DE102020119686A1 - Packungsstruktur für Stromversorungsgeräte - Google Patents

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Hsin-Chang Tsai
Ching-Wen Liu
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Actron Technology Corp
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Abstract

Eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte umfasst ein Wärmeableitungsisoliersubstrat, eine Vielzahl von Stromversorgungsgeräten, eine Wärmeableitungsgrundplatte und eine thermische Grenzflächenschicht. Das Wärmeableitungsisoliersubstrat weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, die einander gegenüberliegend sind, und die Stromversorgungsgeräte sind mit der ersten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats gekoppelt. Die Wärmeableitungsgrundplatte ist auf der zweiten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats angeordnet, wobei wenigstens eine von einer Fläche der Wärmeableitungsgrundplatte und der zweiten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats wenigstens ein Plateau aufweist und das Plateau zumindest innerhalb eines projizierten Bereichs der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten angeordnet ist. Die thermische Grenzflächenschicht ist zwischen der zweiten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats und der Fläche der Wärmeableitungsgrundplatte angeordnet.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Packungsstruktur und insbesondere auf eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Derzeit ist ein Strommodul ein Hauptkerngerät für die elektrische Energieumwandlung in verschiedenen Produkten, in denen Stromversorgungsgeräte verpackt sind. Wenn ein Wärmeableitungssubstrat in dem Strommodul mit einer Chip-Leiterplatte verbunden ist, wie ein Direct Bonded Copper bzw. direkt gebondetes Kupfer (DBC) Keramiksubstrat, weisen das DBC-Substrat und das Wärmeableitungssubstrat aufgrund der thermischen Ausdehnungskoeffizienten während einer Wärmeperiode unterschiedliche thermische Verformungen auf, was zu einer höherem thermischen Stress bzw. einer höheren thermischen Beanspruchung bzw. Spannung an einem Rand bzw. einer Kante des DBC-Substrats führt.
  • Um die thermische Spannung gegenüber dem DBC-Substrat zu reduzieren, wird derzeit eine thermische Grenzflächenschicht mit einer größeren Dicke zwischen dem Wärmeableitungssubstrat und dem DBC-Substrat zum Reduzieren der thermischen Spannung verwendet. Nichtsdestotrotz, neben der Zunahme der Dicke der thermischen Grenzflächenschicht wird jedoch auch der thermische Widerstand der Packungsstruktur erhöht.
  • Die Erfindung stellt eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte bereit, die das Problem der hohen thermischen Spannung für das konventionelle Strommodul lösen und den thermischen Widerstand der Packungsstruktur reduzieren können.
  • Die Erfindung stellt ferner eine weitere Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte bereit, die den thermischen Widerstand des Strommoduls reduzieren können, ohne die Spannung eines Wärmeableitungsisoliersubstrat zu erhöhen.
  • Eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte der Erfindung beinhaltet ein Wärmeableitungsisoliersubstrat, eine Vielzahl von Stromversorgungsgeräte, eine Wärmeableitungsgrundplatte und eine thermische Grenzflächenschicht. Das Wärmeableitungsisoliersubstrat weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, die einander gegenüberliegend sind, und die Stromversorgungsgeräte sind mit der ersten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats gekoppelt. Die Wärmeableitungsgrundplatte ist an der zweiten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats angeordnet. Wenigstens eine von einer Fläche der Wärmeableitungsgrundplatte und der zweiten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats weist wenigstens ein Plateau auf, und das wenigstens eine Plateau ist wenigstens innerhalb eines projizierten Bereichs der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten angeordnet. Die thermische Grenzflächenschicht ist zwischen der zweiten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats und der Fläche der Wärmeableitungsgrundplatte angeordnet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung liegt ein Bereichsverhältnis des wenigstens einen Plateau, das die Fläche der Wärmeableitungsgrundplatte einnimmt, zwischen 10% und 35%.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten in einer Flip-Chip-Bondingmethode an die erste Fläche gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte ferner einen leitfähigen Clip, der auf einer Seite gegenüber einer Seite angeordnet ist, auf der die Stromversorgungsgeräte mit dem Wärmeableitungsisoliersubstrat gebondet sind und die Stromversorgungsgeräte elektrisch mit der ersten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats verbinden.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält ein Material des leitfähigen Clips beispielsweise Aluminium, Kupfer oder ein Graphit.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Schnittform von jedem von dem wenigstens einem Plateau eine trapezförmige Form, eine dreieckige Form, eine kreisförmige Form oder eine rechteckige Form.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Wärmeableitungsisoliersubstrat ein direkt gebondetes Kupfer (DBC) Keramiksubstrat, ein Direct Plating Copper bzw. ein direktes kupferplattiertes bzw. direkt verkupfertes (DPC) Keramiksubstrat, ein isoliertes Metallsubstrat (IMS) oder eine Leiterplatte (PCB).
