DE102021100717A1 - Package mit eingekapselter elektronischer Komponente zwischen einem Laminat und einem thermisch leitfähigen Träger - Google Patents

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Abstract

Ein Package (100), welches einen Träger (102) aufweisend eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht (104), ein Laminat (106) aufweisend eine Mehrzahl von verbundenen Laminatschichten (108), eine elektronische Komponente (110), welche zwischen dem Träger (102) und dem Laminat (106) montiert ist, und eine Einkapselung (112) aufweist, welche zumindest teilweise zwischen dem Träger (102) und dem Laminat (106) angeordnet ist und zumindest einen Teil der elektronischen Komponente (110) einkapselt.

Description

  • Hintergrund
  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein Package, eine elektronische Vorrichtung, und ein Verfahren zum Herstellen eines Packages.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Packages können als typischerweise eingekapselte elektronische Komponenten mit elektrischen Verbindungen, zum Beispiel Leitern, bezeichnet werden, welche sich aus der Einkapselung erstrecken. Zum Beispiel können Packages mittels der Leiter mit einer elektronischen Peripherie verbunden werden, zum Beispiel auf einer gedruckten Leiterplatte montiert werden und/oder mit einer Wärmesenke verbunden werden, und können via Konnektoren mit einem größeren System verbunden werden.
  • 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 Erfordernissen einer bestimmten Anwendung befassen.
  • Zusammenfassung
  • Es mag ein Bedarf für ein Package mit einer hohen Zuverlässigkeit und einer hohen Performance bestehen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package bereitgestellt, welches einen Träger aufweisend eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht, ein Laminat aufweisend eine Mehrzahl von verbundenen Laminatschichten, eine elektronische Komponente, welche zwischen dem Träger und dem Laminat montiert ist, und eine Einkapselung aufweist, welche zumindest teilweise zwischen dem Träger und dem Laminat angeordnet ist und zumindest einen Teil der elektronischen Komponente einkapselt.
  • Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, welche ein Package, welches die oben genannten Merkmale hat, und eine Montagebasis aufweist, auf welcher das Package montiert ist.
  • Gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Packages bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines Trägers aufweisend eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht, ein Bereitstellen eines Laminats aufweisend eine Mehrzahl von verbundenen Laminatschichten, ein Montieren einer elektronischen Komponente zwischen dem Träger und dem Laminat, und ein Einkapseln von zumindest einem Teil der elektronischen Komponente mittels einer Einkapselung aufweist, welche zumindest teilweise zwischen dem Träger und dem Laminat angeordnet ist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package mit einer zumindest teilweise eingekapselten elektronischen Komponente bereitgestellt, welche zwischen einem thermisch leitfähigen Träger (zum Beispiel ein Direkt-Kupfer-Bonding (DCB) Substrat) und einem Laminatboard (zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (PCB)) montiert ist. Da das Laminat eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht aufweist, kann der Träger einen Wärmeableitungspfad zum Ableiten von Wärme definieren, welche mittels der elektronischen Komponente während des Betriebs des Packages erzeugt wird, während er die elektronische Komponente elektrisch isoliert, zum Beispiel in Bezug auf ein Äußeres des Packages. Gleichzeitig und an einer gegenüberliegenden Seite kann die elektronische Komponente mit dem Laminat elektrisch gekoppelt sein, welches eine Schichtenfolge aus elektrisch leitfähigen Schichten und elektrisch isolierenden Schichten aufweisen kann. Somit kann das Laminat - welches zum Beispiel eine Routing- oder eine Umverteilungsschicht-Funktionalität bereitstellen kann - eine elektrische Kopplungsfunktion für die elektronische Komponente erfüllen, so dass ein elektrischer Signalpfad des Packages zum elektrischen Verbinden der elektronischen Komponente zumindest teilweise in dem Laminat definiert sein kann. Gleichzeitig können der Träger und das Laminat, sowie eine Einkapselung einen guten mechanischen Schutz der elektronischen Komponente in dem Package, sowie eine elektrische Isolation der elektronischen Komponente sicherstellen. Als Ergebnis kann ein Package erzielt werden, welches eine exzellente elektrische, thermische und mechanische Zuverlässigkeit und somit eine hohe Performance hat. Darüber hinaus stellt das beschriebene Packagedesign eine hohe Flexibilität für die Integration von einer oder mehreren elektronischen Komponenten für verschiedene Anwendungen bereit, mittels der hybriden Laminat-Träger Package-Architektur. Ferner kann das eingekapselte Package, welches auf dem Wärmeableitungsträger angeordnet ist und mit dem Laminat elektrisch gekoppelt ist, von einer niedrigen Streuinduktanz profitieren, aufgrund der Möglichkeit, elektrische Signale im Wesentlichen antiparallel zueinander durch elektrisch leitfähige Schichten des Laminats zu leiten. Dies kann Verluste reduzieren und kann eine Schaltgeschwindigkeit einer schalterartigen elektronischen Komponente oder Packages erhöhen. Darüber hinaus kann das Verbinden der elektronischen Komponente zwischen dem Träger und dem Laminat die Herstellbarkeit vereinfachen, da mittels beispielhafter Ausführungsformen ein signifikanter herkömmlicher Herstellungsaufwand in Bezug auf ein Drahtbonden reduziert oder sogar vollständig vermieden werden kann.
  • Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
  • Im Folgenden sind weitere beispielhafte Ausführungsformen des Packages, der elektronischen Vorrichtung, und des Verfahrens beschrieben.
  • 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. Die Bestandteile des Packages können optional zumindest teilweise mittels einer Einkapselung eingekapselt sein. Zum Beispiel können viele Packages gleichzeitig als ein Batch hergestellt werden, bevor sie in einzelne Packages unterteilt werden.
  • 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 Wärmeableitungsfunktion und/oder eine elektrische Verbindungsfunktion erfüllen. Ein Träger kann ein einzelnes Teil, mehrere Teile, welche via die Einkapselung oder andere Packagekomponenten verbunden sind, oder eine Teilbaugruppe von Trägern aufweisen oder daraus bestehen. Zum Beispiel kann der Träger ein keramischer Träger sein, welcher mit einem Metall beschichtet ist.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht“ insbesondere eine Schicht oder Lage aus einem dielektrischen Material bezeichnen, welche ungeeignet zum Leiten von Elektrizität ist, und daher als ein elektrischer Isolator wirkt. Gleichzeitig kann das Material der Schicht geeignet zum Leiten von Wärme sein, kann zum Beispiel eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 10 W/mK, bevorzugt von mindestens 50 W/mK haben.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Laminat“ insbesondere ein Array von gestapelten und verbundenen parallelen Schichten bezeichnen. Die Verbindung eines derartigen Schichtenstapels kann bewerkstelligt werden, indem die Schichten zusammengepresst werden, während Wärme aufgebracht wird. Zum Beispiel kann ein solches Laminat eine gedruckte Leiterplatte sein.
