DE102020129423B4 - Linearer Abstandshalter zum Beabstanden eines Trägers eines Packages - Google Patents

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Abstract

Ein Package (100) zum Montieren auf einer Montagebasis (102), wobei das Package (100) aufweist:• einen Träger (106);• eine elektronische Komponente (108), welche an dem Träger (106) montiert ist;• Leiter (110), welche mit der elektronischen Komponente (108) elektrisch gekoppelt sind und mit der Montagebasis (102) elektrisch zu koppeln sind; und• einen linearen Abstandshalter (112) zum Definieren eines Abstands in Bezug auf den Träger (106);• eine Einkapselung (114), welche zumindest einen Teil der elektronischen Komponente (108), zumindest einen Teil des Trägers (106), und einen Teil der Leiter (110) einkapselt;• wobei eine Hauptoberfläche des Packages (100) durch eine planare Fläche gebildet ist, welche mittels eines Materials der Einkapselung (114) und mittels einer Oberfläche des Trägers (106) definiert ist;• wobei der lineare Abstandshalter (112) über die planare Fläche hervorsteht.

Description

  • Hintergrund
  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein Package, eine elektronische Vorrichtung, eine Wärmesenke, und ein Verfahren zum Herstellen eines Packages.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Packages können als üblicherweise eingekapselte elektronische Komponenten mit elektrischen Verbindungen bezeichnet werden, welche sich aus der Einkapselung erstrecken. Zum Beispiel können Packages mit einer elektronischen Peripherie verbunden sein, zum Beispiel auf eine gedruckte Leiterplatte montiert und/oder mit einer Wärmesenke verbunden sein, und können via Konnektoren mit einem größeren System verbunden sein.
  • Packaging-Kosten sind ein bedeutender Antrieb für die Industrie. Damit hängen die Performance, die Abmessungen, und die Zuverlässigkeit zusammen. Die verschiedenen Packaging-Lösungen sind vielfältig und müssen sich mit den Anforderungen einer spezifischen Anwendung befassen.
  • Insbesondere Packages mit Leistungshalbleiterchips können während des Betriebs eine beträchtliche Wärmemenge erzeugen. Dies kann die Zuverlässigkeit und die Performance einschränken. Ein effizientes Ableiten der Wärme aus dem Package mittels einer Wärmesenke oder Ähnlichem kann das Risiko einer Beeinträchtigung der dielektrischen Isolationseigenschaft des Packages in Bezug auf die Umgebung involvieren.
  • JP H10-261 744 A offenbart eine Halbleitervorrichtung, welche einen Träger und eine elektronische Komponente aufweist, welche auf dem Träger montiert ist. Die elektronische Komponente ist mittels eines Bonddrahts mit dem Träger verbunden. Der Träger ist via eine Isolierschicht an einem Wärmeableitungskörper montiert. Die beschriebene Anordnung aus der elektronischen Komponente, dem Träger und dem Wärmeableitungskörper ist von einer Formmasse umschlossen.
  • US 2003 / 0 058 620 A1 offenbart eine Vorrichtung, bei welcher eine mechanische Belastung ausgeglichen werden soll, indem das Auftreten von Luftblasen bei einem thermischen Schnittstellenmaterial vermieden wird, welches zwischen einem Halbleiterplättchen und einem Wärmeableiter angeordnet ist. Zu diesem Zweck weist der Wärmeableiter an seiner Unterseite eine konkave Oberfläche auf, welche beim Zusammenbau das thermische Schnittstellenmaterial auf dem Halbleiterplättchen kontaktiert.
  • US 2003 / 0 065 453 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Drehscheiben-Refiners. Bei dem System sowie bei dem Verfahren wird eine Last auf den Refiner konstant gehalten, indem ein Verdünnungsstrom so reguliert wird, dass eine Temperatur im Arbeitsbereich konstant gehalten wird.
  • Zusammenfassung
  • Es mag ein Bedarf für ein Package mit geeigneter elektrischer Zuverlässigkeit und effizienter Wärmeableitung bestehen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package zum Montieren auf einer Montagebasis bereitgestellt, wobei das Package einen Träger, eine elektronische Komponente, welche an dem Träger montiert ist, Leiter, welche mit der elektronischen Komponente elektrisch gekoppelt sind und mit der Montagebasis elektrisch zu koppeln sind, und einen linearen Abstandshalter zum Definieren eines Abstands in Bezug auf den Träger aufweist.
  • Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, wobei die elektronische Vorrichtung ein Package zum Montieren auf einer Montagebasis und zum thermischen Koppeln mit einer Wärmesenke aufweist, wobei das Package einen Träger, welcher mit der Wärmesenke thermisch zu koppeln ist, eine elektronische Komponente, welche auf dem Träger montiert ist, Leiter, welche mit der elektronischen Komponente elektrisch gekoppelt sind und mit der Montagebasis elektrisch zu koppeln sind, aufweist, wobei die elektronische Vorrichtung ferner die Wärmesenke, welche auf dem Package montiert ist, um mit dem Träger thermisch gekoppelt zu sein, und einen linearen Abstandshalter aufweist, welcher einen Abstand zwischen dem Träger und der Wärmesenke definiert.
  • Gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist eine Wärmesenke zum thermischen Koppeln mit einem Träger des Packages bereitgestellt, wobei die Wärmesenke einen thermisch leitfähigen Körper, welcher zum Ableiten von Wärme, welche während des Betriebs des Packages erzeugt wird, mit dem Träger thermisch zu koppeln ist, und einen linearen Abstandshalter zum Definieren eines Abstands zwischen dem Träger und der Wärmesenke aufweist, wenn er auf dem Package montiert ist.
  • Gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Packages zum Montieren auf einer Montagebasis bereitgestellt, wobei das Verfahren das Montieren einer elektronischen Komponente an einen Träger, das elektrische Koppeln von Leitern, welche mit der Montagebasis elektrisch zu koppeln sind, mit der elektronischen Komponente, und das Bereitstellen eines linearen Abstandshalters zum Definieren eines Abstands in Bezug auf den Träger aufweist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein linearer Abstandshalter zum Beabstanden eines Trägers eines Packages auf eine präzise definierte Weise in Bezug auf eine Umgebung bereitgestellt, welche eine Wärmesenke sein kann, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Somit können sich beispielhafte Ausführungsformen auf ein Package mit einer elektronischen Komponente auf einem Träger beziehen (wobei der Letztere in Richtung einer Umgebung freiliegend sein mag oder nicht). Während eine effiziente Ableitung der Wärme, welche mittels der elektronischen Komponente während des Betriebs des Packages erzeugt wird, auf vorteilhafte Weise via den Träger gefördert werden kann, sollte der Letztere in Bezug auf seine Umgebung zuverlässig beabstandet sein, um eine hohe elektrische Zuverlässigkeit sicherzustellen. Genauer sollte der Träger von einer Umgebung, zum Beispiel einer Wärmesenke, elektrisch isoliert sein, um äußerst unerwünschte elektrische Kurzschlüsse, die Bildung von unerwünschten elektrisch leitfähigen Pfaden, und einen Verlust von elektrischer Leistung und Signalintensität, sowie Signalqualität, etc. zu vermeiden. Um dies zu erreichen, stellen beispielhafte Ausführungsformen einen linearen Abstandshalter bereit, welcher einen minimalen Abstand zwischen dem Träger und seiner Umgebung sicherstellt. Ein linearer Abstandshalter kann äußerst vorteilhaft sein, da er den Träger nicht oder nicht nur via punktförmige Stifte beabstandet, sondern im Gegensatz dazu, entlang einer länglichen Trajektorie, welche mittels einer länglichen Konstruktion des linearen Abstandshalters definiert ist. Dies kann die Robustheit der Beabstandungsfunktion und folglich die Zuverlässigkeit des gesamten Packages erhöhen. Anschaulich kann der lineare Abstandshalter eine ausreichend große Distanz in Bezug auf den Träger sicherstellen, um eine geeignete elektrische Isolation und gleichzeitig einen ausreichend kleinen Abstand zu erreichen, um eine geeignete Kühl-Performance zu erzielen. Auf vorteilhafte Weise kann ein oder mehrere erhöhte oder hochstehende lineare Abstandshalterkörper auch als eine Flussbarriere funktionieren, welche einen Fluss eines optionalen, jedoch vorteilhaften Lückenfüllers in unerwünschte Bereiche des Packages verhindert, zum Beispiel zum Verhindern eines Bedeckens von Package-Abschnitten mit dem Lückenfüller, welche freiliegend bleiben sollen (zum Beispiel freie Enden von Leitern). Anschaulich kann der lineare Abstandshalter auch die Verteilung eines Kontaktdrucks verbessern, welcher zum Verbinden eines Packages mit einer Wärmesenke aufgebracht wird. Ferner können ein oder mehrere erhöhte oder hochstehende lineare Abstandshalterkörper ein unerwünschtes Verkippen des Packages verhindern, zum Beispiel wenn es mit einer Wärmesenke zusammengebaut wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der lineare Abstandshalter einen Teil des Packages selbst, was es ermöglicht, dass der Abstandshalter zum Beispiel mit einer Einkapselung integral gebildet ist, welche die elektronische Komponente und den Träger einkapselt. Solche Ausführungsformen können bevorzugt sein, da sie es ermöglichen, den Träger mittels der Beabstandungsfunktion unter Verwendung von Merkmalen des Packages selbst zu schützen, d.h. unabhängig von einer elektronischen Umgebung des Packages. Es kann allerdings auch möglich sein, einen linearen Abstandshalter als Teil eines anderen Körpers zu bilden, zum Verbinden mit dem Package, zum Beispiel eine Wärmesenke oder ein Zwischenkörper, welcher zwischen der Wärmesenke und dem Package sandwichartig anzuordnen ist.
  • Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
  • Im Folgenden sind weitere beispielhafte Ausführungsformen des Packages, der elektronischen Vorrichtung, der Wärmesenke, und des Verfahrens erläutert.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Package“ insbesondere ein elektronisches Element bezeichnen, welches eine oder mehrere elektronische Komponenten aufweisen kann, welche auf einem Träger montiert sind, wobei der Träger ein einzelnes Teil, mehrere Teile, welche via eine Einkapselung oder andere Package-Komponenten verbunden sind, oder eine Teilbaugruppe von Trägern aufweist oder daraus besteht. Die Bestandteile des Packages können optional zumindest teilweise mittels einer Einkapselung eingekapselt sein.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Montagebasis“ insbesondere einen Stützkörper bezeichnen, auf welchem das Package zusammengebaut werden kann, zum Beispiel zusammen mit einem oder mehreren weiteren Packages. Insbesondere kann ein solcher Stützkörper mit dem/den Package(s) mechanisch und elektrisch gekoppelt sein. Insbesondere kann die Montagebasis eine plattenförmige elektronische Montagebasis sein, zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (PCB).
