DE102018204764A1

DE102018204764A1 - Halbleiter- packagesystem

Info

Publication number: DE102018204764A1
Application number: DE102018204764.2A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Scharf; Thomas Bemmerl; Irmgard Escher-Poeppel; Martin Gruber; Michael Jürss; Thorsten Meyer; Ralf Otremba; Xaver Schlögel
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-02
Also published as: US10886186B2; CN110323185A; US20190304858A1; CN110323185B

Abstract

Ein Halbleiter-Packagesystem umfasst ein Halbleiter-Package und eine Kappe. Das Halbleiter-Package umfasst ein Die-Pad, einen auf einer ersten Hauptfläche des Die-Pads montierten oder angeordneten Chip und einen den Chip und das Die-Pad verkapselnden Verkapselungskörper. Die Kappe bedeckt zumindest teilweise eine freiliegende zweite Hauptfläche des Die-Pads. Die Kappe umfasst einen Kappenkörper aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material und ein Fixiersystem, dass die Kappe an dem Halbleiter-Package fixiert. Das Fixiersystem erstreckt sich von dem Kappenkörper zu dem Verkapselungskörper oder entlang einer Seitenfläche des Halbleiter-Packages.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Halbleiter-Packagesystem, das ein Halbleiter-Package und eine Kappe umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Offenbarung eine Kappe. Ferner betrifft die vorliegende Offenbarung eine Verwendung einer Kappe zum Abführen von Wärme von einem Halbleiter-Package.
HINTERGRUND
Ein Halbleiter-Package kann ein freiliegendes Die-Pad aufweisen. Das freiliegende Die-Pad kann eine bessere Kühlung eines Halbleiterchips oder Dies, das innerhalb des Halbleiter-Packages angeordnet ist, gestatten. An dem freiliegenden Die-Pad kann ein Kühlelement zur Wärmeableitung befestigt sein. Eine Grenzfläche zwischen dem freiliegenden Die-Pad und dem Kühlelement kann eine gute thermische Grenzfläche mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bereitstellen.
Das freiliegende Die-Pad muss möglicherweise gegen das Kühlelement elektrisch isoliert sein. Das freiliegende Die-Pad kann zum Beispiel ein Drain-Kontakt eines Transistor-Dies sein. Das Die-Pad kann während des Betriebs an Drain-Potenzial liegen. Bei beispielsweise einem Low-Side-Schalter kann eine elektrische Isolierung zwischen dem freiliegenden Drain-Kontakt und dem Kühlelement erforderlich sein.
KURZFASSUNG
Ein Halbleiter-Packagesystem kann ein Halbleiter-Package und eine Kappe umfassen. Das Halbleiter-Package kann ein Die-Pad, einen auf einer ersten Hauptfläche des Die-Pads montierten Halbleiterchip und einen Verkapselungskörper, der den Halbleiterchip und das Die-Pad verkapseln kann, umfassen. Eine zweite Hauptfläche des Die-Pads kann zumindest teilweise freiliegen. Die Kappe kann die freiliegende zweite Hauptfläche des Die-Pads zumindest teilweise bedecken. Die Kappe kann einen Kappenkörper aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material und ein Fixiersystem umfassen. Das Fixiersystem kann die Kappe an dem Halbleiter-Package fixieren. Das Fixiersystem kann sich von dem Kappenkörper zu dem Verkapselungskörper oder entlang einer Seitenfläche des Halbleiter-Packages erstrecken.
Eine Kappe kann dahingehend konfiguriert sein, das Die-Pad eines Halbleiter-Packages zumindest teilweise zu bedecken. Die Kappe kann einen Kappenkörper aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material umfassen. Die Kappe kann ein Fixiersystem umfassen. Das Fixiersystem kann dahingehend konfiguriert sein, die Kappe an dem Halbleiter-Package zu fixieren. Das Fixiersystem kann sich von dem Kappenkörper erstrecken.
Eine Kappe kann zum Ableiten von Wärme von einem Halbleiter-Package verwendet werden. Die Kappe kann durch ein Fixiersystem an einem Halbleiter-Package fixiert sein. Das Fixiersystem kann dahingehend konfiguriert sein, die Kappe durch eine Schnappverbindung oder eine angepasste Fügeverbindung an dem Halbleiter-Package zu fixieren.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein besseres Verständnis von Beispielen zu vermitteln und sind in dieser Beschreibung mit aufgenommen und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen stellen Beispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Grundzüge von Beispielen zu erläutern. Andere Beispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Beispielen gehen bei besserem Verständnis unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung leicht hervor.

Die 1A und 1B stellen schematisch ein Halbleiter-Package, eine Kappe und ein Kühlelement vor und nach der Montage dar.
Die 2A bis 2C stellen schematisch eine beispielhafte Kappe, wobei die Kappe an einem Halbleiter-Package befestigt ist, und ein Detail eines beispielhaften Fixiersystems in einem Beispiel für ein TO-247-Package dar.
Die 3A bis 3C stellen schematisch eine beispielhafte Kappe, wobei die Kappe an einem Halbleiter-Package befestigt ist, und ein Detail für ein beispielhaftes Fixiersystem in einem Beispiel für ein DSO-Package mit Unterseitenkühlung dar.
4 stellt eine an einem Halbleiter-Package montierte beispielhafte Kappe in einem Beispiel für ein DSO-Package mit Oberseitenkühlung dar.
Die 5A und 5B stellen schematisch eine beispielhafte Kappe und die an einem Halbleiter-Package befestigte Kappe für ein beispielhaftes DSO-Package mit doppelseitiger Kühlung dar.
Die 6A bis 6E stellen schematisch ein Halbleiter-Package, zwei beispielhafte Kappen gemäß zwei Ausführungsformen und die jeweils an dem Halbleiter-Package befestigten Kappen für ein anderes beispielhaftes DSO-Package mit Oberseitenkühlung dar.
Die 7A bis 7D stellen schematisch eine Platte mit sechs damit verlöteten Halbleiter-Packages, die mit jeweiligen beispielhaften Kappen gemäß zwei Ausführungsformen versehen sind, und einen gemeinsamen Wärmespreizer dar.
8 stellt schematisch in einem Querschnitt ein beispielhaftes Halbleiter-Packagesystem dar, das ein Halbleiter-Package, eine beispielhafte Kappe und einen Wärmespreizer umfasst.
Die 9A und 9B stellen schematisch einen Querschnitt durch eine beispielhafte Kappe vor und nach dem Erwärmen der Kappe dar.
10 stellt schematisch in einem Flussdiagramm ein Verfahren zur Herstellung einer Kappe dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen durchweg allgemein verwendet werden, um auf gleiche Elemente zu verweisen. In der folgenden Beschreibung werden für Erläuterungszwecke zahlreiche spezielle Details angeführt, um ein gründliches Verständnis eines oder mehrerer Aspekte von Ausführungsformen zu gewährleisten. Für einen Fachmann kann jedoch auf der Hand liegen, dass ein oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen mit einem geringeren Grad dieser speziellen Details ausgeübt werden können. Die folgende Beschreibung soll deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden, und der Schutzumfang wird durch die angehängten Ansprüche definiert.
Die zusammengefassten verschiedenen Aspekte können in unterschiedlichen Formen ausgestaltet sein. Die folgende Beschreibung zeigt anhand einer Veranschaulichung verschiedene Kombinationen und Konfigurationen, in denen die Aspekte ausgeübt werden können. Es versteht sich, dass die beschriebenen Aspekte und/oder Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Aspekte und/oder Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle und funktionale Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Obgleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer mehrerer Implementierungen offenbart sein kann, kann solch ein Merkmal oder Aspekt darüber hinaus mit einem anderen oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert sein, wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft ist. Sofern die Begriffe „enthalten“, „aufweisen“, „mit“ oder andere Variationen davon, entweder in der detaillierten Beschreibung oder in den Ansprüchen, verwendet werden, sollen diese Begriffe des Weiteren in ähnlicher Weise wie der Begriff „umfassen“ eine einschließliche Bedeutung haben. Des Weiteren ist der Begriff „beispielhaft“ lediglich als ein Beispiel gedacht und nicht als das Beste oder Optimale. Insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Strukturen ausgeführt werden, sollen die Begriffe (einschließlich ein Verweis auf ein „Mittel“), die zur Beschreibung solcher Strukturen verwendet werden, wenn nicht anders dargelegt, irgendeiner Struktur entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Struktur durchführt (zum Beispiel, die funktional äquivalent ist), selbst wenn sie mit der offenbarten Struktur, die die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Erfindung durchführt, nicht strukturell äquivalent ist.
Es werden hierin Kappen, Halbleiter-Packagesysteme und Verfahren zur Herstellung der Kappe sowie eine mögliche Verwendung der Kappe beschrieben. In Verbindung mit der beschriebenen Kappe gemachte Bemerkungen können auch für ein entsprechendes System und ein entsprechendes Verfahren und eine entsprechende Verwendung gelten und umgekehrt. Wenn zum Beispiel ein bestimmtes Material einer Kappe beschrieben wird, kann ein entsprechendes System das bestimmte Material umfassen, und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung der Kappe kann einen Vorgang der Bereitstellung des Materials auf eine geeignete Weise umfassen, selbst wenn solch ein Vorgang nicht explizit beschrieben oder in den Figuren dargestellt wird. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen beispielhaften Aspekte, die hierin beschrieben werden, miteinander kombiniert werden, wenn nicht speziell etwas anderes angegeben wird.
Halbleiter-Packages können ein(en) Halbleiterchip oder -Die enthalten. Durch die gesamte Beschreibung hinweg kann der Begriff Chip auch immer ein Die umfassen, und umgekehrt. Ein Halbleiter-Package kann auch mehrere Chips enthalten. Ein Halbleiter-Package kann einen Chipstapel umfassen. Ein Chipstapel enthält mehrere übereinander montierte Chips. Der Chip oder die mehreren Chips können Eingangs-/Ausgangs-Pads enthalten, die mit sich außerhalb des Packages befindenden Anschlüssen, zum Beispiel Lötpads oder Leitungen, elektrisch verbunden sein können.