  • Eine andere Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte der Erfindung beinhaltet ein Wärmeableitungsisoliersubstrat, eine Vielzahl von Stromversorgungsgeräten, eine Wärmeableitungsgrundplatte und eine thermische Grenzflächenschicht. Das Wärmeableitungsisoliersubstrat weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, die einander gegenüberliegend sind, und die Stromversorgungsgeräte sind mit der ersten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats gekoppelt. Die Wärmeableitungsgrundplatte ist auf der zweiten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubsubstrats angeordnet. Die thermische Grenzflächenschicht kommt entsprechend mit der zweiten Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats und der Wärmeableitungsgrundplatte in Kontakt, und die thermische Grenzflächenschicht befindet sich zwischen der zweiten Fläche und der Wärmeableitungsgrundplatte. Eine minimale Dicke der thermischen Grenzflächenschicht innerhalb eines projizierten Bereichs der Stromversorgungsgeräte ist weniger als eine Dicke davon außerhalb des projizierten Bereichs der Stromversorgungsgeräte.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist eine Fläche von wenigstens einer der Wärmeableitungsgrundplatte und dem Wärmeableitungsisoliersubstrat, das mit der thermischen Grenzflächenschicht in Kontakt kommt, wenigstens ein Plateau auf, und das wenigstens eine Plateau ist wenigstens innerhalb eines projizierten Bereichs der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten angeordnet.
  • In jeder der Ausführungsformen der Erfindung ist eine Fläche, die von wenigstens einem Plateau eingenommen wird, größer oder im Wesentlichen gleich des projizierten Bereichs der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten.
  • In jeder der Ausführungsformen der Erfindung ist das wenigstens eine Plateau monolithisch ausgebildet oder kommt thermisch mit der Wärmeableitungsgrundplatte oder dem Wärmeableitungsisoliersubstrat in Kontakt.
  • In jeder der Ausführungsformen der Erfindung enthält die thermische Grenzflächenschicht eine Wärmeleitpaste, gesintertes Silber (Ag) oder ein eutektisches Lot.
  • Basierend auf dem Vorstehenden, in der Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte der Erfindung, mit den Plateaus angeordnet zwischen dem Wärmeableitungsisoliersubstrat und der Wärmeableitungsplatte, kann der thermische Widerstand der gesamten Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte reduziert werden, ohne die thermische Spannung des Wärmeableitungsisoliersubstrats zu erhöhen.
  • Um die oben genannten Merkmale und Vorteile der Erfindung verständlicher zu machen, werden nachstehend Ausführungsformen mit Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu vermitteln, und sind in diese Beschreibung integriert und bilden einen Teil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erläutern.
    • 1A ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
    • 1B ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine andere Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 1C ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine weitere Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 1D ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine weitere Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 2 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
    • 3A ist ein schematisches Perspektivdiagramm, das eine Wärmeableitungsgrundplatte des Versuchsbeispiels 1 veranschaulicht.
    • 3B ist ein schematisches Perspektivdiagramm, das eine Wärmeableitungsgrundplatte des Vergleichsbeispiels veranschaulicht.
    • 4A ist ein schematisches Wärmeverteilungsdiagramm einer Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte des Versuchsbeispiels 1.