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Träger“ insbesondere eine Stützstruktur bezeichnen, welche als eine mechanische Stütze für die eine oder die mehreren elektronischen Komponenten dient, welche darauf zu montieren sind. In anderen Worten kann der Träger eine mechanische Stützfunktion erfüllen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Träger auch eine elektrische Verbindungsfunktion erfüllen. Ein Träger kann ein einzelnes Teil, mehrere Teile, welche via eine Einkapselung oder andere Package-Komponenten verbunden sind, oder eine Teilbaugruppe von Trägern aufweisen oder daraus bestehen.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektronische Komponente“ insbesondere einen Halbleiterchip (insbesondere einen Leistungshalbleiterchip), eine aktive elektronische Vorrichtung (zum Beispiel einen Transistor), eine passive elektronische Vorrichtung (zum Beispiel eine Kapazitanz oder eine Induktanz oder einen ohmschen Widerstand), einen Sensor (zum Beispiel ein Mikrofon, einen Lichtsensor oder einen Gassensor), einen Aktuator (zum Beispiel einen Lautsprecher), und ein mikroelektromechanisches System (MEMS) umfassen. Insbesondere kann die elektronische Komponente ein Halbleiterchip sein, welcher mindestens ein integriertes Schaltkreiselement (zum Beispiel 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 in Siliziumtechnologie, Galliumnitridtechnologie, Siliziumkarbidtechnologie, etc. gebildet sein.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Leiter“ insbesondere ein elektrisch leitfähiges (zum Beispiel streifenförmiges) Element (welches planar oder gebogenes sein kann) bezeichnen, welches zum Kontaktieren der elektronischen Komponente in Bezug auf ein Äußeres des Packages dienen kann. Zum Beispiel kann ein Leiter teilweise eingekapselt und teilweise freiliegend in Bezug auf eine Einkapselung sein.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „linearer Abstandshalter“ insbesondere einen Abstandshalter bezeichnen, welcher als ein einzelner Abstandshalterkörper oder eine Mehrzahl von separaten Abstandshalterkörpern verkörpert sein kann und eine Beabstandungsfunktion für einen Package-Träger entlang einer länglichen Abstandshalter-Linie, statt nur mittels einem oder mehreren Abstandshalter-Dots oder -Punkten oder -Stiften bereitstellt. Zum Beispiel kann eine Länge eines linearen Abstandshalters mindestens dreimal, insbesondere mindestens fünfmal, bevorzugt mindestens achtmal, eine Breite des Abstandshalters sein. Insbesondere kann der lineare Abstandshalter einen oder mehrere gerade Abstandshalterkörper aufweisen, welche sich gerade entlang einer bestimmten Richtung erstrecken. Zusätzlich oder alternativ kann der lineare Abstandshalter einen oder mehrere gekrümmte Abstandshalterkörper aufweisen. Zum Beispiel kann ein gekrümmter Abstandshalterkörper kontinuierlich gekrümmt sein (zum Beispiel eine kreisförmige Form, eine halbkreisförmige Form, eine ovale Form oder eine S-Form). Zusätzlich oder alternativ kann der Abstandshalterkörper diskontinuierlich gekrümmt sein, wie eine Zickzackform, eine Sägezahnform, oder eine Mäanderform. Bei einer Ausführungsform kann sich ein Abstandshalterkörper des linearen Abstandshalters zwischen einem ersten freien Ende und einem zweiten freien Ende erstrecken. Allerdings kann ein Abstandshalterkörper auch als ein ringförmig geschlossener Abstandshalterkörper verkörpert sein. Zwei oder mehr separate lineare Abstandshalterkörper, oder nur ein einziger Abstandshalterkörper sind möglich. Verschiedene Abstandshalterkörper des linearen Abstandshalters können die gleiche Form und/oder Abmessungen haben oder können verschiedene Formen und/oder Abmessungen haben. Optional können zusätzlich zu dem linearen Abstandshalter ein Abstandshalterstift oder Abstandshalterstifte bereitgestellt sein.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Wärmesenke“ insbesondere einen thermisch äußerst leitfähigen Körper bezeichnen, welcher mit dem Package und insbesondere dem Träger des Packages zum Ableiten der Wärme thermisch gekoppelt sein kann, welche mittels der elektronischen Komponente während des Betriebs des Packages erzeugt wird. Zum Beispiel kann die Wärmesenke aus einem Material sein, welches eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 10 W/mK hat, insbesondere mindestens 50 W/mK. Zum Beispiel kann die Wärmesenke aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder einem Keramikmaterial sein. Die Wärmesenke kann mit dem Träger indirekt thermisch gekoppelt sein, zum Beispiel mittels eines thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Lückenfüllers. Zum Beispiel kann die Wärmesenke einen thermisch leitfähigen Körper (zum Beispiel eine Metallplatte) mit einer Mehrzahl von Kühlrippen aufweisen, welche sich von dem thermisch leitfähigen Körper erstrecken.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Abstandshalter zum Definieren eines Abstands zwischen dem Träger und einer Wärmesenke konfiguriert, welche mit dem Träger thermisch zu koppeln ist, wenn die Wärmesenke auf dem Package montiert ist. Somit kann der lineare Abstandshalter eine zuverlässige elektrische Isolation zwischen der freiliegenden Trägeroberfläche und der Wärmesenke garantieren und kann gleichzeitig eine gute thermische Kopplung zwischen der freiliegenden Trägeroberfläche und der Wärmesenke sicherstellen.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package eine Einkapselung auf, welche zumindest einen Teil der elektronischen Komponente, zumindest einen Teil des Trägers, und einen Teil der Leiter einkapselt, so dass ein anderer Teil der Leiter in Bezug auf die Einkapselung freiliegt, um mit der Montagebasis elektrisch koppelbar zu sein. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Einkapselung“ insbesondere ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes und bevorzugt thermisch leitfähiges Material bezeichnen, welches zumindest einen Teil einer elektronischen Komponente und zumindest einen Teil eines Trägers, sowie einen Teil der Leiter umgibt. Zum Beispiel kann die Einkapselung eine Formmasse (engl.: mold compound) sein und kann zum Beispiel mittels Spritzpressens (engl.: transfer molding) hergestellt werden.
  • Bei einer Alternative kann ein Teil des Trägers in Bezug auf die Einkapselung freiliegen. Dies kann eine exzellente Wärmeableitung-Performance garantieren, während die elektrische Isolation mittels des linearen Abstandshalters sichergestellt sein kann.
  • Bei einer anderen Alternative kann der gesamte Träger mittels der Einkapselung eingekapselt sein. Somit kann ein doppelter Schutz im Sinne der elektrischen Isolation mittels des Materials der Einkapselung bereitgestellt sein, welches eine äußere Oberfläche des Trägers bedeckt, zusätzlich zu der linearen Abstandshalterfunktionalität. Gemäß einer solchen Ausführungsform hat das Package kein freiliegendes Pad an dem Packagekörper, welcher den/die Abstandshalter an der Packageoberfläche enthält. Somit kann das Package vollständig mit dem Einkapselungsmaterial bedeckt sein, mit Ausnahme von Außenleitern auf einer Seite des Packages, wobei der Abstandshalter bei der Packageoberfläche platziert sein kann. Insbesondere kann eine thermisch leitfähige Formmasse zwischen der Wärmesenke oder einem Lückenfüller einerseits und dem Chipträger andererseits angeordnet sein. Mit einer solchen Konfiguration können auch sehr strenge Vorgaben in Bezug auf eine Doppelisolation eingehalten werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Abstandshalter einen Teil der Einkapselung. Entsprechend kann das Verfahren das Bilden des Abstandshalters als Teil der Einkapselung aufweisen, insbesondere mittels Formgießens (engl.: molding). Bevorzugt kann mindestens ein Formeinsatz (engl.: mold insert) zum Definieren des linearen Abstandshalters verwendet werden, welcher integral mit der Einkapselung zu bilden ist. Mit solchen Ausführungsformen kann die Herstellung des Abstandshalters gleichzeitig mit der Bildung der Einkapselung (insbesondere mittels Formgießens) ausgeführt werden und somit ohne zusätzlichen Aufwand bei der Herstellung. Gleichzeitig führt das Verkörpern des linearen Abstandshalters als eine Formmassenstruktur automatisch zu einer dielektrischen Eigenschaft des linearen Abstandshalters. Ferner kann das Bilden der Einkapselung und des linearen Abstandshalters als eine integrale Einkapselungsstruktur sämtliche Haftprobleme zwischen der Einkapselung und dem linearen Abstandshalter beseitigen.
  • Allerdings kann bei einer alternativen Ausführungsform der lineare Abstandshalter des Packages als ein separates Element in Bezug auf die Einkapselung bereitgestellt sein.
  • Bei einer Ausführungsform hat der lineare Abstandshalter eine Erstreckung, welche sich über eine Erstreckung des freiliegenden Teils des Trägers hinaus erstreckt. Mit einer solchen bevorzugten Ausführungsform mit einem oder mehreren linearen Abstandshalterkörpern, welche eine Länge haben, welche größer als eine korrespondierende Länge oder Breite des Trägers ist, kann eine besonders zuverlässige dielektrische Isolation zwischen dem Träger und einer elektronischen Umgebung des Packages garantiert werden.
  • Bei einer Ausführungsform hat der Abstandshalter eine vertikale Erstreckung von mindestens 30 µm, hat insbesondere eine vertikale Erstreckung in einem Bereich von 100 µm bis 1000 µm. Das Konzept eines linearen Abstandshalters, insbesondere in den genannten Dickenbereichen, kann es ermöglichen, die Distanz zwischen dem Träger und einem anderen Körper (zum Beispiel der Wärmesenke) gemäß einer gewünschten Isolationsspannung einzustellen, welche mittels einer Vorgabe definiert sein kann.
  • Bei einer Ausführungsform bilden der Träger und die Leiter einen Teil einer strukturierten Metallplatte. Zum Beispiel können beide einen Teil eines gemeinsamen Leiterrahmens bilden. Der Träger kann dann ein Die Pad des Leiterrahmens sein. Eine solche Ausführungsform ermöglicht eine besonders einfache Herstellung des Packages.