  • 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 zumindest 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 zum Beispiel in Siliziumtechnologie, Galliumnitridtechnologie, Siliziumkarbidtechnologie, etc. gebildet sein.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Einkapselung“ insbesondere ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes und bevorzugt thermisch leitfähiges Material sein, welches zumindest einen Teil einer elektronischen Komponente und optional zumindest einen Teil des Trägers und/oder des Laminats umgibt. Zum Beispiel kann die Einkapselung eine Formmasse sein und kann zum Beispiel mittels Spritzpressens erzeugt werden. Alternativ kann die Einkapselung eine Vergussmasse sein, welche mittels Gießens gebildet ist.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Montagebasis“ insbesondere einen Stützkörper (zum Beispiel eine Platte) bezeichnen, auf welchem das Package zusammengebaut wird, zum Beispiel zusammen mit einem oder mehreren weiteren Packages. Insbesondere kann ein solcher Stützkörper mechanisch und elektrisch mit dem/den Package(s) gekoppelt sein. Insbesondere kann die Montagebasis eine plattenförmige elektronische Montagebasis sein, zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (PCB). Es ist auch möglich, dass die Montagebasis eine strukturierte Metallplatte ist, zum Beispiel ein Leiterrahmen. Eine elektrische Verbindung zwischen der Montagebasis und dem Package kann mittels eines Verbindungsmediums, zum Beispiel ein Lötmittel oder ein Sintermaterial, oder eines elektrisch leitfähigen Haftmittels hergestellt sein.
  • Bei einer Ausführungsform kann die elektronische Komponente auf einer äußeren Oberfläche des Trägers montiert sein und kann auf einer äußeren Oberfläche des Laminats montiert sein. Während das Laminat eine elektrische Verbindung der elektronischen Komponente auf der einen Seite davon bewerkstelligen kann und insbesondere ohne das Erfordernis, Leiter bereitzustellen, kann der Träger die elektronische Komponente auf der gegenüberliegenden anderen Seite thermisch koppeln. Das Package kann frei von Leitern sein.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Träger eine erste elektrisch leitfähige Schicht (welche kontinuierlich oder strukturiert sein kann) auf einer ersten Hauptoberfläche der thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Schicht auf. Die erste elektrisch leitfähige Schicht des Trägers kann der elektronischen Komponente zugewandt sein und kann zum Beispiel zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit der elektronischen Komponente verwendet werden, zum Beispiel mittels Lötens. Bei Ausführungsformen, bei welchen auch die Unterseite der elektronischen Komponente zumindest ein Pad aufweist, kann die erste elektrisch leitfähige Schicht eine elektrisch leitfähige Verbindung dieses Pads herstellen und kann dadurch zu der elektrischen Konnektivität in dem Package beitragen.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Träger eine zweite elektrisch leitfähige Schicht (welche kontinuierlich oder strukturiert sein kann) auf einer zweiten Hauptoberfläche der thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Schicht auf, welche der ersten Hauptoberfläche zugewandt ist. Die zweite elektrisch leitfähige Schicht des Trägers kann von der elektronischen Komponente abgewandt sein und kann zum Beispiel einen äußeren Oberflächenabschnitt des Packages bilden. Somit kann die zweite elektrisch leitfähige Schicht zum Herstellen einer Verbindung mit einer metallischen Kühleinheit verwendet werden, zum Beispiel eine Wärmesenke mit Kühlrippen, welche mit der Trägerseite des Packages zu verbinden ist, um die Kühlperformance weiter zu verbessern.
  • Bei einer Ausführungsform weist die thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht eine Keramik auf oder besteht daraus, kann insbesondere eine Keramikplatte sein. Auf vorteilhafte Weise kann die thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht eine Keramik aufweisen oder daraus bestehen und/oder kann eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 10 W/mK haben. Dies kann eine hohe thermische Leitfähigkeit bei einem zuverlässigen dielektrischen Verhalten sicherstellen. Zum Beispiel können Aluminiumoxid (welches zum Beispiel eine thermische Leitfähigkeit von größer als 20 W/mK hat) oder Aluminiumnitrid (welches zum Beispiel eine thermische Leitfähigkeit von sogar 200 W/mK oder mehr haben kann) als Keramik verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmedium, insbesondere ein Lötmittel, zwischen der elektronischen Komponente und dem Träger auf. Einerseits ermöglicht dies, eine mechanisch äußerst zuverlässige Verbindung dazwischen zu bilden. Andererseits kann die elektrische Verbindung zwischen der Unterseite der elektronischen Komponente und einer Oberseite des Trägers optional zu einem elektrischen Signalpfad in dem Package beitragen. Dies kann vorteilhaft sein, insbesondere wenn die elektronische Komponente einen vertikalen Stromfluss hat.
  • Bei einer Ausführungsform ist eine elektrisch leitfähige Schicht des Trägers der Einkapselung zugewandt. Eine elektrisch isolierende Einkapselung kann dann zu einer elektrischen Isolation zwischen dem Träger und dem Laminat, oder zumindest zwischen Teilen davon, beitragen.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Träger eines aus der Gruppe auf, bestehend aus einem Direkt-Kupfer-Bonding (DCB) Substrat, einem Direkt-Aluminium-Bonding (DAB) Substrat, einem Isoliertes-Metall-Substrat (IMS), und einem Aktiv-Metall-Löten (AMB) Substrat. Insbesondere kann es möglich sein, dass der Träger einen Stapel aufweist, welcher eine zentrale elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Schicht (zum Beispiel eine Keramikschicht) umfasst, welche an beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen von einer jeweiligen elektrisch leitfähigen Schicht (zum Beispiel einer Kupferschicht oder einer Aluminiumschicht) bedeckt ist. Die jeweilige elektrisch leitfähige Schicht kann eine kontinuierliche oder eine strukturierte Schicht sein.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Laminat zumindest eine dielektrische Schicht und zumindest eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Bevorzugt weist das Laminat eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten und/oder eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten auf. Eine entsprechende dielektrische Schicht kann Epoxidharz und Glasfasern aufweisen, und kann insbesondere aus FR4 sein. Eine entsprechende elektrisch leitfähige Schicht kann Kupfer aufweisen. Eine solche elektrisch leitfähige Schicht kann eine strukturierte Kupferfolie oder eine plattierte Kupferschicht aufweisen. Es ist auch möglich, dass eine solche elektrisch leitfähige Schicht ein oder mehrere Kupfer-Vias und/oder eine oder mehrere Kupfersäulen aufweist.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmedium, insbesondere ein Lötmittel, zwischen der elektronischen Komponente und dem Laminat auf. Entsprechend kann das Verfahren ein Montieren der elektronischen Komponente auf dem Laminat mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums aufweisen, insbesondere mittels Lötens. Insbesondere können das Laminat und das eine oder die mehreren Pads der elektronischen Komponente miteinander elektrisch leitfähig verbunden sein, um die elektrische Funktionalität des Packages teilweise oder vollständig bereitzustellen.
