DE102019215523A1 - Leistungshalbleiterbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils - Google Patents
Leistungshalbleiterbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019215523A1 DE102019215523A1 DE102019215523.5A DE102019215523A DE102019215523A1 DE 102019215523 A1 DE102019215523 A1 DE 102019215523A1 DE 102019215523 A DE102019215523 A DE 102019215523A DE 102019215523 A1 DE102019215523 A1 DE 102019215523A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- power semiconductor
- semiconductor component
- housing
- cooling region
- main surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 56
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 12
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 11
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 7
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 101100028477 Drosophila melanogaster Pak gene Proteins 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3736—Metallic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
- H01L23/49541—Geometry of the lead-frame
- H01L23/49562—Geometry of the lead-frame for devices being provided for in H01L29/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
- H01L23/49822—Multilayer substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
- H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
- H05K1/0209—External configuration of printed circuit board adapted for heat dissipation, e.g. lay-out of conductors, coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/838—Bonding techniques
- H01L2224/83801—Soldering or alloying
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Leistungshalbleiterbauteil (1), aufweisend- mindestens ein innerhalb eines Gehäuses (4) angeordnetes Leistungshalbleiterbauelement (2), wobei an einer ersten Oberfläche (5) des Gehäuses (4) ein Kühlkörper (6) mit einer Fläche a freiliegt;- ein Verdrahtungssubstrat (10) mit einer ersten Hauptoberfläche (12) und einer zweiten Hauptoberfläche (14), wobei auf der zweiten Hauptoberfläche (14) eine Entwärmungsregion (16) mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, wobei die Entwärmungsregion (16) eine Fläche A auf der zweiten Hauptoberfläche (14) aufweist; wobei a < A gilt und das Gehäuse (4) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (2) derart auf der zweiten Hauptoberfläche (14) des Verdrahtungssubstrats (10) angeordnet ist, dass der Kühlkörper (6) vollständig auf der Entwärmungsregion (16) angeordnet und mit dieser über eine Lotschicht (20) verbunden ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauteil mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Leistungshalbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils.
- Leistungshalbleiterbauelemente wie zum Beispiel MOSFETs werden in Gehäusen, typischerweise Kunststoffgehäusen, mit an der Gehäuseaußenseite freiliegenden Kühlflächen, beispielsweise aus Kupfer, angeordnet, wobei es eine Reihe unterschiedlicher Gehäusebauformen gibt, wie beispielsweise D2PAK, DPAK, TO220 etc. Die Bauelemente sind teilweise als oberflächenmontierbare Bauelemente ausgebildet und teilweise als durchsteckmontierbare Bauelemente. Sie weisen typischerweise zumindest zwei Anschlusspins auf, die aus dem Kunststoffgehäuse herausgeführt sind und mit Anschlüssen eines Verdrahtungssubstrats verbindbar sind.
- Da Leistungshalbleiterbauteile, die derartige Leistungshalbleiterbauelemente aufweisen, im Betrieb hohe Wärmemengen abgeben, stellt das effiziente Abführen dieser Wärme eine besondere Herausforderung dar. Typischerweise wird die Wärme über das Verdrahtungssubstrat abgeführt, auf dem das gehäuste Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist. Dieses kann dazu beispielsweise thermische Bohrungen (Vias) aufweisen.
- Bei manchen neueren Anwendungen, beispielsweise bei in Elektrofahrzeugen eingesetzten Ladegeräten, fallen sehr hohe Verlustleistungen an, sodass der Kühlung besondere Bedeutung zukommt. Teilweise ist bei derartigen Anwendungen der Einsatz thermischer Bohrungen aufgrund elektrischer Isolationsverordnungen auch nicht möglich.
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungshalbleiterbauteil anzugeben, das eine besonders wirksame Abfuhr von durch das Leistungshalbleiterbauelement abgegebener Wärme aufweist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Leistungshalbleiterbauteils angegeben werden.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Leistungshalbleiterbauteil angegeben, das mindestens ein innerhalb eines Gehäuses angeordnetes Leistungshalbleiterbauelement aufweist, wobei an einer ersten Oberfläche des Gehäuses ein Kühlkörper mit einer Fläche a freiliegt. Bei dem Gehäuse handelt es sich insbesondere um ein Kunststoffgehäuse. Der Kühlkörper ist insbesondere aus Metall ausgebildet. Das Gehäuse kann beispielsweise im Wesentlichen eine Quaderform aufweisen.