  • Bei einer Ausführungsform bildet der Abstandshalter ein oberes Ende des Packages. In anderen Worten kann der lineare Abstandshalter über den Rest des Packages hervorstehen, insbesondere über eine freiliegende Oberfläche des Trägers und über einen Rest einer Einkapselung.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Abstandshalter mindestens einen Abstandshalterstab auf. Zum Beispiel kann ein solcher Stab ein linearer gerader oder gekrümmter länglicher Abstandshalterkörper sein, welcher sich in einer Längenrichtung zwischen zwei gegenüberliegenden Enden erstreckt. Zum Beispiel kann die Breite und/oder die Höhe des Stabs entlang seiner gesamten Erstreckung konstant sein.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Abstandshalter zwei oder mehr Abstandshalterstäbe auf. Verschiedene Abstandshalterstäbe können die gleiche Höhe haben oder können verschiedene Höhen haben, zum Beispiel kann ein zentraler Abstandshalterstab eine geringere Höhe haben als zwei äußere Abstandshalterstäbe. Mittels Einstellens der Länge und/oder der Höhe und/oder der Position von verschiedenen Abstandshalterstäben des gleichen Packages und insbesondere auf der gleichen Hauptoberfläche des Packages können die Abstandshalterfunktionen feineingestellt werden.
  • Zum Beispiel können sich die Abstandshalterstäbe entlang zweier gegenüberliegender Seiten des Packages erstrecken. Solche äußeren Abstandshalterstäbe können dann auch als Flussbarrieren funktionieren, zum Verhindern eines Flusses eines Lückenfüllermaterials in unerwünschte Bereiche.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich jeder der zwei Abstandshalterstäbe entlang im Wesentlichen einer gesamten Seite des Packages. Die zwei Abstandshalterstäbe können eine freiliegende Oberfläche des Trägers an einer Hauptoberfläche des Packages seitlich an zwei Seiten umschließen. Eine solche Konfiguration stellt eine Fluss-Einschränkungsbarriere für ein fließfähiges oder viskoses Vorstufenmaterial eines Lückenfüllers bereit, welches nachfolgend ausführlich beschrieben ist.
  • Bei einer anderen Ausführungsform weist der Abstandshalter vier Abstandshalterstäbe auf, welche sich entlang jeder von allen vier Seiten des Packages erstrecken. Die vier Abstandshalterstäbe können eine freiliegende Oberfläche des Trägers bei einer Hauptoberfläche des Packages umfänglich umschließen. Beide Konfigurationen können eine gute elektrische Isolationsfunktion fördern, können eine freiliegende Trägeroberfläche mechanisch schützen, und können ebenfalls das Package gegen ein unerwünschtes Verkippen schützen.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich jeder der vier Abstandshalterstäbe entlang von nicht mehr als der Hälfte der jeweiligen Seite des Packages. Dies spart Material und hält das Package kompakt, ohne die Abstandshalterfunktionen zu beeinträchtigen.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich mindestens einer von dem mindestens einen Abstandshalterstab durch einen zentralen Bereich des Packages. Dies stellt dem Package zusätzliche Stabilität und einen zusätzlichen Beitrag zur elektrischen Isolation bereit.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Abstandshalter aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einer Formmasse. Eine solche Formmasse, welche eine Einkapselung des Packages darstellt, kann auf vorteilhafte Weise thermisch leitfähige Füllpartikel (zum Beispiel aus einem Keramikmaterial, zum Beispiel Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, etc.) aufweisen, zum Erhöhen der thermischen Leitfähigkeit der Formmasse. Wenn auch der Abstandshalter aus einer Formmasse ist, bevorzugt integral mit der Einkapselung, kann auch die Abstandshalter-Formmasse die Füllpartikel aufweisen, was die thermische Leitfähigkeit des Abstandshalter Körpers erhöht, während es gleichzeitig gute dielektrische Eigenschaften des Abstandshalterkörpers sicherstellt. In anderen Worten kann das Material des Abstandshalterkörpers elektrisch isolierend und thermisch leitfähig sein (insbesondere eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1 W/mK, insbesondere von mindestens 2 W/mK, bevorzugt mindestens 5 W/mK, zum Beispiel sogar 10 W/mK haben).
  • Bei einer Ausführungsform sind einerseits eine äußere Oberfläche des Trägers, welcher mit der Wärmesenke thermisch zu koppeln ist, und andererseits Kontaktbereiche der Leiter, welche mit der Montagebasis elektrisch zu koppeln sind, auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Packages angeordnet. Insbesondere kann ein Endabschnitt von zumindest einem Teil der Leiter von dem Träger weggebogen sein. Das Biegen der Leiter in Richtung der Montagebasisseite des Packages und weg von der Wärmesenkeseite des Packages kann die räumliche Trennung zwischen der elektrischen Verbindungsseite des Packages (welche der Montagebasis zugewandt ist) und der Kühlseite des Packages (welche der Wärmesenke zugewandt ist) zusätzlich vergrößern.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package einen elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Lückenfüller auf einer äußeren Seite des Trägers auf. Entsprechend kann das Verfahren das Bilden eines elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Lückenfüllers auf einer äußeren Seite des Packages aufweisen, und insbesondere auf einem Teil der Leiter. Genauer kann der Lückenfüller zum Beispiel auf einer freiliegenden Oberfläche des Trägers gebildet werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Lückenfüller auf einer äußeren Seite einer Einkapselung gebildet sein, welche zumindest einen Teil der elektronischen Komponente, zumindest einen Teil des Trägers (d. h. nur einen Teilabschnitt des Trägers oder den gesamten Träger), und einen Teil der Leiter einkapselt. Ein solcher Lückenfüller kann in einem nicht-ausgehärteten Zustand in fließfähiger Form auf die Hauptoberfläche des Packages zugeführt werden, bei welcher der Träger freiliegt. Ein solcher Lückenfüller kann die dielektrische Isolation auf der Wärmesenkeseite des Packages verstärken, während er gleichzeitig die thermische Kopplung zwischen dem Package und der Wärmesenke verstärkt.
  • Bei einer Ausführungsform bedeckt der Lückenfüller einen Teil der Leiter. Dies kann zentrale Leiterabschnitte elektrisch entkoppeln und mechanisch schützen, welche sich über eine Einkapselung hinaus erstrecken und nicht für eine elektrische Verbindung verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Lückenfüller thermisch leitfähige Füllpartikel auf, insbesondere Keramik-Füllpartikel. Das Hinzufügen von Füllstoffen zu einem fließfähigen oder viskosen Matrixmaterial des Lückenfüllers kann es ermöglichen, den Wärmeableitungsbeitrag des Lückenfüllers zu verbessern.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren das Bilden des Lückenfüllers mittels Aufbringens einer fließfähigen oder viskosen Vorstufe und das nachfolgende Aushärten der Vorstufe auf, insbesondere mittels Erwärmens und/oder mittels einer chemischen Reaktion zwischen verschiedenen Bestandteilen der Vorstufe. Dies kann es ermöglichen, den Lückenfüller in einer fließfähigen oder viskosen Form bereitzustellen, um ihn im Wesentlichen über ein gesamtes Lückenvolumen zwischen dem Package und der Wärmesenke zu verteilen, wobei ein geringer Verbindungsdruck ausreichend ist. Mittels eines nachfolgenden Aushärtungsvorgangs kann der Lückenfüller verfestigt werden, um einen Teil der Packageoberfläche permanent zu bedecken.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren das Abgeben einer fließfähigen oder viskosen Vorstufe des Lückenfüllers auf den Träger und das Verteilen der fließfähigen oder viskosen Vorstufe mittels Pressens der Wärmesenke auf den Abstandshalterkörper auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorstufe des Lückenfüllers auf die Wärmesenke aufgebracht werden, bevor sie mit dem Träger verbunden wird.
  • Bei einer Ausführungsform ist zumindest ein Teil des Trägers elektrisch leitfähig. Somit kann der Träger eine elektrische Kopplungsfunktion zusätzlich zu seiner mechanischen Stützfunktion zum Stützen oder Tragen der elektronischen Komponente(n) erfüllen.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package eine Mehrzahl von elektronischen Komponenten auf, welche auf dem Träger montiert sind. Somit kann das Package eine oder mehrere elektronische Komponenten (zum Beispiel mindestens eine passive Komponente, zum Beispiel einen Kondensator, und mindestens eine aktive Komponente, zum Beispiel einen Halbleiterchip) aufweisen.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package mindestens zwei elektronische Komponenten auf, welche mittels zumindest eines Teils des Abstandshalters seitlich beabstandet sind. Insbesondere kann ein Multichip-Package mit einem zentralen linearen Abstandshalterkörper bereitgestellt sein, welcher benachbarte Halbleiterchips räumlich trennt. Somit kann ein solcher chipbeabstandender linearer Abstandshalterkörper die Kriechstrecke zwischen benachbarten Chips vergrößern und kann die elektrische Zuverlässigkeit weiter verbessern.
  • Bei einer Ausführungsform bildet der Abstandshalter einen Teil von zumindest einem von dem Package, der Wärmesenke, und einem Zwischenkörper, welcher zwischen dem Package und der Wärmesenke angeordnet ist. Es kann bevorzugt sein, dass der Abstandshalter einen Teil des Packages bildet, da dies die Herstellung des linearen Abstandshalters als einen Abschnitt einer Einkapselung und somit ohne separaten Herstellungsaufwand ermöglicht. Darüber hinaus ist der lineare Abstandshalter dann automatisch elektrisch isolierend, was für seine elektrische Entkopplungsfunktion vorteilhaft ist. Es ist allerdings zusätzlich oder alternativ auch möglich, einen linearen Abstandshalter auf einer Oberfläche einer Wärmesenke zu bilden, welche dem Package in einem zusammengebauten Zustand zugewandt ist. Ferner kann ein separater Zwischenkörper (zum Beispiel ein Rahmen oder ein Gitter) zwischen dem Package und der Wärmesenke bereitgestellt sein, um als linearer Abstandshalter zu funktionieren.
  • Bei einer Ausführungsform weist die elektronische Vorrichtung eine Montagebasis auf, auf welcher das Package montiert ist und mit den Leitern elektrisch gekoppelt ist. Eine solche Montagebasis kann ein elektrisches Board sein, welches als eine mechanische Basis für das Package dient und mit den Leitern des Packages elektrisch koppelbar ist.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Träger einen Stapel auf, welcher eine zentrale elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Schicht (zum Beispiel eine Keramikschicht) aufweist, welche an beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen mit einer jeweiligen elektrisch leitfähigen Schicht (zum Beispiel 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 ein Direkt Kupfer Bonding (DCB) Substrat oder ein Direkt Aluminium Bonding (DAB) Substrat sein. Allerdings kann der Träger auch als Active Metal Brazing (AMB) Substrat oder als eine strukturierte Metallplatte (zum Beispiel ein Leiterrahmen) konfiguriert sein.
