanschluss (211) umfasst, der sich aus der Package-Lötflächenseite und/oder aus einer der Seitenwände (203) erstreckt und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist; - eine obere Schicht (22), die auf der Package-Oberseite (201) angeordnet ist und mit dem zweiten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist, wobei eine Kriechlänge zwischen dem elektrischen Potenzial des mindestens einen ersten Außenanschlusses (211) und dem elektrischen Potenzial der oberen Schicht (22) durch eine Package-Körperoberflächenkontur definiert wird, wobei die Oberflächenkontur mindestens durch die Package-Oberseite (201) und die Package-Seitenwand (203) gebildet wird; und - mindestens ein Strukturmerkmal (23), das auch die Oberflächenkontur bildet und das zum Vergrößern der Kriechlänge ausgelegt ist.
Package (2) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Strukturmerkmal (23) an der Package-Oberseite (201) und/oder an der Package-Seitenwand (203) angeordnet ist.
Package (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Strukturmerkmal (23) einen Absatz (231) und/oder eine Ausnehmung (232) umfasst.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Strukturmerkmal (23) die Package-Oberseite (201) in einen ersten Abschnitt (2011) auf einer ersten vertikalen Ebene (Z1) und einen zweiten Abschnitt (2012) auf einer zweiten vertikalen Ebene (Z2), die niedriger als die erste vertikale Ebene (Z1) ist, trennt, wobei die obere Schicht (22) auf der ersten vertikalen Ebene (Z1) angeordnet ist.
Ein Leistungshalbleiter-Die (1) umschließendes Package (2), wobei das Package (2) einen Package-Körper (20) mit einer Package-Oberseite (201), einer Package-Lötflächenseite (202) und Package-Seitenwänden (203) aufweist, wobei sich die Package-Seitenwände (203) von der Package-Lötflächenseite (202) zu der Package-Oberseite (201) erstrecken, wobei das Die einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist und dazu ausgelegt ist, eine zwischen den Lastanschlüssen angelegte Sperrspannung zu sperren, wobei das Package (2) Folgendes umfasst: - eine Leiterrahmenstruktur (21), die dazu ausgelegt ist, das Package (2) elektrisch und mechanisch mit einem Träger (7) zu koppeln, wobei die Package-Lötflächenseite (202) dem Träger (7) zugekehrt ist, wobei die Leiterrahmenstruktur (21) mindestens einen ersten Außenanschluss (211) umfasst, der sich aus der Package-Lötflächenseite und/oder aus einer der Seitenwände (203) erstreckt und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist; und - eine obere Schicht (22), die auf der Package-Oberseite (201) angeordnet ist und mit jedem des zweiten Lastanschlusses des Dies elektrisch verbunden ist; wobei - die Package-Oberseite (201) in mindestens einen ersten Abschnitt (2011) auf einer ersten vertikalen Ebene (Z1) und mindestens einen zweiten Abschnitt (2012) auf oder unter einer zweiten vertikalen Ebene (Z2), die niedriger als die erste vertikale Ebene (Z1) ist, getrennt ist; - die obere Schicht (22) auf der ersten vertikalen Ebene (Z1) auf dem ersten Abschnitt angeordnet ist; - sich der zweite Abschnitt (2012) zu der Package-Seitenwand (203) erstreckt und damit einen Rand (204) bildet.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die obere Schicht (22) zur Kopplung mit einer Wärmeableitungsvorrichtung (3) ausgelegt ist.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die obere Schicht (22) zur elektrischen Verbindung mit einer Wärmeableitungsvorrichtung (3) ausgelegt ist.
Package (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Wärmeableitungsvorrichtung (3) eine horizontale untere Oberfläche (32) aufweist, die größer als die horizontale Oberfläche der oberen Schicht (22) ist.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 und einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 8, wobei sich die Wärmeableitungsvorrichtung (3) horizontal mit dem mindestens einen Strukturmerkmal (23) überlappt.
Ein Leistungshalbleiter-Die (1) umschließendes Package (2), wobei das Package (2) einen Package-Körper (20) mit einer Package-Oberseite (201), einer Package-Lötflächenseite (202) und Package-Seitenwänden (203) aufweist, wobei sich die Package-Seitenwände (203) von der Package-Lötflächenseite (202) zu der Package-Oberseite (201) erstrecken, wobei das Die einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist und dazu ausgelegt ist, eine zwischen den Lastanschlüssen angelegte Sperrspannung zu sperren, wobei das Package (2) Folgendes umfasst: - eine Leiterrahmenstruktur (21), die dazu ausgelegt ist, das Package (2) elektrisch und mechanisch mit einem Träger (7) zu koppeln, wobei die Package-Lötflächenseite (202) dem Träger (7) zugekehrt ist, wobei die Leiterrahmenstruktur (21) mindestens einen ersten Außenanschluss (211) umfasst, der sich aus der Package-Lötflächenseite und/oder aus einer der Seitenwände (203) erstreckt und mit dem ersten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist; - eine obere Schicht (22), die auf der Package-Oberseite (201) angeordnet ist und mit dem zweiten Lastanschluss des Dies elektrisch verbunden ist; und - eine Wärmeableitungsvorrichtung (3), die außerhalb des Package-Körpers (20) angeordnet ist und mit der oberen Schicht (22) in elektrischem Kontakt steht, wobei die Wärmeableitungsvorrichtung (3) eine untere Fläche (32) aufweist, die größer als die Oberfläche der oberen Schicht (22) ist, und wobei in einer Region, in der die Wärmeableitungsvorrichtung (3) über die obere Schicht (22) passiert, die Package-Oberseite (201) in mindestens einen ersten Abschnitt (2011) auf einer ersten vertikalen Ebene (Z1) und mindestens einen zweiten Abschnitt (2012) auf oder unter einer zweiten vertikalen Ebene (Z2), die niedriger als die erste vertikale Ebene (Z1) ist, getrennt ist, wobei die obere Schicht (22) auf der ersten vertikalen Ebene (Z1) auf dem ersten Abschnitt (2011) angeordnet ist.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, wobei die untere Fläche (32) der Wärmeableitungsvorrichtung (3) im Wesentlichen koplanar mit der oberen Schicht (22) angeordnet ist.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 11, wobei die obere Schicht (22) im Wesentlichen koplanar mit dem ersten Abschnitt (2011) angeordnet ist.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 12, wobei sich eine Höhendifferenz (DZ) zwischen der ersten vertikalen Ebene (Z1) und der zweiten vertikalen Ebene (Z2) auf mindestens 0,1 mm beläuft.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 13, wobei sich der zweite Abschnitt (2012) zu der Package-Seitenwand (203) erstreckt und einen Rand (204) damit bildet.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Package (2) ein Package (2) mit Oberseitenkühlung ist, wobei die obere Schicht (22) als eine Oberseitenkühlung ausgelegt ist.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein erster Außenanschluss (211) zur elektrischen und mechanischen Kopplung mit dem Träger (7) ausgelegt ist.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die obere Schicht (22) eine horizontale Oberfläche aufweist, die sich auf mindestens 50% der gesamten horizontalen Oberfläche der Package-Oberseite (201) beläuft.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Sperrspannung des Dies auf mindestens 50 V beläuft.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Die einen monolithischen bidirektional sperrenden und leitenden Leistungshalbleiterschalter enthält.
Package (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Package (2) ein SMD-Package, zum Beispiel ein leadless Package, ist.