- Das Leistungshalbleiterbauteil weist ferner ein Verdrahtungssubstrat mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche auf, wobei auf der zweiten Hauptoberfläche eine Entwärmungsregion mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, wobei die Entwärmungsregion eine Fläche A auf der zweiten Hauptoberfläche aufweist. Bei dem Verdrahtungssubstrat kann es sich insbesondere um eine Leiterplatte, beispielsweise um ein PCB-Substrat, d.h. um eine gedruckte Leiterplatte, handeln. Die Entwärmungsregion kann insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Entwärmungsregion von einem Teilstück einer Kupfer-Lage der Leiterplatte gebildet, beispielsweise von einer an einer Hauptfläche der Leiterplatte angeordneten Kupferfläche der Kupfer-Lage.
- Die Fläche a des Kühlkörpers ist kleiner als die Fläche A der Entwärmungsregion. Insbesondere gilt a < 0,75 A, insbesondere a < 0,5, d.h. A kann mehr als doppelt so groß wie a sein.
- Das Gehäuse mit dem Halbleiterbauelement ist derart auf der zweiten Hauptoberfläche des Verdrahtungssubstrats angeordnet, dass der Kühlkörper vollständig auf der Entwärmungsregion angeordnet und mit dieser über eine Lotschicht verbunden ist.
- Demnach ragt die Entwärmungsregion auf dem Verdrahtungssubstrat seitlich über die Fläche des Kühlkörpers hinaus. Die Entwärmungsregion ist demnach größer als dies zum Aufbringen des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement und zur elektrischen und thermischen Anbindung notwendig wäre.
- Das Leistungshalbleiterbauteil hat den Vorteil, dass durch die vergrößerte Entwärmungsregion die Masse an gut wärmeleitendem Material, insbesondere Kupfer, auf dem Verdrahtungssubstrat stark erhöht ist. Sie kann insbesondere mehr als verdoppelt werden. Auf diese Weise wird die Wärme nicht nur wirksam aus dem Leistungshalbleiterbauelement abgeführt, sondern es findet auch eine effektive Wärmespreizung statt, indem Wärme seitlich in alle Teile der Entwärmungsregion abgeführt und dort an die Umgebung abgegeben werden kann. Auf diese Weise erfolgt die Entwärmung des Leistungshalbleiterbauelements besonders wirksam.
- Zusätzlich zur größeren Fläche kann auch die Dicke der Entwärmungsregion vergrößert werden. Typischerweise steht bei der Standardleiterplattentechnologie pro Lage maximal 70 Mikrometer Kupfer zur Verfügung, teilweise auch bis zu 105 Mikrometer oder bis zu 201 Mikrometer. Diese maximale Dicke kann für die Entwärmungsregion voll ausgeschöpft werden, um die wärmeleitende Masse zu maximieren.
- Darüber hinaus stellt die große Menge gut wärmeleitfähigen Materials der Entwärmungsregion einen Puffer dar, um kurzzeitige Leistungsspitzen des Leistungshalbleiterbauelements, die einen kurzzeitigen Temperaturanstieg bewirken, abzufangen.
- Gemäß einer Ausführungsform ist das die Entwärmungsregion bildende Material, insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung, in einer Matrix aus Kunststoffmaterial eingebettet und die Oberfläche der Entwärmungsregion dabei vorzugsweise koplanar zur übrigen Oberfläche des Verdrahtungssubstrats. Alternativ könnte die Entwärmungsregion auch auf einer Oberfläche des Verdrahtungssubstrats aufliegen.
- Gemäß einer Ausführungsform liegt ein zusätzlicher Bereich des Kühlkörpers an einer Seitenfläche des Gehäuses frei und ist mit einer Entwärmungsmasse aus wärmeleitendem Material bedeckt.
- Unter einer Seitenfläche des Gehäuses wird hier im Folgenden eine Außenfläche des Gehäuses verstanden, die senkrecht zu der ersten Oberfläche angeordnet ist. Eine derartige Seitenfläche ist im montierten Zustand nicht direkt mit dem Verdrahtungssubstrat in Kontakt. Durch das Aufbringen der zusätzlichen Entwärmungsmasse auf den zusätzlich freiliegenden Bereich des Kühlkörpers wird die Entwärmung noch weiter verbessert.