  • Bei einer Ausführungsform weist die mindestens eine elektronische Komponente zumindest eines aus der Gruppe auf, bestehend aus einem Controller-Schaltkreis, einem Treiberschaltkreis, und einem Leistungshalbleiter-Schaltkreis. Alle diese Schaltkreise können in einem Halbleiterchip, oder separat in verschiedenen Chips integriert sein. Zum Beispiel kann eine korrespondierende Leistungshalbleiteranwendung mittels des/der Chips realisiert sein, wobei integrierte Schaltkreiselemente eines solchen Leistungshalbleiterchips mindestens einen Transistor (insbesondere einen MOSFET, Metalloxid Halbleiter Feldeffekttransistor), mindestens eine Diode, etc. aufweisen können. Insbesondere können Schaltkreise hergestellt werden, welche eine Halbbrückenfunktion, eine Vollbrückenfunktion, etc. erfüllen.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Package als Leistungswandler konfiguriert, insbesondere einer von einem AC/DC Leistungswandler und einem DC/DC Leistungswandler. Allerdings können auch andere elektronische Anwendungen möglich sein, zum Beispiel Inverter, etc.
  • Als Substrat oder Wafer für die Halbleiterchips kann ein Halbleitersubstrat verwendet werden, d. h. ein Siliziumsubstrat. Alternativ kann ein Siliziumoxid- oder ein anderes Isolatorsubstrat bereitgestellt sein. Es ist auch möglich, ein Germaniumsubstrat oder ein III-V Halbleitermaterial zu implementieren. Zum Beispiel können beispielhafte Ausführungsformen in GaN oder SiC Technologie implementiert sein.
  • Ferner können beispielhafte Ausführungsformen von Standard-Halbleiterverarbeitungstechnologien Gebrauch machen, zum Beispiel geeigneten Ätztechnologien (einschließlich isotropischen und anisotropischen Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen), Strukturiertechnologien (welche lithographische Masken involvieren können), Abscheidungstechnologien (zum Beispiel chemische Dampfabscheidung (CVD), plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Sputtern, etc.).
  • Die oben genannten und andere Ziele, Merkmale, und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich, in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Teile oder Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die beigefügten Zeichnungen, welche enthalten sind, um ein tieferes Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen und einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen beispielhafte Ausführungsformen.
  • In den Zeichnungen:
    • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung, welche ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist und zwischen einer Montagebasis und einer Wärmesenke montiert ist.
    • 2 zeigt verschiedene lineare gerade Abstandshalterkörper für Packages gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
    • 3 zeigt verschiedene lineare gekrümmte Abstandshalterkörper für Packages gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
    • 4 zeigt einen linearen ringförmig geschlossenen Abstandshalterkörper für ein Package gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
    • 5 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 6 zeigt eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung, welche ein Package gemäß 5 aufweist.
    • 7 zeigt eine Seitenansicht der elektronischen Vorrichtung gemäß 6.
    • 8 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht der elektronischen Vorrichtung gemäß 6.
    • 9 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
    • 10 zeigt eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung, welche ein Package gemäß 9 aufweist.
    • 11 zeigt eine Seitenansicht der elektronischen Vorrichtung gemäß 10.
    • 12 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht der elektronischen Vorrichtung gemäß 10.
    • 13 bis 15 zeigen verschiedene Ansichten eines Packages und einer korrespondierenden elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
    • 16 zeigt verschiedene Ansichten einer Wärmesenke gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform zum Verbinden mit einem Package.
    • 17 zeigt ein Package gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform zum Verbinden mit einer Wärmesenke.
    • 18 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
    • 19 zeigt eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung, welche ein Package gemäß 18 aufweist.
    • 20 zeigt eine Seitenansicht der elektronischen Vorrichtung gemäß 19.
    • 21 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht der elektronischen Vorrichtung gemäß 19.
    • 22 zeigt eine elektronische Vorrichtung mit einem Package gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
    • 23 zeigt eine elektronische Vorrichtung mit einem Package gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
    • 24 zeigt eine Explosionsansicht einer elektronischen Vorrichtung, welche ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist und welche zwischen eine Montagebasis und eine Wärmesenke zu montieren ist.
    • 25 und 26 zeigen Packages gemäß beispielhaften Ausführungsformen, welche auf einer Montagebasis montiert sind, vor der Verbindung mit einer Wärmesenke via einen Lückenfüller.
    • 27 bis 29 zeigen verschiedene Ansichten eines Packages und einer korrespondierenden elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
    • 30 zeigt eine Wärmesenke für eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zum Verbinden mit einem Package.
    • 31 zeigt ein Package gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform zum Verbinden mit einer Wärmesenke.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • Bevor beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher mit Bezug auf die Figuren beschrieben werden, sind einige allgemeine Überlegungen zusammengefasst, basierend auf welchen beispielhafte Ausführungsformen entwickelt wurden.
  • Im Allgemeinen sind oberflächenmontierte Vorrichtung (SMD) Packages durch eine ansteigende Leistungsdichte von Anwendungsboards gekennzeichnet. Folglich wird die Wärmeableitung immer kritischer, um eine hohe Leistungseffizienz zu erreichen. Eine vollautomatische Bestückung kann den Herstellungsaufwand reduzieren und die Qualität erhöhen. Insbesondere folgt die SMD Packagetechnologie dem Verkleinerungstrend und führt zu einer Herausforderung in Bezug auf die Wärmeableitung. Genauer entwickelt sich die SMD Packagetechnologie von Spannungsklassen unter 650 V zu Spannungsklassen von bis zu 1200 V oder sogar 1700 V und höher.
  • Solche SMD Packages können auf einer Montagebasis oder einem Anwendungsboard montiert sein, zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (PCB). Ein solches Anwendungsboard kann mehrere diskrete Packages aufweisen, insbesondere desselben Package-Typs oder Package-Familie. Dies kann vorgenommen werden, um eine vollständige Leistungswandlungstopologie zu erreichen. Allerdings können große Toleranzen des Packages und der SMT-Prozess zu verschiedenen Ebenen führen. Diese Toleranzen sind mittels thermisch leitfähiger Isolierflüssigkeiten zu kompensieren. Allerdings sind diese Flüssigkeiten nicht geeignet, die Isolationsdicke zu garantieren, daher kann die Isolation nicht auf eine geeignete Weise definiert werden. Für Hochspannungsklassen von zum Beispiel 650 V und höher kann dies äußerst kritisch werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein räumlich länglicher linearer Abstandshalter bevorzugt an einer äußeren Oberfläche eines Packages mit einem freiliegenden Träger bereitgestellt, um einen vordefinierten minimalen Abstand zwischen dem Träger und einer thermischen und/oder elektronischen Umgebung sicherzustellen, zum Beispiel einer Wärmesenke, welche mit dem Package thermisch gekoppelt ist. Ein solcher linearer, statt nur ein punktförmiger Abstandshalter kann eine elektrische Entkopplung zwischen dem Träger und der Umgebung (wie einer Wärmesenke) sicherstellen und kann somit eine hohe elektrische Zuverlässigkeit des Packages garantieren. Auf vorteilhafte Weise kann eine Wärmesenke (zum Beispiel aus einem Metall, zum Beispiel Kupfer oder Aluminium) auf das Package gedrückt werden, bis ein direkter physischer Kontakt zwischen dem länglichen linearen Abstandshalter und der Wärmesenke erreicht wird, während der lineare Abstandshalter sicherstellt, dass eine freiliegende Trägeroberfläche in Bezug auf die Wärmesenke beabstandet ist. Dies stellt sowohl eine gute thermische Kopplung zwischen dem Package und der Wärmesenke als auch eine zuverlässige dielektrische Entkopplung zwischen dem Package und der Wärmesenke sicher.
  • Auf vorteilhafte Weise kann ein fließfähiger oder viskoser Lückenfüller (zum Beispiel ein Medium in einem flüssigen oder pastenartigen Zustand vor dem Aushärten) mit elektrisch isolierenden und bevorzugt thermisch leitfähigen Eigenschaften in eine Lücke zwischen dem Package (mit seinem/seinen Abstandshalter(n)) und der Wärmesenke eingeführt werden. Auf vorteilhafte Weise kann das Package-Design und die Art des Zuführens des Lückenfüllers zu dem Package in einer Weise eingestellt werden, dass der Lückenfüller den freiliegenden Träger bedeckt und über einen Teil der freiliegenden Leiter fließt. Dies kann eine gute elektrische Isolation weiter fördern, während es die thermischen Eigenschaften zusätzlich verbessert. Besonders bevorzugt können einer oder mehrere netzförmige lineare Abstandshalterkörper als ein Flussleiter und/oder eine Flussbarriere für den Lückenfüller angeordnet sein, um einen beabsichtigten Fluss zu leiten und/oder einen unbeabsichtigten seitlichen Fluss des Lückenfüllers über die Abstandshalter-definierte Flussbarriere hinaus zu unterbinden. Ein solcher Lückenfüller kann mittels Zuführens von thermischer Wärme (zum Beispiel mittels Erhöhens der Temperatur zu einem erhöhten Pegel von zum Beispiel 120 °C oder mehr) und/oder mittels Bereitstellens des Lückenfüllers als eine Mischung von zwei oder mehreren Komponenten, welche zum Aushärten auf ein Mischen hin konfiguriert sind (insbesondere selbst bei Raumtemperatur), gehärtet oder ausgehärtet werden. Zum Beispiel kann das Aushärten zu einer Quervernetzung des Lückenfüllermaterials führen. Der Lückenfüller kann auf eine freiliegende Oberfläche des Packages (insbesondere auf eine freiliegende Oberfläche des Trägers) abgegeben werden und kann mittels mechanischen Drucks räumlich verteilt werden. Ein solcher Lückenfüller kann eine gute thermische Kopplung zwischen dem Träger und der Wärmesenke sicherstellen, da er gleichmäßig über ein Abstandsvolumen zwischen dem Package und der Wärmesenke fließt, wie mittels des linearen Abstandshalters definiert ist. Bevorzugt kann ein solcher Lückenfüller auch einen Teil der freiliegenden Abschnitte der Leiter einbetten. Äußerst vorteilhaft kann der lineare Abstandshalter positioniert, geformt und dimensioniert sein, um einen geleiteten Fluss des Lückenfüllers nur in erwünschte Bereiche der Packageoberfläche zu erzwingen.
  • Im Vergleich mit herkömmlichen Package-Designs können beispielhafte Ausführungsformen es ermöglichen, das Package (mit seinem linearen Abstandshalter) mit einer geringen Presskraft oder sogar auf eine im Wesentlichen kraftfreie Weise auf einer Wärmesenke zu montieren, bevorzugt mit einem fließfähigen oder viskosen Lückenfüller dazwischen.