    • 4B ist ein schematisches Wärmeverteilungsdiagramm einer Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte des Vergleichsbeispiels 1.
    • 5 ist ein Verhältnisdiagramm eines Bereichs, das von dem Plateau in Bezug auf die Chiptemperatur und Spannung für eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte des Versuchsbeispiels 2 eingenommen wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der folgenden Offenbarung sind einige verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele für die Umsetzung verschiedener Merkmale der Erfindung bereitgestellt. Gewiss dienen diese Ausführungsformen lediglich als Beispiele, sind aber keine ausgelegten Beschränkungen des Umfangs und der Anwendungen der Erfindung. Darüber hinaus kann aus Gründen der Klarheit die relative Dicke und Position der einzelnen Komponenten bzw. Bauteile, Schichten oder Regionen verringert oder vergrößert werden. Darüber hinaus können ähnliche oder dieselben Elemente oder Merkmale mit ähnlichen oder gleichen Elementsymbolen in jeder Zeichnung beschriftet werden, und falls in der Zeichnung ein Elementsymbol identisch ist wie in der vorherigen Zeichnung, wird die entsprechende Beschreibung weggelassen.
  • 1A ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf 1A enthält eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte 100 der vorliegenden Ausführungsform ein Wärmeableitungsisoliersubstrat 102, eine Vielzahl von Stromversorgungsgeräten 104, eine Wärmeableitungsgrundplatte 106 und eine thermische Grenzflächenschicht 108. Die Stromversorgungsgeräte 104 sind an eine erste Fläche 102a des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102 gekoppelt. In einer Ausführungsform ist wenigstens eines der Stromversorgungsgeräte 104 in Flip-Chip-Bondingmethode an die erste Fläche 102a gekoppelt. Das Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 enthält beispielsweise ein direkt gebondetes Kupfer (DBC) Keramiksubstrat, ein direkt verkupfertes (DPC) Keramiksubstrat, ein isoliertes Metallsubstrat (IMS) oder eine gedruckte Leiterplatte (PCB). Die Wärmeableitungsgrundplatte 106 ist auf einer zweiten Fläche 102b des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102 angeordnet, eine Fläche 106a der Wärmeableitungsgrundplatte 106 weist eine Vielzahl von Plateaus 110 auf, und die Plateaus 110 sind wenigstens innerhalb eines projizierten Bereichs PA der Stromversorgungsgeräte 104 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Plateaus 110 monolithisch ausgebildet oder kommen thermisch mit der Wärmeableitungsgrundplatte 106 in Kontakt, und eine Schnittform jedes Plateaus 110 ist eine trapezförmige Form. Dennoch ist die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Die Position, Anzahl, Verteilungsbereich und Querschnittsform der oben genannten Plateaus 110 können je nach Anforderung variiert werden. Beispielsweise können die Plateaus 110 auch an der zweiten Fläche 102b angeordnet sein, die Anzahl der Plateaus 110 kann 1, 2 oder mehr sein, eine Fläche, die von den Plateaus 110 eingenommen ist, kann größer oder im Wesentlichen gleich des projizierten Bereichs PA der Stromversorgungsgeräte 104 sein, die Plateaus 110 und die Wärmeableitungsgrundplatte 106 können voneinander getrennt werden, und die Schnittform von jedem der Plateaus 110 kann eine dreieckige Form, eine kreisförmige Form, eine rechteckige Form usw. sein. In Bezug auf die thermische Grenzflächenschicht 108 ist sie zwischen der zweiten Fläche 102b des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102 und der Fläche 106a der Wärmeableitungsgrundplatte 106 angeordnet, wobei die thermische Grenzflächenschicht 108 ein Lötmittel, wie eine Wärmeleitpaste, ein gesintertes Silber (Ag) oder ein eutektisches Lötmittel enthalten kann.