Ein in einem Halbleiter-Package enthaltener Halbleiterchip kann auf einem Die-Pad angeordnet sein. Der Halbleiterchip kann ein Leistungshalbleiter-Die sein. Der Halbleiterchip kann dahingehend konfiguriert sein, in einem Spannungsbereich über 1000 Volt zu arbeiten. Der Halbleiterchip kann dahingehend konfiguriert sein, in einem Spannungsbereich über 1500 Volt zu arbeiten. Ein Die-Pad kann Teil eines Leadframes sein. Ein auf einem Die-Pad montierter Halbleiterchip, der mit Anschlüssen elektrisch verbunden ist, kann von einem Verkapselungsmaterial umgeben sein, das einen Verkapselungskörper bildet. Der Verkapselungskörper kann das Die-Pad teilweise verkapseln. Das Verkapselungsmaterial kann den Chip vollständig umschließen und den Chip vor der Außenumgebung schützen. Die Anschlüsse oder Leitungen können sich zumindest teilweise aus dem Verkapselungsmaterial erstrecken. Das Verkapselungsmaterial kann eine Vergussmasse sein.
Ein Halbleiter-Package kann ein freiliegendes Die-Pad umfassen. Ein freiliegendes Die-Pad kann zumindest teilweise freiliegen. Ein freiliegendes Die-Pad ist ein Die-Pad, das eine Fläche umfasst, die nicht von einem Verkapselungsmaterial bedeckt ist. Insbesondere kann die freiliegende Die-Pad-Fläche einer Fläche des Die-Pads gegenüberliegen, auf der ein Chip montiert ist. Ein freiliegendes Die-Pad kann mit einer Leiterplatte zur elektrischen Verbindung des im Halbleiter-Package enthaltenen Chips elektrisch verbunden sein.
Ein freiliegendes Die-Pad kann mit einem zum Ableiten von Wärme ausgeführten Kühlelement thermisch gekoppelt sein. Das Kühlelement kann eine Wärmesenke sein. Das Kühlelement kann Kühlrippen umfassen. Kühlrippen können die Fläche des Kühlelements vergrößern, um eine gute Wärmeableitung zu gewährleisten. Ein Kühlelement kann aus einem Metall hergestellt sein oder dieses umfassen.
Ein Kühlelement kann Teil einer Leiterplatte, zum Beispiel einer gedruckten Schaltung (PCB), sein. Ein in einer Leiterplatte integriertes Kühlelement kann Durchgangsverbindungen oder Durchkontaktierungen durch die Leiterplatte umfassen. Die Durchgangsverbindungen können ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit umfassen. Die Durchgangsverbindungen können auf einer Seite der Leiterplatte des freiliegenden Die-Pads und auf der anderen Seite der Leiterplatte eine Wärmesenke verbinden. Die Durchgangsverbindungen und die Wärmesenke können zusammen das Kühlelement bilden.
Ein Kühlelement kann in Form einer Metallplatte in der Leiterplatte integriert sein. Eine in einer Leiterplatte als Kühlelement integrierte Metallplatte kann Kupfer umfassen.
Ein Kühlelement kann an einer Leiterplatte angebracht sein. Ein Kühlelement kann mit einer Leiterplatte verschraubt sein. Ein Kühlelement kann an einem Halbleiter-Package angebracht, zum Beispiel damit verschraubt sein.
Beispiele für Halbleiter-Packages mit einem freiliegenden Die-Pad können sogenannte TO-Packages (TO - transistor outline) umfassen. Ein TO-Package kann ein Leaded-Package für eine Durchgangsmontage sein. Beispiele für TO-Packages können ein TO-220-Package umfassen, das ein Leistungspackage mit einem freiliegenden Die-Pad, das für Leistungshalbleiter bestimmt ist, umfasst. Beispielhafte TO-Packages können ein TO-247 umfassen, das auch ein LeistungsHalbleiter-Package ist. Ein TO-Package kann ein oberflächenmontiertes Bauelement (SMD - surface mount device) für Oberflächenmontage sein. Beispiele für TO-Packages können ein TO-252-Package und ein TO-263-Package sein, die auch LeistungsHalbleiter-Packages sind.
Ein weiteres beispielhaftes Halbleiter-Package kann ein DSO-Package (DSO - dual small outline) sein. Ein DSO-Package kann ein oberflächenmontiertes Package sein. Ein DSO-Package kann eine Oberseitenkühlung aufweisen. Eine Oberseitenkühlung entspricht einem freiliegenden Die-Pad auf einer gegenüber der Leiterplatte ausgerichteten Fläche des DSO-Packages, an der das Package montiert ist. Ein DSO-Package kann Unterseitenkühlung umfassen. Ein Package mit Unterseitenkühlung umfasst ein freiliegendes Die-Pad, das zu der Montagefläche ausgerichtet ist. Ein DSO-Package kann eine doppelseitige Kühlung enthalten.
Weitere Beispiele für Halbleiter-Packages können ein Leadless-Package umfassen. Ein Leadless-Package kann ein freiliegendes Die-Pad auf einer Oberseite des Packages umfassen. Weitere Beispiele für Halbleiter-Packages können DDPAK (Double Decawatt Package) oder QDPAK (Quadruple Decawatt Package) umfassen.
Ein Halbleiter-Package kann ein Durchgangsloch umfassen. Ein Durchgangsloch kann von einer Package-Fläche, auf der das freiliegende Die-Pad angeordnet ist, zu einer dieser Fläche gegenüberliegenden Fläche verlaufen. Ein Durchgangsloch kann ein Befestigen eines Kühlelements an dem Halbleiter-Package, zum Beispiel durch eine Schraube, gestatten.
Obgleich die Beschreibung beispielhafte Halbleiter-Packages angibt und in ihren Zeichnungen mehrere Halbleiter-Packages zeigt, versteht sich, dass dies in keiner Weise einschränkend ist und irgendein anderes Halbleiter-Package mit einer geeigneten Kappe vorgesehen sein kann. Es kann irgendein Halbleiter-Package für Oberseiten-, Unterseiten-, oder doppelseitige Kühlung konfiguriert sein.
Eine Kappe kann eine thermische Grenzfläche zu einem zumindest teilweise freiliegenden Die-Pad eines Halbleiter-Packages bereitstellen. Eine Kappe kann eine thermische Grenzfläche zwischen einem freiliegenden Die-Pad oder allgemeiner einer freiliegenden Kühlfläche eines Halbleiter-Packages und einem Kühlelement bereitstellen.
Eine Kappe kann nach Montage an einem Halbleiter-Packagesystem eine Kriechstrecke zwischen einem freiliegenden Die-Pad und/oder einer Leitung des Halbleiter-Packages und einem Kühlelement bereitstellen. Eine Kriechstrecke ist als eine kürzeste Strecke entlang einer Fläche eines festen Isoliermaterials zwischen zwei leitenden Teilen definiert. Eine erforderliche Kriechstrecke hängt von dem Spannungsbereich, in dem das Halbleiter-Packagesystem verwendet wird, und einer Umgebung, in der das Halbleiter-Package verwendet wird, ab. Eine Kriechstrecke für Halbleiter-Packagesysteme, wie hierin beschrieben, kann in einem Bereich von 0,5 cm bis 5 cm liegen. Die Kriechstrecke kann in einem Bereich von ca. 1 cm bis 2 cm liegen.
Eine Kappe kann nach Montage an einem Halbleiter-Packagesystem eine Luftstrecke zwischen einer Leitung des Halbleiter-Packages und einem Kühlelement bereitstellen. Eine Luftstrecke wird als die kürzeste Luftdistanz zwischen zwei leitenden Teilen definiert. Eine erforderliche Luftstrecke hängt von dem Spannungsbereich, in dem das Halbleiter-Packagesystem verwendet wird, und einer Umgebung, in der das Halbleiter-Packagesystem verwendet wird, ab. Eine Luftstrecke für Halbleiter-Packagesysteme, wie hierin beschrieben, kann in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm liegen. Die Luftstrecke kann in einem Bereich von ca. 4 mm bis 6 mm liegen.
Eine Wärmeleitfähigkeit der Kappe kann höher als 1 W/mK (Watt pro Meter Kelvin) sein. Eine Wärmeleitfähigkeit der Kappe kann ca. 10 W/mK betragen. Eine Wärmeleitfähigkeit der Kappe kann höher als 10 W/mK sein. Eine Wärmeleitfähigkeit der Kappe kann höher als 40 W/mK sein. Eine Wärmeleitfähigkeit der Kappe kann durch wärmeleitende Füllerpartikel verbessert werden. Füllerpartikel können die folgenden Materialien umfassen: BN (Bornitrid), Al2O3 (Aluminiumoxid), SiN (Siliziumnitrid), SiO2 (Siliziumdioxid), AlN (Aluminiumnitrid), SiC (Siliziumcarbid), BeO (Berylliumoxid).
Ein elektrisch isolierendes Material der Kappe kann einen thermisch erweichenden Kunststoff umfassen. Ein thermisch erweichender Kunststoff kann durch mehrmaliges Erwärmen in einen verformbaren Zustand gebracht werden. Ein thermisch erweichender Kunststoff kann PPS (Poly(p)-Phenylensulfid), PEEK (Polyetheretherketon), PC (Polycarbonat), TPE (thermoplastisches Elastomer), LCP (Flüssigkristallpolymer), PET (Polyethylenterephthalat), PEI (Polyetherimid), PPA (Polyphthalamid), PA66 (Polyamid), PE (Polyethylen), PS (Polystyrol), PMMA (Polymethylmethacrylat) umfassen. Ein elektrisch isolierendes Material kann ein duroplastisches Kunststoffmaterial umfassen. Ein duroplastischer Kunststoff kann nur einmal geformt werden und kehrt danach nicht in seinen formbaren Zustand zurück. Sie sind nicht erneut formbar. Ein duroplastisches Kunststoffmaterial kann Epoxidharz umfassen.
Das elektrisch isolierende Material kann eine Glasübergangstemperatur umfassen, die zwischen einer üblichen Betriebstemperatur des Halbleiter-Packages und einer zum Befestigen des Halbleiter-Packages an einer Platte verwendeten Löttemperatur liegt. Eine Glasübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der der sogenannte Glasübergang erfolgt. Die Glasübergangstemperatur eines Materials ist niedriger als die Schmelztemperatur. Ein Glasübergang ist ein reversibler Übergang in einen amorphen Materialzustand. Der amorphe Zustand kann ein Viskosezustand sein. Der Glasübergang kann eine stetige Zunahme der Viskosität des Materials sein. Obgleich das Material nicht flüssig ist, erweicht es. Im Glasübergangszustand kann sich das Material an umgebende Flächen anpassen. Zum Beispiel kann sich eine zwischen einer Halbleiter-Package-fläche und insbesondere zwischen einem freiliegenden Die-Pad und einer Fläche eines Kühlelements angeordnete Kappe im Glasübergangszustand an die beiden umgebenden Flächen anpassen. Somit können jegliche Luftblasen oder allgemein jegliche Einschlüsse zwischen dem Halbleiter-Package und der Kappe und der Kappe und dem Kühlelement verschwinden.