  • Während es auch möglich ist, dass der lineare Abstandshalter einen Teil der Wärmesenke oder sogar eines separaten Zwischenkörpers (zum Beispiel ein Rahmen oder ein Gitter, welches zwischen dem Abstandshalter und der Wärmesenke sandwichartig anzuordnen ist) bildet, statt des Packages, kann das Bereitstellen des linearen Abstandshalters als Teil des Packages selbst bevorzugt sein. Der Grund hierfür ist, dass es dann möglich ist, die Abstandshalterfunktion mittels des Packages selbst und bevorzugt mit einem dielektrischen linearen Abstandshalter bereitzustellen, welcher am meisten bevorzugt einen Teil einer dielektrischen Formmasse des Packages bildet. Das integrale Bilden des linearen Abstandshalters als Teil einer Einkapselung des Packages kann die Herstellung eines linearen Abstandshalters im Wesentlichen ohne irgendeinen zusätzlichen Aufwand, automatisch mit dielektrischen Eigenschaften, und ohne Haftungsprobleme des Abstandshalters an dem Package ermöglichen.
  • Beispielhafte Anwendungen von beispielhaften Ausführungsformen sind Packages auf dem technischen Gebiet der Elektromobilität, des Ladens, Server-Anwendungen, und Leistungsversorgung (insbesondere Netzteile). Darüber hinaus können beispielhafte Ausführungsformen besonders vorteilhaft in SMDartigen Leistungshalbleiter-Packages für eine Hochstromanwendung mit oberseitigem Kühlen via einen freiliegenden Chipträger angewendet werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann ein SMD Package mit oberseitigem Kühlen und mit einem einstellbaren linearen Abstandshalter bereitgestellt sein. Genauer kann ein solches SMD oberseitiges-Kühlen-Package mit einer linearen Abstandshalterfunktion zum Erzielen einer verbesserten elektrischen Isolation und elektrischer und thermischer Zuverlässigkeit bereitgestellt sein. Genauer kann der lineare Abstandshalter zum Bereitstellen einer definierten Isolationsdicke konfiguriert sein, wenn er zusammen mit einem Anwendungsboard implementiert ist. Auf vorteilhafte Weise kann ein linearer Abstandshalter (welcher als ein oder mehrere Abstandshalterstäbe verkörpert sein kann) eine Formmasse-Fluss-Orientierung in Leiterrichtung definieren, wenn er sich auf Package-Leiter auf einem Anwendungsboard oder einer Montagebasis bezieht, zum Beispiel eine PCB. Bevorzugt kann die lineare Abstandshalter-Architektur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einstellbare Abstandshalterlängen verwenden, mittels des Verwendens von Formgießen-Strukturen. Insbesondere kann der eine oder die mehreren Abstandshalterstäbe an der Seite des Packages angeordnet sein. Auf vorteilhafte Weise können ein oder mehrere Abstandshalterstäbe mit einstellbarer Länge(n) auf einfache und präzise Weise hergestellt werden, mittels des Verwendens eines korrespondierenden Formeinsatzes.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 120, welche ein Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist und zwischen einer Montagebasis 102 bei einer Unterseite und einer Wärmesenke 104 auf einer Oberseite montiert ist.
  • Die elektronische Vorrichtung 120 ist in SMD Technologie hergestellt und umfasst das Halbleiterchip-Package 100, die Wärmesenke 104 auf der Oberseite davon, und die Montagebasis 102 an der Unterseite der elektronischen Vorrichtung 120 und unter dem Package 100.
  • Zum Beispiel kann die Wärmesenke 104 ein thermisch leitfähiger Körper 124 aus einem äußerst thermisch leitfähigen Material sein, zum Beispiel Kupfer oder Aluminium. Zum Beispiel kann die Wärmesenke 104 eine metallische Platte 150, welche dem Package 100 zugewandt ist, und eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Kühlrippen 152 aufweisen, welche mit der metallischen Platte 150 integral gebildet sind und von dem Package 100 abgewandt sind. Wie gezeigt ist, kann die Wärmesenke 104 montiert sein auf oder befestigt an dem Package 100, um mit einem freiliegenden Träger 106 des Packages 100 thermisch gekoppelt zu sein. Allerdings bleibt die Wärmesenke 104 in Bezug auf den Träger 106 mittels eines linearen Abstandshalters 112 des Packages 100 sicher beabstandet. Der lineare Abstandshalter 112 umfasst hier zwei separate lineare Abstandshalterkörper 112A, 112B, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben ist.
  • Wie bereits erwähnt, weist die elektronische Vorrichtung 120 die Montagebasis 102 auf, welche hier als eine gedruckte Leiterplatte (PCB) verkörpert ist. Das Package 100 ist, zum Beispiel mittels Lötens, auf der Montagebasis 102 so montiert, dass elektrisch leitfähige Pads 154 der Montagebasis 102 mit freien Enden der elektrisch leitfähigen Leiter 110 elektrisch gekoppelt sind, welche sich über eine formmassenartige Einkapselung 114 des Packages 100 hinaus erstrecken. Lötstrukturen zwischen den Pads 154 und den Leitern 110 sind in 1 mit dem Bezugszeichen 156 gezeigt.
  • Die elektrisch leitfähigen Leiter 110 (zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium) des Packages 100 sind mit Pads 160 einer elektronischen Komponente 108 des Packages 100 mittels elektrisch leitfähiger Verbindungselemente 158 elektrisch gekoppelt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente 158 Bonddrähte, können aber bei anderen Ausführungsformen alternativ Bondbänder oder Clips sein. Wie gezeigt ist, können die Endabschnitte der Leiter 110, welche auf die Pads 154 der Montagebasis 102 gelötet sind, von dem Träger 106 weggebogen sein. Durch diese Maßnahme ist die elektrische Kopplungsseite an der unteren Hauptoberfläche des Packages 100 von der Kühlseite auf der oberen Hauptoberfläche des Packages 100 räumlich getrennt.
  • Es ist möglich, dass der Träger 106 und die Leiter 110 einen Teil einer gemeinsamen strukturierten Metallplatte bilden, zum Beispiel in einer Leiterrahmen-Konfiguration. Wie gezeigt ist, ist gemäß 1 eine äußere Oberfläche des Trägers 106, welche mit der Wärmesenke 104 thermisch gekoppelt ist, bei einer oberen Seite des Packages 100 angeordnet. Insbesondere kann der Träger 106 teilweise oder vollständig elektrisch leitfähig sein. Kontaktbereiche der Leiter 110, welche mit der Montagebasis 102 elektrisch gekoppelt sind, sind auf einer unteren Seite des Packages 100 angeordnet.
  • Das Package 100 weist den bereits erwähnten Träger 106 auf, welcher auf seiner unteren Hauptoberfläche die elektronische Komponente 108 trägt, und bei seiner oberen Hauptoberfläche mit der Wärmesenke 104 via einen thermisch leitfähigen Lückenfüller 116 in einer Lücke zwischen einer Unterseite der Wärmesenke 104 und einer freiliegenden oberen Hauptoberfläche des Trägers 106 thermisch gekoppelt ist. Zum Beispiel kann der Träger 106 ein Direkt Kupfer Bonding (DCB) Substrat, ein Direkt Aluminium Bonding (DAB) Substrat, ein Active Metal Brazing (AMB) Substrat, oder eine strukturierte Metallplatte sein, zum Beispiel ein Leiterrahmen.
  • Die elektronische Komponente 108 ist auf einer Hauptoberfläche (welche als eine Montageoberfläche bezeichnet werden kann) des Trägers 106 montiert, welche gemäß 1 eine untere Hauptoberfläche ist. Die Montageoberfläche kann einer anderen Hauptoberfläche des Trägers 106 gegenüberliegen, welche in Richtung der Wärmesenke 104 ausgerichtet ist. Zum Beispiel kann die elektronische Komponente 108 ein Halbleiterchip sein, zum Beispiel ein Leistungshalbleiterchip. Der Halbleiterchip kann mindestens ein integriertes Schaltkreiselement in einem Halbleiterkörper aufweisen. Ein solches mindestens ein integriertes Schaltkreiselement kann zum Beispiel die Funktion eines Transistors (zum Beispiel eines MOSFET oder eines IGBT), einer Diode, etc. bereitstellen.
  • Wie gezeigt ist, kann das Package 100 ferner eine Einkapselung 114 aufweisen, welche die elektronische Komponente 108, einen Teil der Leiter 110, und einen Teil des Trägers 106 einkapselt. Allerdings ist ein anderer Teil der Leiter 110 in Bezug auf die Einkapselung 114 freiliegend, um mit der Montagebasis 102 elektrisch koppelbar zu sein, wie vorangehend gezeigt und beschrieben ist. Ferner ist ein anderer Teil des Trägers 106 in Bezug auf die Einkapselung 114 freiliegend, um mit der Wärmesenke 104 thermisch gekoppelt zu sein. Bevorzugt ist die Einkapselung 114 elektrisch isolierend. Zum Beispiel kann die Einkapselung 114 eine Formmasse (oder alternativ eine weiche Einkapselung) sein.
  • Wie bereits erwähnt, weist das Package 100 einen linearen Abstandshalter 112 auf, welcher hier als zwei separate und längliche lineare Abstandshalterkörper 112A, 112B verkörpert ist. Wie gezeigt ist, bildet der Abstandshalter 112 ein oberes Ende des Packages 100. Auf vorteilhafte Weise dient der lineare Abstandshalter 112 zum Definieren eines Abstands zwischen dem Träger 106 und der Wärmesenke 104, welche auf dem Package 100 montiert ist. Genauer definiert eine vertikale Erstreckung, d, der Abstandshalterkörper 112A, 112B eine Lücke mit der gleichen vertikalen Erstreckung, d, zwischen der freiliegenden oberen Hauptoberfläche des Trägers 106 und der unteren Hauptoberfläche der Wärmesenke 104.
  • Auf äußerst vorteilhafte Weise kann der lineare Abstandshalter 112 einen integralen Teil der Einkapselung 114 bilden, d. h. kann aus dem gleichen dielektrischen Formmassenmaterial sein und kann direkt während des Formgießen-Vorgangs zum Einkapseln der elektronischen Komponente 108, des Trägers 106, der Leiter 110, etc. hergestellt werden. Somit kann es möglich sein, den linearen Abstandshalter 112 als Teil der Einkapselung 114 zu erzeugen, mittels Formgießens unter Verwendung von Formeinsätzen zum präzisen Definieren der Abstandshaltergeometrie. Folglich ist kein zusätzlicher Aufwand zum Herstellen des linearen Abstandshalters 112 involviert. Darüber hinaus trägt die dielektrische Eigenschaft des linearen Abstandshalters 112 zu einer Verbesserung der elektrischen Zuverlässigkeit bei, da sie einen Abstand der freiliegenden Oberfläche des Trägers 106 in Bezug auf die Wärmesenke 104 garantiert, mittels des präzise definierten Abstands „d“.