  • Kontinuierlich bezogen auf 1A weist das Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 beispielsweise eine gemusterte bzw. strukturierte Schaltung 112 auf, und die strukturierte Schaltung 112 ist auf einer isolierenden Materialplatte 114 ausgebildet. Die zweite Fläche 102b des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102 kann eine ganze untere Schaltungsschicht 116 aufweisen. Zum Beispiel, durch Bilden einer Lötverbindung 118 auf einem Pad (nicht gezeigt) von jedem Stromversorgungsgerät 104 und Bonden der Lötverbindungen 118 direkt an der strukturierten Schaltung 112 von dem Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 unter Verwendung einer Flip-Chip-Technik gebondet ist, werden die Stromversorgungsgeräte 104 mit dem Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 gebondet
  • Durch das Vorhandensein des Plateaus 110 kann ein Weg zum Übertragen der von den Stromversorgungsgeräten 104 erzeugten Wärme auf die Wärmeableitungsgrundplatte 106 reduziert werden, in einer Weise wie ein kleiner Wärmewiderstand, der parallel mit einem großen Wärmewiderstand verbunden ist, wodurch ein gesamtstruktureller thermischer Widerstand reduziert wird. Wie durch Abwärtspfeile in 1A wird ein großer Teil der von den Stromversorgungsgeräten 104 erzeugten Wärme von den Plateaus 110 auf die Wärmeableitungsgrundplatte 106 übertragen, wodurch gleichzeitig der strukturelle Wärmewiderstand reduziert wird. In der Zwischenzeit reicht eine Dicke der thermischen Grenzflächenschicht 108 außerhalb des projizierten Bereichs PA der Stromversorgungsgeräte 104 (nahe einer Kante des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102) aus, um eine thermische Spannung der Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte 100 (d.h. die Kante des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102) zu reduzieren.
  • 1B ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine andere Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, wobei Elementsymbole und ein Teil der Inhalte, die sich auf 1A beziehen, werden hierin verwiesen, in dem die gleichen oder ähnlichen Elemente durch ähnliche oder dieselben Elementsymbole dargestellt werden und die Beschreibung in Bezug auf denselben technischen Inhalt weggelassen wird. Für eine detaillierte Beschreibung der ausgelassenen Teile kann im Obigen Bezug gefunden werden, und im Folgenden ist keine wiederholte Beschreibung enthalten.
  • In 1B, sind Plateaus 120 an der zweiten Fläche 102b angeordnet und ragen in Richtung der Wärmeableitungsgrundplatte 106, und somit ist eine minimale Dicke der thermischen Grenzflächenschicht 108 zwischen der zweiten Fläche 102b des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102 und der Fläche 106a der Wärmeableitungsgrundplatte 106 innerhalb des projizierten Bereichs PA der Stromversorgungsgeräte 104 kleiner als die Dicke eines beliebigen Bereichs, der außerhalb des projizierten Bereichs liegt. Zusätzlich sind die Plateaus 120 monolithisch ausgebildet oder kommen thermisch mit der unteren Schaltungsschicht 116 der Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 in Kontakt, und somit können die Plateaus 120 und die Wärmeableitungsgrundplatte 102 als eine monolithische ausgebildete oder thermische Kontaktstruktur betrachtet werden.
  • 1C ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine weitere Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, wobei Elementsymbole und Teil der Inhalte, die sich auf 1A beziehen, hierin verwiesen werden, in denen die gleichen oder ähnlichen Elemente durch ähnliche oder dieselben Elementsymbole dargestellt werden, und die Beschreibung in Bezug auf den gleichen technischen Inhalt wird weggelassen. Für eine detaillierte Beschreibung der ausgelassenen Teile, kann im Obigen ein Bezug gefunden werden, und im Folgenden ist keine wiederholte Beschreibung enthalten.
  • In 1C ist die Anzahl der Plateaus 122 eins, die Fläche, die durch das Plateau 122 eingenommen wird, ist etwas größer als der projizierte Bereich PA, und das Plateau 122 und die Wärmeableitungsgrundplatte 106 sind voneinander getrennt. So können das Plateau 122 und die Wärmeableitungsgrundplatte 106 aus verschiedenen Materialien bestehen, die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt. Das Plateau 122 und die Wärmeableitungsgrundplatte 106 können auch aus dem gleichen Material hergestellt werden.