- Häufig liegt der Kühlkörper nicht nur an einer Seitenfläche frei, sondern er ragt sogar aus dem Gehäuse heraus und steht somit von der Seitenfläche vor. In diesem Fall kann der gesamte hervorragende Bereich mit der Entwärmungsmasse bedeckt sein.
- Das die Entwärmungsmasse bildende Material kann insbesondere Lot oder Silberleitklebstoff sein. Bei diesen Materialien handelt es sich um in der Halbleitertechnologie ohnehin verfügbare Materialien, die einfach zu handhaben sind, sich gut als Entwärmungsmasse aufbringen lassen und eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Leistungshalbleiterbauteils angegeben, wobei das Verfahren das Bereitstellen mindestens eines innerhalb eines Gehäuses angeordneten Leistungshalbleiterbauelements aufweist, wobei an einer ersten Oberfläche des Gehäuses ein Kühlkörper freiliegt, wobei der Kühlkörper eine Fläche a auf der ersten Oberfläche aufweist.
- Ferner umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Verdrahtungssubstrats mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, wobei auf der zweiten Hauptoberfläche eine Entwärmungsregion mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, wobei die Entwärmungsregion eine Fläche A auf der zweiten Hauptoberfläche aufweist, wobei a < A gilt.
- Das Verfahren umfasst ferner das Aufbringen von Lötstopplack in der Entwärmungsregion auf das Verdrahtungssubstrat, wobei der Lötstopplack eine Montageregion zur Aufnahme des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement begrenzt. Die Montageregion entspricht dabei in Form und Ausdehnung der ersten Oberfläche des aufzubringenden Gehäuses.
- Anschließend erfolgt das Aufbringen einer Lotschicht auf die Entwärmungsregion und das Auflöten des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement in der Montageregion. Die Lotschicht ist dabei zur Erhöhung der Menge gut wärmeleitfähigen Materials sowohl innerhalb als auch außerhalb der Montageregion und somit beiderseits der Begrenzung aus Lötstopplack aufgebracht, wobei Lot außerhalb der Montageregion lediglich der Wärmeabfuhr und Wärmespreizung dient, nicht der Fixierung des Gehäuses.
- Weitere Bereiche aus Lötstopplack können in der Entwärmungsregion oder außerhalb dieser auf dem Verdrahtungssubstrat vorgesehen sein, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
- Die Lotschicht kann insbesondere auf die Entwärmungsregion aufgedruckt sein.
- Die Lötstopplackschicht hat die Aufgabe, ein Verschwimmen des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement während des Auflötens zu verhindern. Die Lötstopplackschicht fixiert demnach das Gehäuse während des Auflötens.
- Die Lotschicht weist im Wesentlichen dieselbe Ausdehnung auf wie die Entwärmungsregion. Sie kann etwas kleiner sein, um ein Verlaufen von Lot in Bereiche außerhalb der Entwärmungsregion zu verhindern. Die Lotschicht weist demnach aber eine Fläche B auf, die deutlich größer als a und annähernd so groß wie A ist.
- Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Leistungshalbleiterbauelements das Bereitstellen mindestens eines innerhalb eines Gehäuses angeordneten Leistungshalbleiterbauelements auf, wobei an einer ersten Oberfläche des Gehäuses ein Kühlkörper freiliegt, wobei der Kühlkörper eine Fläche a auf der ersten Oberfläche aufweist. Ferner umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Verdrahtungssubstrats mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, wobei auf der zweiten Hauptoberfläche eine Entwärmungsregion mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, wobei die Entwärmungsregion eine Fläche A auf der zweiten Hauptoberfläche aufweist, wobei a < A gilt.
- Ferner umfasst das Verfahren das Aufbringen des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement mittels eines SMD-Klebstoffs in der Entwärmungsregion auf das Verdrahtungssubstrat und das Aufbringen einer Lotschicht in der Entwärmungsregion auf das Verdrahtungssubstrat.
- Unter einem SMD-Klebstoff wird dabei ein Klebstoff verstanden, der zur Fixierung oberflächenmontierbarer Bauteile (surface mount devices) verwendet wird. Solche Klebstoffe, bei denen es sich beispielsweise um elektrisch leitfähige Klebstoffe auf Epoxidharzbasis handeln kann, sind dem Fachmann prinzipiell bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
- Dabei dient der SMD-Klebstoff zur Fixierung des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement während des anschließenden Auflötens des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement in der Montageregion.
