DE102020108916A1 - Package mit Clip und Konnektor über elektronischen Komponenten - Google Patents

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Abstract

Ein Package (100), welches einen Träger (102), elektronische Komponenten (104), welche auf dem Träger (102) montiert sind, eine Einkapselung (106), welche den Träger (102) und die elektronischen Komponenten (104) zumindest teilweise einkapselt, einen Clip (110), welcher mit oberen Hauptoberflächen der elektronischen Komponenten (104) verbunden ist, und einen elektrisch leitfähigen Bulk-Konnektor (108) aufweist, welcher mit den elektronischen Komponenten (104) elektrisch verbunden und darüber montiert ist.

Description

  • Hintergrund
  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen ein Package, eine elektronische Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von elektronischen Komponenten.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Packages können als eingekapselte elektronische Komponenten mit elektrischen Verbindungen bezeichnet werden, welche sich aus der Einkapselung heraus erstrecken und an einer elektronischen Peripherie montiert werden, zum Beispiel auf einer gedruckten Leiterplatte.
  • Packaging-Kosten sind ein wichtiger Antrieb für die Industrie. Damit hängen die Performance, die Dimensionen und die Zuverlässigkeit zusammen. Die verschiedenen Packaging-Lösungen sind vielfältig und müssen den Erfordernissen der Anwendung gerecht werden. Insbesondere kann ein Überhitzen von Packages während des Betriebs die Zuverlässigkeit und die Performance des Packages reduzieren.
  • Zusammenfassung
  • Es mag ein Bedarf bestehen, ein Package mit einer hohen Performance und Zuverlässigkeit bereitzustellen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package bereitgestellt, welches einen Träger, elektronische Komponenten, welche auf dem Träger montiert sind, eine Einkapselung, welche zumindest teilweise den Träger und die elektronischen Komponenten einkapselt, einen Clip, welcher mit oberen Hauptoberflächen der elektronischen Komponenten verbunden ist, und einen elektrisch leitfähigen Bulk-Konnektor aufweist, welcher mit den elektronischen Komponenten elektrisch verbunden ist und darüber montiert ist.
  • Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, wobei die elektronische Vorrichtung eine Montagebasis, zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte, und ein Package aufweist, welches die vorangehend genannten Merkmale hat und auf der Montagebasis montiert ist.
  • Gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Packages bereitgestellt, wobei das Verfahren Montieren von elektronischen Komponenten auf einen Träger, zumindest teilweises Einkapseln des Trägers und der elektronischen Komponenten mittels einer Einkapselung, Verbinden eines Clips mit oberen Hauptoberflächen der elektronischen Komponenten, und Montieren eines elektrisch leitfähigen Bulk-Konnektors, welcher die elektronischen Komponenten elektrisch verbindet, auf oder über den elektronischen Komponenten aufweist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package mit elektronischen Komponenten auf einem Träger und einem Clip auf den elektronischen Komponenten bereitgestellt. Diese Anordnung kann teilweise mittels einer Einkapselung eingekapselt sein. Ein Bulk-Konnektor kann vertikal über den elektronischen Komponenten und insbesondere auf dem Clip verbunden sein, zum elektrischen Verbinden der elektronischen Komponenten auf eine kompakte Weise mit einem kurzen und im Wesentlichen geraden vertikalen elektrischen Pfad, welcher zu dem niederohmigen Bulk-Konnektor führt. Dies kann die ohmschen Verluste signifikant reduzieren und kann zuverlässig ein Überhitzen während des Betriebs verhindern. Als Ergebnis kann ein Package mit einer hohen elektrischen und thermischen Zuverlässigkeit und einer hohen Performance erhalten werden, selbst in Hochstromleistungsanwendungen.
  • Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
  • Im Folgenden sind weitere beispielhafte Ausführungsformen des Packages, der elektronischen Vorrichtung und des Verfahrens erläutert.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Package“ insbesondere eine Vorrichtung bezeichnen, welche elektronische Komponenten aufweisen kann, welche auf einem Träger montiert sind, wobei der Träger ein einzelnes Teil, mehrere Teile, welche via die Einkapselung oder anderen Package Komponenten verbunden sind, oder eine Teilbaugruppe von Trägern aufweisen oder daraus bestehen kann. Die Bestandteile des Packages können zumindest teilweise mittels einer Einkapselung eingekapselt sein. Es ist ebenfalls möglich, dass ein oder mehrere elektrisch leitfähige Verbindungskörper (beispielsweise Bonddrähte und/oder Clips) in einem Package implementiert sind, beispielsweise zum elektrischen Koppeln der elektronischen Komponenten mit dem Träger.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektronische Komponente“ insbesondere einen Halbleiterchip (insbesondere einen Leistungshalbleiterchip), eine aktive elektronische Vorrichtung (beispielsweise ein Transistor), eine passive elektronische Vorrichtung (beispielsweise eine Kapazitanz oder eine Induktanz oder ein ohmscher Widerstand), einen Sensor (beispielsweise ein Mikrofon, ein Lichtsensor oder ein Gassensor), eine lichtemittierende, halbleiterbasierte Vorrichtung (beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) oder ein Laser), einen Aktuator (beispielsweise ein Lautsprecher) und ein mikroelektromechanisches System (MEMS) umfassen. Insbesondere kann die elektronische Komponente ein Halbleiterchip sein, welcher zumindest ein integriertes Schaltkreiselement (beispielsweise eine Diode oder einen Transistor) in einem Oberflächenabschnitt davon hat. Die elektronische Komponente kann ein nacktes Plättchen sein oder kann bereits verpackt oder eingekapselt sein. Halbleiterchips, welche gemäß beispielhaften Ausführungsformen implementiert sind, können beispielsweise in Silizium-Technologie, Galliumnitrid-Technologie, Siliziumcarbid-Technologie, etc. gebildet sein.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Träger“ insbesondere eine Stützstruktur (welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig sein kann) bezeichnen, welche als eine mechanische Stütze für die darauf zu montierenden elektronischen Komponenten dient und welche auch zu der elektrischen Verbindung zwischen den elektronischen Komponenten und der Peripherie des Packages beitragen kann. In anderen Worten kann der Träger eine mechanische Stützfunktion und eine elektrische Verbindungsfunktion erfüllen. Ein Träger kann ein einzelnes Teil, mehrere Teile, welche via die Einkapselung oder andere Package Komponenten verbunden sind, oder eine Teilbaugruppe von Trägern aufweisen oder daraus bestehen. Wenn der Träger einen Teil eines Leiterrahmens bildet, kann er ein Plättchen-Pad sein oder aufweisen.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Einkapselung“ insbesondere ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes Material bezeichnen, welches zumindest einen Teil einer elektronischen Komponente und zumindest einen Teil eines Trägers umgibt, um einen mechanischen Schutz, eine elektrische Isolation, und optional einen Beitrag zur Wärmeableitung während des Betriebs bereitzustellen. Insbesondere kann die Einkapselung eine Formmasse (mold compound) sein. Eine Formmasse kann eine Matrix aus fließfähigem und aushärtbarem Material und darin eingebetteten Füllpartikeln aufweisen. Beispielsweise können die Füllpartikel verwendet werden, um die Eigenschaften der Formkomponente einzustellen, insbesondere um die thermische Leitfähigkeit zu verstärken.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Clip“ insbesondere eine elektrisch leitfähige Plattenstruktur zum Verbinden mit elektronischen Komponenten und optional auch mit einem Träger bezeichnen. Genauer kann ein Clip ein dreidimensional gebogenes plattenartiges Verbindungselement sein, welches zwei planare Sektionen hat, welche mit einer oberen Hauptoberfläche der jeweiligen elektronischen Komponente und einer oberen Hauptoberfläche des Trägers zu verbinden sind, wobei die zwei genannten planaren Sektionen mittels einer geneigten oder gestuften Verbindungsektion verbunden sein können.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Bulk-Konnektor“ insbesondere einen festen (und bevorzugt massiven) elektrisch leitfähigen Block zum elektrischen und mechanischen Verbinden eines Packages mit einer elektronischen Umgebung bezeichnen. Insbesondere kann der Bulk-Konnektor ein dreidimensionaler Körper sein, welcher ein Volumen hat, welches größer als, insbesondere zumindest dreimal, ein Volumen des Rests des Packages (d. h. ein Packagekörper, welcher den Träger, die elektronischen Komponenten, die Einkapselung und den Clip aufweist) ist. Ein derartiger Bulk-Konnektor kann für Hochstromanwendungen konfiguriert sein, wie beispielsweise jene, welche in der Leistungshalbleiter Technologie vorkommen. Insbesondere kann ein Bulk-Konnektor nur aus einem elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Material bestehen.
