DE112018002707B4

DE112018002707B4 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE112018002707B4
Application number: DE112018002707.4T
Authority: DE
Inventors: Shuji WAKAIKI; Shota Sato; Kenta FUJII; Takashi Kumagai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: CN110622627A; WO2018216646A1; JP6875514B2; DE112018002707T5; US20200098660A1; CN110622627B; JPWO2018216646A1

Abstract

Halbleiterbauelement (101, 102, 201, 301, 401, 501, 502, 601, 602, 701, 801, 901, 1001, 1002, 1101, 1102, 1103, 1104, 1201, 1202), das Folgendes aufweist:- eine Leiterplatte (1); und- eine elektronische Komponente (2) und einen Wärmeableiter (3), die auf einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) befestigt sind,wobei die elektronische Komponente (2) und der Wärmeableiter (3) durch ein Verbindungsmaterial (7a) elektrisch und thermisch miteinander verbunden sind,wobei die Leiterplatte (1) eine Isolierschicht (11), eine Vielzahl von Leiterschichten (12,13,14), die jeweils auf der einen und der anderen der Hauptflächen (11a, 11b) der Isolierschicht (11) angeordnet sind, und eine Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) aufweist, die von einer der Hauptflächen (11a) bis zur anderen Hauptfläche (11b) der Isolierschicht (11) reichen,wobei mindestens ein Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) die elektronische Komponente (2) von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) gesehen, überlappt, wobei mindestens ein anderer Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) den Wärmeableiter (3) von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) aus gesehen, überlappt, und mindestens ein Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) so angeordnet ist, dass sie einen Wärmestrahler (4) von der anderen Hauptfläche (11b) der Leiterplatte (1) aus gesehen überlappen, wobei die elektronische Komponente (2) einen Leitungsanschluß (21), einen Halbleiter (22), eine Hülle (23) und eine Wärmestrahlungsplatte (24) aufweist,die Wärmestrahlungsplatte (24) zwischen dem Halbleiter (22) und der Leiterplatte (1) angeordnet ist, und wobeidie Wärmestrahlungsplatte (24) und der Wärmeableiter (3) durch das Verbindungsmaterial (7a) elektrisch und thermisch miteinander verbunden sind,und wobeiVorsprünge (8) auf einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) angeordnet sind, unddie elektronische Komponente (2) und der Wärmeableiter (3) so angeordnet sind, dass sie die Vorsprünge (8) von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) aus gesehen überlappen, wobeidas Verbindungsmaterial (7a) zwischen den Vorsprüngen (8) und der Wärmestrahlungsplatte (24) oder dem Wärmeableiter (3) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement mit ausgezeichneter Wärmeabstrahlung für Wärme aus einer elektronischen Komponente.
STAND DER TECHNIK
Es gibt elektronische Schaltungen, Stromversorgungsgeräte und Antriebsstromkreise, wie z.B. einen Motor, bei dem Halbleiter für den Einsatz an Bord (Autos und Industriebaumaschinen), Fahrzeuge (Schienenfahrzeuge), Industrieinstrumente (Verarbeitungsmaschinen, Roboter und Industriewechselrichter) und elektronische Haushaltsgeräte verwendet werden, die im Folgenden zusammenfassend als Halbleiterbauelemente bezeichnet werden. Bei Halbleiterbauelementen besteht eine starke Nachfrage nach höherer Leistung, geringer Abmessung und Miniaturisierung. Dadurch wird eine Menge an Wärme pro Volumeneinheit der in dem Halbleiterbauelement angebrachten elektronischen Komponente stark erhöht, und es besteht eine starke Nachfrage nach einem Halbleiterbauelement, das eine hohe Wärmeabstrahlung ermöglicht.
So beschreiben beispielsweise die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H06-77 679 A (Patentdokument 1) und die Japanische Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift JP H11-345 921 A (Patentdokument 2) ein Halbleiterbauelement, das die von der elektronischen Komponente erzeugte Wärme abstrahlt. In diesen Schriften ist die elektronische Komponente mit einem oberen Teil einer Leiterplatte verbunden, während ein Wärmeableiter mit einem unteren Teil verbunden ist. In der Leiterplatte wird ein Wärmeleitungskanal gebildet, der die Leiterplatte von einer der Hauptflächen bis zur anderen Hauptfläche durchdringt. Die von der elektronischen Komponente erzeugte Wärme kann über den Wärmeleitkanal auf den Wärmeableiter übertragen und vom Wärmeableiter nach außen abgestrahlt werden.
Die DE 101 27 268 Al (Patentdokument 3) offenbart einen Schaltungsträger bzw. eine Leiterplatte mit zwei metallischen Außenschichten und mindestens einer metallischen Zwischenschicht. Zwischen den Außenschichten und der Zwischenschicht sind Isolierschichten angeordnet. Auf den Außenschichten sind ein zu kühlendes Bauelement und ein Kühlelement angeordnet. Das Kühlelement ist über einen Wärmeleitpfad thermisch an das zu kühlende Bauelement angekoppelt. Der Wärmeleitpfad verläuft teilweise in der Zwischenschicht. In ihm erfolgt ein Quertransport von Wärme.
Die JP H03- 250 794 A (Patentdokument 4) offenbart einen Halbleiter, welcher vollständig in eine Formmasse integriert ist, wobei eine gegenüberliegende Seitenfläche eines wärmeabstrahlenden Materials auf einer Montagefläche eines Chips verbleibt.
Die DE 199 09 505 Al (Patentdokument 5) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Schaltungsanordnungen, deren Bauteile mittels eines Lötprozesses auf die Oberseite eines thermische Durchkontaktierungen aufweisenden Trägerkörpers aufgebracht werden, wobei die thermischen Durchkontaktierungen vor dem Lötprozess von der Unterseite des Trägerkörpers her mittels eines Siebdruckprozesses mit Siebdruckmaterial verschlossen werden, wobei der Siebdruckprozess nach dem Aufbringen einer ersten, die Grundmetallisierung bildenden Metallisierungsschicht auf den Trägerkörper durchgeführt wird, und wobei die auf der Unterseite des Trägerkörpers überstehenden Reste des Siebdruckmaterials nach dem Aushärten des Siebdruckmaterials mindestens durch einen mechanischen Reinigungsprozess und/oder chemischen Reinigungsprozess abgetragen werden.
Die US 2014 / 0 225 482 Al (Patentdokument 6) offenbart eine elektronische Steuereinheit aufweisend: ein Substrat, ein erstes Schaltungsmuster und ein zweites Schaltungsmuster, welche auf dem Substrat angeordnet sind, einen Halbleiterchip, der elektrisch mit dem ersten Schaltungsmuster und dem zweiten Schaltungsmuster verbunden ist, und einen Harzkörper, der um einen Teil des Halbleiterchips gewickelt ist und eine Plattenform aufweist, wobei eine erste Fläche dem Substrat zugewandt und eine zweite Fläche vom Substrat abgewandt ist. Die elektronische Steuereinheit umfasst ferner eine erste Metallplatte, die eine Seite hat, die mit dem Halbleiterchip verbunden ist, und eine andere Seite, die mit dem ersten Schaltungsmuster verbunden ist, einen Kühler mit einem Basisabschnitt und einem ersten geformten Abschnitt, wobei der Basisabschnitt eine Plattenform mit einer vorbestimmten Dicke hat, wobei der Basisabschnitt auf einer gegenüberliegenden Seite des Harzkörpers relativ zum Substrat angeordnet ist, der erste geformte Abschnitt von dem Basisabschnitt in Richtung des ersten Schaltungsmusters vorsteht und einen ersten Spalt bildet, der zwischen dem ersten geformten Abschnitt und dem ersten Schaltungsmuster definiert ist, und einen ersten Wärmeleiter, der in dem ersten Spalt angeordnet ist und Wärme von dem ersten Schaltungsmuster zu dem Heizkörper überträgt.
Die US 2011 / 0 155 360 Al (Patentdokument 7) offenbart eine PCBA umfassend eine Leiterplatte mit Lötpads, ein elektronisches SMT-Bauteil und eine oberflächenmontierbare Kühlkörpervorrichtung mit einem Wärmeableitungskörper mit mindestens einem U-förmigen Kanal und einer Vielzahl von lötbaren Füßen. Das SMT-Bauteil passt berührungslos in den U-förmigen Kanal der Kühlkörpervorrichtung, und sowohl das SMT-Bauteil als auch die Kühlkörpervorrichtung werden gleichzeitig auf die Lötpunkte der Leiterplatte gelötet. Die von der Komponente erzeugte Wärme wird durch die Lötpads, die Leiterplatte und die lötbaren Füße an den Wärmeableitungskörper übertragen und schließlich vom Wärmeableitungskörper an die Umgebung abgegeben.
Die DE 43 19 045 A1 (Patentdokument 8) offenbart ein elektrisches Substratmaterial, das Folgendes aufweist: eine Fluorpolymer-Matrix, die eine Mischung aus Polytetrafluorethylen (PTFE), und einer oder mehreren Fluorpolymerkomponenten mit einer niedrigeren Schmelzviskosität als PTFE aufweist; einen keramischen Füllstoff, dessen Anteil ungefähr 26 bis 70 Volumenprozent des gesamten Substratmaterials beträgt; und einen hydrophoben Überzug, der auf den keramischen Füllstoff aufgebracht ist.
DE 10 2008 019 797 A1 (Patentdokument 9) offenbart eine Kühlanordnung aufweisend einen Kühlkörper, eine Leiterplatte und mindestens ein auf ihr bestücktes wärmeerzeugendes Bauteil, wobei mindestens eine metallische Kontaktfläche des Bauteils mit einem ersten Teilbereich einer auf der Leiterplatte vorgesehenen Kupferfläche lötverbunden ist, und wobei ein erster Endbereich eines Metallteils, insbesondere Metallbügels, mit einem zweiten Bereich der Kupferfläche lötverbunden ist und ein zweiter Endbereich mit dem Kühlkörper wärmeleitend verbunden ist.
STAND DER TECHNIK

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H06- 77 679 A
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H11- 345 921 A
Patentdokument 3: DE 101 27 268 A1
Patentdokument 5: DE 199 09 505 Al
Patentdokument 6: US 2014 / 0 225 482 Al
Patentdokument 7: US 2011 / 0 155 360 Al
Patentdokument 8: DE 43 19 045 Al
Patentdokument 9: DE 10 2008 019 797 Al

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
In der Einrichtung nach der Japanischen Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift JP H06- 77 679 A ist der Wärmeleitkanal nur in einem Teil der Leiterplatte, also nicht unmittelbar unter der elektronischen Komponente vorgesehen. In der Einrichtung nach der Japanischen Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift JP H11- 345 921 A wird nur unmittelbar unter der elektronischen Komponente ein Wärmeleitungsloch angebracht. Aus diesem Grund ist die Wärmeabstrahlung im Bereich der elektronischen Komponente wegen der kleinen Fläche des wärmeübertragenden Bereichs der Leiterplatte und der kleinen Menge Wärme, die von der elektronischen Komponente im Bereich der elektronischen Komponente zum Wärmeableiter unterhalb der elektronischen Komponente abgeleitet wird, unzureichend. Eine Befestigungsplatte der in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H06- 77 679 A beschriebenen Einrichtung wird nur durch eine Spanneinrichtung an der Leiterplatte befestigt, und es entsteht eine Luftschicht zwischen der Leiterplatte und dem Wärmeableiter, was die Wärmeabstrahlung zwischen der Leiterplatte und dem Wärmeableiter verringert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement bereitzustellen, das die Wärme um die elektronische Komponente radial verteilen kann und die Wärmeabstrahlung der von der elektronischen Komponente erzeugten Wärme verbessert.