Ein Material mit einer Glasübergangstemperatur über der üblichen Packagetemperatur während des Betriebs erfährt möglicherweise keinen Glasübergang während des Betriebs, und eine daraus gebildete Kappe bleibt während des Betriebs fest. Andererseits führt eine Glasübergangstemperatur unter der Löttemperatur zu einem Glasübergang während des Lötens. Eine aus einem Material, das eine Glasübergangstemperatur unter der Lufttemperatur umfasst, gebildete Kappe kann sich während des Lötvorgangs an die Fläche des Halbleiter-Packages und die Fläche eines bereits montierten Kühlelements anpassen. Somit kann die thermische Grenzfläche zwischen dem Halbleiter-Package und dem Kühlelement verbessert werden.
Die Glasübergangstemperatur kann auch während des Betriebs des Bauteils selbst dann erreicht werden, wenn sich die Glasübergangstemperatur über der üblichen Packagetemperatur während des Betriebs befindet. Dies kann passieren, wenn der Kontakt zwischen dem Halbleiter-Package und der Kappe und/oder der Kappe und dem Kühlelement aufgrund von Unregelmäßigkeiten in den Berührungsflächen anfangs nicht ausreichend gut ist. Die thermische Grenzfläche kann dann einen hohen thermischen Kontaktwiderstand aufweisen, und der Chip innerhalb des Halbleiter-Packages kann das freiliegende Die-Pad erwärmen. In diesem Fall kann die Temperatur des Die-Pads die Kappe 12 zum Erreichen der Glasübergangstemperatur erwärmen. Im Glaszustand kann sich die Kappe an die Unregelmäßigkeiten in den Flächen des Halbleiter-Packages und des Kühlelements anpassen, und somit können sich die thermischen Grenzflächen verbessern. Das Halbleiter-Package kann dann wie von dem Kühlelement beabsichtigt abgekühlt werden. Die Temperatur der Kappe kann unter die Glasübergangstemperatur fallen, und die Kappe kehrt in den festen Zustand zurück.
Es können einige Füllerpartikel dahingehend vorgesehen sein, während einer Glasübergangsphase als Abstandsstücke zwischen dem Halbleiter-Package und dem Kühlelement zu wirken. Diese Füllerpartikel können eine Partikelgröße von ca. zwei Dritteln eines minimalen Abstands zwischen dem Halbleiter-Package und dem Kühlelement umfassen. Die Füllerpartikel können eine Partikelgröße von ca. 50 bis 90% des minimalen Abstands umfassen. Vorzugsweise können die Füllerpartikel eine Partikelgröße von ca. 60 des 80% des minimalen Abstands umfassen. Der minimale Abstand kann zum Gewährleisten eines elektrischen Mindestwiderstands oder einer Mindestdurchbruchfestigkeit zwischen dem freiliegenden Die-Pad und dem Kühlelement definiert sein. Die Partikelgrößen können ca. zwei Drittel der Kappendicke betragen. Die Partikelgrößen können ca. 50 bis 90% der Kappendicke betragen. Die Partikelgrößen können ca. 60 bis 80% der Kappendicke betragen. Eine Abstandshalterfunktion dieser größeren Partikel kann eine ordnungsgemäße elektrische Isolierung zwischen dem freiliegenden Die-Pad und dem Kühlelement gewährleisten.
Eine allgemeine Partikelgröße des Füllermaterials kann weniger als ein Drittel der Kappendicke betragen, die den Abstand zwischen dem freiliegenden Die-Pad und dem Kühlelement definiert. Die Partikelgröße des Füllermaterials kann zwischen ca. 1 µm bis ca. 100 µm, vorzugsweise zwischen ca. 30 µm und ca. 80 µm, variieren.
Ein Material der Kappe kann ferner Flammenhemmer umfassen. Flammenhemmer können Mg(OH)2 (Magnesiumhydroxid), Al(OH)3 (Aluminiumhydroxid) und Sb2O3 (Antimon(III)-oxid) umfassen. Das Flammenhemmermaterial kann Br (Brom) umfassen, das weitere Flammenhemmer enthält. Weitere Füllerpartikel können ein Material mit einer definierten sehr geringen elektrischen Leitfähigkeit umfassen, um die Gefahr einer Teilentladung an Mikrohohlräumen zu reduzieren. Diese Füller können zum Beispiel Kohlenstoff umfassen.
Ein Außenumfang der Kappe kann an ein Halbleiter-Package angepasst sein. Abmessungen der Kappe können ca. 20 mm × 17 mm betragen. Insbesondere können Kappenabmessungen für ein TO-247-Package 21,7 mm × 16,7 mm betragen. Ein Außenumfang der Kappe kann größer als das Halbleiter-Package sein, die Kappe kann durch einen Flansch über das Halbleiter-Package vorragen. Ein Flansch kann eine Kriechstrecke und eine Luftstrecke verbessern.
Eine Kappe kann einen Kappenkörperteil umfassen, der dahingehend konfiguriert ist, eine Hauptfläche des Halbleiter-Packages zumindest teilweise zu bedecken. Der Kappenkörperteil kann die Form eines Flächengebildes aufweisen. Ein Rand kann entlang einem Außenumfang des Kappenkörpers oder Kappenkörperteils verlaufen. Der Außenumfang des Kappenkörpers kann dem Außenumfang des Halbleiter-Packages entsprechen. Der Rand kann das Halbleiter-Package umgreifen. Der Rand kann eine Kriechstrecke verbessern.
Eine Kappe kann ferner ein Fixiersystem umfassen. Ein Fixiersystem wird in dieser gesamten Anmeldung als Befestigungsmittel bezeichnet. Das Fixiersystem kann ein Clip sein. Ein Fixiersystem kann mindestens einen Teil des Halbleiter-Packages umgreifen. Ein Fixiersystem kann in mindestens eine Öffnung des Halbleiter-Packages eingreifen.
Der Kappenkörper kann ein Durchgangsloch umfassen, das an ein Durchgangsloch im Halbleiter-Package angepasst ist. Die Durchgangslöcher können gestatten, dass sich eine Schraube durch die Durchgangslöcher erstreckt, um eine ein Kühlelement, eine Kappe und ein Halbleiter-Package umfassende Anordnung zusammenzuhalten.
Eine Dicke des Kappenkörpers kann zwischen ca. 10 µm (Mikrometer) bis zu mehreren 100 µm liegen. Eine Dicke des Kappenkörpers kann zwischen ca. 30 µm und ca. 600 µm liegen. Bei einer Ausführungsform kann die Dicke des Kappenkörpers zwischen ca. 100 µm und ca. 500 µm liegen. Eine Dicke des Kappenkörpers kann zwischen 250 µm und ca. 300 µm liegen. Eine Dicke des Kappenkörpers kann 300 µm betragen. Eine Dicke des Kappenkörpers kann ca. 1 cm betragen. Eine Dicke des Kappenkörpers kann von einer erforderlichen Luftstrecke zwischen einer Leitung und einem Kühlelement abhängig sein. Eine Dicke des Kappenkörpers kann von einer erforderlichen Kriechstrecke zwischen einem freiliegenden Die-Pad und einem Kühlelement abhängig sein.
Der Kappenkörper kann eine zum Halbleiter-Package gerichtete Basis umfassen. Die Basis kann eine Kontur aufweisen, die kleiner gleich der Kontur des Halbleiter-Packages ist. Die Basis kann eine Kontur aufweisen, die kleiner gleich der Kontur der freiliegenden Die-Padfläche ist.
Der Kappenkörper kann zusätzlich zu der Basis einen Flansch umfassen, der über einen Umfang oder eine Kontur des Halbleiter-Packages ragt. Der Flansch kann im Wesentlichen parallel zu einer Hauptfläche des Halbleiter-Packages vorragen. Eine Kombination aus der Basis und dem Flansch kann die Kriechstrecke und/oder die Luftstrecke verbessern.
Der Kappenkörper kann eine Ausnehmung umfassen, die den Verkapselungskörper zumindest teilweise aufnimmt.
Eine Kappe kann ein Fixiersystem mit einem Befestigungsmittel umfassen. Ein Fixiersystem kann ein Halbleiter-Package nur von einer Seite umgreifen oder umspannen. Eine Kappe kann zwei oder mehr Befestigungsmittel umfassen, die auf zwei oder mehr Seiten des Halbleiter-Packages angeordnet sind. Eine Kappe kann im Wesentlichen rechteckig sein. Eine Kappe kann zwei Befestigungsmittel auf einander gegenüberliegenden Seiten des rechteckigen Kappenkörpers umfassen. Eine Kappe kann drei Befestigungsmittel auf verschiedenen Seiten des rechteckigen Kappenkörpers umfassen. Eine Kappe kann vier Befestigungsmittel umfassen. Die vier Befestigungsmittel können paarweise angeordnet sein, jeweils zwei von ihnen auf zwei gegenüberliegenden Seiten des rechteckigen Kappenkörpers. Eine Kappe kann vier Befestigungsmittel umfassen, die auf vier Seiten des rechteckigen Kappenkörpers angeordnet sind. Die Befestigungsmittel können Clips sein.
Das Fixiersystem kann dahingehend konfiguriert sein, einen Teil des Halbleiter-Packages zu umgreifen, wodurch die Kappe an das Halbleiter-Package angebracht wird. Das Fixiersystem oder das Befestigungsmittel kann einen ersten Teil umfassen, der sich von dem Kappenkörper entlang einer Seitenfläche des Halbleiter-Packages aus erstreckt. Das Befestigungsmittel kann einen zweiten Teil umfassen, der auf der dem Kappenkörper gegenüberliegenden Seite mit dem ersten Teil verbunden ist. Der zweite Teil kann eine Kontaktfläche umfassen, die zu dem Kappenkörper gerichtet ist. Ein Abstand zwischen der Kontaktfläche und dem Kappenkörper kann dahingehend konfiguriert sein, den mindestens Teil des Halbleiter-Packages zwischen dem Kappenkörper und der Kontaktfläche zu klemmen.