- Gemäß einer Ausführungsform wird nach dem Auflöten des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement ein zusätzlicher Bereich des Kühlkörpers, der an einer Seitenfläche des Gehäuses freiliegt, nach dem Aufbringen des Gehäuses auf das Verdrahtungssubstrat mit einer Entwärmungsmasse aus wärmeleitendem Material bedeckt.
- Die Entwärmungsmasse kann dabei vor oder nach dem Auflöten des Gehäuses mit dem Leistungshalbleiterbauelement aufgebracht werden. Sie kann insbesondere aus Lotmaterial oder wärmeleitendem Klebstoff, beispielsweise Silberkleber, bestehen.
- Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
-
1 zeigt schematisch ein Leistungshalbleiterbauteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt; -
2 zeigt schematisch das Leistungshalbleiterbauteil gemäß1 in einer Draufsicht und -
3 zeigt schematisch das Verdrahtungssubstrat für das Leistungshalbleiterbauteil gemäß den1 und2 vor dem Aufbringen eines Gehäuses mit einem Leistungshalbleiterbauelement. - Das Leistungshalbleiterbauteil
1 gemäß1 weist ein Leistungshalbleiterbauelement2 auf, von dem in1 lediglich ein Kunststoffgehäuse4 gezeigt ist sowie aus dem Kunststoffgehäuse4 herausragende Anschlusspins24 sowie ein an einer ersten Oberfläche5 des Gehäuses4 freiliegender Kühlkörper6 . Das Leistungshalbleiterbauelement2 weist darüber hinaus mindestens einen Leistungshalbleiterchip auf, beispielsweise einen MOSFET, der mit dem Kühlkörper6 thermisch und gegebenenfalls auch elektrisch verbunden ist. Über die Anschlusspins24 und gegebenenfalls über den Kühlkörper6 wird das Leistungshalbleiterbauelement2 kontaktiert. - Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um ein oberflächenmontierbares Leistungshalbleiterbauelement
2 . Alternativ könnte es sich jedoch auch um ein durchsteckmontierbares Leistungshalbleiterbauelement handeln. - Das Leistungshalbleiterbauteil
1 weist ferner ein Verdrahtungssubstrat10 auf, das in der gezeigten Ausführungsform als PCB-Substrat ausgebildet ist und eine erste Hauptoberfläche12 und eine dieser gegenüber liegende zweite Hauptoberfläche14 aufweist. Das Verdrahtungssubstrat10 weist im Wesentlichen eine Matrix aus Kunststoff auf, in die Kontaktanschlussflächen18 für die Anschlusspins24 , nicht dargestellte Leiterbahnen sowie eine Entwärmungsregion16 aus Kupfer eingebettet sind. Die Entwärmungsregion16 liegt an einer zweiten Hauptoberfläche14 des Verdrahtungssubstrats10 frei und ist zur Aufnahme des Leistungshalbleiterbauelements2 vorgesehen. - Sowohl auf der Entwärmungsregion
16 als auch auf den Kontaktanschlussflächen8 ist eine Lotschicht20 zur elektrischen und mechanischen Verbindung von Leistungshalbleiterbauelement2 und Verdrahtungssubstrat10 aufgebracht. Das Leistungshalbleiterbauelement2 , insbesondere der Kühlkörper6 , ist mit der Entwärmungsregion16 über die Lotschicht20 elektrisch und thermisch leitend verbunden. Die Anschlusspins24 sind mit den Kontaktanschlussflächen18 über die Lotschicht20 elektrisch und thermisch leitend verbunden. - An einer Seitenfläche
7 des Gehäuses4 liegt ebenfalls ein Bereich8 des Kühlkörpers6 frei und ragt in der gezeigten Ausführungsform über das Gehäuse4 hinaus. Dieser Bereich8 ist von einer Entwärmungsmasse22 aus Silberkleber bedeckt. Alternativ könnte auch Lotmaterial oder ein anderes gut wärmeleitendes Material als Entwärmungsmasse22 eingesetzt werden. -