  • Gleichzeitig stellt das Herstellen der elektronischen Vorrichtung 120 mittels Drückens der Wärmesenke 104 auf das Package 100 mit dem fließfähigen Lückenfüller 116 dazwischen auch sicher, dass der Abstand zwischen der freiliegenden Oberfläche des Trägers 106 und der Wärmesenke 104 auf den Wert „d“ beschränkt ist. Somit kann es möglich sein, eine fließfähige oder viskose Vorstufe des Lückenfüllers 116 auf den Träger 106 abzugeben und die fließfähige Vorstufe mittels Drückens der Wärmesenke 104 auf den Abstandshalter 112 zu verteilen. Dies kann gleichzeitig eine exzellente thermische Kopplung zwischen dem Package 100 und der Wärmesenke 104 sicherstellen. Folglich können die Wärmeableitungsfähigkeit der elektronischen Vorrichtung 120 und folglich die Performance des Packages 100 exzellent sein. Während der Verbindung des Packages 100 und der Wärmesenke 104 besteht ein direkter physischer Kontakt zwischen dem Package 100 und der Wärmesenke 104 ausschließlich zwischen der Flanschfläche (engl.: flange surface) des linearen Abstandshalters 112 und der thermischen Kopplungsoberfläche der Wärmesenke 104, d. h. in dem gezeigten Beispiel der unteren Hauptoberfläche der metallischen Platte 150. Als Folge verteilt sich der fließfähige Lückenfüller 116 gleichmäßig über das Volumen der Lücke zwischen dem Package 100 und der Wärmesenke 104, welche mittels des linearen Abstandshalters 112 definiert ist. Das Material des Lückenfüllers 116 kann dann ausgehärtet werden, zum Beispiel thermisch mittels Zuführens von Wärme und/oder mittels Mischens von zwei oder mehr Lückenfüller-Bestandteilen, was ein chemisches Aushärten triggert. Folglich kann der Lückenfüller 116 mittels Aushärtens verfestigt werden. Somit kann es möglich sein, einen fest ausgehärteten Lückenfüller 116 zu bilden, mittels Aufbringens einer fließfähigen oder viskosen Vorstufe und nachfolgenden Verfestigens der Vorstufe mittels Erwärmens und/oder mittels einer chemischen Reaktion zwischen verschiedenen Bestandteilen der Vorstufe. Auf vorteilhafte Weise kann der Lückenfüller 116, welcher auf einer äußeren Seite des Trägers 106 angeordnet ist, welche der Wärmesenke 104 zugewandt ist, thermisch leitfähige Füllpartikel aufweisen, zum Beispiel Keramik-Füllpartikel wie Aluminiumnitrid. Dies kann die thermische Leitfähigkeit des Lückenfüllers 116 und folglich die thermische Performance der elektronischen Vorrichtung 100 mit ihrem Package 100 weiter verstärken.
  • Wie in 1 gezeigt ist, hat der lineare Abstandshalter 112 die vertikale Erstreckung „d“, welche über einen breiten Bereich eingestellt werden kann, zum Beispiel 100 µm bis 1000 µm. Ein Wert aus diesem Bereich kann sowohl eine gute Performance als auch eine sichere Isolation sicherstellen. Der genaue Wert kann gemäß den Anforderungen eines spezifischen Package-Designs ausgewählt werden, insbesondere einer erforderlichen oder gewünschten elektrischen Isolation und/oder Wärmeableitungsfähigkeit. Mit der beschriebenen Ausführungsform kann es somit möglich sein, einen linearen Abstandshalter 112 bereitzustellen, welcher eine garantierte Isolationsdicke „d“ sicherstellt. Bevorzugt basiert der Abstandshalter 112 auf Formmassenmaterial, daher ist seine Höhe leicht einstellbar. Zum Beispiel kann es möglich sein, die Abstandshalterhöhe und somit die Isolationsdicke „d“ für verschiedene Spannungsklassen zu 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, oder 0,5 mm einzustellen. Zum Erzeugen des Lückenfüllers 116, welcher die thermische Kopplung weiter fördert, kann es möglich sein, eine thermisch leitfähige Flüssigkeit(en) auf das Package 100 oder auf die Wärmesenke 104 abzugeben. Darüber hinaus kann es möglich sein, die Anwendungswärmesenke 104 auf das Package 100 zu montieren. Die Wärmesenke 104 kann auf der Montagebasis 112 unter Verwendung eines Befestigungselements fixiert werden, zum Beispiel eine Schraube oder ein Clip (nicht gezeigt). Auf vorteilhafte Weise kann der lineare Abstandshalter 112 die Isolationsschichtdicke „d“ bestimmen. Bevorzugt wird eine flüssige Vorstufe des Lückenfüllers 116 gezwungen, zu allen vier Seiten des Packages 100 zu fließen. Der Lückenfüller 116 kann auf vorteilhafte Weise mit einer definierten Dicke bereitgestellt sein, um dadurch eine gute Isolation und eine gute thermische Performance der elektronischen Vorrichtung 120 sicherzustellen.
  • Der lineare Abstandshalter 112 mit seinen linearen Abstandshalterkörpern 112A, 112B ist in 1 nur in einer Querschnittsansicht gezeigt. Bezugnehmend auf 2 bis 4 sind verschiedene mögliche Geometrien von linearen Abstandshalterkörpern 112A, 112B, 112C gezeigt, welche in Packages 100, Wärmesenken 104, separaten Zwischenkörpern 122, etc. implementiert sein können.
  • 2 zeigt verschiedene lineare gerade Abstandshalterkörper 112A, 112B, 112C von Packages 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Wie in 2 zu sehen ist, kann ein linearer Abstandshalter 112 eine Mehrzahl von separaten linearen Abstandshalterkörpern 112A, 112B, 112C umfassen, wobei sich jeder zwischen einem ersten freien Ende und einem zweiten freien Ende erstreckt. Der Abstandshalterkörper 112A ist als eine längliche gerade Linie mit einer konstanten Breite konfiguriert. Die Abstandshalterkörper 112B sind als drei linear ausgerichtete gerade Streifen mit einer konstanten Breite konfiguriert. Der Abstandshalterkörper 112C ist als eine im Wesentlichen I-förmige längliche gerade Linie mit seitlich verbreiterten Enden konfiguriert.
  • 3 zeigt verschiedene lineare gekrümmte Abstandshalterkörper 112A, 112B von Packages 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Der lineare gekrümmte Abstandshalterkörper 112A ist im Wesentlichen C-förmig und kann einen Abschnitt eines Kreises bilden. Der lineare gekrümmte Abstandshalterkörper 112B ist im Wesentlichen S-förmig und bezieht sich somit auf eine Trajektorie, entlang welcher sich das Krümmungsvorzeichen ändert.
  • 4 zeigt einen linearen ringförmig geschlossenen Abstandshalterkörper eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In anderen Worten zeigt 4 einen ringförmigen Abstandshalterkörper mit einem geschlossenen Umfang, d. h. ohne ein freies Ende. Der Ring von 4 hat eine rechteckige Form, kann aber auch jede andere polygonale Form oder auch eine runde Form (zum Beispiel eine kreisförmige Form) haben.
  • 5 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 6 zeigt eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung 120, welche ein Package 100 gemäß 5 aufweist. 7 zeigt eine Seitenansicht der elektronischen Vorrichtung 120 gemäß 6. 8 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht der elektronischen Vorrichtung 120 gemäß 6.
  • Wie am besten in 5 zu sehen ist, weist der lineare Abstandshalter 112 dieser Ausführungsform zwei gerade Abstandshalterkörper 112A, 112B auf, welche sich parallel zueinander entlang zweier gegenüberliegender Seiten des Packages 100 erstrecken. Die stabförmigen Abstandshalterkörper 112A, 112B erstrecken sich beide entlang eines Umfangs einer freiliegenden Oberfläche des Trägers 106. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die linearen Abstandshalterkörper 112A, 112B als Abstandshalterstäbe (engl.: spacer bars) verkörpert. Die freiliegende Oberfläche des Trägers 106 ist zwischen den Abstandshalterstäben angeordnet. Jeder der zwei Abstandshalterstäbe erstreckt sich entlang beinahe einer gesamten Seite des Packages 100. Insbesondere hat jeder der Abstandshalterkörper 112A, 112B eine Erstreckung, d.h. eine Länge, welche sich hinaus erstreckt über, d. h. hat eine größere Länge als, eine Erstreckung des freiliegenden Teils des Trägers 106. Als Folge kann eine exzellente elektrische Isolation mittels des gezeigten linearen Abstandshalters 112 garantiert werden. Die gezeigten Abstandshalterkörper 112A, 112B auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Packages 100 können eine garantierte Isolationsdicke „d“ zuverlässig sicherstellen. In der gezeigten Ausführungsform kann der lineare Abstandshalter 112 als Formmassestäbe mit einer einfach einstellbaren Höhe von zum Beispiel 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, oder 0,5 mm erzeugt werden. Verschiedene Höhen können zum Beispiel für verschiedene Spannungsklassen ausgewählt werden.
  • Wieder auf 5 bezugnehmend, ist eine Hauptoberfläche des Packages 100 durch eine planare Fläche gebildet, welche mittels Materials der Einkapselung 114 und mittels einer freiliegenden Oberfläche des Trägers 106 definiert ist. Der lineare Abstandshalter 112, welcher hier als zwei lineare Abstandshalterkörper 112A, 112B verkörpert ist, steht über die planare Fläche mit dem Abstand „d“ hinaus.
  • Wie in 6 bis 8 gezeigt ist, ist der elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Lückenfüller 116 nicht nur auf einer äußeren Seite des Trägers 106 gebildet, sondern zusätzlich auch auf einem Teil der Leiter 110. Dies wird bei der gegenwärtig beschriebenen Ausführungsform derartig bewerkstelligt, dass ein erster Endabschnitt der Leiter 110 in der Einkapselung 114 eingekapselt wird, ein gegenüberliegender zweiter Endabschnitt der Leiter ist freiliegend, und ein zentraler Abschnitt der Leiter 110 zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt ist von dem Lückenfüller 116 bedeckt. Bei der Ausführungsform von 5 bis 8 kann es möglich sein, eine thermisch leitfähige Flüssigkeit auf das Package 100 oder auf die Wärmesenke 104 abzugeben, um den Lückenfüller 116 mit einer definierten Dicke zu erzeugen. Dies kann eine gute Isolation und eine vorteilhafte thermische Performance sicherstellen. Anschaulich steuert die gezeigte Anordnung von Abstandshalterstäben oder Körpern 112A, 112B den Formmassen-Fluss der Flüssigkeit so, dass die Flüssigkeit in einer gerichteten Weise in die Richtung der SMD Leiter 110 fließt.