  • 1D ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine weitere Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, wobei Elementsymbole und Teile der Inhalte, die sich auf 1A beziehen, hierin verwiesen werden, in dem die gleichen oder ähnlichen Elemente durch ähnliche oder dieselben Elementsymbole dargestellt werden, und die Beschreibung in Bezug auf den gleichen technischen Inhalt wird weggelassen. Eine detaillierte Beschreibung der ausgelassenen Teile kann man im Obigen finden, und im Folgenden ist keine wiederholte Beschreibung enthalten.
  • In 1D ist ein leitfähiger Clip 124 auf einer Seite gegenüber einer Seite angeordnet, auf der die Stromversorgungsgeräte 104 mit dem Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 gebondet sind. Der leitfähige Clip 124 verbindet die Stromversorgungsgeräte 104 elektrisch mit der ersten Fläche 102a des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102. In einer Ausführungsform enthält ein Material des leitfähigen Clips 124 beispielsweise Aluminium, Kupfer oder ein Graphit. In der Zwischenzeit kann ein leitfähiger Clip 124 eine Vielzahl von Stromversorgungsgeräten 104 elektrisch mit dem Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 verbinden. Dennoch ist die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Ein leitfähiger Clip 124 kann auch nur ein Stromversorgungsgerät 104 elektrisch mit dem Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 verbinden. In einer Ausführungsform, wenn die Stromversorgungsgeräte 104 vertikale Stromversorgungsgeräte sind, kann ein Teil des leitfähigen Clips 124 elektrisch mit nicht aktiven Bereichen der vertikalen Stromversorgungsgeräte verbunden sein, und ein anderer Teil des leitfähigen Clips 124 kann elektrisch mit der ersten Fläche 102a verbunden sein. Darüber hinaus können die erste Fläche 102a und der leitfähige Clip 124 über eine zusätzliche Lötschicht 126 elektrisch miteinander verbunden werden, und die Stromversorgungsgeräte 104 und der leitfähige Clip 124 können auch über die zusätzliche Lötschicht 126 elektrisch miteinander verbunden werden, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Lötschicht 126 enthält ein Lötmittel, z.B. gesintertes Ag oder ein eutektisches Lot.
  • 2 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, wobei Elementsymbole und ein Teil der Inhalte, die sich auf die erste Ausführungsform bezieht, hierin Bezug genommen werden, in dem die gleichen oder ähnlichen Elemente durch ähnliche oder gleiche Elementsymbole dargestellt werden und die Beschreibung in Bezug auf denselben technischen Inhalt weggelassen wird. Für eine detaillierte Beschreibung der ausgelassenen Teile findet sich in der vorherigen Ausführungsform ein Bezug, und in den folgenden Ausführungsformen ist keine wiederholte Beschreibung enthalten.
  • Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet eine Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte 200 der vorliegenden Ausführungsform das Wärmeableitungsisoliersubstrat 102, die Vielzahl von Stromversorgungsgeräten 104, die Wärmeableitungsgrundplatte 106 und eine thermische Grenzflächenschicht 202. Die thermische Grenzflächenschicht 202 kommt entsprechend mit der zweiten Fläche 102b des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102 und der Wärmeableitungsgrundplatte 106 in Kontakt und eine minimale Dicke t1 der thermischen Grenzflächenschicht 202 innerhalb des projizierten Bereichs PA der Stromversorgungsgeräte 104 ist weniger als eine Dicke t2 davon außerhalb des projizierten Bereichs PA der Stromversorgungsgeräte 104. So kann ein Pfad (d.h. die minimale Dicke t1) zum Übertragen der von den Stromversorgungsgeräten 104 erzeugten Wärme auf der Wärmeableitungsgrundplatte 106 reduziert werden, wodurch der strukturelle Wärmewiderstand reduziert wird und die Dicke t2 der thermischen Grenzflächenschicht 202 außerhalb des projizierten Bereichs PA (d.h. die Kante des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102) ausreicht, um die thermische Spannung der Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte 200 zu reduzieren.