Das Befestigungsmittel kann dahingehend konfiguriert sein, das Halbleiter-Package zu umgreifen, um die gesamte Dicke des Halbleiter-Packages zu umspannen. Dann berührt die Kontaktfläche die gegenüberliegende Hauptfläche des Halbleiter-Packages. Das Befestigungsmittel oder das Fixiersystem kann an eine in dem Halbleiter-Package enthaltene Kerbe angepasst sein. Eine Kerbe kann aufgrund technischer Erfordernisse während des Verkapselungsprozesses, bei dem der Chip in dem Halbleiter-Package verkapselt wird, wie zum Beispiel im Falle eines TO-Packages, vorgesehen sein. Diese Kerbe kann auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Halbleiter-Packages ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Kontaktfläche eine Fläche in der Kerbe gegenüber der Package-Fläche, auf der das freiliegende Die-Pad angeordnet ist, berühren. Das Befestigungsmittel kann an einen Vorsprung oder an eine Nut, der bzw. die in einer Seitenfläche des Halbleiter-Packages enthalten ist, angepasst sein. Der Vorsprung oder die Nut kann sich über einen Teil der Seitenfläche oder über die gesamte Länge der Seitenfläche erstrecken. Die Kontaktfläche kann dann eine Fläche des Vorsprungs oder der Nut gegenüber der Package-Fläche, auf der das freiliegende Die-Pad angeordnet ist, berühren. In einem Fall, in dem das Befestigungsmittel die gesamte Packagedicke umgreift, kann ein Abstand zwischen dem Kappenkörper der Kontaktfläche ca. 5 mm betragen. In dem Fall, in dem die Befestigungsmittel an eine Kerbe, einen Vorsprung oder eine Nut angepasst sind, kann der Abstand zwischen einer Kontaktfläche und dem Kappenkörper ca. 2 mm betragen. Im Allgemeinen kann der Abstand zwischen einer Kontaktfläche und dem Kappenkörper an das Halbleiter-Package angepasst sein. In dem Fall, in dem die Befestigungsmittel an eine Nut angepasst sind, können die Befestigungsmittel eine Breite von ca. 3 mm aufweisen. In dem Fall, in dem die Befestigungsmittel zum Umspannen der gesamten Dicke des Halbleiter-Packages angepasst sind, oder in dem Fall, in dem die Befestigungsmittel an einen Vorsprung oder eine Nut angepasst sind, können die Befestigungsmittel eine größere Breite aufweisen. Sie können so breit sein, dass sie sich über die gesamte Breite des Halbleiter-Packages erstrecken.
Als Alternative oder zusätzlich dazu kann ein Fixiersystem in mindestens eine Öffnung des Halbleiter-Packages eingreifen. Die Öffnung kann auf einer Seite oder auf mehr als einer Seite des Halbleiter-Packages ausgebildet sein. Das Fixiersystem kann formschlüssig in die Öffnung eingreifen.
Die Kappe kann zur Bildung eines Halbleiter-Packagesystems von dem Benutzer vor Verlöten des Halbleiter-Packages mit einer Leiterplatte an dem Halbleiter-Package befestigt werden. Die Kappe kann zur Bildung eines Halbleiter-Packagesystems nach Herstellung des Halbleiter-Packages im Werk an dem Halbleiter-Package befestigt werden. Die Kappe kann getrennt von dem Halbleiter-Package gefertigt werden. Die Kappe kann nur in Fällen, in denen eine elektrisch isolierte Montage und Kühlung erforderlich ist, an dem Halbleiter-Package befestigt werden. Das Befestigungsmittel oder das Fixiersystem kann ausreichend flexibel sein, ein leichtes Durchbiegen des Befestigungsmittels bei der Montage zu gestatten. Bei einer Ausführungsform kann die Kappe durch eine Bewegung, die im Wesentlichen vertikal zu einer Hauptfläche des Halbleiter-Packages verläuft, montiert werden. Das Befestigungsmittel kann durchgebogen werden, wenn es mit dem Halbleiter-Package in Kontakt kommt, und kann dann unter Bereitstellung einer Schnappverbindung in Position einschnappen. Das Befestigungsmittel kann steif bleiben und durch eine Bewegung, die im Wesentlichen vertikal zu einer Hauptfläche des Halbleiter-Packages verläuft, in angepasste Öffnungen eintreten.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Kappe durch eine Bewegung, die im Wesentlichen horizontal zu einer Hauptfläche des Halbleiter-Packages verläuft, montiert werden. Das Befestigungsmittel kann entlang Seitenflächen des Halbleiter-Packages gleiten, um unter Bereitstellung einer angepassten Fügeverbindung in Position zu gelangen. Die Kappe kann durch Spritzgießen einer Kappe in einem Formwerkzeug hergestellt werden. Spritzgießen ist ein Verfahren, das Massenfertigung zu geringen Kosten gestattet.
Die Kappe kann zur Bildung eines Halbleiter-Packagesystems von dem Benutzer nach Verlöten des Halbleiter-Packages mit einer Leiterplatte an dem Halbleiter-Package befestigt werden. Ein Lötprozess kann somit die Kappe nicht beeinflussen. Eine höhere Löttemperatur kann die Kappe nicht verändern.
Eine Kappe kann zusätzlich zu dem Kunststoffmaterial eine Platte aus einem elektrisch leitenden Material umfassen. Das elektrisch leitende Material kann auf einer Fläche der Kappe gegenüber der Seite des Halbleiter-Packages angeordnet werden. Das elektrisch leitende Material kann während des Spritzgießprozesses an dem Kunststoffkappenkörper der Kappe befestigt werden. In diesem Fall kann eine Schicht des elektrisch leitenden Materials vor dem Spritzgießen des elektrisch isolierenden Materials zur Bildung der Kappe in das Formwerkzeug platziert werden. Das elektrisch leitende Material kann Metall umfassen. Das elektrisch leitende Material kann eine Aluminiumplatte umfassen. Durch Aufnahme einer Metallplatte in der Kappe umfasst die Kappe selbst bereits eine Art kleiner Wärmesenke. Die Verwendung von Aluminium gestattet eine Wärmesenke mit geringem Gewicht.
Es kann von Vorteil sein, wenn die als eine thermische Grenzfläche wirkende Kappe ohne das Erfordernis eines Klebstoffs oder eines Fetts direkt am Halbleiter-Package montiert wird. Ferner kann es von Vorteil sein, wenn bei Verwendung eines thermisch erweichenden Materials mit einer Glasübergangstemperatur wie oben umrissen, sich die Kappe an eine Fläche des Halbleiter-Packages und/oder an eine Fläche eines Kühlelements anpasst. Es kann von Vorteil sein, wenn die Kappe nach dem Verlöten des Halbleiter-Packages mit einer Leiterplatte leicht an ein Halbleiter-Package montiert wird.
Obgleich im Folgenden beschriebene Ausführungsformen die an dem Halbleiter-Package montierte Kappe zeigen, versteht sich, dass die Kappe auch an dem Kühlelement montiert sein kann.
Die 1A und 1B stellen schematisch eine Anordnung dar, die ein Halbleiter-Package 10, eine Kappe 12 und ein Kühlelement 14 umfasst. In 1A sind das Halbleiter-Package 10, die Kappe 12 und das Kühlelement 14 voneinander getrennt. In 1B ist die Kappe 12 unter Bildung eines Halbleiter-Packagesystems an dem Halbleiter-Package 10 montiert. Das Kühlelement 14 ist neben der Kappe 12 angeordnet. Es versteht sich, dass eine Anordnung auch nur das Halbleiter-Package 10 und die Kappe 12, das heißt, das Halbleiter-Packagesystem, umfassen kann.
Das Halbleiter-Package 10 kann ein freiliegendes Die-Pad 16 und einen Verkapselungskörper 17 umfassen. Das freiliegende Die-Pad 16 kann auf einer Hauptfläche 18 des Halbleiter-Packages 10 angeordnet sein. Das Halbleiter-Package 10 kann eine zweite Hauptfläche 20 umfassen, die der ersten Hauptfläche 18 gegenüberliegt. Das Halbleiter-Package 10 kann Seitenflächen 22 aufweisen, die die Hauptflächen 18 und 20 miteinander verbinden. Das Halbleiter-Package 10 kann eine Dicke t aufweisen, die einem Abstand zwischen der ersten Hauptfläche 18 und der zweiten Hauptfläche 20 entspricht. Das Halbleiter-Package 10 kann äußere Anschlüsse umfassen, die in 1A nicht gezeigt werden. In Abhängigkeit von der Art des Halbleiter-Packages können diese äußeren Anschlüsse Leitungen sein, die auf einer Fläche des Halbleiter-Packages, auf zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Halbleiter-Packages oder auch auf vier Seitenflächen des Halbleiter-Packages angeordnet sind. Im Falle eines Leadless-Halbleiter-Packages können die äußeren Anschlüsse auf einer Hauptfläche des Halbleiter-Packages 10 angeordnet sein. Das Halbleiter-Package 10 kann einen oder mehrere Halbleiterchips, die in 1A nicht gezeigt werden, umschließen. Ein Halbleiterchip kann auf einer der freiliegenden Fläche gegenüberliegenden Fläche des Die-Pads 16, die in 1A nicht sichtbar ist, montiert sein.
Die Kappe 12 kann Befestigungsmittel eines Fixiersystems 24 umfassen, die dahingehend konfiguriert sind, die Dicke t des Halbleiter-Packages 10 zu umgreifen. Die Kappe 12 weist in der Darstellung nur ein Befestigungsmittel auf. Dies ist nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen. Die Kappe 12 kann auch zwei Befestigungsmittel, beispielsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kappe, umfassen. Die Kappe 12 kann auch vier Befestigungsmittel, zum Beispiel eines auf jeder Seite der Kappe 12, umfassen. Die Kappe 12 kann auch eine andere Anzahl von Befestigungsmitteln umfassen. Die Kappe 12 kann Befestigungsmittel umfassen, die dahingehend konfiguriert sind, in eine Öffnung im Halbleiter-Package einzugreifen, ohne einen Teil des Halbleiter-Packages 10 zu umgreifen.
Die Kappe 12 kann ferner einen Kappenkörper oder einen Kappenkörperteil 26 umfassen. Der Kappenkörper 26 kann dahingehend konfiguriert sein, eine Hauptfläche eines Halbleiter-Packages 10 zu bedecken. In dem in 1A gezeigten Beispiel bedeckt der Kappenkörper 26 vollständig die Hauptfläche 18 des Halbleiter-Packages 10. Bei anderen Ausführungsformen kann der Kappenkörper kleiner oder etwas größer als die Hauptfläche 18 sein. Der Kappenkörper 12 kann mindestens so groß wie die freiliegende Kühlfläche oder das freiliegende Die-Pad 16 sein.