  • In einer Ausführungsform sind die elektronischen Komponenten Halbleiterplättchen, insbesondere identische Halbleiterplättchen. Beide elektronische Komponenten können Transistorchips sein.
  • In einer Ausführungsform weist jedes der Halbleiterplättchen einen integrierten Transistor auf, insbesondere einen Feldeffekttransistor. Genauer kann jedes Halbleiterplättchen einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) aufweisen.
  • In einer Ausführungsform sind die elektronischen Komponenten so konfiguriert und verbunden, dass sie eine Halbbrückenfunktion bereitstellen. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Halbbrücke“ insbesondere einen Schaltkreis bezeichnen, welcher einen oberen Transistorschalter („high-side“) und einen unteren Transistorschalter („low-side“) umfasst. Beispielsweise können die Transistoren MOSFETs sein, d. h. Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren. Die Transistoren können in einer Kaskodenanordnung verbunden sein. Die zwei Transistorschalter können komplementär zueinander eingeschaltet und ausgeschaltet werden (insbesondere mit einer nicht-überlappenden Totzeit) mittels Anlegens korrespondierender Stromwellenformen an jedem der Steueranschlüsse. Ein gewünschtes Ergebnis kann eine Rechteckwellenspannung an einem Mittelpunkt sein, welche zwischen einem ersten elektrischen Potenzial (beispielsweise einer DC Busspannung) und einem zweiten elektrischen Potenzial (beispielsweise Masse) schaltet. Die zwei Transistoren können mit einer gegenseitigen Verbindung ihrer Verbindungsanschlüsse so verbunden sein, dass ein zwei-Transistoren-basierter Schalter mit einer implementierten Diodencharakteristik erhalten wird. Die genannte Halbbrücken-Konfiguration kann als solche oder alleine verwendet werden, oder kann mit einer oder mehreren weiteren Halbbrücken (oder anderen elektrischen Schaltkreisen) kombiniert werden, um eine komplexere elektrische Funktion zu realisieren. Beispielsweise können zwei derartige Halbbrücken eine Vollbrücke bilden. Auch Inverter können auf der Basis von Halbbrücken zusammengesetzt sein.
  • In einer Ausführungsform ist der elektrisch leitfähige Bulk-Konnektor außerhalb der Einkapselung angeordnet, ist insbesondere vollständig außerhalb der Einkapselung angeordnet. Der Clip, mit welchem der Bulk-Konnektor verbunden sein kann, kann einen Oberflächenabschnitt haben, welcher in Bezug auf die Einkapselung freiliegt. Der Bulk-Konnektor kann mit der freiliegenden Clipoberfläche verbunden sein. Insbesondere kann die gesamte Oberfläche des Bulk-Konnektors frei von Einkapselungsmaterial sein, d. h. kann vollständig in Bezug auf die Einkapselung freiliegen. Dies kann es ermöglichen, den Bulk-Konnektor mit dem Rest des Packages nach dem Einkapseln zu verbinden, beispielsweise zu verlöten.
  • In einer Ausführungsform ist der Konnektor auf eine obere Oberfläche des Clips derartig montiert, insbesondere gelötet, dass die elektronischen Komponenten in Bezug auf den Konnektor mittels des Clips vertikal beabstandet sind. In anderen Worten kann der Clip zwischen den elektronischen Chips und dem Bulk-Konnektor sandwichartig angeordnet sein. Dies kann einen im Wesentlichen vertikalen Stromfluss herstellen, welcher eine niederohmige Konfiguration des Packages ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform kapselt die Einkapselung nur teilweise der Clip ein, so dass eine freiliegende Oberfläche des Clips bereitgestellt ist, welche in direkter Verbindung mit dem Bulk-Konnektor sein kann. Somit kann der Clip teilweise eingekapselt und teilweise freiliegend sein. Der Bulk-Konnektor kann direkt mit dem freiliegenden Clipabschnitt verbunden sein, insbesondere verlötet, was mit geringen Anforderungen in Bezug auf die Positionsgenauigkeit bewerkstelligt werden kann.
  • In einer Ausführungsform ist der Clip auch mit einer oberen Hauptoberfläche des Trägers verbunden. Mit dem Ergreifen dieser Maßnahme kann eine elektrische Kopplung zwischen einer Oberseite der elektronischen Komponenten, dem Bulk-Konnektor und dem Träger hergestellt werden.
  • In einer Ausführungsform hat der Konnektor eine Höhe, welche größer als, insbesondere mindestens dreimal oder mindestens fünfmal, eine Höhe eines Packagekörpers ist, welcher den Träger, die elektronischen Komponenten, die Einkapselung und den Clip umfasst. Entsprechend kann der Konnektor ein Volumen haben, welches größer als, insbesondere mindestens dreimal oder mindestens fünfmal, ein Volumen eines Packagekörpers ist, welcher den Träger, die elektronischen Komponenten, die Einkapselung und den Clip umfasst. In anderen Worten kann der Bulk-Konnektor das Package in Bezug auf die Höhe, das Volumen und/oder einer Masse überwiegen.
  • In einer Ausführungsform ist der Konnektor ein Metallblock, insbesondere ein zylindrischer Metallblock. Auch andere Geometrien sind möglich, siehe beispielsweise 20.