  • Bei einer Ausführungsform ist eine elektrisch leitfähige Schicht des Laminats der Einkapselung zugewandt. Dies ermöglicht es, einen kurzen vertikalen elektrischen Verbindungspfad zwischen dem Laminat und der elektronischen Komponente herzustellen.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package eine oder mehrere elektrisch leitfähige Durchgangsverbindungen (zum Beispiel zumindest ein Via oder eine Säule) auf, welche sich durch die Einkapselung erstreckt und zumindest eines von der elektronischen Komponente und dem Träger mit dem Laminat elektrisch koppelt. Bei einer Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung zwischen dem Laminat und dem Träger seitlich neben der elektronischen Komponente angeordnet sein. Zum Beispiel kann eine solche elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung ein metallgefülltes Via durch einen Formkörper sein, welches sich vertikal durch die Einkapselung erstreckt, um dadurch eine elektrisch leitfähige Oberseite des Trägers mit einer elektrisch leitfähigen Unterseite des Laminats elektrisch zu verbinden. Dies kann auch eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einem Pad an der Unterseite der elektronischen Komponente und dem Laminat oberhalb der elektronischen Komponente herstellen. Mit einer solchen Verbindungsarchitektur können sehr kurze Signalpfade hergestellt werden, welche einen vertikalen Pfadabschnitt haben, welcher sich durch die Einkapselung erstreckt.
  • Bei einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente ein Halbleiterleistungschip. Zum Beispiel kann mittels des/der Chip(s) eine korrespondierende Leistungshalbleiteranwendung realisiert werden, wobei integrierte Schaltkreiselemente eines solchen Leistungshalbleiterchips zumindest einen Transistor (insbesondere einen Feldeffekttransistor, zum Beispiel einen MOSFET (Metalloxid Halbleiter Feldeffekttransistor) oder einen Bipolartransistor, zum Beispiel einen IGBT (Isoliertes-Gate-Bipolartransistor)), zumindest eine Diode, etc. aufweisen können. Es ist auch möglich, dass die zumindest eine elektronische Komponente einen Controller-Schaltkreis, einen Treiberschaltkreis, etc. aufweist. Einer oder mehrere dieser und/oder anderer Schaltkreise können in einem Halbleiterchip oder getrennt in verschiedenen Chips integriert sein. Insbesondere können Packages hergestellt werden, welche eine Halbbrückenfunktion, eine Vollbrückenfunktion etc. erfüllen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die zumindest eine elektronische Komponente ein Logikchip sein.
  • Bei einer Ausführungsform erfährt die elektronische Komponente während des Betriebs einen vertikalen Stromfluss. Dies kann die elektrischen Verbindungspfade kurz halten. Bei dem Beispiel eines Feldeffekttransistorchips kann der elektrische Strom zwischen einem Drain Pad an einer unteren Hauptoberfläche der Leistungskomponente durch ein Halbleitermaterial der Leistungskomponente zu einem anderen Pad an einer oberen Hauptoberfläche der Leistungskomponente fließen. An der oberen Hauptoberfläche der Leistungskomponente können ein Source Pad und ein Gate Pad gebildet sein.
  • Wie oben erwähnt kann die elektronische Komponente ein Transistorchip sein, zum Beispiel ein Feldeffekttransistorchip (zum Beispiel ein Metalloxid Halbleiter Feldeffekttransistor, MOSFET, Chip). Ein solcher Transistorchip kann ein Source Pad und ein Gate Pad haben, welche dem Laminat zugewandt sind, und kann ein Drain Pad haben, welches dem Träger zugewandt ist. Allerdings ist es auch möglich, dass die elektronische Komponente ein Bipolartransistorchip ist, welcher zum Beispiel einen Isoliertes-Gate-Bipolartransistor (IGBT) hat. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann die elektronische Komponente eine Diode aufweisen.
  • Bei einer Ausführungsform der elektronischen Vorrichtung ist die Montagebasis mit dem Laminat physisch verbunden. In anderen Worten kann das Package an seiner Laminatseite mit der Montagebasis verbunden sein. Insbesondere kann die Verbindung zwischen der Montagebasis und dem Laminat so sein, dass elektrische Signale zwischen dem Package und der Montagebasis via das Laminat übertragen werden können. Somit können die Montagebasis und das Laminat zum Beispiel mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums verbunden sein, zum Beispiel ein Lötmittel.
  • Bei einer Ausführungsform weist die elektronische Vorrichtung einen Kühlkörper auf, insbesondere eine Wärmesenke, welcher mit dem Träger physisch verbunden ist. Somit kann die Trägerseite der elektronischen Vorrichtung mit einer solchen Wärmesenke oder irgendeinem anderen Typ von Kühleinheit verbunden sein. Zum Beispiel kann eine solche Wärmesenke eine thermisch leitfähige Platte (zum Beispiel eine Metallplatte) aufweisen, welche mit der Trägerseite des Packages verbunden sein kann, zum Beispiel mit einem Oberflächenabschnitt des Packages, welcher durch eine freiliegende elektrisch leitfähige Schicht des Trägers gebildet ist. Eine Mehrzahl von Kühlrippen kann sich von der thermisch leitfähigen Platte erstrecken, zum Fördern der Wärmeübertragung von dem Package zu einer thermischen Umgebung der elektronischen Vorrichtung. Der Kühlkörper und der Träger können zum Beispiel mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums verbunden sein, zum Beispiel ein Lötmittel.
  • Bei Ausführungsformen kann ein elektrisch leitfähiges Verbindungmedium die elektronische Komponente mit dem Laminat, die elektronische Komponente mit dem Träger, den Träger mit einem Kühlkörper, und/oder das Laminat mit einer Montagebasis verbinden. Bei einer Ausführungsform weist ein solches elektrisch leitfähiges Verbindungsmedium zumindest eines aus der Gruppe auf, bestehend aus einem Lötmittel, insbesondere einem transienten Flüssigphasen-Lötmittel (TLPS), einem Sintermaterial, und einem elektrisch leitfähigen Haftmittel. Zum Beispiel können Sintern (zum Beispiel Silber-Sintern), Löten (zum Beispiel Weichlöten oder Diffusionslöten), oder das Verwenden eines Hybridklebers bevorzugte Verbindungsoptionen sein. Besonders bevorzugt kann das Verwenden eines transienten Flüssigphasen-Lötmittels sein, für ein Leiterfreies Verbinden von Bestandteilen eines Packages, welches zum Beispiel als ein elektronisches Leistungsmodul verkörpert ist. Eine Verbindung mittels transienten Flüssigphasen-Lötens kann auf einer Phasentransformation unter Verwendung eines niedrigschmelzenden Lötpulvers (wie zum Beispiel eutektischer Zinn basiertes Lötmittel) und einem hochschmelzenden Pulver (zum Beispiel Kupfer) basieren. Ein Verbindungsergebnis aus einem korrespondierenden Lötvorgang, welches bei einer moderaten Löttemperatur erzeugt werden kann, kann im Wesentlichen frei von Leerstellen sein und kann intermetallische Phasen aufweisen. Als Ergebnis kann eine Wiederaufschmelztemperatur einer solchen Verbindung erhöht sein.