Die Befestigungsmittel 24 können einen ersten Teil 28 umfassen, der sich von dem Kappenkörper 26 entlang einer Seitenfläche des Halbleiter-Packages 10 erstreckt. Der erste Teil 28 kann im Wesentlichen gerade sein. Ferner können die Befestigungsmittel 24 einen zweiten Teil 30 umfassen, der auf einer dem Kappenkörper 26 gegenüberliegenden Seite am ersten Teil befestigt ist. Der zweite Teil 30 kann eine Kontaktfläche 32 umfassen, die zu dem Kappenkörper 26 gerichtet ist, oder, mit anderen Worten, die Kontaktfläche 32 kann zu einer Hauptfläche eines Kappenkörpers 26 weisen. Ein Abstand zwischen der Kontaktfläche 32 und einer Hauptfläche der Kappe 12 kann einer Dicke t des Halbleiter-Packages 10 entsprechen. Der Abstand zwischen der Kontaktfläche 32 und einer Fläche des Kappenkörpers 26 ist dahingehend konfiguriert, das Halbleiter-Package 10 zwischen den Kappenkörper 26 und die Kontaktfläche 32 zu klemmen. Die Kontaktfläche 32 kann den Verkapselungskörper berühren. Die Kontaktfläche 32 kann einen Leadframe oder einen Teil eines Leadframes berühren.
Die Kappe 12 kann, wie oben besprochen, aus elektrisch isolierendem Material gebildet sein. Das elektrisch isolierende Material kann, wie oben besprochen, Füllerpartikel umfassen, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Die Kappe 12 kann eine thermische Grenzfläche zwischen dem freiliegenden Die-Pad 16 des Halbleiter-Packages 10 und dem Kühlelement 14 bereitstellen.
Das Kühlelement 14 kann eine im Wesentlichen flache Fläche umfassen, die in 1A nicht sichtbar ist und zur Kappe 12 gerichtet ist. Das Kühlelement 14 kann ferner Kühlrippen 34 umfassen, die zu einer der Kappe 12 gegenüberliegenden Seite gerichtet sind. Die Rippen 34 können dahingehend konfiguriert sein, eine gute Wärmeableitung zu gestatten. Das Kühlelement 14 kann aus Metall gebildet sein.
1B zeigt das Halbleiter-Package 10, die Kappe 12 und das Kühlelement 14, die aneinander befestigt sind. Die Befestigungsmittel 24 umgreifen eine Seitenfläche 22 des Halbleiter-Packages 10. Die Kontaktfläche 32 bringt die Kappe 12 sicher an dem Halbleiter-Package 10 an. Das Kühlelement 14 kann durch irgendein Mittel angebracht sein. Bei einer Ausführungsform kann eine das Halbleiter-Package und das Kühlelement umgreifende Klammer vorgesehen sein. Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine sich durch das Kühlelement 14, die Kappe 12 und das Halbleiter-Package 10 erstreckende Schraube vorgesehen sein. 1B zeigt nicht, wie das Kühlelement 14 und das Halbleiter-Package 10 zusammengehalten werden. Dem Fachmann ist eine Befestigung durch Schrauben oder Klammern bekannt. Bei einer Ausführungsform kann das Kühlelement 14 an einer Leiterplatte befestigt sein.
Nach Zusammenfügen der das Halbleiter-Package 10, die Kappe 12 und das Kühlelement 14 umfassenden Anordnung kann die Anordnung über eine Glasübergangstemperatur des elektrisch isolierenden Materials der Kappe 12 erwärmt werden. In ihrem Glasübergangszustand kann die Kappe 12 viskos werden und kann sich an jegliche Unregelmäßigkeiten entweder des Halbleiter-Packages und/oder des Kühlelements anpassen.
Die 2A bis 2C zeigen eine Ausführungsform mit einer an ein TO-Halbleiter-Package für eine Durchgangslochmontage ausgeführte Kappe.
2A zeigt eine Kappe 36. Die Kappe 36 kann aus irgendeinem der oben besprochenen elektrisch isolierenden Materialien gebildet sein. Die Kappe 36 kann irgendwelche der oben besprochenen Füllerelemente umfassen. Die Kappe 36 kann ein Durchgangsloch 38 umfassen. Das Durchgangsloch 38 kann an ein in dem TO-Package enthaltenes Durchgangsloch, für das die Kappe 36 bestimmt ist, angepasst sein.
Ferner kann die Kappe 36 zwei Befestigungsmittel 40 und einen Kappenkörper 42 umfassen. Die beiden Befestigungsmittel 40 können auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kappenkörpers 42 angeordnet sein. Sie können jeweils einen sich von dem Kappenkörper 42 erstreckenden ersten Teil 44 und einen eine Kontaktfläche 48 umfassenden zweiten Teil 46 umfassen. Ein Rand 50 kann um einen Umfang des Kappenkörpers 42 angeordnet sein. Der Kappenkörper 42 kann im Wesentlichen rechteckig sein. Der Kappenkörper 42 kann an eine Hauptfläche des TO-Halbleiter-Packages angepasst sein. Der Rand 50 kann dahingehend ausgeführt sein, die Hauptfläche des Halbleiter-Packages zu umgreifen.
2B zeigt ein TO-247-Halbleiter-Package 52. Das TO-247-Package 52 kann ein Durchgangsloch 54 umfassen. Das Halbleiter-Package 52 kann ferner Leitungen 56 umfassen, die zur Montage des Halbleiter-Package 52 auf eine Leiterplatte ausgeführt sind.
2B zeigt die unter Bildung eines Halbleiter-Packagesystems am Halbleiter-Package 52 montierte Kappe 36. Das Halbleiter-Package 52 kann zwei Kerben 58 umfassen. Die Kerben 58 können aus Herstellungsgründen am Halbleiter-Package 52 vorgesehen sein. Die Kerben 58 können zum Anbringen des Leadframes während eines Verkapselungsprozesses des Packages am TO-247-Package 52 vorgesehen sein. Die Kerben 58 können auch absichtlich gebildet sein, um die Kappe 36 am Package 52 zu halten. Wie in 2B zu sehen, können die Befestigungsmittel 40 an einen Teil des Halbleiter-Packages 52 und insbesondere an die Basis der Kerben 58 oder mit anderen Worten an den die Kerben 58 auf einer Seite des Halbleiter-Packages 52 schließenden Teil angepasst sein. Der erste Teil 44 der Befestigungsmittel 40 kann an die Dicke der Kerbenbasis angepasst sein. Die Kontaktfläche 48, die in 2B nicht sichtbar ist, kann die Halbleiter-Packagekerbenbasis berühren, und die Befestigungsmittel 40 können zwischen der Kerbenbasis und einer Hauptfläche des Halbleiter-Packages geklemmt werden.
2C zeigt ausführlicher die Kerbe 58 und die die Basis der Kerbe umgreifenden Befestigungsmittel 40. Die Kontaktfläche 48 des zweiten Teils 46 der Befestigungsmittel 40 weist zur Basis der Kerbe und greift in die Kerbe. Somit kann die Kappe 36 zwischen einer Fläche der Basis der Kerbe und einer Hauptfläche des Halbleiter-Packages 52, die sich in der Darstellung von 2C auf der Unterseite des Packages befindet, geklemmt werden.
Wie in 2C zu sehen, kann der Rand 50 das Halbleiter-Package umgreifen. Ein Vorteil des Rands 50 kann in der Bereitstellung einer größeren Strecke für einen möglichen Leckstrom liegen. Mit anderen Worten, der Rand 50 kann eine von dem freiliegenden Die-Pad ausgehende längere Kriechstrecke um die Kappe zum Kühlelement bereitstellen. Abmessungen der Kappe 36 können ca. 21,7 mm x 16,7 mm zur Anpassung an ein herkömmliches TO-247-Halbleiter-Package betragen. Eine Dicke kann ca. 300 um betragen.
Die 3A bis 3C zeigen ein Halbleiter-Packagesystem, das eine Kappe und ein DSO-Halbleiter-Package mit einer Unterseitenkühlung umfasst.
3A zeigt eine Kappe 62, die einen Kappenkörper 64, einen Rand 66 und zwei Befestigungsmittel 68 umfasst, die ein Befestigungssystem bilden. Die Kappe 62 kann kein Durchgangsloch umfassen, da das DSO-Package, für das die Kappe 62 konfiguriert ist, kein Durchgangsloch umfasst. Die Abmessungen der Kappe 62 können an das DSO-Package angepasst sein, so dass der Rand 66 das Package umgeben kann und sich über Seitenflächen des Packages erstrecken kann. Die Befestigungsmittel 68 können einen ersten Teil, der an den Teil des Halbleiter-Packages angepasst ist, der zum Klemmen der Kappe 62 an das Halbleiter-Package 72 verwendet wird, und einen zweiten Teil, der eine Kontaktfläche 70 umfasst, umfassen.
3B zeigt das Halbleiter-Packagesystem, das das Halbleiter-Package 72 und die montierte Kappe 62 umfasst. Das DSO-Package 72 kann Leitungen auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Packages umfassen. Nur die Leitungen auf einer Seite werden gezeigt. Das Halbleiter-Package 72 kann zwei Kerben 74 umfassen. Für die Kerben 74 gilt das Gleiche, wie oben für die Kerben 58 erläutert. Die Befestigungsmittel 68 können eine Basis der Kerbe 74 umgreifen, und die Kontaktfläche 70 kann zur Basis der Kerbe weisen.