  • In 2 weist die Fläche des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102, das mit der thermischen Grenzflächenschicht 202 in Kontakt kommt, ferner ein Plateau 204 auf, und das Plateau 204 ist innerhalb des projizierten Bereichs PA aller Stromversorgungsgeräte 104 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Plateau 204 unter der unteren Schaltungsschicht 116 des Wärmeableitungsisoliersubstrats 102 angeordnet, die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt darauf. In einer anderen Ausführungsform kann das Plateau 204 monolithisch ausgebildet sein oder thermisch mit der Wärmeableitungsgrundplatte 106 oder dem Wärmeableitungsisoliersubstrat 102 in Kontakt kommen. Darüber hinaus können Position, Anzahl, Verteilungsbereich und Querschnittsform des oben genannten Plateaus 204 je nach Anforderung variiert werden, die mit Bezug auf die Beschreibungen im Zusammenhang mit 1A, 1B, 1C und 1D abgeleitet werden können und wird nicht wiederholt.
  • Experimente werden im Folgenden zum Überprüfen der Effekte bzw. Wirkungen der Erfindung nummeriert, aber der Umfang der Erfindung ist nicht auf die folgenden Versuchsbeispiele beschränkt.
  • <Versuchsbeispiel 1>
  • Es wurde eine in 3A dargestellte Wärmeableitungsgrundplatte hergestellt, wobei die Plateaus 300 monolithisch ausgebildet sind oder thermisch mit der Wärmeableitungsgrundplatte in Kontakt kamen. Dann wurde die in 3A dargestellte Wärmeableitungsgrundplatte für die Montage verwendet, um die Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte zu bilden, wie in 1A dargestellt.
  • Eine Wärmeverteilung der gesamten Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte wurde in einem Zustand gemessen, dass die Stromversorgungsgeräte 104 die Wärme erzeugen und so eine Wärmeverteilung erhalten, wie in 4A dargestellt.
  • <Vergleichsbeispiel>
  • Eine Wärmeableitungsgrundplatte, die in 3B dargestellt ist, wurde hergestellt und eine Fläche davon war eine Ebene. Dann wurde die in 3B dargestellte Wärmeableitungsgrundplatte zur Montage verwendet, um die Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte zu bilden, wie in 1A dargestellt, aber ohne Plateaus.
  • Eine Wärmeverteilung der gesamten Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte wurde in einem Zustand gemessen, dass die Stromversorgungsgeräte 104 die Wärme erzeugen, wodurch eine Wärmeverteilung wie in 4B dargestellt wird.
  • Gemäß 4A und 4B ist bekannt, dass die Wärmeverteilung der Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte mit den Plateaus gleichmäßiger ist als die Wärmeverteilung der Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte ohne Plateaus und keine Region mit einer Temperatur höher als 135°C in dem Mittelteil aufweist, wie in 4B dargestellt. Durch Analyse und Vergleich weist das Versuchsbeispiel 1 einen thermischen Widerstand von 0.137 C/W auf, während das Vergleichsbeispiel einen thermischen Widerstand von 0,141°C/W aufweist. Somit kann die Verringerung des thermischen Widerstands 3% betragen.
  • Darüber hinaus wurde für die Packungsstrukturen für Stromversorgungsgeräte des Versuchs- und Vergleichsbeispiels in der Bedingung bzw. in dem Zustand, dass die Stromversorgungsgeräte die Wärme erzeugen, eine Dicing- bzw. Vereinzelungsspannungsmessung durchgeführt, und ein Ergebnis, dass das Versuchsbeispiel 1 eine Spannung von 128,4 MPa aufweist und das Vergleichsbeispiel eine Spannung von 128,6 MPa aufweist, wurde erhalten. Dabei ist es offensichtlich, dass die Anordnung der Plateaus in der Lage ist, eine geringere thermische Spannung aufrechtzuerhalten.