  • In einer Ausführungsform weist der Konnektor eine Kühlstruktur auf, insbesondere eine Mehrzahl von Kühlrippen, weiter insbesondere eine Mehrzahl von Kühlrippen, welche sich radial von einem zentralen Hauptkörper des Konnektors erstrecken oder sich parallel zueinander erstrecken. Somit kann der Bulk-Konnektor synergistisch zum Bereitstellen einer niederohmigen elektrischen Verbindung zum Verhindern von Hotspots wirken und kann gleichzeitig mittels einer Kühlstruktur, welche integral mit dem Bulk-Konnektor gebildet sein kann, die Wärmeableitung fördern. Beispielsweise kann sich eine Mehrzahl von Kühlrippen als Säulen oder Flügel von einem elektrisch leitfähigen Hauptkörper des Konnektors erstrecken. Beispielsweise können sich derartige Kühlrippen von dem zentralen Hauptkörper radial nach außen erstrecken, um eine besonders ausgeprägte Wärmeableitung zu erzielen. Auch eine parallele Anordnung von Kühlflügeln kann vorteilhaft sein, beispielsweise wenn mehrere Packages unter dem gleichen Bulk-Konnektor zusammengefügt sind.
  • In einer Ausführungsform weist der Konnektor eine Montageeinrichtung auf, welche zum Montieren des Konnektors auf einer Montagebasis konfiguriert ist. Insbesondere kann eine derartige Montageeinrichtung zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer Montagebasis konfiguriert sein. In einer derartigen Konfiguration kann der Bulk-Konnektor eine integral gebildete Teilstruktur (beispielsweise ein oder mehrere metallische Beine) zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen dem Bulk-Konnektor (und somit dem Package als Ganzem) und einer Montagebasis (beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte) aufweisen. Ein separates Teil zum Montieren des Packages auf der Montagebasis kann dann verzichtbar sein.
  • In einer Ausführungsform hat der Konnektor eine zentrale Aussparung mit einem internen Gewinde. Somit kann ein Schraubenschaft mit einem externen Gewinde zum Herstellen einer Schraubverbindung zwischen dem Konnektor und einer anderen elektrischen Vorrichtung verwendet werden, welche den Schraubenschaft aufweist.
  • In einer Ausführungsform weist die elektronische Vorrichtung zumindest ein weiteres Package auf, welches auf der Montagebasis montiert ist. Insbesondere kann die elektronische Vorrichtung zwei weitere Packages (d. h. insgesamt drei Packages) aufweisen, welche auf der Montagebasis montiert sind. Jedes des zumindest einen weiteren Packages kann zwei elektronische Komponenten aufweisen, welche auf einem weiteren Träger montiert sind und zumindest teilweise mittels einer weiteren Einkapselung eingekapselt sind. Der Konnektor kann mit den elektronischen Komponenten des Packages und des zumindest einen weiteren Packages (bevorzugt zwei weiteren Packages) elektrisch verbunden sein und darauf oder darüber montiert sein. Auf vorteilhafte Weise kann ein einzelner Bulk-Konnektor eine niederohmige Verbindung von mehreren Packages unterstützen.
  • In einer Ausführungsform weist der Konnektor eine Kühlstruktur auf, welche zum Kühlen aller Packages konfiguriert ist, welche mit dem Konnektor verbunden sind. Insbesondere kann ein derartiger Konnektor Kühlrippen aufweisen, bevorzugt ein Array von parallelen Kühlrippen. In einer derartigen Konfiguration können die Kühlrippen mehrere beabstandete Flügel mit einer großen Wärmeableitungsoberfläche zum effizienten Kühlen der Packages der elektronischen Vorrichtung sein.
  • In einer anderen Ausführungsform weist die elektronische Vorrichtung zumindest ein weiteres Package auf, welches die vorangehend genannten Merkmale hat und auf der Montagebasis montiert ist. Insbesondere können zwei weitere Packages, welche die vorangehend genannten Merkmale haben (d. h. insgesamt drei Packages dieser Art), bereitgestellt und auf der Montagebasis montiert sein. Somit können drei Packages gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen in einer niederohmigen Konfiguration miteinander verbunden sein.
  • In einer Ausführungsform sind die elektronischen Komponenten vertikal zwischen der Montagebasis und dem Konnektor angeordnet. In anderen Worten können die Montagebasis und der Bulk-Konnektor an zwei gegenüberliegenden Seiten der elektronischen Komponenten angeordnet sein. Die elektronischen Komponenten einer elektronischen Vorrichtung können in der gleichen vertikalen Ebene angeordnet sein, d. h. auf eine koplanare Weise.
  • In einer Ausführungsform weist der Träger einen Leiterrahmen oder eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Platte auf, welche an beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen mit einer elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt ist. Beispielsweise kann ein derartiger Träger eine leiterrahmenartige Struktur sein (beispielsweise aus Kupfer). In einer anderen Ausführungsform weist der Träger (statt als metallische Plattensektionen eines Leiterrahmens verkörpert zu sein, wie vorangehend beschrieben) einen Stapel auf, welcher eine zentrale elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Schicht (beispielsweise eine Keramikschicht) umfasst, welche an beiden gegenüberliegenden Hauptoberfläche mittels einer jeweiligen elektrisch leitfähigen Schicht (beispielsweise eine Kupferschicht oder eine Aluminiumschicht, wobei die jeweilige elektrisch leitfähige Schicht eine kontinuierliche oder eine strukturierte Schicht sein kann) bedeckt ist. Insbesondere kann der Träger als ein Direct Copper Bonding (DCB) Substrat oder ein Direct Aluminium Bonding (DAB) Substrat verkörpert sein.
  • In einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente als ein Leistungshalbleiterchip konfiguriert. Somit kann die elektronische Komponente (beispielsweise ein Halbleiterchip) für Leistungsanwendungen verwendet werden, beispielsweise im Automobilbereich, und kann beispielsweise zumindest einen integrierten isoliertes-Gate Bipolartransistor (IGBT) und/oder zumindest einen Transistor einer anderen Art (beispielsweise ein MOSFET, ein JFET, etc.) und/oder zumindest eine integrierte Diode haben. Derartige integrierte Schaltkreiselemente können beispielsweise mit Siliziumtechnologie oder basierend auf Halbleitern mit großer Bandlücke (beispielsweise Siliziumcarbid) gefertigt werden. Ein Halbleiter-Leistungschip kann einen oder mehrere Feldeffekttransistoren, Dioden, Inverterschaltkreise, Halbbrücken, Vollbrücken, Treiber, Logikschaltkreise, weitere Vorrichtungen, etc. aufweisen.
  • In einer Ausführungsform erfährt eine entsprechende elektronische Komponente einen vertikalen Stromfluss. Die Package-Architektur gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist besonders geeignet für Hochleistungsanwendungen, in welchen ein vertikaler Stromfluss erwünscht ist, d. h. ein Stromfluss in einer Richtung rechtwinklig zu den zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen der elektronischen Komponente, wobei eine davon zum Montieren der elektronischen Komponente auf dem Träger verwendet wird.
  • Als Substrat oder Wafer, welcher die Grundlage der elektronischen Komponenten bildet, kann ein Halbleitersubstrat verwendet werden, bevorzugt ein Siliziumsubstrat. Alternativ kann ein Siliziumoxid oder ein anderes Isolatorsubstrat bereitgestellt werden. Es ist ebenfalls möglich, ein Germaniumsubstrat oder ein III-V-Halbleitermaterial zu implementieren. Beispielsweise können beispielhafte Ausführungsformen in Galliumnitrid oder Siliziumcarbid Technologie implementiert sein.