  • Bei einer Ausführungsform kapselt die Einkapselung zumindest einen Teil des Trägers und/oder zumindest einen Teil des Laminats ein. Bei solchen Ausführungsformen mag nicht nur die elektronische Komponente, sondern auch zumindest ein Teil des Trägers und/oder des Laminats eingekapselt sein (zum Beispiel 9 und 10). Somit kann die Einkapselung auch die Bestandteile des Trägers und/oder des Laminats mechanisch schützen und/oder elektrisch isolieren. In noch einer anderen Ausführungsform kann das Einkapselungsmaterial allerdings nur in einem plattenförmigen Bereich zwischen dem Träger und dem Laminat vorliegen und kann nur die elektronische Komponente seitlich umgeben (vergleiche zum Beispiel 1).
  • Bei einer Ausführungsform sind die Laminatschichten konfiguriert, eine Umverteilungsstruktur zu bilden, insbesondere eine Umverteilungsschicht (RDL). Eine solche Umverteilungsstruktur kann mittels elektrisch leitfähiger Schichten des Laminats auf der elektronischen Komponente gebildet sein, welche ein oder mehrere Pads der elektronischen Komponente an einer Außenseite des Packages für einen externen Zugang verfügbar machen. Die Laminatschichten können insbesondere elektrische Signale in dem Laminat leiten.
  • Bei einer Ausführungsform sind die Laminatschichten konfiguriert, antiparallele elektrische Verbindungspfade zu bilden. Mittels Erzeugens verschiedener elektrischer Verbindungpfade in dem Laminat, durch welche elektrische Signale antiparallel zueinander fließen, können parasitische oder Streuinduktanzen signifikant reduziert werden. Folglich kann ein geringer Verlust von elektrischen Signalen möglich sein, welche in dem Package propagieren, und eine hohe Schaltgeschwindigkeit kann bei Anwendungen erreicht werden, bei welchen die elektronische Komponente zu einer Schaltfunktion beiträgt.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package zumindest eine weitere Komponente auf, welche eingebettet in und/oder oberflächenmontiert auf dem Laminat ist. Eine solche weitere Komponente kann eine andere elektronische Komponente sein. Zum Beispiel kann eine solche weitere Komponente eine aktive Komponente sein, zum Beispiel ein Halbleitertransistorchip. Es ist allerdings auch möglich, dass eine solche weitere Komponente eine passive Komponente ist, zum Beispiel eine Induktanz, eine Kapazitanz, ein Widerstand, oder Ähnliches. Auf vorteilhafte Weise kann eine solche weitere Komponente in dem Laminat eingebettet sein, was zu einer platzsparenden Konfiguration führt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, eine solche weitere Komponente auf dem Laminat zu oberflächenmontieren, zum Beispiel an einer äußeren Hauptoberfläche des Packages oder eingekapselt in der Einkapselung. Auf vorteilhafte Weise kann die elektronische Komponente, welche zwischen dem Träger und dem Laminat montiert ist, mit der zumindest einen weiteren eingebetteten und/oder oberflächenmontierten Komponente funktionell zusammenwirken, wobei eine elektrische Kopplung zwischen solchen Komponenten mittels der elektrischen Schichten des Laminats hergestellt sein kann.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Träger konfiguriert, die elektronische Komponente in Bezug auf ein Äußeres des Packages thermisch zu koppeln und elektrisch zu isolieren. Zu diesem Zweck kann eine kontinuierliche Lage aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Material in dem Träger bereitgestellt sein, wobei die Lage sich über die gesamte seitliche Breite des Trägers erstrecken kann, zum Beispiel eine vertikal zentrale Keramiklage.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package ein Bolzenelement auf, welches auf dem Laminat montiert ist (zum Beispiel mittels Lötens) und welches zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit einer Gegenstück-Vorrichtung konfiguriert ist, insbesondere mittels Schraubens. Zum Beispiel kann ein solches Bolzenelement teilweise in der Einkapselung eingekapselt sein und kann sich teilweise über die Einkapselung hinaus erstrecken. Mittels eines solchen Bolzenelements kann das Package mit einer Schraubschnittstelle zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer Gegenstück-Vorrichtung ausgestattet sein. Allerdings ist es, als eine Alternative zu einem Bolzenelement, auch möglich, eine oder mehrere elektrisch leitfähige Erhebungen an dem Laminat bereitzustellen, für eine Verbindung mit der Montagebasis.
  • Bei einer Ausführungsform weist die Montagebasis eines aus der Gruppe auf, bestehend aus einer gedruckten Leiterplatte (PCB) und einem Leiterrahmen (d. h. eine strukturierte Metalllage). Andere Montagebasen sind ebenfalls möglich, zum Beispiel irgendein Montageboard.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Verbinden der elektronischen Komponente, welche bereits auf dem Laminat montiert ist, mit dem Träger auf, mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums, insbesondere mittels Lötens. Somit kann die elektronische Komponente erst auf dem Laminat zusammengebaut werden, kann zum Beispiel auf dem Laminat oberflächenmontiert werden, bevor eine gegenüberliegende andere Seite der elektronischen Komponente mit dem Träger verbunden wird. Dies kann vorteilhaft sein, da die Ausrichtungsgenauigkeit des Bestückens der elektronischen Komponente auf dem Laminat, welches dielektrische Verschaltung für das elektrische Verbinden der elektronischen Komponente bereitstellen kann, kritischer sein kann als die Ausrichtungsgenauigkeit der elektronischen Komponente auf den Träger, welcher überwiegend eine thermische Funktion erfüllen kann. Es ist allerdings auch möglich, dass die Verbindung zwischen der elektronischen Komponente einerseits und dem Träger und dem Laminat andererseits gleichzeitig ausgeführt werden.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Ausführen des Einkapselns nach dem Montieren auf. Somit kann die Einkapselung die elektronische Komponente, welche bereits vertikal sandwichartig zwischen dem Träger und dem Laminat angeordnet ist, seitlich an ihren Platz kleben.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Package eine Mehrzahl von elektronischen Komponenten auf, welche auf dem Träger oder auf verschiedenen Trägern montiert sind. Somit kann das Package eine oder mehrere elektronische Komponenten (zum Beispiel zumindest eine passive Komponente, zum Beispiel einen Kondensator, und zumindest eine aktive Komponente, zum Beispiel einen Halbleiterchip) aufweisen.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Package als ein Leistungswandler konfiguriert, insbesondere eines 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, insbesondere 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 Standard-Halbleiterverarbeitungstechnologien verwenden, zum Beispiel geeignete Ätztechnologien (einschließlich isotropischen und anisotropischen Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen, Laserentfernung), Strukturiertechnologien (welche lithographische Masken involvieren können), Abscheidetechnologien (zum Beispiel chemische Dampfabscheidung (CVD), plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Sputtern, etc.).