2 zeigt das Leistungshalbleiterbauteil1 in einer Draufsicht. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass die Entwärmungsregion16 und die Lotschicht20 eine deutlich größere flächige Ausdehnung aufweisen als das Gehäuse4 bzw. der in2 nicht sichtbare Kühlkörper6 . In der gezeigten Ausführungsform ist die Fläche A der Entwärmungsregion16 mehr als doppelt so groß wie die an der ersten Oberfläche5 des Gehäuses4 freiliegende Fläche a des Kühlkörpers6 . - Wie in
2 erkennbar ist, ragen somit die Entwärmungsregion16 sowie die darauf angeordnete Lotschicht20 seitlich erheblich über das Gehäuse4 hinaus. In der in2 gezeigten Ausführungsform ragen sie an allen Seiten über das Gehäuse4 hinaus. - Das Kupfermaterial der Entwärmungsregion
16 sowie auch das Lotmaterial der Lotschicht20 bilden zusammen mit der Entwärmungsmasse22 , die seitlich ebenfalls über den Bereich8 des Kühlkörpers6 hinausragt, eine erhöhte thermische Masse, die sowohl kurzzeitige Temperaturerhöhungen durch Leistungsspitzen abpuffern kann als auch wegen ihrer großen räumlichen Ausdehnung eine gute Wärmespreizung erzielen kann. -
3 zeigt eine Draufsicht auf das Verdrahtungssubstrat10 für das Leistungshalbleiterbauteil2 vor dem Aufbringen des Gehäuses4 . Auf der Oberfläche der Entwärmungsregion16 ist eine Montageregion28 definiert, die in Form und Ausdehnung der ersten Oberfläche5 des Gehäuses4 entspricht und die zur Aufnahme des Gehäuses4 vorgesehen ist. - Die Montageregion
28 wird in der in3 gezeigten Ausführungsform durch einen Lötstopplacksteg26 begrenzt. Der Lötstopplacksteg26 ist auf die Oberfläche der Entwärmungsregion16 aufgetragen, bevor die Lotschicht20 aufgebracht wurde. Anschließend wird innerhalb und außerhalb des Lötstopplackstegs26 , also sowohl in der Montageregion28 als auch außerhalb, die Lotschicht20 aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt. Der Lötstopplacksteg26 verhindert das Verschwimmen des Gehäuses4 auf dem flüssigen Lot während des Auflötens. - In der gezeigten Ausführungsform ist der Lötstopplacksteg
26 durchgehend ausgebildet. Er kann jedoch auch unterbrochen oder aus zahlreichen, voneinander beabstandeten Lötstopplackpunkten ausgebildet sein.
Claims (10)
- Leistungshalbleiterbauteil (1), aufweisend - mindestens ein innerhalb eines Gehäuses (4) angeordnetes Leistungshalbleiterbauelement (2), wobei an einer ersten Oberfläche (5) des Gehäuses (4) ein Kühlkörper (6) mit einer Fläche a freiliegt; - ein Verdrahtungssubstrat (10) mit einer ersten Hauptoberfläche (12) und einer zweiten Hauptoberfläche (14), wobei auf der zweiten Hauptoberfläche (14) eine Entwärmungsregion (16) mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, wobei die Entwärmungsregion (16) eine Fläche A auf der zweiten Hauptoberfläche (14) aufweist; wobei a < A gilt und das Gehäuse (4) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (2) derart auf der zweiten Hauptoberfläche (14) des Verdrahtungssubstrats (10) angeordnet ist, dass der Kühlkörper (6) vollständig auf der Entwärmungsregion (16) angeordnet und mit dieser über eine Lotschicht (20) verbunden ist.