Mittel zum Lösen der Probleme
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe mit einem Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 angegeben
Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Wärme radial um die elektronische Komponente verteilt und unmittelbar unter der elektronischen Komponente abgestrahlt werden. Somit kann die vorliegende Erfindung ein Halbleiterbauelement aufzeigen, das in der Lage ist, die Wärmeabstrahlung der erzeugten Wärme aus der elektronischen Komponente weiter zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem ersten Beispiel einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist eine schematische Draufsicht einer Leiterplatte, bevor im ersten Beispiel der ersten Ausführungsform eine elektronische Komponente und ein Wärmeableiter angebracht werden;
4 ist eine schematische Draufsicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement des zweiten Beispiels der ersten Ausführungsform darstellt;
6 ist eine schematische Schnittansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauelements des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform darstellt;
7 ist eine schematische Schnittansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauelements des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform darstellt;
8 ist eine schematische Schnittansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauelements des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform darstellt;
9 ist eine schematische Draufsicht, die einen Wärmeübertragungspfad aus der elektronischen Komponente in der ersten Ausführungsform darstellt;
10 ist eine schematische Schnittansicht, die den Wärmeübertragungspfad der elektronischen Komponente in der ersten Ausführungsform darstellt;
11 ist ein Diagramm, in dem thermische Widerstandswerte des Halbleiterbauelements der ersten Ausführungsform und eines Halbleiterbauelements eines Vergleichsbeispiels miteinander verglichen werden;
12 ist eine schematische Draufsicht, die eine Größe jeder Einheit in einem Modell des Halbleiterbauelements der ersten Ausführungsform darstellt, wobei das Modell zur Ableitung der Grafik in 11 verwendet wird;
13 ist eine schematische Draufsicht, die das Modell des Halbleiterbauelements der ersten Ausführungsform zeigt, wobei das Modell zur Ableitung der Grafik in 11 verwendet wird;
14 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Abstand von einer Kante der elektronischen Komponente zu einem äußeren Strahlungsdurchgangsloch, das mit einer Wärmeableitplatte verbunden ist, und dem Wärmewiderstand des Halbleiterbauelements zeigt;
15 ist eine schematische Draufsicht, die ein Halbleiterbauelement nach jedem Beispiel der zweiten bis fünften Ausführungsformen darstellt;
16 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
17 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
18 ist eine schematische Schnittansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauelements der dritten Ausführungsform darstellt;
19 ist eine schematische Schnittansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauelements der dritten Ausführungsform darstellt;
20 ist eine schematische Schnittansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauelements der dritten Ausführungsform darstellt;
21 ist eine schematische Schnittansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauelements der dritten Ausführungsform darstellt;
22 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 15 eines Halbleiterbauelements gemäß einer vierten Ausführungsform;
23 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie B-B in 15 des Halbleiterbauelements der vierten Ausführungsform;
24 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem ersten Beispiel einer fünften Ausführungsform darstellt;
25 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform darstellt;
26 ist eine schematische vergrößerte Schnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform eines Bereichs XXVI zeigt, der in 24 von einer gestrichelten Linie umgeben ist;
27 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach jedem Beispiel einer sechsten Ausführungsform darstellt;
28 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem ersten Beispiel der sechsten Ausführungsform darstellt;
29 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem zweiten Beispiel der sechsten Ausführungsform darstellt;
30 ist eine schematische vergrößerte Schnittansicht, die einen Teil eines Halbleiterbauelements gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt;
31 ist eine schematische vergrößerte Schnittansicht, die eine Ausführungsform des Bereichs XXXI zeigt, der in 30 von einer gestrichelten Linie umgeben ist;
32 ist eine schematische vergrößerte Draufsicht, die einen Teil eines Halbleiterbauelements gemäß einer achten Ausführungsform darstellt;
33 ist eine schematische vergrößerte Schnittansicht, die einen Teil des Halbleiterbauelements der achten Ausführungsform darstellt;
34 ist eine schematische Draufsicht, die ein Halbleiterbauelement nach einer neunten Ausführungsform darstellt;
35 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem ersten Beispiel einer zehnten Ausführungsform darstellt;
36 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem zweiten Beispiel der zehnten Ausführungsform darstellt;
37 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem Vergleichsbeispiel für das Halbleiterbauelement des ersten Beispiels der zehnten Ausführungsform darstellt;
38 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem Vergleichsbeispiel für das Halbleiterbauelement des zweiten Beispiels der zehnten Ausführungsform darstellt;
39 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem ersten Beispiel einer elften Ausführungsform darstellt;
40 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem zweiten Beispiel der elften Ausführungsform darstellt;
41 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem dritten Beispiel der elften Ausführungsform darstellt;
42 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem vierten Beispiel der elften Ausführungsform darstellt;
43 ist eine schematische Draufsicht, die ein Halbleiterbauelement nach jedem Beispiel einer zwölften Ausführungsform darstellt;
44 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem ersten Beispiel der zwölften Ausführungsform darstellt, und
45 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterbauelement nach einem zweiten Beispiel der zwölften Ausführungsform darstellt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements ganz oder teilweise nach einem ersten Beispiel einer ersten Ausführungsform in einer Ansicht von oben, nämlich in einer ebenen Ansicht von oben. 2 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1 und zeigt einen laminierten Aufbau einer Leiterplatte 1 und eines Wärmestrahlers 4 in einem Bereich, in dem eine elektronische Komponente 2 und ein Wärmeableiter 3 (später beschrieben) angeordnet sind. Das heißt, wenn 1 einen Teil des Halbleiterbauelements darstellt, zeigt 1 eine Ausführungsform, bei der nur ein Teil des gesamten Halbleiterbauelements ausgeschnitten wird. Gemäß 1 und 2 ist das Halbleiterbauelement 101 nach dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform eine Einrichtung für eine Leistungsumwandlungseinrichtung, die in einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Elektrogerät, einer Industrieeinrichtung und dergleichen angebracht ist. Das Halbleiterbauelement 101 beinhaltet im Wesentlichen die Leiterplatte 1, die elektronische Komponente 2, den Wärmeableiter 3 und den Wärmestrahler 4. Wie nachfolgend beschrieben, hat das Halbleiterbauelement 101 einen Weg, durch den die von der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme von dem Wärmestrahler 4 unterhalb eines Strahlungsdurchgangslochs 15 der Leiterplatte 1 bis unmittelbar unterhalb der elektronischen Komponente 2 nach außen abgeleitet wird und einen Weg, durch den die von der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme von dem Wärmestrahler 4 nach außen abgeleitet wird, nachdem die Wärme an den Wärmeableiter 3 abgegeben wurde. Die Details werden im Folgenden beschrieben. Zunächst wird die Leiterplatte 1 beschrieben.
Die Leiterplatte 1 ist ein flaches plattenförmiges Element, das eine Basis des gesamten Halbleiterbauelements 100 bildet. So hat beispielsweise die Leiterplatte 1 in der Draufsicht eine rechteckige Form. Wie in 2 dargestellt, weist die Leiterplatte 1 eine Isolierschicht 11, eine obere Leiterschicht 12 und eine untere Leiterschicht 13 als eine Vielzahl von Leiterschichten und eine Innenleiterschicht 14 als eine Vielzahl von anderen Leiterschichten auf.
Die Isolierschicht 11 ist ein Element, das die Basis der gesamten Leiterplatte 1 bildet. In der ersten Ausführungsform hat die Isolierschicht 11 eine rechteckige flache Plattenform und besteht beispielsweise aus Glasfasern und einem Epoxidharz. Das Material der Isolierschicht 11 ist jedoch nicht auf Glasfaser und Epoxidharz beschränkt. Alternativ kann beispielsweise die Isolierschicht 11 aus einem Aramidharz und dem Epoxidharz bestehen.
Die obere Leiterschicht 12 ist auf einer der Hauptflächen der Isolierschicht 11 gebildet, nämlich der oberen Hauptfläche in 2. Die untere Leiterschicht 13 ist auf der anderen Hauptfläche auf der der Hauptflächen der Isolierschicht 11 gegenüberliegenden Seite gebildet, nämlich auf der unteren Hauptfläche in 2. Es sind also eine der Hauptflächen 11a und die andere Hauptfläche 11b der Isolierschicht 11 auch die Oberseite der oberen Leiterschicht 12 auf der obersten Oberfläche der gesamten Leiterplatte 1, nämlich die Hauptfläche 11a, und die Unterseite der Leiterschicht 13 auf der untersten Oberfläche der gesamten Leiterplatte 1 die Hauptfläche 11b.
Weiterhin wird in der Isolierschicht 11 die Innenleiterschicht 14 gebildet. Die Innenleiterschicht 14 ist so angeordnet, dass sie vertikal von der oberen Leiterschicht 12 und der unteren Leiterschicht 13 getrennt ist. Die Innenleiterschicht 14 steht gegenüber der oberen Leiterschicht 12 und der unteren Leiterschicht 13, so dass sie im Wesentlichen parallel zur oberen Leiterschicht 12 und unteren Leiterschicht 13 verläuft. Das heißt, die Innenleiterschicht 14 ist den beiden Hauptflächen der Isolierschicht 11 gegenübergestellt und liegt im Wesentlichen parallel zu den beiden Hauptflächen. In 2 sind zwei Innenleiterschichten 14 gebildet. Die Anzahl der Innenleiterschichten 14 ist nicht auf zwei beschränkt, und kann von zwei verschieden sein, oder es muss auch keine Innenleiterschicht 14 gebildet werden. Die Wärmeleitfähigkeit der Innenleiterschicht 14 ist jedoch höher als die der Isolierschicht 11, so dass der Fall, dass die Innenleiterschicht 14 vorgesehen ist, bevorzugter ist als der Fall, dass die Innenleiterschicht 14 nicht in die Wärmeleitfähigkeit der gesamten Leiterplatte 1 einbezogen ist.
Vier Leiterschichten, nämlich eine obere Leiterschicht 12 auf der einen der Hauptflächen, eine untere Leiterschicht 13 auf der anderen Hauptfläche und zwei Innenleiterschichten 14 zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der unteren Leiterschicht 13, werden wie oben beschrieben als eine Vielzahl von Leiterschichten in der Leiterplatte 1 angeordnet, aber die Anzahl der Leiterschichten ist nicht darauf beschränkt. Gleiches gilt für die folgenden Ausführungsformen. Alle Leiterschichten 12, 13, 14 sind entlang der beiden Hauptflächen der Leiterplatte 1 angeordnet (so dass sie im Wesentlichen parallel sind). Die Leiterschichten 12, 13, 14 bestehen aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer, und jede der Leiterschichten 12, 13, 14 hat eine Dicke von etwa 15 µm bis etwa 500 µm. Umgekehrt beinhaltet die Leiterplatte 1 eine Vielzahl von Isolierschichten 11, die durch die Leiterschichten 12, 13, 14 definiert sind.