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Teile oder Elemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen, welche enthalten sind, um ein tieferes Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen, und welche einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen beispielhafte Ausführungsformen.
  • In den Zeichnungen:
    • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung aufweisend ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform und montiert auf einer Montagebasis.
    • 3 bis 8 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, welche während des Ausführens eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung mit einem Package erhalten werden, gezeigt in 8, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung aufweisend ein Package gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
    • 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Packages gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
    • 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorform eines Packages gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform vor der Einkapselung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • Bevor beispielhafte Ausführungsformen ausführlich mit Bezug auf die Figuren beschrieben sind, sind einige allgemeine Betrachtungen zusammengefasst, basierend auf welchen beispielhafte Ausführungsformen entwickelt wurden.
  • Herkömmliche keramikbasierte Leistungsmodule haben eine hohe Anzahl von Drahtbonds in jedem Modul. Ferner können solche herkömmlichen Leistungsmodule nur eine eingeschränkte Zuverlässigkeit in Bezug auf einen Leistungskreislauf haben, sowie eine beschränkte Ausbeute. Ferner kann der Herstellungsaufwand hoch sein, wenn viele Bonds notwendig sind, besonders hinsichtlich der Tatsache, dass das Bonden, was ein serieller Prozess ist, aufwändig ist. Ferner kann die Fähigkeit des elektrischen Routings auf einem Träger, welcher nur eine metallische Schicht auf einer Seite einer Keramikplatte hat, für High-Performance Anwendungen unzureichend sein. Darüber hinaus kann ein solches herkömmliches Packagedesign in Bezug auf Designoptionen zum Reduzieren der Streuinduktanz eines elektrischen Pfads eingeschränkt sein. Darüber hinaus kann es schwierig sein, passive Komponenten oder Leistungschips in einem herkömmlichen Package zu integrieren. Auch die Herstellung eines größeren Systems unter Verwendung eines solchen herkömmlichen Packages kann einen signifikanten Aufwand involvieren, da ein Benutzer ein separates Gate-Antriebsbord (PCB) zum Befestigen an dem Leistungsmodul benötigen mag.
  • Beispielhafte Ausführungsformen können zumindest einen Teil der genannten und/oder andere Nachteile überwinden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Package (welches insbesondere als Leistungsmodul verkörpert ist) bereitgestellt, bei welchem eine elektronische Komponente (zum Beispiel ein Leistungshalbleiterchip) zwischen einem unterseitigen thermisch leitfähigen Träger und einem oberseitigen Laminat sandwichartig angeordnet ist, zum Sicherstellen des Signal-Routings. Dies kombiniert eine hohe thermische Zuverlässigkeit aufgrund der effizienten Wärmeableitung, welche mittels des Trägers bewerkstelligt wird, eine hohe elektrische Zuverlässigkeit aufgrund der Isolation mittels des Trägers und der elektrischen Signalverwaltung mit geringem Verlust mittels des Laminats, sowie eine hohe mechanische Zuverlässigkeit aufgrund des mechanischen Schutzes der elektronischen Komponente mittels der Einkapselung sowie mittels des unterseitigen Trägers und des oberseitigen Laminats (oder vice versa). Folglich kann eine Package-Architektur mit einer hohen Performance und einer hohen Designfreiheit bereitgestellt sein.
  • Genauer stellt eine beispielhafte Ausführungsform ein Package bereit, welches als Leistungsmodul verkörpert sein kann und welches basierend auf einem Laminat (zum Beispiel einer PCB), welches als eine vorderseitige Verbindung wirkt, und einem thermisch leitfähigen Träger (zum Beispiel einem DCB- oder einem AMB Keramiksubstrat) als rückseitige Verbindung und optional als eine thermische Schnittstelle zu einem Kühlkörper (zum Beispiel eine Wärmesenke) aufgebaut sein kann. Auf vorteilhafte Weise kann eine beispielhafte Ausführungsform es ermöglichen, herkömmliche Drahtbonds teilweise oder vollständig durch eine Flip Chip Montage einer elektronischen Komponente auf ein Laminat (zum Beispiel eine PCB) in einem Hochleistungsmodul zu ersetzen.
  • In Bezug auf die Herstellung eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine PCB der Ausgangspunkt sein. Bevorzugt kann eine solche PCB mit mindestens vier Metallschichten ausgestattet sein, welche zum Beispiel eine dünne Kupferstruktur außen und eine dicke Kupferstruktur innen haben. Eine solche Konfiguration kann äußerst vorteilhaft sein, um ein Design mit einer sehr niedrigen Streuinduktanz zu erreichen.
  • Der Herstellungsvorgang kann dann mittels Schablonendruckens von einem Lötmittel auf die PCB fortgeführt werden, gefolgt von einer Leiterrahmenbefestigung oben auf der PCB. Darüber hinaus kann eine Flip Chip Plättchenbefestigung ausgeführt werden. Es kann ebenfalls möglich sein, einen Schablonendruckvorgang zum Auftragen des Lötmittels auf einen Keramikträger auszuführen, zum Beispiel ein DCB oder ein AMB. Das DCB oder AMB kann auf der Rückseite des Chips platziert werden. Ein Reflow-Vorgang und ein Reinigungsvorgang können ausgeführt werden. Das Einkapseln kann zum Beispiel mittels Einformens (engl.: molding) ausgeführt werden, gefolgt von einem Post-Form Aushärten. Eine automatische optische Inspektion (AOI) und/oder ein elektrischer Funktionstest kann dann mit dem Package ausgeführt werden. Darüber hinaus kann Lötmittel auf eine Basisplatte oder eine Pinfin Platte einer mit dem Package zu verbindenden Wärmesenke, oder auf dem Package selbst aufgetragen werden. Die Wärmesenke und das Package können dann verbunden werden, zum Beispiel mittels Lötens.
  • Somit kann eine beispielhafte Ausführungsform eine intelligente Package-Architektur bereitstellen, welche insbesondere äußerst geeignet für Hochleistungsmodule ist, mit dem Potential, den Herstellungsaufwand zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern (insbesondere mittels Weglassens von Bonddrähten). Ferner können beispielhafte Ausführungsformen Packages mit einer höheren Integration bereitstellen. Insbesondere können ein Gate-Antriebsbord und eine PCB, welche Gate-Treiber und passive Bauteile trägt, zu einem gemeinsamen Leistungsmodul zusammengeführt werden. Zusätzlich kann ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform es ermöglichen, äußerst effiziente Inverter hinsichtlich eines überlegenen Designs für eine niedrige Streuinduktanz und eine einfache Integration von Dämpferkondensatoren (engl.: snubber capacitors) zu realisieren.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Packages 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Das gezeigte Package 100 ist als ein Halbleiter-Leistungspackage konfiguriert, welches eine elektronische Komponente 110 hat, welche ein Halbleiter-Leistungschip (zum Beispiel ein MOSFET Chip) ist. Somit kann während des Betriebs eine beträchtliche Wärmemenge in einem Inneren des Packages 100 erzeugt werden.