- Leistungshableiterbauteil (1) nach
Anspruch 1 , wobei die Entwärmungsregion (16) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet ist. - Leistungshableiterbauteil (1) nach
Anspruch 1 oder2 , wobei das die Entwärmungsregion (16) bildende Material in einer Matrix aus Kunststoffmaterial eingebettet ist. - Leistungshableiterbauteil (1) nach
Anspruch 1 oder2 , das eine Leiterplattenanordnung ist, wobei es sich bei dem Verdrahtungssubstrat (10) um eine gedruckte Leiterplatte handelt und die Entwärmungsregion (16) von einem Teilstück einer Kupfer-Lage der Leiterplatte gebildet ist. - Leistungshableiterbauteil (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , wobei ein zusätzlicher Bereich (8) des Kühlkörpers (6) an einer Seitenfläche (7) des Gehäuses (4) freiliegt und mit einer Entwärmungsmasse (16) aus wärmeleitendem Material bedeckt ist. - Leistungshableiterbauteil (1) nach
Anspruch 5 , wobei das die Entwärmungsmasse (16) bildende Material Lot ist. - Leistungshableiterbauteil (1) nach
Anspruch 5 , wobei das die Entwärmungsmasse (16) bildende Material Silberleitklebstoff ist. - Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das folgendes aufweist: - Bereitstellen mindestens eines innerhalb eines Gehäuses (4) angeordneten Leistungshalbleiterbauelements (2), wobei an einer ersten Oberfläche (5) des Gehäuses (4) ein Kühlkörper (6) freiliegt, wobei der Kühlkörper (6) eine Fläche a auf der ersten Oberfläche (5) aufweist; - Bereitstellen eines Verdrahtungssubstrats (10) mit einer ersten Hauptoberfläche (12) und einer zweiten Hauptoberfläche (14), wobei auf der zweiten Hauptoberfläche (14) eine Entwärmungsregion (16) mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, wobei die Entwärmungsregion (16) eine Fläche A auf der zweiten Hauptoberfläche (14) aufweist, wobei a < A gilt, und wobei in der Entwärmungsregion (16) Lötstopplack aufgebracht ist, der eine Montageregion zur Aufnahme des Gehäuses (4) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (2) begrenzt; - Aufbringen einer Lotschicht (20) in der Entwärmungsregion (16) auf das Verdrahtungssubstrat (10), - Auflöten des Gehäuses (4) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (2) in der Montageregion.
- Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils (1) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis7 , das folgendes aufweist: - Bereitstellen mindestens eines innerhalb eines Gehäuses (4) angeordnetes Leistungshalbleiterbauelements (2), wobei an einer ersten Oberfläche (5) des Gehäuses (4) ein Kühlkörper (6) freiliegt, wobei der Kühlkörper (6) eine Fläche a auf der ersten Oberfläche (5) aufweist; - Bereitstellen eines Verdrahtungssubstrats (10) mit einer ersten Hauptoberfläche (12) und einer zweiten Hauptoberfläche (14), wobei auf der zweiten Hauptoberfläche (14) eine Entwärmungsregion (16) mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, wobei die Entwärmungsregion (16) eine Fläche A auf der zweiten Hauptoberfläche (14) aufweist, wobei a < A gilt; - Aufbringen des Gehäuses (4) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (2) mittels eines SMD-Klebstoffs in der Entwärmungsregion (16) auf das Verdrahtungssubstrat (10) und Aufbringen einer Lotschicht (20) in der Entwärmungsregion (16) auf das Verdrahtungssubstrat (10); - Auflöten des Gehäuses (4) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (2) in einer Montageregion. - Verfahren nach
Anspruch 8 oder9 , wobei nach dem Aufbringen des Gehäuses (4) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (2) ein zusätzlicher Bereich (8) des Kühlkörpers (6), der an einer Seitenfläche (7) des Gehäuses (4) freiliegt, mit einer Entwärmungsmasse (22) aus wärmeleitendem Material bedeckt wird.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019215523.5A DE102019215523A1 (de) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | Leistungshalbleiterbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils |
CN202080070892.6A CN114450784A (zh) | 2019-10-10 | 2020-10-06 | 功率半导体构件以及用于制造功率半导体构件的方法 |
US17/768,044 US20240096738A1 (en) | 2019-10-10 | 2020-10-06 | Power semiconductor component and method for producing a power semiconductor component |
PCT/EP2020/078018 WO2021069450A1 (de) | 2019-10-10 | 2020-10-06 | Leistungshalbleiterbauteil sowie verfahren zur herstellung eines leistungshalbleiterbauteils |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019215523.5A DE102019215523A1 (de) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | Leistungshalbleiterbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019215523A1 true DE102019215523A1 (de) | 2021-04-15 |
Family
ID=72752939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019215523.5A Pending DE102019215523A1 (de) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | Leistungshalbleiterbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240096738A1 (de) |
CN (1) | CN114450784A (de) |
DE (1) | DE102019215523A1 (de) |
WO (1) | WO2021069450A1 (de) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003318579A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-07 | Toyoda Mach Works Ltd | 放熱板付きfetの放熱方法 |