3C zeigt das Halbleiter-Packagesystem, das die Kappe 62 und das Halbleiter-Package 72 umfasst, von unten. Eines der Befestigungsmittel 68 ist in 3C sichtbar. Die Kontaktfläche 70 klemmt das Halbleiter-Package 72 durch Umgreifen der Basis der Kerbe zwischen der Kontaktfläche 70 und dem Kappenkörper 64 der Kappe 62 fest.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform. Ein Halbleiter-Packagesystem umfasst ein Halbleiter-Package 78 und eine Kappe 80. Das Halbleiter-Package kann ein DSO-Package mit Oberseitenkühlung sein. Ein Kappenkörper 82 der Kappe 80 kann an einer Außenabmessung des DSO-Packages 78 angepasst sein und kann oben auf dem Halbleiter-Package 78 angeordnet sein. In dem gezeigten Beispiel umfasst das Halbleiter-Package 78 keine Kerbe. Das Befestigungsmittel 84 der Kappe 80 kann dahingehend konfiguriert sein, die gesamte Dicke des Halbleiter-Packages 78 zu umgreifen. Das Befestigungsmittel 84 kann einen vom Kappenkörper 82 ausgehenden ersten Teil 86, der eine an die Gesamtdicke des Halbleiter-Packages 78 angepasste Länge aufweist, umfassen. Ein zweiter Teil des Befestigungsmittels 84 kann eine Kontaktfläche umfassen und sich unter dem Halbleiter-Package 78 erstrecken. Das Halbleiter-Package 78 kann zwischen der Kontaktfläche des zweiten Teils des Befestigungsmittels 84 und dem Kappenkörper 82 geklemmt sein. Obgleich dies in 4 nicht sichtbar ist, kann die Kappe 80 ein zweites Befestigungsmittel auf der dem ersten Befestigungsmittel gegenüberliegenden Seite umfassen, das auf die gleiche Weise wie das erste Befestigungsmittel 84 konfiguriert ist.
Die 5A und 5B zeigen eine weitere Ausführungsform. 5A zeigt eine Kappe 88, die für eine doppelseitige Kühlung des Halbleiter-Packages 90 konfiguriert ist. Das Halbleiter-Package mit doppelseitiger Kühlung kann ein DSO-Package sein. Die Kappe 88 umfasst zwei Kappenkörper 92. Jeder der beiden Kappenkörper 92 kann einen Rand umfassen, wie oben erläutert. Bei Ausführungsformen umfasst möglicherweise nur einer der Kappenkörper 92 einen Rand. Die Kappe 88 kann ferner ein Befestigungsmittel 94 umfassen. Ein erster Teil des Befestigungsmittels kann an eine Dicke des Halbleiter-Packages 90 angepasst sein. Ein zweiter Teil des Befestigungsmittels 94 wird durch einen der beiden Kappenkörper 92 gebildet.
5B zeigt die Kappe 88, die unter Bildung eines Halbleiter-Packagesystems am Halbleiter-Package 90 montiert ist. Das Halbleiter-Package 90 ist zwischen den beiden Kappenkörpern 92 eingeklemmt, wobei einer der beiden Kappenkörper einem Kappenkörper wie oben bei den Ausführungsformen erläutert entspricht und der zweite Kappenkörper eine Kontaktfläche wie bei den oben besprochenen Ausführungsformen erläutert bereitstellen kann. Es können zwei Kühlelemente an der Anordnung in 5B montiert sein. Zum Beispiel kann ein Kühlelement in einer Leiterplatte, an die das Package 90 montiert werden soll, enthalten sein, und ein zweites Kühlelement kann oben auf dem Halbleiter-Package 90 mit dem Kappenkörper 92 als thermische Grenzfläche zwischen dem Kühlelement, das in 5B nicht gezeigt wird, und dem Halbleiter-Package 90 befestigt sein.
Die 6A bis 6E zeigen weitere Ausführungsformen. 6A zeigt ein Halbleiter-Package 96. Das Halbleiter-Package 96 kann ein QDPAK (Quadruple Decawatt Package) für Oberflächenmontage für Oberseitenkühlung sein. Das Halbleiter-Package 96 kann ein freiliegendes Die-Pad 16 und einen Verkapselungskörper 17 umfassen. Es können Leitungen 19 auf beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Halbleiter-Packages 96 angeordnet sein.
Auf den beiden anderen gegenüberliegenden Seiten des Halbleiter-Packages 96 kann der Verkapselungskörper 17 Kerben 98 umfassen, die von der oberen Hauptseite des Halbleiter-Packages 96 zur unteren Hauptseite verlaufen. Jede Seite des Halbleiter-Packages 96 kann zwei Kerben umfassen. In jeder Kerbe 98 kann ein Vorsprung 99 von dem freiliegenden Die-Pad 16 vorragen. Der Vorsprung 99 kann ein Steg eines Leadframes sein, der das Die-Pad 16 umfasst. Von der Oberseite des Halbleiter-Packages 96 aus gesehen, kann dieser Vorsprung 99 mit Wänden der Kerben 98 zwei Öffnungen 100 bilden.
6B zeigt eine erste beispielhafte Kappe 102, die zum Fixieren an dem Halbleiter-Package 96 konfiguriert ist. Die Kappe 102 kann vier Befestigungsmittel 40 wie unter Bezugnahme auf 2A beschrieben umfassen. Die Kappe 102 kann eine Ausnehmung 104 umfassen, die an eine äußere Kontur des Halbleiter-Packages 96 angepasst ist. Ein Flansch 106 begrenzt die Ausnehmung 104.
6C zeigt von einer Unterseite, das heißt, von einer Leiterplattenseite das Halbleiter-Package 96, mit daran montierter Kappe 102. Der Flansch 106 ragt über die Kontur des Halbleiter-Packages 96 vor. Der Flansch 106 vergrößert eine Kriechstrecke zwischen dem freiliegenden Die-Pad 16 (in 6C nicht gezeigt) und einem auf der anderen Seite der Kappe 102 zu montierenden Kühlelement. Der Flansch 106 vergrößert eine Luftstrecke zwischen den Leitungen des Halbleiter-Packages 96 und dem Kühlelement.
6D zeigt eine zweite beispielhafte Kappe 108, die zum Fixieren an dem Halbleiter-Package 96 konfiguriert ist. Die Kappe 108 kann vier Befestigungsmittel 110 umfassen. Die Kappe 108 kann einen Rand 50, wie unter Bezugnahme auf 2A erläutert, umfassen, der an eine äußere Kontur des Halbleiter-Packages 96 angepasst ist.
Die Befestigungsmittel 110 können jeweils zwei Vorsprünge 110a und 110b umfassen. Die Vorsprünge 110a, 110b können stabförmig sein. Die Vorsprünge 110a, 110b können an im Halbleiter-Package 96 ausgebildete Öffnungen 100 (6A) angepasst sein.
6E zeigt in einer Seitenansicht das Halbleiter-Package 96 mit daran montierter Kappe 108. Die Vorsprünge 110a, 110b können durch die Vorsprünge 99 und die Kerben 98 gebildete Öffnungen 100 in Eingriff nehmen. Der Rand 50 vergrößert eine Kriechstrecke zwischen dem freiliegenden Die-Pad 16 (in 6E nicht gezeigt) und einem zu montierenden Kühlelement.
Obgleich 4 Befestigungsmittel 40, 110 für die Kappen 102 und 108 gezeigt werden, versteht sich, dass andere Ausführungsformen möglicherweise jeweils nur zwei Befestigungsmittel umfassen, die vorzugsweise diagonal gegenüber oder in irgendeiner anderen Konfiguration angeordnet sind.
Die 7A bis 7D stellen eine beispielhafte Verwendung der Kappen 102 und 108 dar. 7A zeigt eine Leiterplatte 112. Die Leiterplatte 112 kann rechteckig sein. Die Leiterplatte 112 kann vier Durchgangslöcher 113 umfassen, jeweils eines in jeder Ecke. Es können damit sechs Halbleiter-Packages 96 verlötet sein. Es versteht sich, dass die Anzahl von sechs Packages rein beispielhaft ist und jegliche Anzahl von Halbleiter-Packages mit der Leiterplatte 112 verlötet sein kann. Wie unter Bezugnahme auf 6A erläutert, kann jedes Halbleiter-Package 96 ein freiliegendes Die-Pad 16 auf seiner Oberseite umfassen.
7B zeigt die Leiterplatte 112 von 7A mit einer Kappe 108 gemäß 6D, die an jedem der Halbleiter-Packages 96 fixiert ist. Die Kappen 108 können eine thermische Grenzfläche bereitstellen. Die Kappen 108 können freiliegende Die-Pads 16 elektrisch isolieren. Der Rand 50 kann eine Kriechstrecke vergrößern.
7C zeigt die Leiterplatte 112 von 7A mit einer Kappe 102 gemäß 6B, die an jedem der Halbleiter-Packages 96 fixiert ist. Die Kappen 102 können eine thermische Grenzfläche bereitstellen. Die Kappen 102 können freiliegende Die-Pads 16 elektrisch isolieren. Der Flansch 106 kann zusammen mit der Ausnehmung 104 eine Kriechstrecke vergrößern. Der Flansch 106 kann eine Luftstrecke vergrößern.
Es versteht sich, dass die Kappen 102 und 108 nach einem Lötprozess, bei dem die Halbleiter-Packages 96 mit der Leiterplatte 112 verlötet werden, an den Halbleiter-Packages 96 fixiert werden können. Als Alternative dazu können die Kappen 102, 108 vor einem Lötprozess an den Halbleiter-Packages 96 fixiert werden.
7D zeigt die Leiterplatte 112 von 78 oder 7C, das heißt, mit fixierten Kappen 102 oder 108, mit einem Kühlelement 14. Das Kühlelement 14 kann alle sechs Halbleiter-Packages 96, die an der Leiterplatte 112 montiert sind, bedecken. Das Kühlelement 14 kann durch Schrauben unter Verwendung der Durchgangslöcher 113 an der Leiterplatte 112 angebracht sein.
8 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Halbleiter-Packagesystems. Auf einer Oberseite eines Halbleiter-Packages 96 kann eine Kappe 114 fixiert sein. Ein Kühlelement 14 kann oben auf der Kappe 114 montiert sein. Die Kappe 114 kann einen Kappenkörper umfassen, der im Wesentlichen kastenförmig ist. Der Kappenkörper kann eine Basis 114a umfassen. Die Basis 114a kann eine Kontur aufweisen, die kleiner als die oder gleich der Kontur des Halbleiter-Packages 96 ist. Die Basis 114a kann eine Kontur aufweisen, die an eine Kontur des freiliegenden Die-Pads 16 angepasst ist. Die Basis 114a bedeckt möglicherweise nur das freiliegende Die-Pad 16 und nicht den Verkapselungskörper 17. Der Kappenkörper kann einen umlaufenden Flansch 114b umfassen, der über einen Umfang der Kastenform vorragt. Der Flansch 114b kann im Wesentlichen parallel zu einer Hauptfläche des Kappenkörpers vorragen. Das Kühlelement 14 kann eine Kontur aufweisen, die größer als der Flansch 114b ist. Das Kühlelement 14 kann über eine Außenform des Kappenkörpers der Kappe 114 vorragen.