  • Für die Einkapselung kann ein kunststoffartiges Material oder ein Keramikmaterial verwendet werden, welches mittels Einkapselungsadditiven unterstützt wird, beispielsweise Füllpartikel, zusätzliche Harze oder weitere.
  • Ferner können beispielhafte Ausführungsformen von Standard-Halbleiterverarbeitungstechnologien Gebrauch machen, beispielsweise von geeigneten Ätztechnologien (einschließlich isotropischen und anisotropischen Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen), Strukturiertechnologien (welche lithographische Masken involvieren können), Abscheidetechnologien (beispielsweise chemische Dampfabscheidung (CVD), plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Sputtern, etc.).
  • Die vorangehend genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen deutlich, in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Teile oder Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen, welche enthalten sind, um ein tieferes Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen, und welche einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen beispielhafte Ausführungsformen.
  • In den Zeichnungen:
    • 1 zeigt eine Seitenansicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 2 zeigt eine Draufsicht des Packages von 1.
    • 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Packages von 1 und 2.
    • 4 bis 6 zeigen Vorformen eines Packages, welches gerade gemäß einer beispielhaften Ausführungsform hergestellt wird.
    • 7A und 7B zeigen herkömmliche elektronische Vorrichtungen.
    • 7C zeigt eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 8 zeigt eine Seitenansicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 9 zeigt eine Draufsicht des Packages von 8.
    • 10 zeigt eine Seitenansicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 11 zeigt eine Draufsicht des Packages von 10.
    • 12 zeigt eine Draufsicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 13 zeigt eine Seitenansicht des Packages von 12, welches auf einer Montagebasis montiert ist, um eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu erhalten.
    • 14 zeigt eine Draufsicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 15 zeigt eine Seitenansicht des Packages von 14, welches auf einer Montagebasis montiert ist, um eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu erhalten.
    • 16 zeigt eine Draufsicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 17 zeigt eine Seitenansicht des Packages von 16, welches auf einer Montagebasis montiert ist, um eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu erhalten.
    • 18 zeigt eine Draufsicht von Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 19 zeigt eine Seitenansicht der Packages von 18, welche auf einer Montagebasis montiert sind, um eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu erhalten.
    • 20 und 21 zeigen Bulk-Konnektoren von Packages gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
    • 22 zeigt ein Modell des herkömmlichen Packages, welches für eine Simulation verwendet wird.
    • 23 zeigt ein Modell eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, welches für eine Simulation verwendet wird.
    • 24 zeigt ein Simulationsergebnis für ein herkömmliches Package und 25 zeigt ein korrespondierendes Simulationsergebnis für ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 26 zeigt ein Simulationsergebnis für ein herkömmliches Package und 27 zeigt ein korrespondierendes Simulationsergebnis für ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 28 zeigt ein Simulationsergebnis für ein herkömmliches Package und 29 zeigt ein korrespondierendes Simulationsergebnis für ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • Bevor beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher mit Bezug auf die Figuren beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen zusammengefasst, auf welchen basierend beispielhafte Ausführungsformen entwickelt wurden.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform stellt ein Package bereit, welches als eine oberflächenmontierte Vorrichtungs(SMD)-artige Halbbrücke konfiguriert ist. Auf vorteilhafte Weise können eingekapselte elektronische Komponenten des Packages, welches auf einem Träger montiert ist, mit einem oberseitigen Bulk-Konnektor zum Verbinden des Packages mit einer elektronischen Umgebung versehen sein, beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte (PCB). Insbesondere stellt eine beispielhafte Ausführungsform eine SMD-integrierte Halbbrücke mit einem mechanischen oberseitigen Bulk-Konnektor bereit. Dies kann Strompfade verkürzen und kann einen niederohmigen Stromfluss fördern, um auf vorteilhafte Weise ein übermäßiges Erhitzen des Packages und insbesondere von kritischen Abschnitten davon zu verhindern. Insbesondere kann ein elektrischer Bulk-Konnektor oben auf einen Abschnitt des Clips gelötet sein, welcher in Bezug auf die Einkapselung freiliegt. Eine Unterseite des Clips kann mit elektronischen Komponenten des Packages verbunden sein.
  • In Ausführungsformen kann der elektrische Bulk-Konnektor, welcher oben auf den freiliegenden Clip gelötet sein kann, mit zusätzlichen Metallrippen versehen sein, um das oberseitige Kühlen weiter zu verbessern.
  • Ferner kann es möglich sein, dass der elektrische Bulk-Konnektor unten auf eine Montagebasis geschraubt sein kann.
  • Darüber hinaus bewerkstelligen Ausführungsformen eine oberseitige Verbindung von mehreren (insbesondere drei) parallelen Packages oder Vorrichtungen.
  • Auf vorteilhafte Weise können beispielhafte Ausführungsformen die Performance des Packages und die Leistungsdichte auf einer Montagebasis oder einer Anwendungsplatte verbessern (beispielsweise für ein Package, welches als ein 6x8 skalierbarer Leistungsblock verkörpert ist) .
  • Herkömmlich können Benutzer von Leistungswerkzeugen diskrete Leistung-MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) Komponenten verwenden, um einen dreiphasigen Inverter aufzubauen, um einem Motor elektrische Energie bereitzustellen. Fünf massive Metall Konnektoren können verwendet werden. Zwei können verwendet werden, um dem Leistungsbord die Batteriespannung bereitzustellen und die drei anderen Konnektoren können dem elektrischen Motor des Leistungswerkzeugs die drei Phasen des Inverters bereitstellen.
  • Aufgrund des steigenden Leistungsdichteaufwands kann es vorteilhaft sein, high-side MOSFETs und low-side MOSFETs von jeder Halbbrücke in einem Package zu kombinieren, um die Leistungsdichte zu erhöhen und die Möglichkeit zu haben, den Platz auf der Leiterplatte zu reduzieren.
  • Wenn ein Clip in Richtung der Packageoberseite freiliegt, kann aufgrund des reduzierten Fußabdrucks mit der skalierbaren Halbbrücke das thermische Management eines derartigen Packages herausfordernd sein.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann ein SMD-Leistungspackage bereitgestellt sein, welches auf einer skalierbaren Halbbrücke mit einem freiliegenden Clip basiert, wobei ein mechanischer Leistungskonnektor oder Bulk-Konnektor oben auf dem Clip platziert ist. Insbesondere kann der Bulk-Konnektor auf die Oberseite des freiliegenden Clips gelötet sein.
  • Ein derartiges Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen einige Vorteile bieten: zum einen können beispielhafte Ausführungsformen zu einer Reduzierung des Packagewiderstands führen. Darüber hinaus können eine reduzierte Peakstromdichte und ein niedrigeres Risiko für Elektromigration erzielt werden, was einen höheren Maximalstrom ermöglichen kann. Abgesehen davon können beispielhafte Ausführungsformen eine verbesserte thermische Performance erzielen. Ferner kann ein reduzierter Platz auf der Leiterplatte ausreichend sein und ein niedrigerer Leiterplattenwiderstand kann erzielt werden. Um die Wärmeableitungsfähigkeit weiter zu verbessern, kann der Bulk-Konnektor optional mit Metallrippen versehen sein, welche auf die Packageoberseite gelötet sind. Ferner ist es möglich, dass der Bulk-Konnektor auf die Packageoberseite geschraubt ist. Insbesondere kann es möglich sein, drei Halbbrücken mit einem geschraubten oberseitigen Bulk-Konnektor parallel zu verbinden.