US20050263318A1 (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-01 | Calsonic Kansei Corporation | Structure for fixing an electronic device to a substrate |
DE102007062167A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Robert Bosch Gmbh | Leistungsschaltung |
JP2014229804A (ja) * | 2013-05-24 | 2014-12-08 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電子制御装置 |
JP2018120991A (ja) * | 2017-01-26 | 2018-08-02 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
DE112016005508T5 (de) * | 2015-12-03 | 2018-09-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitereinrichtung |
DE112018002707T5 (de) * | 2017-05-26 | 2020-02-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleiterbauelement |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8446726B2 (en) * | 2010-10-28 | 2013-05-21 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor module having an insert and method for producing a semiconductor module having an insert |
SG10201400396WA (en) * | 2014-03-05 | 2015-10-29 | Delta Electronics Int’L Singapore Pte Ltd | Package structure and stacked package module with the same |
US9565768B2 (en) * | 2015-03-25 | 2017-02-07 | Infineon Technologies Americas Corp. | Semiconductor package with integrated output inductor on a printed circuit board |
-
2019
- 2019-10-10 DE DE102019215523.5A patent/DE102019215523A1/de active Pending
-
2020
- 2020-10-06 US US17/768,044 patent/US20240096738A1/en active Pending
- 2020-10-06 WO PCT/EP2020/078018 patent/WO2021069450A1/de active Application Filing
- 2020-10-06 CN CN202080070892.6A patent/CN114450784A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003318579A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-07 | Toyoda Mach Works Ltd | 放熱板付きfetの放熱方法 |
US20050263318A1 (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-01 | Calsonic Kansei Corporation | Structure for fixing an electronic device to a substrate |
DE102007062167A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Robert Bosch Gmbh | Leistungsschaltung |
JP2014229804A (ja) * | 2013-05-24 | 2014-12-08 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電子制御装置 |
DE112016005508T5 (de) * | 2015-12-03 | 2018-09-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitereinrichtung |
JP2018120991A (ja) * | 2017-01-26 | 2018-08-02 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
DE112018002707T5 (de) * | 2017-05-26 | 2020-02-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleiterbauelement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114450784A (zh) | 2022-05-06 |
WO2021069450A1 (de) | 2021-04-15 |
US20240096738A1 (en) | 2024-03-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0920055B1 (de) | Kühlvorrichtung für ein auf einer Leiterplatte angeordnetes, wärmeerzeugendes Bauelement | |
DE102014212376B4 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE102011079708B4 (de) | Trägervorrichtung, elektrische vorrichtung mit einer trägervorrichtung und verfahren zur herstellung dieser | |
DE112016005794B4 (de) | Schaltungsanordnung und elektrischer Anschlusskasten | |
DE102006008807B4 (de) | Anordnung mit einem Leistungshalbleitermodul und einem Kühlbauteil | |
EP1929847B1 (de) | Leiterplatte | |
DE10211926B4 (de) | Wärmeableitungsanordnung eines integrierten Schaltkreises (ICs) | |
DE102006047989A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE102020105267A1 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben | |
EP1445799A2 (de) | Kühleinrichtung für Halbleiter auf Leiterplatte | |
DE102020106492A1 (de) | Chip -package, verfahren zum bilden eines chip -packages, halbleitervorrichtung, halbleiteranordnung, dreiphasensystem, verfahren zum bilden einer halbleitervorrichtung und verfahren zum bilden einer halbleiteranordnung | |
DE102014102899A1 (de) | Leistungshalbleiter-Zusammenbau und -Modul | |
EP1839344B1 (de) | Leuchtdiode sowie led-lichtquelle | |
EP2054947B1 (de) | Optoelektronisches bauelement | |
DE102013204889A1 (de) | Leistungsmodul mit mindestens einem Leistungsbauelement | |
DE102019215523A1 (de) | Leistungshalbleiterbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils | |
EP4042476B1 (de) | Leistungshalbleiterbauteil sowie verfahren zur herstellung eines leistungshalbleiterbauteils | |
DE10249331B4 (de) | Kühlvorrichtung | |
DE102004030443A1 (de) | Steuergerät | |
DE102014211524B4 (de) | Elektronikmodul mit einer Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch eine in einem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme und Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls | |
DE102017217406A1 (de) | Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE112021002959T5 (de) | Montagestruktur für halbleitermodule | |
DE102018217607A1 (de) | Halbleiterbauelement-Anordnung, Verfahren zu deren Herstellung sowie Entwärmungseinrichtung | |
DE102016107249B4 (de) | Leiterplatte mit einer Aussparung für ein elektrisches Bauelement, System mit der Leiterplatte und Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte | |
DE112007002337T5 (de) | Elektrische Schaltungsbaugruppe für Hochleistungselektronik |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
|
R016 | Response to examination communication |