Auf der Leiterplatte 1 ist die Vielzahl der Strahlungsdurchgangslöcher 15 so ausgebildet, dass sie von der einen der Hauptflächen bis zur anderen Hauptfläche der Isolierschicht 11 führen. Während die vielen Strahlungsdurchgangslöcher 15 in Bezug auf die Richtung entlang der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 voneinander beabstandet sind, werden sie in einem Bereich gebildet, der die elektronische Komponente 2 überlappt, und in einem Bereich, der den Wärmeableiter 3 gesehen von der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 überlappt. Die Leiterplatte 1 wird in einen ersten und einen zweiten Bereich aufgeteilt. Der erste Bereich ist ein Bereich, der die elektronische Komponente 2 von der Seite der einen der Hauptflächen der Leiterplatte 1 aus gesehen überlappt, und der zweite Bereich ist ein Bereich um den ersten Bereich, nämlich ein von der Seite der einen der Hauptflächen der Leiterplatte 1 aus gesehen außerhalb des ersten Bereichs angeordneter Bereich. An dieser Stelle werden die vielen Strahlungsdurchgangslöcher 15 in erste Strahlungsdurchgangslöcher 15a im ersten Bereich und zweite Strahlungsdurchgangslöcher 15b im zweiten Bereich unterteilt.
Das heißt, Strahlungsdurchgangslöcher 15 werden sowohl im ersten Bereich als auch im zweiten Bereich gebildet. Mindestens ein Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern 15 sind die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a, welche die elektronische Komponente 2 von der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aus gesehen überlappt. Mindestens ein weiterer Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern 15 ist sind die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b, welche der Wärmeableiter 3 von der Seite der der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aus gesehen überlappt.
Die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b sind Löcher in einem Teil der Isolierschicht 11, und eine Leiterschicht 15c aus Kupfer oder dergleichen ist an den Innenwandflächen der Löcher ausgebildet. In diesem Fall können die Strahlungsdurchgangslöcher 15 (erste Strahlungsdurchgangslöcher 15a und zweite Strahlungsdurchgangslöcher 15b) je nach Situation sowohl das Loch als auch die Leiterschicht 15c innerhalb des Lochs bedeuten oder nur eines, das Loch oder die Leiterschicht 15c. Das heißt, in 2 sind die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b jeweils ein Loch (hohl) mit Ausnahme der Leiterschicht 15c. Die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b in 2 können jedoch mit einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gefüllt werden, z.B. mit einem leitfähigen Klebstoff, der mit einem Silberfüller oder Lot vermischt ist. In letzterem kann ein Element, wie beispielsweise der leitende Klebstoff, mit dem das Loch gefüllt wird, als Bestandteil der Strahlungsdurchgangslöcher 15 angesehen werden. Wie vorstehend beschrieben, kann jedes Strahlungsdurchgangsloch 15, das durch das Füllen der Strahlungsdurchgangslöcher 15 mit dem leitfähigen Kleber oder dergleichen gebildet wird, die Wärmestrahlung im Vergleich zum Strahlungsdurchgangsloch 15, in dem das Loch hohl ist, verbessern. Denn ein leitfähiges Element wie der leitfähige Klebstoff hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft. Das Halbleiterbauelement, in dem die Öffnung der Strahlungsdurchgangslöcher 15 mit Lot gefüllt sind, wird in einer dritten Ausführungsform beschrieben (wird später beschrieben).
Das Loch der Strahlungsdurchgangslöcher 15 wird zu einer säulenförmigen Form mit einem Durchmesser von z.B. 0,6 mm in der Draufsicht geformt und die Dicke der Leiterschicht 15c auf der Innenwandoberfläche beträgt z.B. 0,05 mm. Das Loch ist nicht auf die säulenförmige Form beschränkt, sondern kann ein viereckiges Prisma oder eine polygonale Form von oben gesehen haben.
Die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b schneiden beide Hauptflächen 11a, 11b der Leiterplatte 1, so dass sie beispielsweise orthogonal zu den beiden Hauptflächen 11a, 11b verlaufen. Die Leiterschichten 12, 13, 14 sind so angeordnet, dass sie sich vom ersten Bereich in den zweiten Bereich der Leiterplatte 1 erstrecken, und sind so vorgesehen, dass sie entlang der beiden Hauptflächen der Leiterplatte 1 liegen, d.h. im Wesentlichen parallel zu den beiden Hauptflächen verlaufen. Aus diesem Grund sind die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b jeweils mit den Leiterschichten 12, 13, 14 verbunden. Umgekehrt sind die Vielzahl der Leiterschichten 12, 13, 14 mit jedem der Vielzahl der Strahlungsdurchgangslöcher 15 querverbunden. Genauer gesagt, sind die Leiterschicht 15c, die an der Innenwandfläche der Öffnung der Strahlungsdurchgangslöcher 15 ausgebildet ist, und die Leiterschichten 12, 13, 14 miteinander querverbunden. Wie hierin verwendet, bedeutet „Querverbindung“, dass die Leiter miteinander verbunden und elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Leiterschichten 12, 13, 14 können so angeordnet werden, dass sie sich flächig über den gesamten Bereich der Leiterplatte 1 diese überlappend verteilen (genau der Bereich mit Ausnahme der Bereiche, die die Öffnungen die Strahlungsdurchgangslöcher 15 in der Leiterplatte 1 überlappen). Vorzugsweise sind die Leiterschichten 12, 13, 14 mindestens in dem Bereich angeordnet, der sich über den Bereich erstreckt, in dem die Strahlungsdurchgangslöcher 15 im ersten und zweiten Bereich vorgesehen sind (genau der Bereich, der sandwichartig zwischen einem Paar von nebeneinander liegenden Strahlungsdurchgangslöchern 15 liegt), und der querverbunden ist mit Strahlungsdurchgangslöchern 15. Das heißt, die Vielzahl der Leiterschichten 12, 13, 14 kann in dem Bereich ausgelassen werden, der den Bereich überlappt, in dem die Strahlungsdurchgangslöcher 15 nicht ausgebildet sind, wie beispielsweise der Bereich 1A in 1, sondern nur in dem Bereich ausgebildet werden, der den Bereich überlappt, in dem die Strahlungsdurchgangslöcher 15 vorgesehen sind (genau der Bereich, der zwischen einem nebeneinander liegenden Paar von Strahlungsdurchgangslöchern 15 liegt).
3 zeigt eine Draufsicht von der Seite der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aus, bevor die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 (wie später beschrieben) angebracht werden. Gemäß 3 sind die Strahlungsdurchgangslöcher 15 nicht unbedingt im gesamten Bereich auf der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 gebildet. Das heißt, Strahlungsdurchgangslöcher 15 werden im Bereich 1A auf der linken Seite in 3 nicht gebildet, nämlich in dem Bereich, in dem ein Leitungsanschluß 21 angeschlossen ist, der die elektronische Komponente 2 anschließt (wird später beschrieben). Allerdings werden die Leiterschichten 12, 13, 14 vorzugsweise so gebildet, dass sie sich sowohl im Bereich 1A als auch in anderen Bereichen, in denen Strahlungsdurchgangslöcher 15 gebildet werden, flach erstrecken. Dadurch wird der Effekt verstärkt, dass die Wärme der elektronischen Komponente 2 in die Leiterschicht strömt.
Der Bereich 1A auf der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 ist ein Bereich, in dem eine Verkabelung (nicht dargestellt) angeordnet ist, weil der Leitungsanschluß 21 der elektronischen Komponente 2 mit dem Bereich A1 verbunden ist. Die Verkabelung verbindet die elektronische Komponente 2 und eine andere Komponente elektrisch. Eine Elektrode 19, die in der gleichen Schicht wie die obere Leiterschicht 12 gebildet ist, wird in der Hauptfläche 11a im Bereich 1A der Leiterplatte 1 gebildet. Der Leitungsanschluß 21 der elektronischen Komponente 2 ist mit den Elektroden 19 durch ein Verbindungsmaterial 7a, wie beispielsweise Lot, verbunden, die in einem Teilbereich des Bereichs 1A der Leiterplatte 1 vorgesehen sind. Wie hierin verwendet, bedeutet das Verbinden, dass eine Vielzahl von Elementen bzw. viele Elemente durch Löten oder dergleichen miteinander verbunden sind.
In den 1 bis 3 stimmen die Zahlen von Strahlungsdurchgangslöcher 15 nicht überein. Es wird jedoch angenommen, dass die Strahlungsdurchgangslöcher 15 in den 1 bis 3 einander entsprechen. Gleiches gilt für die folgenden Zeichnungen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 und 2 sind die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 auf die Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aufgebracht, d.h. die Oberseite der oberen Leiterschicht 12. Die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 (teilweise mit einem Verbindungsmaterial 7a) werden im Folgenden beschrieben.
Das elektronische Bauteil 2 ist ein Gehäuse, in dem mindestens ein Halbleiterchip 22, ausgewählt aus der Gruppe MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), PNP-Transistor, NPN-Transistor, Diode und Steuer-IC (Integrated Circuit), durch eine Harzhülle 23 versiegelt ist. So hat beispielsweise die elektronische Komponente 2 eine rechteckige ebene Form. Da der Halbleiterchip 22 enthalten ist, ist die Wärmeleistung der elektronischen Komponente 2 sehr groß. Aus diesem Grund hat die elektronische Komponente 2 eine Wärmestrahlungsplatte 24, wie in 2 dargestellt. Die Wärmestrahlungsplatte 24 ist mit der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1, nämlich der oberen Leiterschicht 12, durch Verbindungsmaterial 7a, wie beispielsweise ein Lot, verbunden. Somit kann die von dem Halbleiterchip 22 der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme effizient über die Wärmestrahlungsplatte 24 abgestrahlt werden. Wenn die Wärmestrahlungsplatte 24 wie im Halbleiterbauelement 101 vorgesehen ist, weist die elektronische Komponente 2 die Leitungsanschlüsse 21, den Halbleiterchip 22, die Harzhülle 23 und die Wärmestrahlungsplatte 24 auf.
Die Wärmestrahlungsplatte 24 soll die vom Halbleiterchip 22 erzeugte Wärme nach außen übertragen. Aus diesem Grund können beispielsweise, wenn die Wärme des Halbleiterchips 22 von der Seite des Leitungsanschlusses 21 nach außen übertragen werden kann, der Leitungsanschluß 21 als Wärmestrahlungsplatte 24 und der Leitungsanschluß 21 als Wärmestrahlungsplatte 24 eingesetzt werden. Jede Wärmestrahlungsplatte kann verwendet werden, solange die Wärme des Halbleiterchips 22 nach außen übertragen werden kann, auch wenn die Wärmestrahlungsplatte 24 des Halbleiterchips 22 in 2 elektrisch isoliert ist, indem ein Isoliermaterial zwischen Wärmestrahlungsplatte 24 und Halbleiterchip 22 eingelegt wird.