Die Kappe 114 kann eine Dicke aufweisen, die dahingehend konfiguriert ist, eine Luftstrecke weiter zu vergrößern. Ein in dem Halbleiter-Package 96 enthaltener Chip kann zum Beispiel innerhalb eines Spannungsbereichs von ca. 1500 Volt bis 1900 Volt betrieben werden. Eine Dicke der Kappe 114 kann dann in einem Bereich von ca. 1 cm liegen. Eine Dicke der Kappe 114 kann kleiner als 1 cm sein. Eine Dicke der Kappe 114 kann an die erforderliche Luftstrecke angepasst sein.
Die 9A und 9B zeigen eine beispielhafte Kappe 12 zwischen einem Halbleiter-Package 10 und einem Kühlelement 14 in einem Querschnitt. Es versteht sich, dass dies der Querschnitt irgendeiner der in den 1 bis 5 gezeigten Kappen sein kann. Dies kann auch irgendeine andere Kappe wie in der Offenbarung besprochen sein.
Die Kappe 12 umfasst ein elektrisch isolierendes Material wie oben besprochen. Wie in den 9A und 9B gezeigt, kann die Kappe 12 ferner Füllerpartikel 116, 118 und 120 umfassen.
Das Material der Füllerpartikel 116, 118 und 120 kann irgendeines der oben besprochenen Füllermaterialien sein. Beispielhaft sind die Füllerpartikel 116 und 118 in der Darstellung kreisförmig, und die Füllerpartikel 120 weisen in der Darstellung eine längliche Form auf. Es versteht sich, dass die Füllerpartikel irgendeine Form aufweisen können. Obgleich die Füllerpartikel 118, 120 eine Partikelgröße aufweisen können, die kleiner als ein Drittel der Kappenkörperdicke ist, werden die Füllerpartikel 116 mit einer Partikelgröße von ca. zwei Dritteln der Kappenkörperdicke dargestellt. Die Kappe 12 kann dahingehend konfiguriert sein, drei bis fünf Füllerpartikel 116 zu umfassen.
9A zeigt die Anordnung, die das Halbleiter-Package 10, die Kappe 12 und das Kühlelement 14 nach der Montage umfasst. Das Fixieren kann durch eine Schraube oder eine Klemme erfolgen. Wie in 9A zu sehen, weisen die Flächen des Halbleiter-Packages 10 und des Kühlelements 14 Unregelmäßigkeiten auf. Aufgrund dieser Unregelmäßigkeiten kann zwischen der Kappe 12 und dem Halbleiter-Package 10 ein Spalt 122 gebildet sein und zwischen der Kappe 12 und dem Kühlelement 14 ein Spalt 124 gebildet sein. Es versteht sich, dass der oder die Spalte sich möglicherweise nicht über die gesamte Fläche erstrecken, sondern dass der Spalt einigen Luftblasen im Wesentlichen entsprechen kann.
Während des Prozesses des Verlötens des Halbleiter-Packages 10 mit einer Leiterplatte oder absichtlichen Erwärmens der Anordnung kann das elektrisch isolierende Material der Kappe 12 seine Glasübergangstemperatur erreichen. Das elektrisch isolierende Material kann sich dann von dem festen Zustand zu dem Glaszustand, das heißt, einen etwas weichen Zustand des Materials, ändern, ohne sich in einem flüssigen Zustand zu befinden. Aufgrund des durch das Befestigungsmittel, zum Beispiel durch eine Schraube oder eine Klemme, ausgeübten Drucks drücken das Halbleiter-Package 10 und das Kühlelement 14 gegen die Kappe 12. Die Kappe 12 passt sich an die Unregelmä-ßigkeiten in der Fläche des Halbleiter-Packages 10 und des Kühlelements 14 an. Die Spalte 122 und 124 können verschwinden oder sich zumindest verkleinern.
Würde die Kappe 12 während der Glasübergangsphase zu klein werden oder würde die Dicke zu sehr abnehmen, wäre keine elektrische Isolierung der Kappe mehr gewährleistet. Dann können die Partikel 116 die Funktion von Abstandsstücken einnehmen. Sie verändern sich während der Glasübergangstemperatur des elektrisch isolierenden Materials nicht aus dem festen Zustand, und somit kann der Abstand zwischen dem Halbleiter-Package 10 und dem Kühlelement 14 nicht unter die Partikelgröße der Partikel 116 fallen.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung einer Kappe. Zunächst wird ein Formwerkzeug bereitgestellt. Das Formwerkzeug kann eine Form zum Formen des Kappenkörpers und der Befestigungsmittel umfassen. Bei Ausführungsformen kann das Formwerkzeug eine Form zum Formen eines Rands umfassen. Ferner wird ein elektrisch isolierendes Material wie oben besprochen bereitgestellt. Dem elektrisch isolierenden Material kann ein Füllermaterial zugesetzt werden. Die Füllermaterialien können die Wärmeleitfähigkeit des elektrisch isolierenden Materials verbessern, ohne das elektrisch isolierende Merkmal des Material zu beeinträchtigen. Unter Verwendung des bereitgestellten elektrisch isolierenden Materials, das das Füllermaterial umfasst, wird in dem bereitgestellten Formwerkzeug eine Kappe spritzgegossen. Spritzgießen gestattet eine schnelle und kostengünstige Massenfertigung der Kappe.
Obgleich die Kappe in der Darstellung der Figuren eine einzige Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material, möglicherweise mit zugesetzten Füllern, umfasst, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt. Bei Ausführungsformen kann die Kappe mit einer zweiten Schicht versehen sein, die ein elektrisch leitendes Material auf einer dem Halbleiter-Package, wenn dieses sich in einem montierten Zustand befindet, gegenüberliegenden Fläche umfasst. Das elektrisch leitende Material kann ein Metall umfassen. Insbesondere kann das elektrisch leitende Material Aluminium umfassen. Mit anderen Worten, die Kappe kann die thermische Grenzfläche und das Kühlelement in einer Komponente umfassen.
Das elektrisch leitende Material kann nach dem Formen auf der Kappe abgeschieden werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das elektrisch leitende Material vor dem Spritzgießen der Kappe in das Formwerkzeug eingeleitet werden. In diesem Fall kann das Kühlelement während des Formprozesses an die Kappe angeformt werden.
Obgleich oben die Befestigung der Kappe am Halbleiter-Package beschrieben wird, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt. Bei Ausführungsformen können die Befestigungsmittel der Kappe an das Kühlelement angepasst sein. Die Kappe kann vor dem Zusammenfügen der Halbleiter-Packagekappe und des Kühlelements an dem Kühlelement befestigt werden.
In einem ersten Beispiel stellt eine Kappe eine thermische Grenzfläche für ein freiliegendes Die-Pad eines Halbleiter-Packages bereit, wobei die Kappe aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist; die Kappe umfasst Befestigungsmittel, die dahingehend konfiguriert sind, mindestens einen Teil des Halbleiter-Packages zu umgreifen, wodurch die Kappe an dem Halbleiter-Package angebracht wird.
In einem zweiten Beispiel umfasst die Kappe von Beispiel 1 mindestens zwei Befestigungsmittel, die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kappe angeordnet sind.
In einem dritten Beispiel umfasst die Kappe von Beispiel 1 oder Beispiel 2 einen Kappenkörper, der dahingehend konfiguriert ist, eine Hauptfläche des Halbleiter-Packages, die das freiliegende Die-Pad umfasst, zumindest teilweise zu bedecken, wobei die Befestigungsmittel einen sich entlang einer Seitenfläche des Halbleiter-Packages von dem Kappenkörper erstreckenden ersten Teil und einen auf einer dem Kappenkörper gegenüberliegenden Seite mit dem ersten Teil verbundenen zweiten Teil umfassen, wobei der zweite Teil eine zu dem Kappenkörper gerichtete Kontaktfläche umfasst, wobei ein Abstand zwischen der Kontaktfläche und dem Kappenkörper dahingehend konfiguriert ist, den mindestens Teil des Halbleiter-Packages zwischen dem Kappenkörper und der Kontaktfläche einzuklemmen.
In einem vierten Beispiel die Kappe von Beispiel 3, wobei der Abstand zwischen der Kontaktfläche und dem Kappenkörper einer Dicke des Halbleiter-Packages entspricht.
In einem fünften Beispiel die Kappe von Beispiel 3, wobei der Abstand zwischen der Kontaktfläche und dem Kappenkörper an eine Kerbe oder an einen Vorsprung des Halbleiter-Packages angepasst ist.
In einem sechsten Beispiel die Kappe der Beispiele 3 bis 5, wobei der Kappenkörper einen Rand umfasst, der dahingehend konfiguriert ist, sich zumindest teilweise über Seitenflächen des Halbleiter-Packages zu erstrecken, wenn die Kappe an dem Halbleiter-Package befestigt ist.
In einem Beispiel 7 die Kappe der Beispiele 3 bis 6, wobei der Kappenkörper ein Durchgangsloch umfasst, das an ein Loch in dem Halbleiter-Package zum Anbringen eines Kühlelements angepasst ist.
In einem Beispiel 8 die Kappe der Beispiele 3 bis 7, wobei der Kappenkörper eine Dicke zwischen ca. 30 Mikrometer und ca. 600 Mikrometer und vorzugsweise zwischen ca. 100 Mikrometer und ca. 500 Mikrometer und besonders bevorzugt zwischen ca. 250 Mikrometer und ca. 350 Mikrometer aufweist.
In einem Beispiel 9 umfasst die Kappe von Beispiel 1 einen ersten Kappenkörper und einen zweiten Kappenkörper, wobei der erste Kappenkörper dahingehend konfiguriert ist, eine erste Hauptfläche des Halbleiter-Packages, die das freiliegende Die-Pad umfasst, zumindest teilweise zu bedecken, wobei die Befestigungsmittel einen sich von dem ersten Kappenkörper zu dem zweiten Kappenkörper entlang einer Seitenfläche des Halbleiter-Packages zu einer zweiten Hauptfläche des Halbleiter-Packages gegenüber der ersten Hauptfläche erstreckenden ersten Teil umfassen und der zweite Kappenkörper dahingehend konfiguriert ist, die zweite erste Hauptfläche des Halbleiter-Packages zumindest teilweise zu bedecken, wobei ein Abstand zwischen dem ersten Kappenkörper und dem zweiten Kappenkörper dahingehend konfiguriert ist, das Halbleiter-Package zwischen dem ersten Kappenkörper und dem zweiten Kappenkörper einzuklemmen.