  • Wie ebenfalls in 6 bis 8 gezeigt ist, kann die Wärmesenke 104 auf dem Package 100 montiert sein. Es kann möglich sein, die Wärmesenke 104 auf der Montagebasis 102 unter Verwendung einer Schraube oder eines Clips (nicht gezeigt) zu fixieren.
  • Die Ausführungsform von 5 bis 8 hat die Vorteile eines reduzierten Materialverbrauchs, einer besonders vorteilhaften Packageleiter-Isolation, und einer exzellenten Kühlperformance.
  • 9 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 10 zeigt eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung 120, welche ein Package 100 gemäß 9 aufweist. 11 zeigt eine Seitenansicht der elektronischen Vorrichtung 120 gemäß 10. 12 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht der elektronischen Vorrichtung 120 gemäß 10.
  • Die Ausführungsform von 9 bis 12 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 5 bis 8 insbesondere darin, dass gemäß der Ausführungsform von 9 bis 12 der lineare Abstandshalter 112 vier Abstandshalterstäbe oder Körper 112A, 112B, 112C, 112D aufweist, welche sich entlang jeder von allen vier Seiten des Packages 100 erstrecken.
  • Die Abstandshalterstäbe oder Körper 112A, 112B erstrecken sich parallel zueinander. Entsprechend erstrecken sich die Abstandshalterstäbe oder Körper 112C, 112D parallel zueinander. Ferner erstrecken sich die Abstandshalterstäbe oder Körper 112A, 112B rechtwinklig zu den Abstandshalterstäben oder Körpern 112C, 112D. Darüber hinaus erstreckt sich jeder der vier Abstandshalterkörper 112A, 112B, 112C, 112D entlang weniger als einer Hälfte einer jeweiligen Seite des Packages 100.
  • Die Ausführungsform von 9 bis 12 hat die Vorteile einer äußerst homogenen Druckverteilung während des Bereitstellens des Lückenfüllers 116 zwischen dem Package 100 und der Wärmesenke 104, wenn sie zusammengedrückt werden. Ferner kann diese Ausführungsform eine gut definierte Dickeneinstellung und eine sehr kleine Menge von verwendetem Material ermöglichen.
  • 13 bis 15 zeigen verschiedene Ansichten eines Packages 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform. In 13 sind verschiedene Ansichten des Packages 100 gezeigt. Bezugnehmend auf 14, kann eine fließfähige oder viskose Vorstufe des Lückenfüllers 116 auf der freiliegenden Oberfläche des Trägers 106 abgegeben werden, bevor das Package 100 und die Wärmesenke 104 zusammengepresst werden. 15 zeigt das erhaltene Ergebnis.
  • Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen von 5 bis 12 (und in der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform von 18 bis 21) erstrecken sich die Leiter 110 an zwei gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Packages 100 aus der Einkapselung 114. Im Gegensatz dazu zeigt die Ausführungsform von 13 bis 15 ein Package 100 mit Leitern 110, welche sich nur bei einer Seite des Packages 100 erstrecken. Ferner hat das Package 100 gemäß 13 bis 15 eine Montageeinrichtung 162, zum Beispiel eine Durchgangsöffnung, zum Montieren des Packages 100 auf einer Stütze oder Basis (nicht gezeigt). Ähnlich wie in 5 bis 8 hat das Package 100 gemäß 13 bis 15 einen linearen Abstandshalterkörper 112, welcher als zwei parallele sich linear erstreckende Abstandsstäbe oder Körper 112A, 112B verkörpert ist.
  • Bezugnehmend auf 16 ist eine Wärmesenke 104 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Wärmesenke 104 selbst (statt das Package 100) mit einem linearen Abstandshalter 112 bei einer Verbindungoberfläche versehen ist, an welcher die Wärmesenke 104 mit einem Package 100 (welches einen linearen Abstandshalter 112 haben mag oder nicht) zu verbinden ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der lineare Abstandshalter 112 als zwei parallele lineare gerade Abstandshalterkörper 112A, 112B verkörpert, ähnlich wie für das Package 100 gemäß 13 und 14 beschrieben. Auch gemäß 16 können die Abstandshalterkörper 112A, 112B aus einem elektrisch isolierenden Material sein, welches mit dem metallischen Wärmesenkenmaterial verbunden ist, zum Beispiel unter Verwendung eines Haftmittels. Eine flüssige oder viskose Vorstufe des Lückenfüllers 116 kann auf die Wärmesenke 104 oder auf das Package 100 aufgebracht werden.
  • 17 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher wieder das Package 100 mit einem linearen Abstandshalter 112 versehen ist, in der Weise, wie vorangehend bezugnehmend auf 13 beschrieben ist. Allerdings wird das fließfähige Material des Lückenfüllers 116 jetzt auf eine Verbindungsoberfläche der Wärmesenke 104 aufgebracht, statt auf das Package 100, bevor das Package 100 und die Wärmesenke 104 zusammengedrückt werden.
  • Ein Vorteil der Ausführungsformen von 13 bis 17 ist, dass der Lückenfüller 116 mit einem geringeren Aufwand aufgebracht werden kann, als eine herkömmlicherweise verwendete Lage aus einem thermischen Schnittstellenmaterial (TIM). Ferner sind diese Ausführungsformen mit einer automatisierten Handhabung des Lückenfüllers 116 kompatibel.
  • 18 zeigt verschiedene Ansichten eines Packages 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform. 19 zeigt eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung 120, welche das Package 100 gemäß 18 aufweist. 20 zeigt eine Seitenansicht der elektronischen Vorrichtung 120 gemäß 19. 21 zeigt eine dreidimensionale Explosionsansicht der elektronischen Vorrichtung 120 gemäß 19.
  • Die Ausführungsform von 18 bis 21 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 5 bis 8 insbesondere darin, dass gemäß der Ausführungsform von 18 bis 21 das Package 100 zwei elektronische Komponenten 108 aufweist, welche mittels eines zentralen linearen Abstandshalterkörpers 112C zwischen den seitlichen Abstandshalterkörpern 112A, 112B des Abstandshalters 112 seitlich beabstandet sind. Somit erstreckt sich der Abstandshalterstab in Form des zentralen linearen Abstandshalterkörpers 112C durch eine Mitte des Packages 100. Somit trennt das Multichip-Package 100, welches mit dem zentralen linearen Abstandshalterkörper 112C versehen ist, räumlich die benachbarten halbleiterchipartigen elektronischen Komponenten 108. Daher kann der Chips beabstandende lineare Abstandshalterkörper 112C die Kriechstrecke zwischen den benachbarten elektronischen Komponenten 108 vergrößern.
  • Die Merkmale von 18 bis 21 und insbesondere der stabförmige lineare Abstandshalter 112 ermöglichen einen gerichteten Formmassenfluss in die Richtung zu den Leitern 110. Der Abstandshalterstab (d.h. der lineare Abstandskörper 112C) zwischen den Die Pads dient dazu, die Isolation von verschiedenen Spannungsdomänen in dem Package 100 zu verstärken. Der Abstandshalterstab hat eine Höhe, welche für verschiedene Spannungsklassen einfach zu verschiedenen Werten einstellbar ist. Die Abstandshalterstäbe steuern die Isolationsschichtdicke. Ferner richten die Abstandshalterstäbe den Formmassenfluss in die bevorzugte Richtung, um eine gute Leiterbedeckung sicherzustellen. Ein Lückenfüller 116 mit einer definierten Dicke stellt eine gute Isolation und thermische Performance sicher.
  • Vorteile der Ausführungsform von 18 bis 21 sind eine homogene Druckverteilung, eine gut definierte Dickeneinstellung, und ein geringer Materialverbrauch.
  • 22 zeigt eine elektronische Vorrichtung 120 mit einem Package 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
  • Gemäß 22 bildet der Abstandshalter 112 einen Teil eines Zwischenkörpers 122 (zum Beispiel ein Gitter oder Rahmen), welcher zwischen dem Package 100 und der Wärmesenke 104 angeordnet ist.
  • 23 zeigt eine elektronische Vorrichtung 120 mit einem Package 100 gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
  • Gemäß 23 bildet der lineare Abstandshalter 112 einen Teil der Wärmesenke 104, wobei dieser lineare Abstandshalter 112 einen Abstand zwischen dem Träger 106 und der Wärmesenke 104 definiert, wenn er auf dem Package 100 montiert ist.
  • 24 zeigt eine Explosionsansicht einer elektronischen Vorrichtung 120, welche ein Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist, und zwischen eine Montagebasis 102 und eine Wärmesenke 104 zu montieren ist. 25 und 26 zeigen diese Packages 100 montiert auf der Montagebasis 102, vor der Verbindung mit der Wärmesenke 104 mittels eines Lückenfüllers 116. Gemäß 25 sind quaderförmige Materialabschnitte des Lückenfüllers 116 auf eine obere Oberfläche des Packages 100 aufgebracht. Gemäß 26 sind zylindrische Materialabschnitte des Lückenfüllers 116 auf die obere Oberfläche der Packages 100 aufgebracht. Anschließend kann die Wärmesenke 104 auf die Abschnitte des Lückenfüllers 116 gedrückt werden und kann den Lückenfüller 116 gleichmäßig über ein Lückenvolumen zwischen der Wärmesenke 104 und den Packages 100 verteilen, wie mittels des linearen Abstandshalters 112 definiert ist.
  • 27, 28 und 29 zeigen verschiedene Ansichten eines Packages 100 und einer korrespondierenden elektronischen Vorrichtung 120 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform. 30 zeigt eine Wärmesenke 104 für eine elektronische Vorrichtung 120 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zum Verbinden mit einem Package 100. 31 zeigt ein Package 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform zum Verbinden mit einer Wärmesenke 104.
  • Die Ausführungsformen von 27 bis 31 korrespondieren im Wesentlichen zu den Ausführungsformen von 13 bis 17, mit dem Unterschied, dass gemäß 27 bis 31 die Einkapselung 114 den gesamten Träger 106 vollständig umgibt. Somit kann die Formmasse dazu beitragen, den gesamten Träger 106 vollständig zu umgeben, so dass gemäß 27 bis 31 kein Oberflächenabschnitt des Trägers 106 freiliegt. Dies kann die Isoliereigenschaften des Packages 100 und der korrespondierenden elektronischen Vorrichtung 120 weiter verbessern.
  • Was 27 betrifft, sind zwei Abstandshalterstäbe 112 bereitgestellt bei und erstrecken sich entlang zweier gegenüberliegender Seiten des Packages 100, um eine verstärkte Isolation sicherzustellen. Die linearen Abstandshalterstäbe basieren auf Formmasse-Stäben, so dass ihre Höhe für verschiedene Spannungsklassen einfach einstellbar ist (zum Beispiel kann die Höhe zu 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, oder 0,5 mm eingestellt sein).