  • Mit einem Package gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann ein rein vertikaler Stromfluss realisiert werden und daher mag keine Stromumverteilung in dem Package erforderlich sein. Dies kann den Packagewiderstand signifikant reduzieren. Ferner kann der oberseitige Bulk-Konnektor die thermische Performance verbessern. Eine Ausführungsform kann auch unter Verwendung von verschiedenen Arten von Package-Plattformen realisiert sein, wobei eine Halbbrücke enthalten sein kann, wie verschiedene chipeinbettende Package-Plattformen.
  • Zum Löten des Bulk-Konnektors auf die Oberseite des Packages können viele verschiedene Arten von PCB- (gedruckte Leiterplatte; printed circuit board) Konnektoren verwendet werden.
  • 1 zeigt eine Seitenansicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 2 zeigt eine Draufsicht des Packages 100 von 1. 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Packages 100 von 1 und 2. 4, 5 und 6 zeigen Vorformen des Packages 100, welche gerade gemäß einer beispielhaften Ausführungsform hergestellt werden, d. h. Vorformen, welche noch nicht mit einem Bulk-Konnektor 108 versehen sind.
  • Das gezeigte Package 100 weist einen leiterrahmenartigen Träger 102 auf. In anderen Worten ist der Träger 102 eine strukturierte Kupferplatte.
  • Zwei dünne elektronische Komponenten 104 sind auf dem Träger 102 mittels Lötens montiert. Jede elektronische Komponente 104 ist als ein Halbleiterleistungschip konfiguriert, welcher einen monolithisch integrierten Feldeffekttransistor hat. Genauer können die elektronischen Komponenten 104 MOSFET-Chips sein, wobei einer in einer oberseitigen Weise angeordnet ist und der andere in einer unterseitigen Weise angeordnet ist. Die elektronischen Komponenten 104, welche als Feldeffekttransistor-Chips konfiguriert sind, können ein Drain-Pad auf einer Hauptoberfläche und ein Source-Pad und ein Gate-Pad auf der anderen Hauptoberfläche haben. Beispielsweise kann eine der elektronischen Komponenten 104 mit dem Drain-Pad an der Oberseite angeordnet sein, und die andere elektronische Komponente 104 kann mit dem Drain-Pad an der Unterseite angeordnet sein. Der Strom kann vertikal durch die jeweilige elektronische Komponente 104 fließen. Die zwei elektronischen Komponenten 104 können derartig miteinander verbunden sein, dass sie eine Halbbrücke bilden. Die elektronischen Komponenten 104 sind als zwei identische Halbleiterplättchen verkörpert.
  • Ferner weist das Package 100 einen Clip 110 auf, welcher (beispielsweise mittels Lötens) mit oberen Hauptoberflächen der elektronischen Komponenten 104 verbunden ist. Der Clip 110 kann ein plattenförmiges (und beispielsweise dreidimensional gebogenes) metallisches Element sein, welches zum Kontaktieren der Pads der elektronischen Komponenten 104 an ihren oberen Hauptoberflächen konfiguriert ist und zum Kontaktieren der metallischen Oberfläche der Oberseite des Trägers 102 konfiguriert ist.
  • Eine Einkapselung 106, welche hier als eine Formmasse verkörpert ist, kapselt den Träger 102 und die elektronischen Komponenten 104 teilweise ein. Darüber hinaus kapselt die Einkapselung 106 den Clip 110 derartig teilweise ein, dass eine obere Hauptoberfläche des Clips 110 in Bezug auf die Einkapselung 106 freiliegend bleibt. Zu Anschauungszwecken ist die Einkapselung 106 nur in 6 gezeigt.
  • Darüber hinaus ist ein elektrisch leitfähiger Bulk-Konnektor 108 bereitgestellt, welcher vollständig außerhalb der Einkapselung 106 angeordnet sein kann. Ungeachtet der Einkapselung kann der elektrisch leitfähige Bulk-Konnektor 108 vollständig außerhalb der Einkapselung 106 angeordnet bleiben. Der Bulk-Konnektor 108 kann auf die freiliegende obere metallische Oberfläche des Clips 110 gelötet sein und ist dadurch mit den elektronischen Komponenten 104 elektrisch verbunden und darüber angeordnet. Somit ist der Bulk-Konnektor 108 so auf die obere Oberfläche des Clips 110 gelötet, dass die elektronischen Komponenten 104 in Bezug auf den Konnektor 108 mittels des Clips 110 beabstandet sind. Auf vorteilhafte Weise kapselt die Einkapselung 106 nur teilweise den Clip 110 ein, so dass eine freiliegende Oberfläche des Clips 110 in elektrischen und mechanischen Kontakt mit dem Konnektor 108 gebracht werden kann. Neben dem Verbinden der elektronischen Komponenten 104 und des Bulk-Konnektors 108 ist der Clip 110 auch mit einer oberen Hauptoberfläche des Trägers 102 verbunden. Als Folge kann der elektrische Pfad eines Stroms, welcher vertikal durch die elektronischen Komponenten 104 fließt, entlang des gesamten Pfads von dem Träger 102 durch die elektronischen Komponenten 104, den Clip 110 und zu dem Bulk Konnektor 106, im Wesentlichen vertikal sein. Dieser kurze und im Wesentlichen vertikale elektrische Pfad hält die ohmschen Verluste gering und verhindert äußerst unerwünschte Hotspots in dem Package 100.
  • Wie in 1 gezeigt ist, hat der Konnektor 108 eine Höhe H, welche signifikant größer als eine Höhe h eines Packagekörpers 140 ist, welcher den Träger 102, die elektronischen Komponenten 104, die Einkapselung 106 und den Clip 110 umfasst. Wie gezeigt ist, kann der Bulk-Konnektor 108 als ein massiver zylindrischer Metallblock verkörpert sein.
  • Ferner können eine oder mehrere Bondstrukturen 142 (wie beispielsweise Bonddrähte oder ein Bondband) bereitgestellt sein, um Abschnitte des Trägers 102 mit dem Clip 110 zu verbinden.
  • Abschließend kann in der Ausführungsform von 1 bis 6 der thermisch gut leitfähige massive Metallblock in Form des Bulk-Konnektors 108 direkt auf die Oberseite des freiliegenden Clips 110 und direkt über die elektronischen Komponenten 104 gelötet werden, um dadurch einen im Wesentlichen vertikalen Stromfluss herzustellen. Eine komplexe und hochohmige planare Umverteilungsstruktur kann somit auf vorteilhafte Weise vollständig oder zu einem großen Ausmaß vermieden werden. Das Package 100, welches in 1 bis 6 gezeigt ist, kann dann auf eine Montagebasis gelötet werden, beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte (vergleiche beispielsweise Bezugszeichen 152 in 13). Beispielsweise kann das Package 100 gemäß 1 bis 6 mit einem elektrischen Motor (nicht gezeigt) auf eine niederohmige Weise und ohne das Risiko von Hotspots verbunden werden.