In einem Beispiel 10 die Kappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch isolierenden Material einen thermisch erweichenden Kunststoff, vorzugsweise einen aus PPS, PEEK, PC, TPE, LCP, PET, PEI, PPS, PPA, PA 66, PE, PS, PMMA, oder ein duroplastisches Kunststoffmaterial, vorzugsweise ein Epoxidharz, umfasst.
In einem Beispiel 11 die Kappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch isolierende Material eine Glasübergangstemperatur umfasst, die zwischen einer üblichen Temperatur des Halbleiter-Packages während des Betriebs und einer zum Befestigen des Halbleiter-Packages an einer Platte verwendeten Löttemperatur liegt.
In einem Beispiel 12 die Kappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch isolierende Material ein wärmeleitendes Füllermaterial umfasst.
In einem Beispiel 13 die Kappe von Beispiel 12, wobei das wärmeleitende Füllermaterial eines aus BN, AL2O3, SiN, SiO2, AIN, SiC, BeO umfasst.
In einem Beispiel 14 die Kappe der Beispiele 2 und 13, wobei eine Partikelgröße des Füllermaterials kleiner als ein Drittel der Kappenkörperdicke ist.
In einem Beispiel 15 die Kappe von Beispiel 14, die ferner ca. drei bis fünf Füllerpartikel mit einer Partikelgröße von ca. zwei Dritteln der Kappenkörperdicke umfasst.
In einem Beispiel 16 die Kappe von einem der vorhergehenden Beispiele, die ferner eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material umfasst, wobei die Schicht auf einer von dem Halbleiter-Package weg weisenden Seite der Kappe angeordnet ist.
In einem Beispiel 17 umfasst eine Anordnung eine Kappe gemäß einem der vorhergehenden Beispiele und das Halbleiter-Package, an dem die Kappe befestigt werden kann.
In einem Beispiel 18 umfasst die Anordnung gemäß Beispiel 17 ferner ein Kühlelement, wobei ist die Kappe zwischen dem Halbleiter-Package und dem Kühlelement anzuordnen ist.
In einem Beispiel 19 umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Kappe gemäß einem der Beispiele 1 bis 16 Spritzgießen der Kappe in einem Formwerkzeug.
In einem Beispiel 20 umfasst das Verfahren gemäß Beispiel 19 ferner Platzieren einer Schicht aus einem elektrisch leitenden Material in das Formwerkzeug vor dem Spritzgießen des elektrisch isolierenden Materials zum Bilden einer Kappe gemäß Beispiel 16.
Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Implementierungen dargestellt und beschrieben worden ist, können Abänderungen und/oder Modifikationen an den dargestellten Beispielen durchgeführt werden, ohne von dem Wesen und Schutzumfang der angehängten Ansprüche abzuweichen. Insbesondere hinsichtlich der von den oben beschriebenen Strukturen ausgeführten verschiedenen Funktionen sollen die zur Beschreibung solcher Strukturen verwendeten Begriffe (einschließlich eines Verweises auf ein „Mittel“), wenn nicht anders angegeben, jeglicher Struktur entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Struktur ausführt (die zum Beispiel funktionell äquivalent ist), selbst wenn sie mit der offenbarten Struktur, die die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Erfindung ausführt, nicht strukturell äquivalent ist.

Claims

Halbleiter-Packagesystem, umfassend: ein Halbleiter-Package, das Folgendes umfasst: - ein Die-Pad; - einen auf einer ersten Hauptfläche des Die-Pads montierten oder angeordneten Halbleiterchip; - einen Verkapselungskörper, der den Halbleiterchip und zumindest teilweise das Die-Pad verkapselt, wobei eine zweite Hauptfläche des Die-Pads zumindest teilweise freiliegt; und eine Kappe, die die freiliegende zweite Hauptfläche des Die-Pads zumindest teilweise bedeckt, wobei die Kappe Folgendes umfasst: - einen Kappenkörper aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material; und - ein Fixiersystem, wobei das Fixiersystem die Kappe an dem Halbleiter-Package fixiert und wobei sich das Fixiersystem von dem Kappenkörper zu dem Verkapselungskörper oder entlang einer Seitenfläche des Halbleiter-Packages erstreckt.
Halbleiter-Packagesystem nach Anspruch 1, wobei das Fixiersystem die Kappe durch: Umgreifen mindestens eines Teils des Halbleiter-Packages; und/oder Eingreifen in mindestens eine Öffnung des Halbleiter-Packages an dem Halbleiter-Package fixiert.
Halbleiter-Packagesystem nach Anspruch 2, wobei das Fixiersystem das Halbleiter-Package an einer Kerbe oder an einem Vorsprung des Halbleiter-Packages festklemmt.
Halbleiter-Packagesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fixiersystem eine Schnappverbindung oder eine angepasste Fügeverbindung bereitstellt.
Halbleiter-Packagesysteme nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Fixiersystem das Halbleiter-Package zwischen dem die freiliegende zweite Hauptfläche des Die-Pads auf einer ersten Hauptfläche des Halbleiter-Packages bedeckenden Kappenkörper und einem eine zweite Hauptfläche des Halbleiter-Packages gegenüber der ersten Hauptfläche zumindest teilweise bedeckenden weiteren Kappenkörper einklemmt.
Halbleiter-Packagesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kappenkörper einen Rand umfasst, der dahingehend konfiguriert ist, sich zumindest teilweise entlang Seitenflächen des Halbleiter-Packages zu erstrecken.
Halbleiter-Packagesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kappenkörper einen Flansch umfasst, der über einen Umfang des Verhapselungskörpers vorragt, wobei der Flansch im Wesentlichen parallel zu der zweiten Hauptfläche des Die-Pads vorragt.
Halbleiter-Packagesystem nach Anspruch 7, wobei der Kappenkörper ferner eine Ausnehmung umfasst, die den Verkapselungskörper zumindest teilweise aufnimmt.
Halbleiter-Packagesystem nach Anspruch 7, wobei der Kappenkörper ferner eine Basis umfasst, die zu dem Verkapselungskörper gerichtet ist, wobei die Basis: - eine Kontur, die kleiner als die oder gleich der Kontur des Verkapselungskörpers ist; oder - eine Kontur, die kleiner als die oder gleich der Kontur der freiliegenden Die-Pad-Fläche ist, umfasst.
Halbleiter-Packagesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kappenmaterial einen thermisch erweichenden Kunststoff, vorzugsweise einen aus PPS, PEEK, PC, TPE, LCP, PET, PEI, PPS, PPA, PA 66, PE, PS, PMMA, oder ein duroplastisches Kunststoffmaterial, vorzugsweise ein Epoxidharz, umfasst.
Halbleiter-Packagesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kappenmaterial eine Glasübergangstemperatur umfasst, die zwischen einer üblichen Temperatur des Halbleiter-Packages während des Betriebs und einer zum Befestigen des Halbleiter-Packages an einer Platte verwendeten Löttemperatur liegt.
Halbleiter-Packagesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kappenmaterial ein wärmeleitendes Füllermaterial, vorzugweise eines aus BN, AL2O3, SiN, SiO2, AIN, SiC, BeO, umfasst.
Halbleiter-Package nach Anspruch 11 und Anspruch 12, ferner umfassend ca. drei bis fünf Füllerpartikel mit einer Partikelgröße, die dahingehend konfiguriert ist, eine minimale Kappenkörperdicke zu gewährleisten.
Halbleiter-Packagesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kappe ferner eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material umfasst, wobei die Schicht auf einer von dem Halbleiter-Package weg weisenden Seite der Kappe angeordnet ist.
Halbleiter-Packagesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Kühlelement, wobei die Kappe zwischen dem Halbleiter-Package und dem Kühlelement angeordnet werden soll.
Kappe, die zum mindestens teilweisen Bedecken eines mindestens teilweise freiliegenden Die-Pads eines Halbleiter-Packages konfiguriert ist, wobei die Kappe einen Kappenkörper eines elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Materials umfasst; und die Kappe ein Fixiersystem umfasst, wobei das Fixiersystem dahingehend konfiguriert ist, die Kappe an dem Halbleiter-Package zu fixieren, wobei sich das Fixiersystem von dem Kappenkörper erstreckt.
Kappe nach Anspruch 16, wobei das Fixiersystem dahingehend konfiguriert ist, die Kappe durch: Umgreifen mindestens eines Teils des Halbleiter-Packages; und/oder Eingreifen in mindestens eine Öffnung des Halbleiter-Packages an dem Halbleiter-Package zu fixieren.
Kappe nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei der Kappenkörper im Wesentlichen kastenförmig ist und einen umlaufenden Flansch umfasst, der über einen Umfang der Kastenform vorragt, wobei der Flansch im Wesentlichen parallel zu einer Hauptfläche des Kappenkörpers vorragt.
Kappe nach Anspruch 18, wobei der Kappenkörper ferner eine Ausnehmung umfasst, die zur teilweisen Aufnahme des Halbleiter-Packages konfiguriert ist.
Kappe nach Anspruch 18, wobei der Kappenkörper ferner eine Basis umfasst, wobei die Basis eine Kontur aufweist, die kleiner als die oder gleich der Kontur des Halbleiter-Packages ist.
Kappe nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Kappenkörper einen Rand umfasst, der dahingehend konfiguriert ist, sich zumindest teilweise über Seitenflächen des Halbleiter-Packages zu erstrecken.
Verwendung einer Kappe zum Ableiten von Wärme von einem Halbleiter-Package, wobei die Kappe durch ein Fixiersystem an dem Halbleiter-Package fixiert ist, wobei das Fixiersystem dahingehend konfiguriert ist, die Kappe durch eine Schnappverbindung oder eine angepasste Fügeverbindung an dem Halbleiter-Package zu fixieren.
Verwendung einer Kappe nach Anspruch 22, wobei die Kappe als eine thermische Grenzfläche zwischen dem Halbleiter-Package und einem Kühlelement verwendet wird, wobei die Kappe die Wärme zu dem Kühlelement ableitet.
Verwendung einer Kappe nach einem der Ansprüche 22 und 23, wobei die Kappe nach dem Verlöten des Halbleiter-Packages mit einer Platte an dem Halbleiter-Package fixiert wird.