  • Bezugnehmend auf 28 bis 30 ist es möglich, eine thermisch leitfähige Flüssigkeit als Lückenfüller 116 auf das Package 100 oder auf die Anwendungswärmesenke 104 abzugeben. Die Anwendungswärmesenke 104 kann dann auf das Package 100 montiert werden. Die Anwendungswärmesenke 104 kann auf einer Montagebasis, zum Beispiel einem Board, unter Verwendung einer Schraube oder eines Clips befestigt werden.
  • 31 zeigt, dass der Abstandshalter 112 die Isolationsschichtdicke steuert und definiert. Während des Aushärtens des Lückenfüllers 116 fließt die Flüssigkeit zu allen vier Seiten des Packages 100. Das Bereitstellen eines Lückenfüllers 116 mit einer definierten Dicke stellt die verstärkte Isolation und eine gute thermische Performance sicher. Gleichzeitig kann eine verstärkte Isolierung erreicht werden.
  • Es ist anzumerken, dass der Begriff „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Merkmale ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Mehrzahl ausschließen. Auch können Elemente, welche in Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, kombiniert werden. Es ist ebenfalls anzumerken, dass Bezugszeichen 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 der Schritte beschränkt sein, welche in der Beschreibung beschrieben sind. Entsprechend sollen die beigefügten Ansprüche in ihrem Schutzbereich derartige Prozesse, Maschinen, Herstellung, Stoffzusammensetzung, Mittel, Verfahren, oder Schritte enthalten.

Claims (17)

  1. Ein Package (100) zum Montieren auf einer Montagebasis (102), wobei das Package (100) aufweist: • einen Träger (106); • eine elektronische Komponente (108), welche an dem Träger (106) montiert ist; • Leiter (110), welche mit der elektronischen Komponente (108) elektrisch gekoppelt sind und mit der Montagebasis (102) elektrisch zu koppeln sind; und • einen linearen Abstandshalter (112) zum Definieren eines Abstands in Bezug auf den Träger (106); • eine Einkapselung (114), welche zumindest einen Teil der elektronischen Komponente (108), zumindest einen Teil des Trägers (106), und einen Teil der Leiter (110) einkapselt; • wobei eine Hauptoberfläche des Packages (100) durch eine planare Fläche gebildet ist, welche mittels eines Materials der Einkapselung (114) und mittels einer Oberfläche des Trägers (106) definiert ist; • wobei der lineare Abstandshalter (112) über die planare Fläche hervorsteht.
  2. Das Package (100) gemäß Anspruch 1, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei der lineare Abstandshalter (112) einen Teil der Einkapselung (114) bildet; wobei ein anderer Teil des Trägers (106) in Bezug auf die Einkapselung (114) freiliegt; wobei ein anderer Teil des Trägers (106) in Bezug auf die Einkapselung (114) freiliegt, und wobei eine Erstreckung des linearen Abstandshalters (112) sich über eine Erstreckung des freiliegenden Teils des Trägers (106) hinaus erstreckt; wobei der Träger (106) mittels der Einkapselung (114) vollständig eingekapselt ist.
  3. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei der Abstandshalter (112) eine vertikale Erstreckung (d) von mindestens 30 µm hat, insbesondere in einem Bereich von 100 µm bis 1000 µm; wobei der Träger (106) und die Leiter (110) einen Teil einer gemeinsamen strukturierten Metallplatte bilden; wobei der Abstandshalter (112) ein oberes Ende des Packages (100) bildet.
  4. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der lineare Abstandshalter (112) zumindest eines aus der Gruppe aufweist, bestehend aus mindestens einem geraden Abstandshalterkörper, mindestens einem gekrümmten Abstandshalterkörper, mindestens einem Abstandshalterkörper, welcher sich zwischen einem ersten freien Ende und einem zweiten freien Ende erstreckt, einem ringförmig geschlossenen Abstandshalterkörper, und mindestens zwei separaten linearen Abstandshalterkörpern.
  5. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abstandshalter (112) zum Definieren eines Abstands zwischen dem Träger (106) und einer Wärmesenke (104) konfiguriert ist, welche mit dem Träger (106) thermisch zu koppeln ist, wenn die Wärmesenke (104) auf das Package (100) montiert wird.
  6. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Abstandshalter (112) mindestens einen Abstandsstab aufweist.
  7. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Abstandshalter (112) zwei Abstandsstäbe aufweist, welche sich entlang zweier gegenüberliegender Seiten des Packages (100) erstrecken, wobei sich insbesondere jeder von den zwei Abstandsstäben entlang im Wesentlichen einer gesamten Seite des Packages (100) erstreckt.
  8. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Abstandshalter (112) vier Abstandsstäbe aufweist, welche sich entlang jeder von allen vier Seiten des Packages (100) erstrecken.
  9. Das Package (100) gemäß Anspruch 8, wobei jeder der vier Abstandsstäbe sich entlang von nicht mehr als einer Hälfte einer jeweiligen Seite des Packages (100) erstreckt.
  10. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei mindestens einer von dem mindestens einen Abstandsstab sich durch einen zentralen Bereich des Packages (100) erstreckt; wobei mindestens einer von dem mindestens einen Abstandsstab sich entlang einer Peripherie einer freiliegenden Oberfläche des Trägers (106) erstreckt.
  11. Das Package (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei der Abstandshalter (112) aus einem elektrisch isolierenden Material ist, insbesondere einer Formmasse; wobei einerseits eine äußere Oberfläche des Trägers (106) und andererseits Kontaktflächen der Leiter (110), welche mit der Montagebasis (102) elektrisch zu koppeln sind, auf gegenüberliegenden Seiten des Packages (100) angeordnet sind; aufweisend einen elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Lückenfüller (116) auf einer äußeren Seite des Trägers (106) und/oder auf einer äußeren Seite einer Einkapselung (114), welche zumindest einen Teil der elektronischen Komponente (108), zumindest einen Teil des Trägers (106), und einen Teil der Leiter (110) einkapselt, wobei insbesondere der Lückenfüller (116) einen Teil der Leiter (110) bedeckt und/oder thermisch leitfähige Füllpartikel aufweist; wobei zumindest ein Teil des Trägers (106) elektrisch leitfähig ist; wobei ein Endabschnitt von zumindest einem Teil der Leiter (110) von dem Träger (106) weggebogen ist; aufweisend mindestens zwei elektronische Komponenten (108), welche mittels zumindest eines Teils des Abstandshalters (112) seitlich beabstandet sind.
  12. Eine elektronische Vorrichtung (120) aufweisend: • ein Package (100) zum Montieren auf einer Montagebasis (102) und zum thermischen Koppeln mit einer Wärmesenke (104), wobei das Package (100) aufweist: ◯ einen Träger (106), welcher mit der Wärmesenke (104) thermisch zu koppeln ist; ◯ eine elektronische Komponente (108), welche an dem Träger (106) montiert ist; ◯ Leiter (110), welche mit der elektronischen Komponente (108) elektrisch gekoppelt sind und mit der Montagebasis (102) elektrisch zu koppeln sind; ◯ eine Einkapselung (114), welche zumindest einen Teil der elektronischen Komponente (108), zumindest einen Teil des Trägers (106), und einen Teil der Leiter (110) einkapselt; ◯ wobei eine Hauptoberfläche des Packages (100) durch eine planare Fläche gebildet ist, welche mittels eines Materials der Einkapselung (114) und mittels einer Oberfläche des Trägers (106) definiert ist; ◯ ein linearer Abstandshalter (112), welcher über die planare Fläche hervorsteht; • die Wärmesenke (104), welche auf dem Package (100) montiert ist, um mit dem Träger (106) thermisch gekoppelt zu sein; und • wobei der lineare Abstandshalter (112) einen Abstand zwischen dem Träger (106) und der Wärmesenke (104) definiert.
  13. Die elektronische Vorrichtung (120) gemäß Anspruch 12, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei der Abstandshalter (112) einen Teil von einem aus der Gruppe bildet, bestehend aus dem Package (100), der Wärmesenke (104), und einem Zwischenkörper (122), welcher zwischen dem Package (100) und der Wärmesenke (104) angeordnet ist; aufweisend die Montagebasis (102), auf welcher das Package (100) montiert ist und mit den Leitern (110) elektrisch gekoppelt ist.
  14. Ein Verfahren zum Herstellen eines Packages (100) zum Montieren auf einer Montagebasis (102), wobei das Verfahren aufweist: • Montieren einer elektronischen Komponente (108) an einen Träger (106); • elektrisches Koppeln von Leitern (110), welche mit der Montagebasis (102) elektrisch zu koppeln sind, mit der elektronischen Komponente (108); und • Bereitstellen eines linearen Abstandshalters (112) zum Definieren eines Abstands in Bezug auf den Träger (106); • Einkapseln zumindest eines Teils der elektronischen Komponente (108), zumindest eines Teils des Trägers (106), und eines Teils der Leiter (110) mittels einer Einkapselung (114), so dass eine Hauptoberfläche des Packages (100) durch eine planare Fläche gebildet ist, welche mittels eines Materials der Einkapselung (114) und mittels einer Oberfläche des Trägers (106) definiert ist; • wobei der lineare Abstandshalter (112) über die planare Fläche hervorsteht.
  15. Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren ein Bilden des Abstandshalters (112) als Teil der Einkapselung (114) aufweist, insbesondere mittels Formgießens, weiter insbesondere unter Verwendung von mindestens einem Formeinsatz.
  16. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei das Verfahren ein Bilden eines elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Lückenfüllers (116) auf einer äußeren Seite eine Einkapselung (114) aufweist, welche zumindest einen Teil der elektronischen Komponente (108), zumindest einen Teil des Trägers (106), und einen Teil der Leiter (110) einkapselt, und/oder auf einer äußeren Seite des Trägers (106), und insbesondere auf einem Teil der Leiter (110).
  17. Das Verfahren gemäß Anspruch 16, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei das Verfahren ein Bilden des Lückenfüllers (116) mittels Aufbringens einer fließfähigen oder viskosen Vorstufe und nachfolgendes Aushärten der Vorstufe aufweist, insbesondere mittels Erwärmens und/oder mittels einer chemischen Reaktion zwischen verschiedenen Bestandteilen der Vorstufe; wobei das Verfahren ein Abgeben einer fließfähigen oder viskosen Vorstufe des Lückenfüllers (116) auf den Träger (106) und/oder auf eine Einkapselung (114), und ein Verteilen der fließfähigen oder viskosen Vorstufe mittels Pressens einer Wärmesenke (104) auf den Abstandshalter (112) aufweist.
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