In 2 ist die Wärmestrahlungsplatte 24 so angeordnet, dass ein Teil der Oberseite der Wärmestrahlungsplatte 24 und die Seitenfläche auf der linken Seite in 2 mit der Harzhülle 23 abgedeckt sind. Daher ist die Wärmestrahlungsplatte 24 an der Harzhülle 23 befestigt. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
4 zeigt eine Ausführungsform eines ganzen oder eines Teils des Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform in der Draufsicht, nämlich in der ebenen Ansicht von oben. 5 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4 und zeigt den laminierten Aufbau der Leiterplatte 1 und des Wärmestrahlers 4 im Bereich der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3. Gemäß 4 und 5, da das Halbleiterbauelement 102 des zweiten Beispiels der ersten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101 aufweist, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung entfällt. Im Halbleiterbauelement 102 weist die elektronische Komponente 2 jedoch nicht die Wärmestrahlungsplatte 24 auf, sondern die elektronische Komponente 2 hat eine so genannte Vollverguss-Konfiguration, bei der die gesamte Unterseite der Harzhülle 23 mit Ausnahme eines Teils des Leitungsanschlusses 21 mit dem Verbindungsmaterial 7a an der Unterseite der Wärmestrahlungsplatte 24 ohne Verwendung der Wärmestrahlungsplatte 24 kontaktiert wird. Das Halbleiterbauelement 102 unterscheidet sich in diesem Punkt vom Halbleiterbauelement 101. Das heißt, die elektronische Komponente 2 des Halbleiterbauelements 102 weist den Leitungsanschluß 21, den Halbleiterchip 22 und die Harzhülle 23 auf. Da die Harzhülle 23 kaum durch z.B. das Lot, das das Verbindungsmaterial in der unteren Schicht ist, gebunden wird, hat die Harzhülle 23 eine enge Kontaktkonfiguration, bei der die Harzhülle 23 nur mit dem Verbindungsmaterial in Kontakt steht. Wenn die Harzhülle 23 der elektronischen Komponente 2 mindestens mit dem Verbindungsmaterial in Kontakt steht, kann die Wärmeabstrahlung zur Seite der Leiterplatte 1 aus dem Verbindungsmaterial bis zu einem gewissen Grad sichergestellt werden. Wie hierin verwendet, bedeutet der enge Kontakt, dass viele Elemente miteinander in Kontakt stehen und eine Haltekraft ausüben, die schwächer ist als die Verbindung.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 und 2 hat der Wärmeableiter 3 die Aufgabe, die Wärme von der elektronischen Komponente 2 gesehen von der Oberseite der elektronischen Komponente 2 radial nach außen zu verteilen. Aus diesem Grund hat der Wärmeableiter 3 eine Form, die die Seite des Leitungsanschlusses 21 der rechteckigen elektronischen Komponente 2 umgibt, nämlich drei Seitenflächen mit Ausnahme der linken Seite in 1. Mit dieser Form kann der Wärmeableiter 3 die Effizienz der radialen Ableitung der Wärme aus der elektronischen Komponente 2 erhöhen. Der Wärmeableiter 3 ist jedoch nicht unbedingt auf eine solche Form beschränkt.
Der Wärmeableiter 3 ist mit einer Wärmeableitplatte 31 ausgeführt. Die Wärmeableitplatte 31 wird vorzugsweise aus z.B. Kupfer hergestellt. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit, nämlich die Wärmeabstrahlung der Wärmeableitplatte 31, verbessert werden. Die Wärmeableitplatte 31 kann aus einem keramischen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid, hergestellt werden, wobei an der Oberfläche eine Metallschicht wie Kupfer gebildet wird. Die Wärmeableitplatte 31 kann aus einem Metallmaterial hergestellt sein, in dem eine Vernickelungsschicht und eine Vergoldungsschicht auf der Oberfläche eines beliebigen Legierungsmaterials gebildet sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung und einer Magnesiumlegierung besteht. Die Wärmeableitplatte 31 ist mit der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1, nämlich der oberen Leiterschicht 12 durch Verbindungsmaterial 7a, wie beispielsweise Lot, verbunden. Die elektronische Komponente 2 ist mit der oberen Leiterschicht 12, an der die Wärmeableitplatte 31 befestigt ist, durch ein Verbindungsmaterial 7a verbunden. Der Bereich der oberen Leiterschicht 12, mit dem die Wärmeableitplatte 31 verbunden ist, und der Bereich der oberen Leiterschicht 12, mit dem die elektronische Komponente 2 verbunden ist, sind miteinander verbunden. Aus diesem Grund ist die elektronische Komponente 2 mit der oberen Leiterschicht 12 verbunden, was dem gleichen Teil der oberen Leiterschicht 12 entspricht, mit dem die Wärmeableitplatte 31 verbunden ist. Die elektronische Komponente 2 ist jedoch von oben gesehen an einer anderen Position angebracht als die Wärmeableitplatte 31. Die Wärmeableitplatte 31 und die elektronische Komponente 2 sind elektrisch miteinander verbunden.
Wie in 2 dargestellt, bildet das Verbindungsmaterial 7a zwischen der elektronischen Komponente 2 und dem Wärmeableiter 3 bei Verwendung des Lotes als Verbindungsmaterial 7a an jedem Ende der elektronischen Komponente 2 auf der Seite des Wärmeableiters 3 und an jedem Ende des Wärmeableiters 3 auf der Seite der elektronischen Komponente 2 eine Kehle. Dadurch kann die Dicke des Verbindungsmaterials 7a im Bereich zwischen Wärmestrahlungsplatte 24 und Wärmeableitplatte 31 gegenüber der Dicke des Verbindungsmaterials 7a zwischen elektronischer Komponente 2 und oberer Leiterschicht 12 und der Dicke des Verbindungsmaterials 7a zwischen Wärmeableiter 3 und oberer Leiterschicht 12 erhöht werden.
Das elektronische Bauteil 2, nämlich die Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableiter 3, nämlich die Wärmeableitplatte 31, sind durch Verbindungsmaterial 7a elektrisch und thermisch miteinander verbunden, wie beispielsweise Lot. Die elektrische Verbindung zwischen der elektronischen Komponente 2 und dem Wärmeableiter 3 bedeutet, dass die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 nicht durch ein Isoliermaterial, sondern durch ein Element, das als elektrisch leitfähiges Material bezeichnet wird, wie beispielsweise ein Lot, miteinander verbunden sind, das einen niedrigen elektrischen Widerstand hat. Die thermische Verbindung zwischen der elektronischen Komponente 2 und dem Wärmeableiter 3 bedeutet, dass die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 nicht durch ein Wärmedämmmaterial, sondern durch ein Material, wie beispielsweise ein Lot, miteinander verbunden sind, das einen niedrigen thermischer Widerstand hat.
Genauer gesagt, sind die Wärmestrahlungsplatte 24, die elektronische Komponente 2 und die Wärmeableitplatte 31 des Wärmeableiters 3 in 2 in links-rechts-Richtung miteinander verbunden, wobei das Verbindungsmaterial 7a dazwischen eingefügt ist. Wenn die Wärmeableitplatte 31 aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise einem Metallmaterial, besteht, wird der Strom durch die Wärmeableitplatte 31 geleitet, die mit der elektronischen Komponente 2 durch Verbindungsmaterial 7a, wie beispielsweise Lot, verbunden ist, so dass der Widerstandswert der oberen Leiterschicht 12 auf der Leiterplatte 1 verringert werden kann. Somit kann die Wärmeableitplatte 31 nicht nur die Wärme aus der elektronischen Komponente 2 ableiten, sondern auch einen Leitungsverlust der oberen Leiterschicht 12 und dergleichen reduzieren, der auf der Leiterplatte 1 entsteht. Sowohl die elektronische Komponente 2 als auch der Wärmeableiter 3 sind auf die gleiche Oberfläche, nämlich die Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1, aufgebracht, so dass die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 unabhängig von der Reihenfolge der Verbindung elektronischer Komponenten 2 und Wärmeableiter 3 automatisch aufgebracht werden können, z.B. mit demselben automatischen Komponentenmontierer (Mounter). Aus diesem Grund kann der Prozess der Montage der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3 auf der Leiterplatten 1 vereinfacht und kostengünstig mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden.
Wenn beispielsweise das Gehäuse der elektronischen Komponente 2 ein Halbleitergehäuse TO-252 ist, variiert die Größe des Gehäuses um etwa ± 0,2 mm. Die Variation ist nicht auf die Modellnummer TO-252 beschränkt, aber die Größe des Gehäuses der elektronischen Komponente 2 variiert typischerweise von etwa ±0,01 mm bis ±1 mm. Aus diesem Grund wird vorzugsweise davon ausgegangen, dass der Abstand zwischen der elektronischen Komponente 2 und dem Wärmeableiter 3 größer oder gleich 0,05 mm und kleiner oder gleich 5 mm ist, einschließlich eines Fehlers eines Einstellmaßes des automatischen Komponentenmontierers. Wenn der Abstand zwischen der elektronischen Komponente 2 und dem Wärmeableiter 3 den Betrag von 5 mm überschreitet, erhöht sich der thermische Widerstand zwischen der elektronischen Komponente 2 und dem Wärmeableiter 3 und der Effekt der thermischen Ableitung des Wärmeableiters 3 nimmt ab. Aus diesem Grund ist vorzugsweise der Abstand zwischen elektronischer Komponente 2 und Wärmeableiter 3 kleiner oder gleich 5 mm. Wenn das Einstellmaß des automatischen Komponentenmontierers den großen Fehler aufweist, besteht die Gefahr, dass der Abstand zwischen elektronischer Komponente 2 und Wärmeableiter 3 den Betrag von 5 mm überschreitet. Um einen solchen Fehler zu vermeiden, werden vorzugsweise die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 vor der Montage auf der Leiterplatte 1 temporär fixiert und die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 gleichzeitig mit dem automatischen Komponentenmontierer angebracht. Somit können der Abstand zwischen der elektronischen Komponente 2 und dem Wärmeableiter 3 kleiner oder gleich 5 mm eingestellt und die Ausbeute des Montageprozesses verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Wärmeableiter 3 mit der elektronischen Komponente 2 durch Verbindungsmaterial 7a wie beispielsweise Lot verbunden und mit den Hauptflächen 11a der Leiterplatte 1 verbunden. Somit kann die von der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme in Richtung der Hauptflächen 11a geleitet werden, um radial über das Verbindungsmaterial 7a auf den Wärmeableiter 3 übertragen zu werden. Die elektronische Komponente 2 ist mit den Hauptflächen 11a durch Verbindungsmaterial 7a verbunden. Aus diesem Grund kann nicht nur die Wärme direkt von der elektronischen Komponente 2 auf die Wärmestrahler 4 unmittelbar unter der elektronischen Komponente 2 übertragen werden, sondern die Wärme kann auch vom Wärmeableiter 3 auf den Wärmestrahler 4 unmittelbar unter dem Wärmeableiter 3 nach der Ableitung von der elektronischen Komponente 2 auf den Wärmeableiter 3 übertragen werden.