  • < Versuchsbeispiel 2 >
  • Für die Simulation wurden mehrere Wärmeableitungsgrundplatten verwendet, wie die in 3A dargestellten, wobei ein Bereichsverhältnis der Plateaus, die eine Fläche der Wärmeableitungsgrundplatten einnehmen, zwischen 0% und 40% liegt und die Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte, wie in 1A dargestellt, wurde montiert und ausgebildet, wobei die Größe der einzelnen Bauteile so eingestellt ist, dass sie gleich sind.
  • Eine höchste Temperatur und eine Vereinzelungsspannung einer Verbindung zwischen den Stromversorgungsgeräte 104 in dem Zustand, dass die Stromversorgungsgeräte 104 die Wärme erzeugen, wurde simuliert, und ein Ergebnis davon ist wie in 5 gezeigt.
  • Gemäß 5, je größer die Fläche, die von den Plateaus eingenommen ist, desto niedriger ist die Verbindungsstellentemperatur der Stromversorgungsgeräte, wobei es bevorzugt ist, dass die von den Plateaus eingenommene Fläche zwischen 10% und 35% liegt, und in einem bestimmten Plateau-Design die von den Plateaus eingenommene Fläche weniger als 25% beträgt, und ein Effekt der Verringerung der niedrigeren Verbindungsstellentemperatur für die Stromversorgungsgeräte kann in einem Zustand erreicht werden, dass die Vereinzelungsspannung nicht erhöht wird. So kann die Erfindung den Wärmeableitungsweg durch Verwendung der Plateaus verkürzen und sicherstellen, dass die Kante des Wärmeableitungsisoliersubstrats noch die thermische Grenzflächenschicht mit ausreichender Dicke aufweist und gleichzeitig den thermischen Widerstand reduziert.
  • Basierend auf dem Vorstehenden, in der Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte, die von der Erfindung bereitgestellt werden, mit der Vielzahl von Plateaus, die zwischen dem Wärmeableitungsisoliersubstrat und der Wärmeableitungsplatte angeordnet sind, kann das Ergebnis erzielt werden, dass die thermische Grenzflächenschicht in verschiedenen Regionen unterschiedliche Dicken aufweist. Dabei wird zwar die thermische Spannung des Wärmeableitungsisoliersubstrats reduziert, aber auch der thermische Widerstand der gesamten Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte kann reduziert werden.
  • Für die Fachleute wird offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Variationen an der Struktur der offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Geist der Offenbarung abzuweichen. Nach alledem soll die Offenbarung Änderungen und Variationen dieser Offenbarung abdecken, sofern sie in den Anwendungsbereich der nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

Claims (15)

  1. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100), umfassend: ein Wärmeableitungsisoliersubstrat (102), das eine erste Fläche (102a) und eine zweite Fläche (102b) umfasst, die einander gegenüberliegend sind; eine Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104), die an die erste Fläche (102a) des Wärmeableitungsisoliersubstrat (102) gekoppelt sind; eine Wärmeableitungsgrundplatte (106), die auf der zweiten Fläche (102b) des Wärmeableitungsisoliersubstrats (102) angeordnet ist, wobei wenigstens eine von einer Fläche (106a) der Wärmeableitungsgrundplatte (106) und der zweiten Fläche (102b) des Wärmeableitungsisoliersubstrats (102) wenigstens ein Plateau (110) aufweist, und das wenigstens eine Plateau (110) wenigstens innerhalb eines projizierten Bereichs (PA) der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104) angeordnet ist; und eine thermische Grenzflächenschicht (108), die zwischen der zweiten Fläche (102b) des Wärmeableitungsisoliersubstrats (102) und der Fläche (106a) der Wärmeableitungsgrundplatte (106) angeordnet ist.
  2. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 1, wobei ein Bereich, der von wenigstens einem Plateau (110) eingenommen ist, größer als oder im Wesentlichen gleich des projizierten Bereichs (PA) der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104) ist.