  • 7A und 7B zeigen herkömmliche elektronische Vorrichtungen 200, 220.
  • Die elektronische Vorrichtung 200 hat sechs Packages 202 (jedes mit einem eingekapselten Halbleiterchip, nicht gezeigt), welche via eine elektrisch leitfähige Umverteilungsstruktur 204 miteinander verbunden sind. Konnektoren 206 sind neben den Packages 202 angeordnet und erstrecken sich vertikal in Bezug auf die Papierebene von 7A. Die genannten Bestandteile können auf einer Montagebasis 208 montiert sein.
  • Die elektronische Vorrichtung 220 hat drei Packages 222 (jedes mit zwei eingekapselten Halbleiterchips, nicht gezeigt), welche via eine elektrisch leitfähige Umverteilungsstruktur 224 miteinander verbunden sind. Die Konnektoren 226 sind neben den Packages 222 angeordnet und erstrecken sich vertikal in Bezug auf die Papierebene von 7B.
  • Die genannten Bestandteile können auf einer Montagebasis 228 montiert sein.
  • Aufgrund der langen horizontalen Bahnen, insbesondere in Form der Umverteilungsstrukturen 204, 224, welche die Packages 202, 222 mit den Leitern 206, 226 verbinden, können die Ausführungsformen von 7A und 7B unter übermäßigen Hotspots und hohen ohmschen Verlusten leiden.
  • 7C zeigt eine elektronische Vorrichtung 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Die elektronische Vorrichtung 150 hat drei Packages 100 (jedes mit zwei eingekapselten Halbleiterchips, nicht gezeigt), welche via freiliegende Clips 110 an der Oberseite direkt vertikal mit einem jeweiligen Bulk-Konnektor 108 verbunden sind, welcher vertikal gestapelt auf den Packages 100 angeordnet ist und sich vertikal in Bezug auf die Papierebene von 7C erstreckt. Die genannten Bestandteile können auf einer Montagebasis 152 montiert sein, beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte (PCB). Eine kleinere Menge von horizontalen Bahnen 144 ist gemäß 7C ausreichend, im Vergleich mit den komplexeren Umverteilungsstrukturen 204, 224 gemäß 7A und 7B.
  • Aufgrund der vertikalen Verbindung der elektronischen Komponenten 104 (nicht gezeigt in 7C) und des Clips 110 darauf mit den sich ebenfalls vertikal erstreckenden Bulk-Konnektoren 108 vermeidet die Ausführungsform von 7C auf vorteilhafte Weise Hotspots und kann mit niedrigen ohmschen Verlusten betrieben werden.
  • 8 zeigt eine Seitenansicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 9 zeigt eine Draufsicht des Packages 100 von 8.
  • In der Ausführungsform von 8 und 9 hat der Konnektor 108 eine zentrale Aussparung 118 mit einem internen Gewinde 146. Dies ermöglicht es, eine Schraubverbindung zwischen dem Konnektor 108 und einer anderen elektronischen Anordnung mit einem Verbindungspin herzustellen, welcher ein externes Gewinde (nicht gezeigt) hat, welches zu der Aussparung 118 und dem internen Gewinde 146 korrespondiert.
  • 10 zeigt eine Seitenansicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 11 zeigt eine Draufsicht des Packages 100 von 10.
  • In der Ausführungsform von 10 und 11 weist der Konnektor 108 eine Kühlstruktur 114 auf, welche als eine Mehrzahl von metallischen Kühlrippen verkörpert ist, welche integral mit einem zentralen Hauptkörper des Konnektors 108 gebildet sind und sich radial davon erstrecken. Die flügelförmigen Kühlrippen, welche sich radial nach außen erstrecken, fördern während des Betriebs des Packages 100 eine gute Wärmeableitung von dem Konnektor 108.
  • 12 zeigt eine Draufsicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 13 zeigt eine Seitenansicht des Packages 100 von 12, welches auf einer Montagebasis 152 montiert ist, um eine elektronische Vorrichtung 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu erhalten.
  • In der Ausführungsform von 12 und 13 weist der Konnektor 108 eine Montageeinrichtung 116 auf, welche zum Montieren des Konnektors 108 auf einer Montagebasis 152 konfiguriert ist. Die elektronischen Komponenten 104 können vertikal zwischen der Montagebasis 152 und dem Konnektor 108 positioniert sein.
  • Genauer ist die Montageeinrichtung 116 zum Herstellen einer Schraubverbindung mit der Montagebasis 152 konfiguriert. Mittels Montierens des Packages 100 auf der Montagebasis 152 wird eine elektronische Vorrichtung 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erhalten. Die Montagebasis 152 kann als eine gedruckte Leiterplatte (PCB) verkörpert sein. Zum Herstellen der Schraubverbindung zwischen der Montagebasis 152 und dem Package 100 können eine oder mehrere Schrauben 148 durch Schrauböffnungen geführt werden, welche als Teil der Montageeinrichtung 114 in einem oder mehreren metallischen Beinen 156 der Montageeinrichtung 114 gebildet sind, welche integral mit dem Bulk-Konnektor 108 gebildet sind und sich in eine seitliche Richtung erstrecken. Die eine oder die mehreren Schrauben 148 können dann mit der Montagebasis 152 verbunden werden. Wie in 12 und 13 gezeigt ist, erstrecken sich zwei metallische Beine 156 seitlich und nach unten von gegenüberliegenden Seiten des zentralen Hauptkörpers des Bulk-Konnektors 108. Beispielsweise kann eine Unterseite der metallischen Beine 156 mit einer Unterseite des Packagekörpers 140 fluchten oder im Wesentlichen fluchten. Wie ebenfalls gezeigt ist und zum Zweck des Überbrückens eines vertikalen Abstands, erstrecken sich die metallischen Beine 156 in einer gestuften Konfiguration nach unten. Die gezeigte Ausführungsform stellt eine große Kontaktfläche zwischen der Montagebasis 152 und dem Package 100 bereit und stellt daher ein hohes Maß an Positionsgenauigkeit bereit.
  • Obwohl dies in 13 nicht gezeigt ist, kann die elektronische Vorrichtung 150 beispielsweise zwei weitere Packages 100 aufweisen, wobei jedes der zwei weiteren Packages 100 als das gezeigte und beschriebene Package 100 verkörpert sein kann und neben dem Package 100 angeordnet sein kann. Alle drei Packages 100 können somit nebeneinander und koplanar auf der gleichen Montagebasis 152 (nicht gezeigt) montiert sein. Die drei Packages 100 können miteinander derartig verbunden sein, dass sie einen Dreiphasen-Inverter bilden.
  • 14 zeigt eine Draufsicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 15 zeigt eine Seitenansicht des Packages 100 von 14, welches auf einer Montagebasis 152 montiert ist, um eine elektronische Vorrichtung 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu erhalten.
  • Die Ausführungsform von 14 und 15 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 12 und 13 insbesondere darin, dass sich gemäß 14 und 15 die metallischen Beine 156 von dem zentralen Hauptkörper des Konnektors 108 in eine rein horizontale Richtung erstrecken. Dies vereinfacht die Konstruktion.