Die Wärmeverteilungsplatte 31 ist mit der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 durch Verbindungsmaterial 7a verbunden, um die Löcher der Vielzahl der zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b im zweiten Bereich zu schließen, mit Ausnahme der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern 15 der Leiterplatte 1, die von der elektronischen Komponente 2 von oben überlappt werden. Andererseits ist die Wärmestrahlungsplatte 24 der elektronischen Komponente 2 mit der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 durch das Verbindungsmaterial 7a verbunden, und schließt die Löcher der Vielzahl der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a in der Vielzahl der Strahlungsdurchgangslöcher 15 der Leiterplatte 1 im ersten Bereich, die die elektronische Komponente 2 von oben überlappt. Da die Strahlungsdurchgangslöcher 15 in den 1 und 2 im Bereich 1A nicht gebildet werden, ist dort keine Wärmeableitplatte 31 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Wenn Lot als Verbindungsmaterial 7a verwendet wird, das die obigen Elemente verbindet, wird an der Verbindungsstelle zwischen dem Verbindungsmaterial 7a und der elektronischer Komponente 2, die mit dem Verbindungsmaterial 7a verbunden ist, und einer Verbindungsstelle zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der Wärmeableitplatte 31 eine intermetallische Verbindung gebildet, die die Verringerung des thermischen Kontaktwiderstandes an der Verbindungsstelle ermöglicht. Vorzugsweise wird Lot als Verbindungsmaterial 7a verwendet, aber es kann auch ein anderes Material, wie z.B. ein leitfähiger Klebstoff und Nanosilber, das neben Lot eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, verwendet werden.
Vorzugsweise hat der Wärmeableiter 3 eine höhere Biegesteifigkeit als die Leiterplatte 1, nämlich ein großes Produkt aus Young-Modul und Querschnittsekundärmoment. Dadurch kann die Steifigkeit der mit der Leiterplatte 1 und der Wärmeableitplatte 31 im Halbleiterbauelement 101 konstruierten Struktur erhöht werden, und die Leiterplatte 1 kann sich durch äußere Kräfte wie Fixierung und Vibration kaum verformen.
Wenn die Dicke der Wärmeableitplatte 31 verringert wird, wird die Wärmeleitfähigkeit verringert, und die Wärmeabstrahlung der elektronischen Komponente 2 wird unzureichend. Andererseits, wenn die Wärmeableitplatte 31 zu dick ist, kann die Wärmeableitplatte 31 nicht mit demselben Montierer angebracht werden wie dem Montierer, der die elektronische Komponente 2 anbringt. Denn die Dicke der Wärmeableitplatte 31 überschreitet eine Obergrenze der Dicke des Bauteils, das mit dem Montierer montierbar ist. Da in diesem Fall die Wärmeableitplatte 31 nicht mit einem Automaten angebracht werden kann, erhöhen sich die Montagekosten. Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ist vorzugsweise die Dicke der Wärmeableitplatte 31 größer oder gleich 0,1 mm und kleiner oder gleich 100 mm und wird beispielsweise auf 0,5 mm eingestellt.
Die dicke Wärmeableitplatte 31 kann anstelle der Plattenform zu einer Blockform geformt werden. Der Wärmeableiter 3 kann eine Konfiguration aufweisen, bei der eine Vielzahl von Wärmeableitplatten 31 gestapelt sind. Wenn der Wärmeableiter 3 aus üblichen Stapelplatten gebildet wird, können die Herstellungskosten reduziert und die Wärmeabstrahlung des Wärmeableiters 3 verbessert werden.
Der Wärmestrahler 4 wird im Folgenden beschrieben. So ist beispielsweise der Wärmestrahler 4 auf der gesamten Oberfläche der Leiterplatte 1 auf der Seite der Hauptfläche 11b laminiert. Der Wärmestrahler 4 weist ein Wärmestrahlungselement 41 und einen Kühlkörper 42 auf. So können beispielsweise die Leiterplatte 1 und der Wärmestrahler 4 durch Verbindungsmaterial 7a miteinander verbunden werden oder in engem Kontakt miteinander stehen, um einfach einander zu berühren. Im Halbleiterbauelement 101 von 2 sind in 2 exemplarisch die elektronische Komponente 2, die Leiterplatte 1, das Wärmestrahlungselement 41 und der Kühlkörper 42 in dieser Reihenfolge von der Oberseite nach der Unterseite in 2 laminiert. Im Gegensatz dazu können der Kühlkörper 42 und das Wärmestrahlungselement 41 in 2 jedoch sequentiell von der Oberseite nach der Unterseite laminiert sein. Das heißt, die Laminierreihenfolge von Wärmestrahlungselement 41 und Kühlkörper 42 im Wärmestrahler 4 spielt keine Rolle.
Wenn der Wärmestrahler 4 auf die gesamte Oberfläche der Leiterplatte 1 auf der Seite der Hauptfläche 11b laminiert wird, ist der Wärmestrahler 4 so angeordnet, dass alle ersten wärmeabstrahlenden Durchgangslöcher 15a und zweiten wärmeabstrahlenden Durchgangslöcher 15b der Leiterplatte 1 in der Draufsicht überlappen. In der ersten Ausführungsform ist jedoch zumindest ein Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern 15 so angeordnet, dass sie den Wärmestrahler 4 von der Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 aus gesehen überlappen. In diesem Sinne kann der Wärmestrahler 4 eine Ausführungsform aufweisen, die nur mit mindestens einem Teil der Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 überlappt. So können beispielsweise die Wärmestrahlungselemente 41 und der Kühlkörper 42 so angeordnet sein, dass sie nur im Bereich der sich überlappenden elektronischen Komponente 2 in der Draufsicht und dem daran angrenzenden Bereich eng mit der Hauptfläche 11b in Kontakt kommen.
Vorzugsweise besteht das Wärmestrahlungselement 41 aus einem Material mit elektrischer Isolationsfähigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit. Insbesondere wird das Wärmestrahlungselement 41 vorzugsweise durch eine Schicht gebildet, in der Partikel aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder dergleichen in einem Silikonharz vermischt sind. Denn Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid hat eine gute Wärmeleitfähigkeit und elektrisches Isolationsvermögen. Das Wärmestrahlungselement 41 kann jedoch anstelle der Schicht als Fett (-lage) oder als Klebstoff ausgebildet sein. Das Wärmestrahlungselement 41 kann ein silikonfreies Harz sein, solange die Wärmeleitfähigkeit hoch ist.
Das Wärmestrahlungselement 41 kann mit einer Leiterschicht mit guter Wärmeleitfähigkeit und einer elektrischen Isolierschicht aufgebaut werden. Das Wärmestrahlungselement 41 leitet die Wärme von der elektronischen Komponente 2 an die Außenseite der elektronischen Komponente 2 durch die Wärmeableitplatte 31 und die übertragene Wärme wird durch die Strahlungsdurchgangslöcher 15 auf die untere Leiterschicht 13 der Leiterplatte 1 übertragen. Wenn das Wärmestrahlungselement 41 die Leiterschicht zur Ableitung der Wärme aufweist, kann die Wärme in der Draufsicht durch die Leiterschicht weiter radial nach außen geleitet werden.
Der Kühlkörper 42 ist ein rechteckiges Flachplattenelement aus einem metallischen Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit. Der Kühlkörper 42 kann beispielsweise ein Gehäuse, ein Wärmerohr oder eine Kühlrippe sein. Insbesondere wird der Kühlkörper 42 vorzugsweise aus z.B. Aluminium hergestellt. Der Kühlkörper 42 kann aber auch aus Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung bestehen. Der Kühlkörper 42 ist unmittelbar unter oder unmittelbar über dem Wärmestrahlungselement 41 angeordnet. Aus diesem Grund ist der Kühlkörper 42 in 2 über das Wärmestrahlungselement 41 mit der Leiterplatte 1 thermisch verbunden. Das heißt, das Wärmestrahlungselement 41 berührt die obere oder untere Hauptfläche, steht in engem Kontakt mit ihr oder ist mit der oberen oder unteren Hauptfläche des Kühlkörpers 42 verbunden. Obwohl nicht gezeigt, ist vorzugsweise ein wasser- oder luftgekühlter Kühlmechanismus auf der Unterseite des Kühlkörpers 42 vorgesehen und berührt den Kühlkörper 42.
Die 6 bis 8 sind schematische Schnittansichten, die eine Ausführungsform in jedem Verfahrensschritt bei der Herstellung des Halbleiterbauelements 101 des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform veranschaulichen. Unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements 101 skizziert, das sich insbesondere auf den Prozess der Montage der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3 konzentriert.
Gemäß 6 wird die Leiterplatte 1 nach 2 vorbereitet und Lötpaste 6a auf die Hauptflächen 11a, nämlich die obere Leiterschicht 12, aufgebracht. Vorzugsweise werden in jedem Bereich zwischen einem Paar benachbarter Strahlungsdurchgangslöcher 15 mehrere Lötpasten-Punkte 6a aufgetragen, die auf der Leiterplatte 1 in Form von Punkten in der Draufsicht gebildet werden. Vorzugsweise wird die Lötpaste 6a nach einem bekannten Druckverfahren in einem Bereich gedruckt, der um mehr als oder gleich 100 µm in Richtung der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 von den Außenkanten jedes Lochs der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern 15 getrennt ist.
Die Lötpaste 6a wird wie in 6 dargestellt auf die Leiterplatte 1 aufgebracht, indem ein bekannter Lötdruckprozess mit einer Metallmaske durchgeführt wird.
Gemäß 7 werden die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3, nämlich die Wärmeableitplatte 31 auf die Lötpaste 6a aufgesetzt, und in diesem Zustand wird ein bekannter Umschmelzprozeß durchgeführt. Der Prozess der Montage der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3 wird als automatischer Prozess durch den Montierer durchgeführt. Lötpaste 6a schmilzt und fließt entlang der Oberfläche der oberen Leiterschicht 12, nämlich der Hauptfläche 11a im Umschmelzverfahren, und wird als schichtförmiges Verbindungsmaterial 7a ausgebildet. An dieser Stelle fließt das schmelzende und fließende Verbindungsmaterial 7a nicht in die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b. Denn die Lötpaste 6a wird im Bereich abseits der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b im Prozess von 6 gedruckt. Obwohl das Verbindungsmaterial 7a unmittelbar unter die Harzhülle 23 der elektronischen Komponente 2 fließt, wird das Verbindungsmaterial 7a nicht mit dem Harzmaterial verbunden, sondern berührt und kontaktiert einfach die Harzhülle 23 eng. Das Verbindungsmaterial 7a verbindet die Wärmestrahlungsplatte 24 und die Wärmeableitplatte 31 der elektronischen Komponente 2 mit der oberen Leiterschicht 12. Das Verbindungsmaterial 7a verbindet die Leitungsanschlüsse 21 der elektronischen Komponente 2 mit der Elektrode 19 der Leiterplatte 1. Ein optischer Inspektionsschritt zur Überprüfung des Montagezustandes erfolgt nach der Verbindung mit dem Verbindungsmaterial 7a.