  • Wie gezeigt ist, wird ein unterer Abschnitt des Packages von einem Träger 102 dargestellt, welcher hier als ein Direkt-Kupfer-Bonding (DCB) Substrat verkörpert ist. Der Träger 102 weist eine zentrale Platte auf, welche als eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht 104 verkörpert ist. Die zentrale Platte kann eine Keramikplatte sein, zum Beispiel aus Aluminiumnitrid, welches eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit von mehr als 100 W/mK haben kann. Darüber hinaus weist der Träger 102 eine erste elektrisch leitfähige Schicht 114, zum Beispiel eine Kupferschicht, auf einer ersten Hauptoberfläche (welche hier eine obere Hauptoberfläche ist) der thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Schicht 104 auf. Weiterhin weist der Träger 102 eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 116, zum Beispiel eine weitere Kupferschicht, auf einer zweiten Hauptoberfläche (welche hier eine untere Hauptoberfläche ist) der thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Schicht 104 auf, welche der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegt. Wie gezeigt ist, ist die elektronische Komponente 110 auf der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 114 mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 montiert, zum Beispiel ein Lötmittel. Wie ebenfalls gezeigt ist, liegt die zweite elektrisch leitfähige Schicht 116 an einer unteren Hauptoberfläche des Packages 100 frei.
  • Darüber hinaus weist das Package 100 ein Laminat 106 auf, welches mit einer oberen Hauptoberfläche der elektronischen Komponente 110 verbunden ist und welches hier als eine gedruckte Leiterplatte (PCB) verkörpert ist. Das Laminat 106 weist eine Mehrzahl von Laminatschichten 108 auf, welche mittels Lamination verbunden sind, d. h. mittels Zusammenpressens der Laminatschichten 108 bei einer hohen Temperatur. Genauer weist das Laminat 106 eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten 122 aus FR4 Material auf und weist eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten 124 aus Kupfer auf. Jede der dielektrischen Schichten 122 ist als eine planare Lage verkörpert. Einige der elektrisch leitfähigen Schichten 124 sind als strukturierte Kupferfolien verkörpert, welche parallel zueinander in horizontalen Ebenen des Laminats 106 angeordnet sind. Andere der elektrisch leitfähigen Schichten 124 sind als Kupfer-Vias verkörpert, welche sich vertikal durch das Laminat 106 erstrecken.
  • Wie gezeigt ist, ist die elektronische Komponente 110 auf einer untersten elektrisch leitfähigen Schicht 124 des Laminats 106 mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 montiert, zum Beispiel ein Lötmittel. Folglich ist die elektronische Komponente 110 vertikal zwischen dem Träger 102 und dem Laminat 106 angeordnet.
  • Eine formmassenartige Einkapselung 112 ist in Lücken zwischen dem Träger 102 und dem Laminat 106 angeordnet und kapselt die elektronische Komponente 110 seitlich ein. Freiliegende Seitenwände der Einkapselung 112 fluchten mit freiliegenden Seitenwänden des Trägers 102 und des Laminats 106. Die Einkapselung 112 weist eine Formmasse auf und schützt mechanisch und isoliert elektrisch die eingekapselte elektronische Komponente 110 in Bezug auf eine Umgebung. Die Einkapselung 112 ist zwischen dem Träger 100 und dem Laminat 106 so angeordnet, dass die oberste elektrisch leitfähige Schicht 114 des Trägers 102 einer Unterseite der Einkapselung 112 zugewandt ist. Entsprechend ist eine unterste elektrisch leitfähige Schicht 124 des Laminats 106 einer Oberseite der Einkapselung 112 zugewandt.
  • Auf vorteilhafte Weise erstreckt sich eine elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126 vertikal durch die gesamte Einkapselung 112. Zum Beispiel kann die elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126 eine Kupfersäule sein. Wie gezeigt ist, koppelt die elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126 die erste elektrisch leitfähige Schicht 114 des Trägers 102 elektrisch mit der untersten elektrisch leitfähigen Schicht 124 des Laminats 106. Die genannten elektrischen Verbindungen zwischen der elektrisch leitfähigen Durchgangsverbindung 126 einerseits und dem Träger 102 und dem Laminat 106 andererseits können mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 erzeugt werden, zum Beispiel ein Lötmittel.
  • Die Unterseite der elektronischen Komponente 110 kann mittels des elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118, mittels der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 114 des Trägers 102, mittels des elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 an der Unterseite der elektrisch leitfähigen Durchgangsverbindung 126, durch die elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126, mittels des elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 an der Oberseite der elektrisch leitfähigen Durchgangsverbindung 126 mit Umverteilungsschichten elektrisch gekoppelt sein, welche mittels der elektrisch leitfähigen Schichten 124 des Laminats 106 gebildet sind. Funktionell leiten die elektrisch leitfähigen Schichten 124 elektrische Signale, welche während des Betriebs des Packages 100 durch das Laminat propagieren. Wie oben beschrieben, trägt die elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126 zu einer elektrischen Kopplung einer Unterseite der elektronischen Komponente 110 horizontal entlang des Trägers 102 und nach oben mit dem Laminat 106 bei.
  • Eine solche elektrische Kopplung kann äußerst vorteilhaft sein, insbesondere wenn, wie in der gezeigten Ausführungsform, die elektronische Komponente 110 während des Betriebs einen vertikalen Stromfluss erfährt. Genauer ist die gezeigte elektronische Komponente 100 als ein Feldeffekttransistorchip verkörpert, welcher ein Source Pad 128 und ein Gate Pad 130 an seiner oberen Hauptoberfläche hat, welche dem Laminat 106 zugewandt ist. Ferner hat der Transistorchip ein Drain Pad 132 an seiner unteren Hauptoberfläche, welche dem Träger 102 zugewandt ist.
  • In anderen Ausführungsformen, welche eine elektronische Komponente 110 mit einem seitlichen Stromfluss verwenden (welche zum Beispiel in Galliumnitrid-Technologie hergestellt sind) kann die gezeigte elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126 weggelassen werden.
  • Hinsichtlich der elektrisch leitfähigen horizontalen Schichten und der elektrisch leitfähigen vertikalen Vias des Laminats 106, bilden die elektrisch leitfähigen Laminatschichten 124 antiparallele elektrische Verbindungspfade. Genauer können elektrische Signale, welche durch das Laminat 106 propagieren, einen Propagationspfad horizontal entlang einer Richtung und entlang der entgegengesetzten anderen Richtung und/oder vertikal entlang einer Richtung und entlang der entgegengesetzten anderen Richtung umfassen. Dies ermöglicht das Erzielen einer geringen Streuinduktanz und folglich niedrige Signalverluste.
  • Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, tritt der elektrische Signalfluss während des Betriebs des Packages 100 überwiegend (oder sogar vollständig) in dem Laminat 106 auf. Die Wärmeableitungsfunktion des Packages 100 zum Ableiten von Wärme, welche mittels der elektronischen Komponente 110 erzeugt wird, wird allerdings mittels des Trägers 102 bewerkstelligt, welcher konfiguriert ist, die elektronische Komponente 110 in Bezug auf ein Äußeres des Packages 100 thermisch zu koppeln und elektrisch zu isolieren. Anschaulich sind elektrische Pfade in dem oberen Abschnitt des Packages 100 hergestellt, wohingegen thermische Pfade in dem unteren Abschnitt des Packages 100 hergestellt sind.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 150 aufweisend ein Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform und montiert auf einer Montagebasis 152.
  • Die gezeigte elektronische Vorrichtung 150 kann erhalten werden, indem das Package 100 gemäß 1 auf eine Montagebasis 152 so montiert wird, dass die Montagebasis 152 mit einer freiliegenden elektrisch leitfähigen Schicht 124 des Laminats 106 physisch verbunden ist. Die Verbindung zwischen der Montagebasis 152 und einer elektrisch verbundenen Schicht 124 des Laminats 106 kann mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 bewerkstelligt werden, zum Beispiel ein Lötmittel. Zum Beispiel kann die Montagebasis 152 eine weitere gedruckte Leiterplatte (PCB) oder ein Leiterrahmen sein.
  • 3 bis 8 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, welche während des Ausführens eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung 150 erhalten werden, welche ein Package 100 hat, welche in 8 gezeigt ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Bezugnehmend auf 3 ist ein Laminat 106 (zum Beispiel eine PCB) bereitgestellt, welches eine Mehrzahl von verbundenen Laminatschichten 108 aufweist, wie mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmedium 118, zum Beispiel ein Lötmittel, ist auf freiliegende elektrisch leitfähige Oberflächenabschnitte an der unteren Hauptoberfläche des Laminats 106 aufgebracht.
  • Bezugnehmend auf 4 ist ein Träger 102 (zum Beispiel ein DCB Substrat) bereitgestellt, welcher eine zentrale thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht 104 aus Keramik umfasst und an beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen davon mit einer jeweiligen elektrisch leitfähigen Schicht 114, 116 aus Kupfer bedeckt ist, wie oben mit Bezug auf 1 erläutert ist. Ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmedium 118, zum Beispiel eine Lötmasse, ist auf der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 114 an der oberen Hauptoberfläche des Trägers 102 aufgebracht.
  • Bezugnehmend auf 5 weist das Herstellungsverfahren ein Montieren der elektronischen Komponente 110 auf das Laminat 106 auf, welches gemäß 3 vorbereitet wurde. Genauer kann die elektronische Komponente 110 mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 auf das Laminat 106 montiert werden, welches gemäß 3 mittels Lötens aufgebracht wird. Ferner ist eine elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126 (zum Beispiel eine Kupfersäule) mittels Lötens neben der elektronischen Komponente 110 unter Verwendung des elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118, welches gemäß 3 aufgebracht wird, auf das Laminat 106 montiert.
  • Bezugnehmend auf 6 werden die elektronische Komponente 110 und die elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126, welche beide bereits gemäß 5 auf dem Laminat 106 montiert sind, mit dem Träger 102 verbunden, welcher bereits mit dem elektrisch leitfähigen Verbindungsmedium 118 gemäß 4 vorbereitet ist. Diese Verbindung kann mittels des elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 bewerkstelligt werden, d.h. mittels Lötens. Als Ergebnis wird ein Halbzeug erhalten, bei welchem sowohl die elektronische Komponente 110 als auch die elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung 126 zwischen dem Träger 102 an einer Unterseite und dem Laminat 106 an einer Oberseite angeordnet sind.
  • Bezugnehmend auf 7 werden freiliegende Oberflächenabschnitte der elektronischen Komponente 110 und zugewandte Oberflächenabschnitte des Trägers 102 und des Laminats 106 mittels einer Einkapselung 112 eingekapselt, welche in Lücken zwischen dem Träger 102 und dem Laminat 106 eingebracht wird. Die Einkapselung 112 kann eine Formmasse sein, welche die eingekapselte elektronische Komponente 110 mechanisch schützt und elektrisch isoliert. Wie gezeigt ist, kann der Einkapselungsvorgang nach dem Montieren der elektronischen Komponente 110 und der elektrisch leitfähigen Durchgangsverbindung 126 zwischen dem Träger 102 und dem Laminat 106 ausgeführt werden. Als Ergebnis wird ein Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gemäß 7 erhalten.
  • Bezugnehmend auf 8 wird eine Wärmesenke 154 mit der freiliegenden zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 116 des Trägers 102 mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 dazwischen physisch verbunden, insbesondere mittels Lötens. Die Wärmesenke 154 weist eine äußerst thermisch leitfähige Platte 156 auf, welche mittels des elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums 118 mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 116 des Trägers 102 befestigt ist. Eine Mehrzahl von Kühlrippen 158 kann integral gebildet sein mit und kann sich erstrecken von der äußerst thermisch leitfähigen Platte 156. Zum Beispiel kann die Wärmesenke 156 aus Aluminium oder Kupfer sein. Somit kann ein äußerst effizienter Kühlpfad von der elektronischen Komponente 110 vertikal durch den Träger 102 bis zu der Wärmesenke 154 erzeugt werden.
  • 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 150 aufweisend ein Package 100 gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
  • Die elektronische Vorrichtung 150 gemäß 9 unterscheidet sich von der elektronischen Vorrichtung 150 gemäß 2 insbesondere darin, dass die Einkapselung 112 gemäß 9 zusätzlich Seitenwände des Trägers 102 und das gesamte Laminat 106, sowie auch einen Teil der Montagebasis 152 einkapselt.
  • Als Ergebnis kann eine gute elektrische Isolation des Laminats 106 und der elektronischen Komponente 110 erreicht werden. Gleichzeitig kann der Wärmeableitungspfad aus dem Package 100 vollständig intakt bleiben, da die untere Hauptoberfläche des Trägers 102 noch in Bezug auf die Umgebung freiliegt.
  • 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Packages 100 gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
  • Die Ausführungsform gemäß 10 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 9 insbesondere darin, dass gemäß 10 keine Montagebasis 152 bereitgestellt ist, sondern zwei Bolzenelemente 136 auf das Laminat 106 montiert sind. Die Bolzenelemente 136 sind nur teilweise mittels der Einkapselung 112 eingekapselt, um sich teilweise aus der Einkapselung 112 zu erstrecken. Die Bolzenelemente 136 sind zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit einem Gegenstück (nicht gezeigt) mittels Herstellens einer Schraubverbindung zwischen den Bolzenelementen 136 konfiguriert, welche ein Gewinde haben können. Wie ebenfalls in 10 gezeigt ist, ist ein stiftförmiges Verbindungselement 160, welches ebenfalls auf eine obere Oberfläche des Laminats 106 montiert ist, teilweise mittels der Einkapselung 112 eingekapselt und erstreckt sich teilweise über die Einkapselung 112 hinaus, um von einer äußeren Seite des Packages 100 zugänglich zu sein.