  • 16 zeigt eine Draufsicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 17 zeigt eine Seitenansicht des Packages 100 von 16, welches auf einer Montagebasis 152 montiert ist, um eine elektronische Vorrichtung 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu erhalten.
  • Die Ausführungsform von 16 und 17 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 14 und 15 insbesondere darin, dass gemäß 16 und 17 die elektronische Vorrichtung 150 eine Kühlstruktur 114 aufweist, welche als eine Mehrzahl von metallischen Kühlrippen verkörpert ist, welche sich radial von einem zentralen Hauptkörper des Konnektors 108 erstrecken. Die flügelförmigen Kühlrippen, welche sich radial nach außen erstrecken, fördern während des Betriebs des Packages 100 eine gute Wärmeableitung von dem Konnektor 108.
  • 18 zeigt eine Draufsicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 19 zeigt eine Seitenansicht des Packages 100 von 18, welches auf einer Montagebasis 152 montiert ist, um eine elektronische Vorrichtung 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu erhalten.
  • In der Ausführungsform von 18 und 19 weist die gezeigte elektronische Vorrichtung 150 zwei weitere Packages 100' auf, welche auf der gleichen Montagebasis 152 wie das vorangehend beschriebene Package 100 montiert sind. Jedes der weiteren Packages 100' weist zwei weitere elektronische Komponenten 104' auf, welche auf einem weiteren Träger 102' montiert sind und mittels einer weiteren Einkapselung 106' teilweise eingekapselt sind. Dies ist in 19 nur für eines der weiteren Packages 100' dargestellt. Wie gezeigt ist, ist der Bulk-Konnektor 108 mit den elektronischen Komponenten 104, 104' des Packages 100 und der weiteren Packages 100' elektrisch verbunden und darauf und darüber montiert. Wie ebenfalls gezeigt ist, weist der Konnektor 108 eine Kühlstruktur 120 auf, welche zum Kühlen aller Packages 100, 100' mittels eines Arrays von parallelen Kühlrippen konfiguriert ist.
  • Somit kann ein einzelner Konnektor 108 von mehreren Packages 100, 100' gemeinsam genutzt werden. Zu diesem Zweck können metallische Beine 156 bereitgestellt sein, welche sich von einem zentralen Körper des Bulk-Konnektors 108 erstrecken. An der Unterseite von jedem der Beine 156 und an einer Unterseite des zentralen Körpers ist eine entsprechende Erhebung (bump) 160 gebildet, an welcher der Bulk-Konnektor 108 mit einem jeweiligen Package 100, 100' (oder genauer mit einem jeweiligen freiliegenden Abschnitt eines jeweiligen Clips 110 eines jeweiligen Packages 100, 100') vertikal verbunden ist.
  • 20 und 21 zeigen Konnektoren 108 für Packages 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
  • Der Konnektor 108 von 20 weist zwei gegenüberliegende und im Wesentlichen scheibenförmige Sektionen 162 mit einer zentralen Aussparung 118 und einem internen Gewinde 146 auf. In einer axialen Richtung zwischen den zwei scheibenförmigen Sektionen 160 ist eine radial eingeengte zentrale Sektion 164 angeordnet.
  • Der Konnektor 108 von 21 ist ein kreisförmiger zylindrischer Körper mit der Aussparung 118 und dem internen Gewinde 146.
  • Viele andere Konfigurationen des Bulk-Konnektors 108 sind in anderen Ausführungsformen möglich.
  • 22 zeigt ein Modell eines herkömmlichen Packages 260, welches für eine Simulation verwendet wird. 23 zeigt ein Modell eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, welches für eine Simulation verwendet wird.
  • Das herkömmliche Package 260 weist einen Träger 242 mit zwei darauf montierten elektronischen Komponenten 244 auf. Ein Clip 250 ist oben auf den elektronischen Komponenten 244 angeordnet. Ein elektrischer Strom (von 1 A in der beschriebenen Simulation) kann an einer Position zugeführt werden, welche mit dem Bezugszeichen 252 bezeichnet ist.
  • Im Gegensatz dazu kann das Package 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform wie vorangehend beschrieben konstruiert sein. Der elektrische Strom (von 1 A in der beschriebenen Simulation) kann an einer Position zugeführt werden, welche mit dem Bezugszeichen 166 bezeichnet ist.
  • Elektrische Simulationen wurden durchgeführt, um den elektrischen Packagewiderstand des herkömmlichen skalierbaren Halbbrücke-Package 216 im Vergleich mit einem Package 100 mit einem mechanischen oberseitigen Konnektor 108 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu simulieren.
  • In 22 und 23 sind beide Packages 260, 100 zu sehen, welche als Modelle für die Simulation verwendet werden. In beiden Fällen wurde ein DC Strom von 1 A simuliert.
  • 24 zeigt ein Simulationsergebnis für das herkömmliche Package 260 und 25 zeigt ein korrespondierendes Simulationsergebnis für das Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die simulierten ohmschen Verluste sind für den Fall gezeigt, dass eine erste MOSFET-artige elektronische Komponente 244a, 104a aktiv ist und eine zweite MOSFET-artige elektronische Komponente 244b, 104b ausgeschaltet ist. Das herkömmliche Package 260 zeigt ausgeprägte Hotspots 280, welche bei dem Package 100 auf vorteilhafte Weise nicht vorhanden sind.
  • 26 zeigt ein Simulationsergebnis für das herkömmliche Package 260 und 27 zeigt ein korrespondierendes Simulationsergebnis für das Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die simulierten ohmschen Verluste sind für den Fall gezeigt, dass die erste MOSFET-artige elektronische Komponente 244a, 104a ausgeschaltet ist und die zweite MOSFET-artige elektronische Komponente 244b, 104b aktiv ist. Wieder zeigt das herkömmliche Package 260 ausgeprägte Hotspots 280, welche auf vorteilhafte Weise bei dem Package 100 nicht vorhanden sind.
  • 28 zeigt ein Simulationsergebnis für das herkömmliche Package 260 und 29 zeigt ein korrespondierendes Simulationsergebnis für das Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • 28 und 29 zeigen die Stromverteilung in beiden Packages 260, 100 für den Fall, dass die erste MOSFET-artige elektronische Komponente 244a, 104a aktiv ist. Die Peakstromdichte (siehe Referenzzeichen 270 und 168) in den Ausführungsformen mit dem oberseitigen Konnektor 108 ist im Vergleich zu dem herkömmlichen Package 260 um einen Faktor 10 niedriger. Die Peakstromdichte 270 war 2,1 106 A/m2, wohingegen die Peakstromdichte 168 2,1 105 A/m2 war. Wieder zeigt das herkömmliche Package 260 ausgeprägte Hotspots 280, welche bei dem Package 100 auf vorteilhafte Weise nicht vorhanden sind.
  • In Tabelle 1 ist der simulierte elektrische Widerstand für beide Packages 260, 100 und auch für die verschiedenen aktivierten MOSFETs gezeigt. Die Reduzierung des Packagewiderstands ist enorm, da das Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einen vertikalen Stromfluss hat.