Gemäß 8 sind das Wärmestrahlungselement 41 und der Kühlkörper 42 in dieser Reihenfolge von der Oberseite zur Unterseite so angeordnet, dass sie in engem Kontakt miteinander und in Kontakt mit der unteren Leiterschicht 13 der Leiterplatte 1 stehen, wodurch der Wärmestrahler 4 gebildet wird. Umgekehrt können der Kühlkörper 42 und das Wärmestrahlungselement 41 so laminiert werden, dass zur Bildung des Wärmestrahlers 4 der Kühlkörper 42 auf der Oberseite und das Wärmestrahlungselement 41 auf der Unterseite angeordnet sind. Alternativ können der Kühlkörper 42 und das Wärmestrahlungselement 41 durch Verbindungsmaterial 7a oder dergleichen miteinander verbunden werden. Dadurch entsteht das Halbleiterbauelement 101 nach 2.
Mit Bezug auf die 9 bis 14 wird im Folgenden die vorteilhafte Wirkung der ersten Ausführungsform beschrieben. Manchmal überschneiden sich die Inhalte der Beschreibung jedes Elements teilweise.
9 zeigt Wärmeleitungs-Pfade des gesamten Halbleiterbauelements 101 von oben gesehen. 10 zeigt Wärmeleitungs-Pfade in einer Schnittansicht des Halbleiterbauelements 101 entlang der Linie X-X in 9. Gemäß 9 und 10 wird ein Teil der von der elektronischen Komponente 2 durch den Betrieb des Halbleiterbauelements 101 erzeugten Wärme nach unten (zur Seite des Wärmestrahlers 4) durch die in der Leiterplatte 1 unterhalb der elektronischen Komponente 2 gebildeten Strahlungsdurchgangslöcher 15a geleitet, wie durch einen Wärme-Pfeil H1 in 10 dargestellt. Obwohl nicht gezeigt, durchströmt die Wärme H1 auch die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 oder Innenleiterschicht 14, so dass die Wärme H1 radial zum zweiten Bereich ringsum die elektronische Komponente 2 (außen) in 10 geleitet wird.
Ein weiterer Teil der von der elektronischen Komponente 2 erzeugten Wärme wird zur Wärmeableitplatte 31 geleitet, die mit der elektronischen Komponente 2 unter Einfügung von Verbindungsmaterial 7a verbunden ist, und zwar in der Richtung entlang der Hauptfläche, die durch einen Wärme-Pfeil H2 in den 9 und 10 angezeigt wird, und radial in der Richtung entlang der Hauptfläche in der Wärmeableitplatte 31. Denn das Verbindungsmaterial 7a zum Verbinden der elektronischen Komponente 2 und der Wärmeableitplatte 31 ist ein leitfähiges Material wie z.B. ein Lot und weist eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit auf. Die auf die Wärmeableitplatte 31 übertragene Wärme wird nach unten (auf der Seite des Wärmestrahlers 4) durch die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b geleitet, die in der Leiterplatte 1 unterhalb der Wärmeableitplatte 31 ausgebildet sind. Ein Teil der Wärme H2, der durch die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b geht, geht durch die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 oder die Innenleiterschicht 14, wobei der Teil der Wärme H radial in Richtung des zweiten Bereichs um die (äußere) elektronische Komponente 2 herum in 10 verteilt wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der ersten Ausführungsform die Wärme der elektronischen Komponente 2 auf zwei Wegen übertragen, nämlich einem Weg (der Weg der Wärme H1, der durch den Pfeil angezeigt wird), auf dem die Wärme nach unten übertragen wird (die Seite des Wärmestrahler-Bereichs 4), durch die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und einem Weg (der Weg der Wärme H2, der durch den Pfeil angezeigt wird), auf dem die Wärme nach außen (zweite Bereichsseite) durch die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b geleitet wird. Der Grund, warum die Wärme auf diese Weise über die beiden Strecken geleitet werden kann, ist auf die folgende Tatsache zurückzuführen. Die Wärmeableitplatte 31 wird ähnlich wie die elektronische Komponente 2 auf die Hauptflächen 11a aufgebracht, so dass die in der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme H2 hocheffizient über Verbindungsmaterial 7a auf die Wärmeableitplatte 31 übertragen und von der Wärmeableitplatte 31 auf den Wärmestrahler 4 übertragen werden kann. Dies liegt auch daran, dass die Strahlungsdurchgangslöcher 15a, 15b, die sich in Richtung der Schnittfläche der Hauptfläche der Leiterplatte 1 erstrecken, und die Leiterschichten 12, 13, 14, die sich entlang der Hauptfläche erstrecken, miteinander querverbunden sind. Dieser Effekt wird durch die Existenz der Wärmeableitplatte 31 und des Wärmestrahlers 4 auf der Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 noch verstärkt.
Die Wärme H1 und die Wärme H2 strömen nach unten in der Leiterplatte 1, erreichen die untere Leiterschicht 13 im Bereich unmittelbar unter der elektronischen Komponente 2 und der Wärmeableitplatte 31 und dem Bereich außerhalb der elektronische Komponente 2 und der Wärmeableitplatte 31. Anschließend werden die Wärme H1 und die Wärme H2 über das untere Wärmestrahlungselement 41 zum Kühlkörper 42 geleitet. Obwohl nicht gezeigt, werden die Wärme H1 und die Wärme H2, die zum Kühlkörper 42 geleitet werden, auf einen wasser- oder luftgekühlten Kühlmechanismus abgeleitet, der auf der Unterseite in 10 vorgesehen ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist im Halbleiterbauelement 101 der ersten Ausführungsform die Wärmeableitplatte 31 ähnlich wie die elektronische Komponente 2 auf die Hauptflächen 11a aufgebracht, und die Wärme der elektronischen Komponente 2 kann über die Strecke durch die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die Strecken durch die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b nach unten abgestrahlt werden. Aus diesem Grund kann der Wirkungsgrad der nach unten gerichteten Wärmestrahlung gegenüber dem Fall, dass die Wärme nur aus den ersten Strahlungsdurchgangslöchern 15a unmittelbar unter der elektronischen Komponente 2 abgestrahlt werden kann oder dass die Wärme nur aus den zweiten Strahlungsdurchgangslöchern 15b fernab der elektronischen Komponente 2 abgestrahlt werden kann, erheblich gesteigert werden.
Insbesondere der Effekt, der den Wärmestrahlungswirkungsgrad aus den zweiten Strahlungsdurchgangslöchern 15b im Halbleiterbauelement 101 der ersten Ausführungsform erhöht, ist durch die Anbringung der Wärmeableitplatte 31 sehr groß. Im Vergleich zu dem Fall, dass die Wärmeableitplatte 31 nicht angebracht wird, kann die Wärme durch das Wärmestrahlungselement 41 durch die Anbringung der Wärmeableitplatte 31 effizient an den Kühlkörper 42 abgegeben werden.
Im Halbleiterbauelement 101 der ersten Ausführungsform, wie beispielsweise in den 1 und 9 dargestellt, können Strahlungsdurchgangslöcher 15 nicht nur im Bereich unmittelbar unterhalb der Wärmeableitplatte 31, sondern auch außerhalb der Wärmeableitplatte 31 gebildet werden. Somit wird nicht nur die von der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme durch die Strahlungsdurchgangslöcher 15 in den Bereichen unmittelbar unter der elektronischen Komponente 2 und der Wärmeableitplatte 31 nach unten übertragen, sondern auch die von der Wärmeableitplatte 31 nach außen geleitete Wärme kann durch die Strahlungsdurchgangslöcher 15 unmittelbar unter der Wärmeableitplatte 31 nach unten übertragen werden.
Wie vorstehend beschrieben, können die Leiterschichten 12, 13, 14 die Wärme H1 und H2 der elektronischen Komponente 2 ähnlich wie die Wärmeableitplatte 31 radial zu einer äußeren Umfangsseite verteilen.
Wie oben beschrieben, werden durch die Abstrahlung der Wärme nach außen die Fläche des wärmeabstrahlenden Bereichs vergrößert und die Wirkung, die die Wärmeabstrahlung verstärkt, weiter verstärkt. Somit kann die Wärmeabstrahlung weiter verbessert werden, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Kühlkörper 42 und der Leiterplatte 1 ausreichend vergrößert werden kann.
Unter Bezug auf 11 wird nun beschrieben, wie sehr sich der Wirkungsgrad der Wärmeabstrahlung durch das Vorhandensein beider, der Strahlungsdurchgangslöcher 15 und der Wärmeableitplatte 31 im Vergleich zu dem Fall verbessert, dass nur die Strahlungsdurchgangslöcher 15 bereitgestellt werden. Insbesondere wird das Ergebnis dargestellt, dass der Strahlungswiderstand in der Wärmeleitung unter Verwendung des thermischen Widerstandswertes in Bezug auf die Konfiguration des Halbleiterbauelements 101 mit Strahlungsdurchgangslöchern 15 und Wärmeableitplatte 31 und als Vergleichsbeispiel die Konfiguration ohne zweite Strahlungsdurchgangslöcher 15b und Wärmeableitplatte 31 (aber nur mit ersten Strahlungsdurchgangslöchern 15a) betrachtet wird.
Wie hierin verwendet, ist der Begriff „Wärmewiderstand“ ein Index, der den Widerstand der Leitung einer Temperatur darstellt, und bedeutet einen Temperaturanstiegswert pro Einheit Wärmewert. Im Halbleiterbauelement 101 der ersten Ausführungsform ist der Wärmewiderstand (R_th) in vertikaler Richtung im Bereich der elektronischen Komponente 2 bis zum Kühlkörper 33 durch die folgende Gleichung (1) gegeben. In der Gleichung (1) sind S_i (m²) eine Wärmeübertragungsfläche jedes Elements, l_i (m) ist eine Dicke jedes Elements, λ_i (W/(m·K)) ist die Wärmeleitfähigkeit jedes Elements, Q (W) ist eine Menge der durchgehenden Wärme, und Thi (K) und Tl_i (K) sind die Temperaturen auf der Hoch- und der Niedertemperaturseite.