  3. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 1, wobei ein Bereichsverhältnis des wenigstens einen Plateaus (110), das die Fläche (106a) der Wärmeableitungsgrundplatte (106) oder die zweite Fläche (102b) des Wärmeableitungsisoliersubstrats (102) einnimmt, zwischen 10% und 35% beträgt.
  4. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens ein Plateau (110) monolithisch ausgebildet ist oder thermisch mit der Wärmeableitungsgrundplatte (106) oder dem Wärmeableitungsisoliersubstrat (102) in Kontakt kommt.
  5. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 1, wobei eine Schnittform von jedem von dem wenigstens einen Plateau (110) eine trapezförmige Form, eine dreieckige Form, eine kreisförmige Form oder eine rechteckige Form ist.
  6. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens eine von der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104) an die erste Fläche (102a) in einer Flip-Chip-Bondingmethode gekoppelt ist.
  7. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend, einen leitfähigen Clip (124), der auf einer Seite gegenüber einer Seite angeordnet ist, auf der die Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104) mit dem Wärmeableitungsisoliersubstrat (102) gebondet sind und die Vielzahl der Stromversorgungsgeräte (104) elektrisch mit der ersten Fläche (102a) des Wärmeableitungsisoliersubstrats (102) verbindet.
  8. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 7, wobei ein Material des leitfähigen Clips (124) Aluminium, Kupfer oder ein Graphit umfasst.
  9. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Wärmeableitungsisoliersubstrat (102) ein direkt gebondetes Kupfer (DBC) Keramiksubstrat, ein direkt verkupfertes (DPC) Keramiksubstrat, ein isoliertes Metallsubstrat (IMS) oder eine gedruckte Leiterplatte (PCB) umfasst.
  10. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (100) gemäß Anspruch 1, wobei die thermische Grenzflächenschicht (108) eine Wärmeleitpaste, gesintertes Silber (Ag) oder ein eutektisches Lot umfasst.
  11. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (200), umfassend: ein Wärmeableitungsisoliersubstrat (102), das eine erste Fläche (102a) und eine zweite Fläche (102b) umfasst, die einander gegenüberliegend sind; eine Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104), die an die erste Fläche (102a) des Wärmeableitungsisoliersubstrats (102) gekoppelt sind; eine Wärmeableitungsgrundplatte (106), die an der zweiten Fläche (102b) des Wärmeableitungsisoliersubstrats (102) angeordnet ist; und eine thermische Grenzflächenschicht (202), die jeweils in Kontakt ist mit und angeordnet sind zwischen der zweiten Fläche (102b) des Wärmeableitungsisoliersubstrats (102) und der Wärmeableitungsgrundplatte (106), wobei eine minimale Dicke der thermischen Grenzflächenschicht (202) innerhalb eines projizierten Bereichs (PA) der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104) weniger alseine Dicke davon außerhalb der projizierten Bereich (PA) von der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104) ist.
  12. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (200) gemäß Anspruch 11, wobei eine Fläche von wenigstens einer von der Wärmeableitungsgrundplatte (106) und dem Wärmeableitungsisoliersubstrat (102), das mit der thermischen Grenzflächenschicht (202) in Kontakt kommt, wenigstens ein Plateau (204) aufweist und das wenigstens eine Plateau (204) wenigstens innerhalb des projizierten Bereichs (PA) der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104) angeordnet ist.
  13. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (200) gemäß Anspruch 12, wobei ein Bereich, der von wenigstens einem Plateau (204) eingenommen ist, größer oder im Wesentlichen gleich dem projizierten Bereich (PA) der Vielzahl von Stromversorgungsgeräten (104) ist.
  14. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (200) gemäß Anspruch 12, wobei das wenigstens eine Plateau (204) monolithisch ausgebildet ist oder thermisch mit der Wärmeableitungsgrundplatte (106) oder dem Wärmeableitungsisoliersubstrat (102) in Kontakt kommt.
  15. Packungsstruktur für Stromversorgungsgeräte (200) gemäß Anspruch 11, wobei die thermische Grenzflächenschicht (202) eine Wärmeleitpaste, gesintertes Ag oder ein eutektisches Lot umfasst.
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