  • Darüber hinaus ist eine weitere elektronische Komponente 134 auf dem Laminat 106 oberflächenmontiert und ist mittels der Einkapselung 112 eingekapselt. Die weitere elektronische Komponente 134 kann zum Beispiel eine passive Komponente oder eine aktive Komponente sein. Die weitere elektronische Komponente 134 kann auf einer elektrisch leitfähigen Schicht 124 als eine äußere Oberfläche des Laminats 106 montiert sein und kann mit der elektronischen Komponente 110 gegebenenfalls funktionell zusammenwirken.
  • 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorform einer elektronischen Vorrichtung 150 aufweisend ein Package 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform vor der Einkapselung. Die Vorform gemäß 11 kann mittels der Einkapselung weiter behandelt werden, um eine elektronische Vorrichtung 150 ähnlich von 9 zu erhalten.
  • Allerdings weist die Ausführungsform von 11, im Gegensatz zu der Ausführungsform von 9, eine weitere elektronische Komponente 134 auf, welche hier in dem Laminat 106 eingebettet ist. Die weitere elektronische Komponente 134 kann zum Beispiel eine passive Komponente oder eine aktive Komponente sein. Die weitere elektronische Komponente 134 kann mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 124 in dem Laminat 106 elektrisch verbunden sein und kann mit der elektronischen Komponente 110 gegebenenfalls funktionell zusammenwirken.
  • 11 zeigt die Vorform nach der Keramikbefestigung und dem Reflow, jedoch vor der Einkapselung.
  • Es ist anzumerken, dass der Begriff „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Merkmale ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Mehrzahl ausschließt.
  • 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 Vorgangs, der Maschine, der Herstellung, der Stoffzusammensetzung, der Mittel, Verfahren und Schritte beschränkt sein, welche in der Beschreibung beschrieben sind. Entsprechend sollen die beigefügten Ansprüche in ihrem Schutzbereich derartige Vorgänge, Maschinen, Herstellungen, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte enthalten.

Claims (20)

  1. Ein Package (100), wobei das Package (100) aufweist: • einen Träger (102) aufweisend eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht (104); • ein Laminat (106) aufweisend eine Mehrzahl von verbundenen Laminatschichten (108); • eine elektronische Komponente (110), welche zwischen dem Träger (102) und dem Laminat (106) montiert ist; und • eine Einkapselung (112), welche zumindest teilweise zwischen dem Träger (102) und dem Laminat (106) angeordnet ist und zumindest einen Teil der elektronischen Komponente (110) einkapselt.
  2. Das Package (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Träger (102) eine erste elektrisch leitfähige Schicht (114) auf einer ersten Hauptoberfläche der thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Schicht (104) aufweist, wobei der Träger (102) optional eine zweite elektrisch leitfähige Schicht (116) auf einer zweiten Hauptoberfläche der thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Schicht (104) aufweist, welche der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegt.
  3. Das Package (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht (104) eine Keramik aufweist oder daraus besteht und/oder eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 10 W/mK hat.
  4. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Träger (102) konfiguriert ist, die elektronische Komponente (110) in Bezug auf ein Äußeres des Packages (100) thermisch zu koppeln und elektrisch zu isolieren.
  5. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine elektrisch leitfähige Schicht (114) des Trägers (102) der Einkapselung (112) zugewandt ist.
  6. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Laminatschichten (108) konfiguriert sind, eine Umverteilungsstruktur zu bilden.
  7. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Laminatschichten (108) konfiguriert sind, antiparallele elektrische Verbindungspfade zu bilden.
  8. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine elektrisch leitfähige Schicht (124) des Laminats (106) der Einkapselung (112) zugewandt ist.
  9. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Laminat (106) eine gedruckte Leiterplatte ist.
  10. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend eine elektrisch leitfähige Durchgangsverbindung (126), welche sich durch die Einkapselung (112) erstreckt und zumindest eines von der elektronischen Komponente (110) und dem Träger (102) mit dem Laminat (106) elektrisch koppelt.
  11. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die elektronische Komponente (110) ein Halbleiterleistungschip ist.
  12. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die elektronische Komponente (110) einen vertikalen Stromfluss während des Betriebs erfährt.
  13. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend ein elektrisch leitfähiges Verbindungmedium (118) zwischen der elektronischen Komponente (110) und dem Träger (102).
  14. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmedium (118) zwischen der elektronischen Komponente (110) und dem Laminat (106).
  15. Das Package (100) gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das elektrisch leitfähige Verbindungsmedium (118) zumindest eines aus der Gruppe aufweist, bestehend aus einem Lötmittel, insbesondere einem transienten Flüssigphasen-Lötmittel, einem Sintermaterial, und einem elektrisch leitfähigen Haftmittel.
  16. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Einkapselung (112) zumindest einen Teil des Trägers (102) und/oder zumindest einen Teil des Laminats (106) einkapselt.
  17. Das Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: das Package (100) weist zumindest eine weitere elektronische Komponente (134) auf, welche eingebettet in und/oder oberflächenmontiert auf dem Laminat (106) ist; das Package (100) weist ein Bolzenelement (136) auf, welches auf dem Laminat (106) montiert ist und welches zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit einer Gegenstück-Vorrichtung konfiguriert ist, insbesondere mittels Schraubens.
  18. Eine elektronische Vorrichtung (150), aufweisend: • ein Package (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17; und • eine Montagebasis (152), auf welcher das Package (100) montiert ist.
  19. Die elektronische Vorrichtung (150) gemäß Anspruch 18, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei die Montagebasis (152) mit dem Laminat (106) physisch verbunden ist, insbesondere mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums (118); wobei die elektronische Vorrichtung (150) einen Kühlkörper aufweist, insbesondere eine Wärmesenke (154), welcher mit dem Träger (102) physisch verbunden ist, insbesondere mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmediums (118).
  20. Ein Verfahren zum Herstellen eines Packages (100), wobei das Verfahren aufweist: • Bereitstellen eines Trägers (102) aufweisend eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Schicht (104); • Bereitstellen eines Laminats (106) aufweisend eine Mehrzahl von verbundenen Laminatschichten (108); • Montieren einer elektronischen Komponente (110) zwischen dem Träger (102) und dem Laminat (106); und • Einkapseln von zumindest einem Teil der elektronischen Komponente (110) mittels einer Einkapselung (112), welche zumindest teilweise zwischen dem Träger (102) und dem Laminat (106) angeordnet ist.
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