Mathematische Formel 1 $R_{t h} = Σ \frac{l_{i}}{λ_{i} S_{i}} = Σ \frac{T h_{i} - T l_{i}}{Q}$
Ein Modell zur Berechnung des thermischen Widerstandes wird im Folgenden beschrieben. Die Leiterplatte 1 hat die Größe von 25 × 25 mm von oben gesehen und die Dicke von 1,65 mm. Die elektronische Komponente 2 hat die Größe von 10 × 10 mm von oben gesehen, und die elektronische Komponente 2 ist mit einem zentralen Bereich der Leiterplatte 1 verbunden (wenn auch anders als in den 1 und 4). Das heißt, der Kantenabstand bei Betrachtung der elektronischen Komponente 2 von oben ist im Wesentlichen gleich dem Kantenabstand bei Draufsicht-Betrachtung der Leiterplatte 1 im Wesentlichen parallel zu den Kanten der elektronischen Komponente 2. Jedes der Elemente obere Leiterschicht 12, untere Leiterschicht 13 und Innenleiterschicht 14 weist eine Vier-Schicht-Struktur mit der Dicke von 105 µm auf (siehe 2). In der Leiterplatte 1 sind 25 erste Strahlungsdurchgangslöcher 15a in gleichen Abständen unmittelbar unter der elektronischen Komponente 2 angeordnet, und 63 zweite Strahlungsdurchgangslöcher 15b sind in gleichen Abständen um die Strahlungsdurchgangslöcher 15a herum angeordnet. Die Strahlungsdurchgangslöcher 15 haben eine zylindrische Form, die Öffnung jeder ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a hat von oben gesehen einen Durchmesser von 0,6 mm und die Leiterschicht an der Innenwandoberfläche des Lochs hat eine Dicke von 0,05 mm.
Die Wärmeableitplatte 31 des Wärmeableiters 3 im obigen Modell hat eine Außengröße von 5 × 15 mm und eine Dicke von 1 mm von oben gesehen und ist so angeordnet, dass sie die elektronische Komponente 2 umgibt, und deckt die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b von oben ab. Die elektronische Komponente 2 und die Wärmeableitplatte 31, die in Richtung entlang der Hauptfläche ausgerichtet sind, sind durch Verbindungsmaterial 7a aus Lot miteinander verbunden. Das Wärmestrahlungselement 41 hat die Größe von 5 mm × 15 mm von oben gesehen und eine Dicke von 0,4 mm.
Im obigen Modell sind die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13, die Innenleiterschicht 14, die Leiterschicht 15c und die Wärmeableitplatte 31 aus Kupfer gefertigt und haben eine Wärmeleitfähigkeit von 398 W/(m·K). Das Wärmestrahlungselement 41 hat eine Wärmeleitfähigkeit von 2,0 W/(m·K).
Das Modell des Halbleiterbauelements 101 der ersten Ausführungsform und das Modell des Vergleichsbeispiels unterscheiden sich nur in der Anzahl der Strahlungsdurchgangslöcher 15 (das Vergleichsbeispiel beinhaltet nur die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a, die erste Ausführungsform beinhaltet die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b) und die Existenz der Wärmeableitplatte 31, und das Modell des Halbleiterbauelements 101 der ersten Ausführungsform und das Modell des Vergleichsbeispiels sind in den übrigen Konfigurationsdetails einschließlich der Größen identisch.
Für die obigen Modelle wurden der thermische Widerstandswert für das Halbleiterbauelement 101 und das Vergleichsbeispiel durch eine Thermoanalysesoftware basierend auf der Gleichung (1) simuliert. 11 zeigt das Ergebnis. „ref“ in 11 stellt das Modell des Vergleichsbeispiels dar, „Loch + Wärmeableitplatte“ stellt das Modell des Halbleiterbauelements 101 der ersten Ausführungsform dar, und die vertikale Achse stellt das Simulationsergebnis des thermischen Widerstands dar. Gemäß 11 sind die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b und die Wärmeableitplatte 31 wie beim Halbleiterbauelement 101 der ersten Ausführungsform vorgesehen, wodurch der thermische Widerstand um ca. 53% reduziert werden kann im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel, in dem die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b und die Wärmeableitplatte 31 nicht vorgesehen sind. Da der geringe Wärmewiderstand eine hohe Wärmeabstrahlung bedeutet, zeigt sich an diesem Ergebnis, dass die Wärmeabstrahlung gegenüber dem Vergleichsbeispiel verbessert wird, wenn die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b und die Wärmeableitplatte 31 wie beim Halbleiterbauelement 101 der ersten Ausführungsform vorgesehen werden.
Unter Bezugnahme auf 12 bis 14 wird im Folgenden ein Untersuchungsergebnis des Bereichs, in dem die mit der Wärmeableitplatte 31 verbundenen Strahlungsdurchgangslöcher 15 angebracht werden sollen, beschrieben. 12 und 13 veranschaulichen im Wesentlichen das gleiche Modell wie das Halbleiterbauelement 101 der ersten Ausführungsform zur Berechnung des Wärmewiderstands und die Abstände zwischen der Kante in jede Richtung bei Betrachtung der elektronischen Komponente 2 von oben und der äußersten Kante in jede Richtung der Wärmeableitplatte 31 von außen bei Betrachtung der elektronischen Komponente 2 von oben sind mit L1, L2, L3 bezeichnet. Wie vorstehend beschrieben, sind im Modell, da die Abstände zwischen den Kanten in jeder Richtung bei Betrachtung der elektronischen Komponente 2 von oben und den benachbarten Kanten in jeder Richtung der Wärmeableitplatte 31 im Wesentlichen gleich sind, die Abstände L1 bis L3 im Wesentlichen gleich. Im Halbleiterbauelement 101 sind im Wesentlichen keine zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b im Bereich 1A gebildet (siehe 1), und zweite Strahlungsdurchgangslöcher 15b existiert nicht auf der Seite der Dimension L4 in den 12 und 13. Das Maß L4 wird jedoch wie bei den anderen Richtungen als Referenz angegeben.
Die horizontale Achse des Diagramms in 14 zeigt den Abstand von jeder Kante (entsprechend einer rechteckigen Seite) in der Draufsicht der elektronischen Komponente 2 zum äußersten Bereich der Wärmeableitplatte 31 auf der Seite der drei Richtungen L1 bis L3, in denen die Wärmeableitplatte 31 angeordnet ist, und die vertikale Achse des Diagramms zeigt den thermischen Widerstandswert des Halbleiterbauelements 101 jedes Modells an. Gemäß 14 wird mit zunehmender Größe L1 bis L3 (d.h. mit erweitertem Bereich, in dem die Wärmeableitplatte 31 und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b gebildet werden) der Wärmewiderstand verringert, was den Wärmestrahlungswirkungsgrad verbessert. Wie aus 14 ersichtlich, ist jedoch die Abnahme des Wärmewiderstandswertes „gesättigt“, wenn die Werte von L1 bis L3 20 mm werden, und die Änderungsmenge des Wärmewiderstands ist kleiner als die in dem Bereich, in dem L1 bis L3 kleiner oder gleich 20 mm sind, auch wenn die Werte von L1 bis L3 weiter erhöht werden, um die Wärmeableitplatte 31 und die Strahlungsdurchgangslöcher 15 durch Verbindungsmaterial 7a in dem Bereich zu verbinden, in dem L1 bis L3 größer oder gleich 20 mm sind.
Vorzugsweise ist die Wärmeableitplatte 31 so angeordnet, dass sie mit den zweiten Strahlungsdurchgangslöchern 15b in den Bereichen der Abstände L1 bis L3 verbunden ist, nämlich im Abstandsbereich von weniger als oder gleich 20 mm vom Rand der elektronischen Komponente 2.
In der ersten Ausführungsform werden nicht nur die Strahlungsdurchgangslöcher 15a im ersten Bereich der Leiterplatte 1 gebildet, sondern auch die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b im zweiten Bereich um den ersten Bereich. Dadurch verringert sich die mechanische Steifigkeit der Leiterplatte 1 im Vergleich zu dem Fall, dass keine zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b gebildet werden. Die Biegesteifigkeit der mit der Leiterplatte 1 und der Wärmeableitplatte 31 aufgebauten Struktur wird jedoch höher als die der einzelnen Leiterplatte 1, indem die Wärmeableitplatte 31 mit der oberen Leiterschicht 12 auf der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 mit Verbindungsmaterial 7a verbunden wird. Dadurch kann die Verformung der Leiterplatte 1 verhindert werden.
Ausführungsform 2
15 zeigt insgesamt eine Ausführungsform eines Ganzen oder eines Teils eines Halbleiterbauelements von jeweils zweiten bis fünften Ausführungsformen von oben, nämlich in der Draufsicht von oben. 16 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 15 in der zweiten Ausführungsform und zeigt eine Laminatstruktur der Leiterplatte 1 und des Wärmestrahlers 4 im Bereich der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3. Da das Halbleiterbauelement 201 der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101 aufweist, wird das gleiche Bauteil mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung entfällt. Im Halbleiterbauelement 201 sind jedoch beispielsweise kreisförmige Vorsprünge 8 gebildet, welche die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b im Bereich neben den ersten Strahlungsdurchgangslöchern 15a und den zweiten Strahlungsdurchgangslöchern 15b von oben gesehen auf der oberen und unteren Leiterschicht 12 umgeben. Das Halbleiterbauelement 201 unterscheidet sich vom Halbleiterbauelement 101, das in diesem Punkt die Vorsprünge 8 nicht aufweist.
Jeder Vorsprung 8 ist beispielsweise mit einem Lötstopplack hergestellt und hat eine Form, die sich in 16 von der oberen Leiterschicht 12 nach oben erstreckt. Wie vorstehend beschrieben, ist in der zweiten Ausführungsform jeder Vorsprung 8 auf der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 angeordnet. Die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 sind so angeordnet, dass sie jeden Vorsprung 8 von der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aus gesehen überlappen. Jeder Vorsprung 8 ist am Umfang der Strahlungsdurchgangslöcher 15 in der Draufsicht so gebildet, dass er in der Schnittansicht von 16 eine kreisförmige oder elliptische Form aufweist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Kreisform oder die elliptische Form beschränkt. So kann beispielsweise jeder Vorsprung 8 in der Schnittansicht von 16 rechteckig geformt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements 201 der zweiten Ausführungsform, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung der Vorsprünge 8 wird kurz beschrieben. Jeder Vorsprung 8 kann beispielsweise ein Lötstopplack sein, der durch den bekannten Resistdruck in einem Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte gebildet wird, oder ein Muster, das durch bekannten Siebdruck oder Symboldruck gebildet wird. Da die Vorsprünge 8 durch einen allgemeinen Leiterplattenherstellungsprozess gebildet werden können, können sie kostengünstig und ohne Einsatz eines speziellen Verfahrens hergestellt werden, wenn Lötstopplack oder das Muster verwendet wird. Zusätzlich zum Lötstopplack, dem Siebdruck oder dem Symboldruck kann als Vorsprung 8 eine Harzschicht oder eine geeignete Kombination derselben gebildet werden. Zusätzlich kann jeder Vorsprung 8 in die in 16 von der oberen Leiterschicht 12 nach oben gerichtete Form geformt werden, und als Vorsprung 8 kann ein Material verwendet werden, das durch das Verbindungsmaterial 7a, das Lot, kaum benetzbar ist. Die elektronische Komponente 2 und die Wärmeableitplatte 31 werden auf den Vorsprüngen 8 auf der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 so platziert und verbunden, dass sie die Vorsprünge 8 überlappen.
Ein vorteilhafter Effekt der zweiten Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben. Die zweite Ausführungsform hat neben den gleichen Effekten wie die erste Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Effekte.