  • Da für das Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Clip 110 nicht mehr erforderlich ist, um einen Leistungsstrom nach unten zu der gedruckte-Leiterplatteartigen Montagebasis 152 zu tragen, kann das Package 100 ferner mittels Anpassens des Clips 110 verbessert werden, was es ermöglichen kann, größere chipartige elektronische Komponenten 104 bei den gleichen Packagedimensionen bereitzustellen. Tabelle 1: simulierter DC Package Widerstand
    DC Widerstand des Packages (µΩ) Herkömmlicher Aufbau Konnektor oben gemäß einer Ausführungsform
    Q1on-Q2off 85 2
    Q1off-Q2on 75 3
    Tabelle 2: Packagewiderstand und Leistungsverlust-Vergleich für verschiedene PCB Layoutversionen
    Figur Imax [A] Package-Widerstand Leitungsverluste parasitisch [W] Leitungsverluste parasitisch gesamt [W] Kühlpfad
    7A 100 0,45 4,5 13,5 Boden
    7B 100 0,08 0,8 2, 4 Boden
    7C 100 0,003 0,03 0,09 Boden und Oberseite
  • Es ist anzumerken, dass der Begriff „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Merkmale ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Mehrzahl ausschließen. Auch Elemente, welche in Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, können kombiniert werden. Es ist ebenfalls anzumerken, dass Referenzzeichen nicht als einschränkend für den Schutzbereich der Ansprüche auszulegen sind. Darüber hinaus soll der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Stoffzusammensetzung, der Mittel, der Verfahren und Schritte eingeschränkt sein, welche in der Beschreibung beschrieben sind. Entsprechend sollen die beigefügten Ansprüche in ihrem Schutzbereich derartige Prozesse, Maschinen, Herstellungen, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte enthalten.

Claims (20)

  1. Ein Package (100), wobei das Package (100) aufweist: • einen Träger (102); • elektronische Komponenten (104), welche auf dem Träger (102) montiert sind; • eine Einkapselung (106), welche den Träger (102) und die elektronischen Komponenten (104) zumindest teilweise einkapselt; • einen Clip (110), welcher mit oberen Hauptoberflächen der elektronischen Komponenten (104) verbunden ist; und • einen elektrisch leitfähigen Bulk-Konnektor (108), welcher mit den elektronischen Komponenten (104) elektrisch verbunden und darüber montiert ist.
  2. Das Package (100) gemäß Anspruch 1, wobei die elektronischen Komponenten (104) Halbleiterplättchen sind, insbesondere identische Halbleiterplättchen.
  3. Das Package (100) gemäß Anspruch 2, wobei jedes der Halbleiterplättchen einen integrierten Transistor aufweist, insbesondere einen Feldeffekttransistor.
  4. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektronischen Komponenten (104) so konfiguriert und verbunden sind, dass sie eine Halbbrückenfunktion bereitstellen.
  5. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der elektrisch leitfähige Bulk-Konnektor (108) außerhalb der Einkapselung (106) angeordnet ist, insbesondere vollständig außerhalb der Einkapselung (106) angeordnet ist.
  6. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Konnektor (108) auf einer oberen Oberfläche des Clips (110) so montiert, insbesondere gelötet, ist, dass die elektronischen Komponenten (104) in Bezug auf den Konnektor (108) mittels des Clips (110) beabstandet sind.
  7. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einkapselung (106) den Clip (110) nur teilweise einkapselt, so dass eine freiliegende Oberfläche des Clips (110) in direktem physischen Kontakt mit dem Konnektor (108) ist.
  8. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Clip (110) mit einer oberen Hauptoberfläche des Trägers (102) verbunden ist.
  9. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Träger (102) eines aus der Gruppe aufweist, bestehend aus einem Leiterrahmen und einer thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Platte, welche an beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen mit einer elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt ist.
  10. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Konnektor (108) eine Höhe (H) hat, welche größer als, insbesondere mindestens dreimal oder mindestens fünfmal, eine Höhe (h) eines Packagekörpers (140) ist, welcher den Träger (102), die elektronischen Komponenten (104), die Einkapselung (106) und den Clip (110) umfasst.
  11. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Konnektor (108) ein Metallblock ist, insbesondere ein zylindrischer Metallblock.
  12. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Konnektor (108) eine Kühlstruktur (114) aufweist, insbesondere eine Mehrzahl von Kühlrippen, weiter insbesondere eine Mehrzahl von Kühlrippen, welche sich radial von einem zentralen Hauptkörper des Konnektors (108) erstrecken oder sich parallel zueinander erstrecken.
  13. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Konnektor (108) eine Montageeinrichtung (116) aufweist, welche zum Montieren des Konnektors (108) auf einer Montagebasis (152) konfiguriert ist, insbesondere eine Montageeinrichtung (116), welche zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer Montagebasis (152) konfiguriert ist.
  14. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Konnektor (108) eine zentrale Aussparung (118) mit einem internen Gewinde (146) hat.
  15. Eine elektronische Vorrichtung (150), wobei die elektronische Vorrichtung (150) aufweist: • eine Montagebasis (152), zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte; und • ein Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, welches auf der Montagebasis (152) montiert ist.
  16. Die elektronische Vorrichtung (150) gemäß Anspruch 15, aufweisend zumindest ein weiteres Package (100'), welches auf der Montagebasis (152) montiert ist, insbesondere aufweisend zwei weitere Packages (100'), welche auf der Montagebasis (152) montiert sind, wobei jedes des zumindest einen weiteren Packages (100') zwei weitere elektronische Komponenten (104') aufweist, welche auf einem weiteren Träger (102') montiert sind und zumindest teilweise mittels einer weiteren Einkapselung (106') eingekapselt sind, und wobei der Konnektor (108) mit den elektronischen Komponenten (104, 104') des Packages (100) und des zumindest einen weiteren Packages (100') elektrisch verbunden und darüber montiert ist.
  17. Die elektronische Vorrichtung (150) gemäß Anspruch 16, wobei der Konnektor (108) eine Kühlstruktur (120) aufweist, welche zum Kühlen aller Packages (100, 100') konfiguriert ist, insbesondere aufweisend Kühlrippen, weiter insbesondere aufweisend ein Array von parallelen Kühlrippen.
  18. Die elektronische Vorrichtung (150) gemäß Anspruch 15, aufweisend zumindest ein weiteres Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, welches auf der Montagebasis (152) montiert ist, insbesondere aufweisend zwei weitere Packages (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, welche auf der Montagebasis (152) montiert sind.
  19. Die elektronische Vorrichtung (150) gemäß irgendeinem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die elektronischen Komponenten (104) vertikal zwischen der Montagebasis (152) und dem Konnektor (108) angeordnet sind.
  20. Ein Verfahren zum Herstellen eines Packages (100), wobei das Verfahren aufweist: • Montieren von elektronischen Komponenten (104) auf einem Träger (102); • zumindest teilweises Einkapseln des Trägers (102) und der elektronischen Komponenten (104) mittels einer Einkapselung (106) ; • Verbinden eines Clips (110) mit oberen Hauptoberflächen der elektronischen Komponenten (104); und • Montieren eines elektrisch leitfähigen Bulk-Konnektors (108), welcher die elektronischen Komponenten (104) elektrisch verbindet, über den elektronischen Komponenten (104).
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