Wenn die Vorsprünge 8 wie im Halbleiterbauelement 201 gebildet werden, verhindern die Vorsprünge 8 einen Defekt, wenn die Lötpaste 6a (siehe 6) in die Löcher der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a eindringt. Durch die Bildung der Vorsprünge 8 wird der Abstand zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableitplatte 31 in vertikaler Richtung in 16 gegenüber dem Fall vergrößert, in welchem die Vorsprünge 8 nicht gebildet werden. Im Bereich des Intervalls wird das Verbindungsmaterial 7a, in dem die Lötpaste 6a geschmolzen wird, unter Spannung mit der Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableitplatte 31 verbunden, und wird zur Oberseite, nämlich zu den Seiten der Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableitplatte 31, gezogen. Aus diesem Grund fließt im Bereich zwischen der obersten Leiterschicht 12 und der Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableitplatte 31 das Verbindungsmaterial 7a in die Strahlungsdurchgangslöcher 15, was die Möglichkeit reduziert, dass Verbindungsmaterial 7a auf die Innenwandoberfläche der Strahlungsdurchgangslöcher 15 fließt. Dadurch kann die Möglichkeit, dass Verbindungsmaterial 7a die obere Leiterschicht 12 und den Kühlkörper 42 unmittelbar unterhalb der oberen Leiterschicht 12 kurzschließt, reduziert werden, was die Zuverlässigkeit des gesamten Halbleiterbauelements 201 erhöht.
Das elektronische Bauteil 2 und die Wärmeableitplatte 31 sind die Vorsprünge 8 überlappend auf der oberen Leiterschicht 12 angeordnet, was die Kontrolle des Intervalls des Bereichs zwischen oberer Leiterschicht 12 und der Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableitplatte 31 in vertikaler Richtung der 16 ermöglicht. Das heißt, der Abstand zwischen der elektronischen Komponente 2 und der Wärmeableitplatte 31, die auf der Leiterplatte 1 und der oberen Leiterschicht 12 befestigt sind, kann durch Ändern einer Druckposition oder einer Druckdicke des Lötstopplackes oder des Siebdrucks der Vorsprünge 8 gesteuert werden. Die Dicke des Verbindungsmaterials 7a auf der oberen Leiterschicht 12 kann durch die Vorsprünge 8 gesteuert werden, und die Qualität des Verlötens mit dem Verbindungsmaterial 7a kann verbessert werden. Das Verbindungsmaterial 7a breitet sich im Bereich zwischen der obersten Leiterschicht 12 und der Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableitplatte 31 entlang der Hauptfläche aus. Das Verbindungsmaterial 7a fließt nicht in die Strahlungsdurchgangslöcher 15, und das Verbindungsmaterial 7a erreicht somit nicht die Seite der unteren Leiterschicht 13. Aus diesem Grund kann die gute Kehlenbildung durch das Verbindungsmaterial 7a im Verbindungsabschnitt zwischen der Wärmestrahlungsplatte 24 der elektronischen Komponente 2 und der Wärmeableitplatte 31 des Wärmeableiters 3 und der Leiterplatte 1 erreicht werden. Somit kann durch eine optische Prüfung leicht festgestellt werden, ob der Verbindungszustand des Verbindungsmaterials 7a gut oder schlecht ist. Insbesondere für den Fall, dass die elektronische Komponente 2 oder dergleichen von einem Automaten angebracht wird, kann die Effizienz der optischen Inspektion zur Überprüfung des Montagezustandes erheblich verbessert werden.
Wenn die Vorsprünge 8 eines Resists mit kleinem Durchmesser in einem Bereich angrenzend an die Strahlungsdurchgangslöcher 15, diese umgebend, gebildet werden, wirkt jeder Vorsprung 8 wasserabweisend. Denn der Resist ist mit dem Lot nicht benetzbar im Vergleich zur Wärmestrahlungsplatte 24, zur Wärmeableitplatte 31 und zur oberen Leiterschicht 12, die für das Verbindungsmaterial 7a eine gute Benetzbarkeit durch Lot aufweisen. Da die umliegenden Strahlungsdurchgangslöcher 15 nicht mit dem Lot benetzbar sind, kann verhindert werden, dass das Verbindungsmaterial 7a, also das geschmolzene Lot, von der Hauptfläche 11a zur Hauptfläche 11b in die Strahlungsdurchgangslöcher 15 fließt. Somit kann nicht nur ein durch das Lot verursachter Kurzschluss wie oben beschrieben verhindert werden, sondern auch das Loch als Strahlungsdurchgangsloch 15 bleibt, um ein im Verbindungsmaterial 7a enthaltenes Fluss-Gas durch die Strahlungsdurchgangslöcher 15 problemlos nach außen abzuleiten. Aus diesem Grund kann der Verbleib eines Spaltes durch das Fluss-Gas im Verbindungsmaterial 7a verhindert werden.
Die Vorsprünge 8 können nicht nur angrenzend an die Strahlungsdurchgangslöcher 15, sondern auch an jeder beliebigen Stelle zwischen der Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableitplatte 31 und der oberen Leiterschicht 12 gebildet werden. Dadurch können die Montagehöhen der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3, die auf der Leiterplatte 1 gegenüber der Leiterplatte 1 angebracht sind, konstant gehalten werden. Durch die Bereitstellung der Vorsprünge 8 als Symbolmarken an vier Ecken des Bereichs, in dem die elektronische Komponente 2 und der Wärmeableiter 3 -von der Hauptfläche aus gesehen- auf der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 angebracht sind, können die elektronische Komponente 2 und die Wärmeableitplatte 31 so angeordnet und angebracht werden, dass die oberen Leiterschichten 12 der Leiterplatte 1 im Wesentlichen parallel zu den Hauptflächen der elektronischen Komponente 2 und der Wärmeableitplatte 31 sind.
Ausführungsform 3
17 ist eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform entlang der Linie A-A in 15. Da das Halbleiterbauelement 301 der dritten Ausführungsform gemäß 17 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101 aufweist, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung entfällt. Beim Halbleiterbauelement 301 wird Verbindungsmaterial 7a mit einem Volumen von mehr als oder gleich 1/3 des Volumens des Inneren mindestens eines Teils der vielen ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a - welche die elektronische Komponente 2 mit dazwischenliegenden Leiterschichten 12, 13, 14 überlappt - und der zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b - welche die Wärmeableitplatte 31 mit dazwischenliegenden Leiterschichten 12, 13, 14 überlappt - angebracht. Das Verbindungsmaterial 7a kann jedoch auch innerhalb der zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b (siehe 15) angebracht werden, die keine elektronische Komponente 2 und keine Wärmeableitplatte 31 überlappt. Insofern unterscheidet sich das Halbleiterbauelement 301 der dritten Ausführungsform vom Halbleiterbauelement 101, bei dem das leitfähige Material mit Ausnahme der Leiterschicht 15c auf der Innenwandoberfläche nicht im Loch der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a oder dergleichen angeordnet ist.
Die 18 bis 21 sind schematische Schnittansichten, die Verfahrensschritte bei der Herstellung des Halbleiterbauelements 301 der dritten Ausführungsform veranschaulichen. Unter Bezugnahme auf die 18 bis 21 wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements 301 skizziert, das sich insbesondere auf den Prozess der Montage der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3 konzentriert.
Gemäß 18 wird eine Lotplatte 6b auf der oberen Leiterschicht 12 der Leiterplatte 1 angeordnet, während dazwischen ein Flussmittel zum Entfernen einer Oxidschicht des Lotes angeordnet ist. Die Lotplatte 6b deckt die Strahlungsdurchgangslöcher 15 von oben durch die Platzierung der Lotplatte 6b ab. Ein hitzebeständiges Band 6c aus Polyimid wird auf die untere Leiterschicht 13 (die Unterseite in 18) im ersten Bereich der Leiterplatte 1 und einem Teil des zweiten Bereichs aufgebracht. Das hitzebeständige Band 6c wird insbesondere geklebt, um das Loch der Strahlungsdurchgangslöcher 15 von der Seite der Hauptfläche 11b her zu schließen.
Gemäß 19 wird die elektronische Komponente 2 auf der Lotplatte 6b angebracht und ein bekannter Umschmelzprozeß wird durchgeführt. Folglich wird die Lotplatte 6b gemäß 20 zu Verbindungsmaterial 7b geschmolzen und fließt entlang der Oberfläche der oberen Leiterschicht 12, wobei das Innere der Strahlungsdurchgangslöcher 15 mit Verbindungsmaterial 7b gefüllt wird. Denn die Lotplatte 6b ist so angeordnet, dass sie das Loch jedes der Strahlungsdurchgangslöcher 15 abdeckt. Da das hitzebeständige Band 6c im ersten und zweiten Bereich an der unteren Leiterschicht 13 klebt, tritt die geschmolzene Lotplatte 6b nicht an der Unterseite des hitzebeständiges Bandes 6c aus, sondern die Strahlungsdurchgangslöcher 15 werden mit geschmolzener Lotplatte 6b gefüllt.
Obwohl das gesamte Innere der Strahlungsdurchgangslöcher 15 mit Verbindungsmaterial 7a gefüllt werden kann, wird vorzugsweise Verbindungsmaterial 7a mit einem Volumen von mehr als oder gleich 1/3 des Innenvolumens wie in 20 dargestellt, eingefüllt.
Gemäß 21 wird das hitzebeständige Band 6c entfernt, nachdem das Lot in den Strahlungsdurchgangslöchern 15 verfestigt ist. Danach werden in gleicher Weise wie im Prozess von 8 beispielsweise das Wärmestrahlungselement 41 und der Kühlkörper 42 in dieser Reihenfolge von der Oberseite zur Unterseite und in Kontakt miteinander angeordnet, so dass sie die untere Leiterschicht 13 der Leiterplatte 1 berühren.
Ein vorteilhafter Effekt der zweiten Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben. Die zweite Ausführungsform hat neben den gleichen Eigenschaften wie die erste Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Eigenschaften.
Das Ausmaß an Wärmeübertragung der von der elektronischen Komponente 2 erzeugten Wärme auf die Seite der Wärmeableitplatte 31 im Inneren der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a und der zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b kann durch die Anbringung von Verbindungsmaterial 7a im Inneren der Strahlungsdurchgangslöcher 15 wie beim Halbleiterbauelement 301 erhöht werden. Da das leitende Element, wie beispielsweise Lot, eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die der Hohlkammer hat, wird die Innenseite der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a oder dergleichen mit Lot gefüllt, und die Fläche des Bereichs mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit nimmt im Querschnitt, der die Ausbreitungsrichtung der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a schneidet, zu.
Wenn die Lotplatte 6b vor der Leiterschicht 15c auf der Innenwandoberfläche der Strahlungsdurchgangslöcher 15 beim Erwärmen der Leiterplatte 1 durch den Umschmelzprozeß geschmolzen wird, fließt das geschmolzene Lot wohl kaum entlang der Innenwandoberfläche der Strahlungsdurchgangslöcher 15. Dadurch wird das geschmolzene Lot zu Massivlot, und blockiert die Strahlungsdurchgangslöcher 15, aber ein Teil des Bereichs wird nicht mit dem Lot gefüllt, wie in den 20, 21 und 17 dargestellt. Wenn die zugeführte Lotmenge nicht ausreicht, wird der Anteil des in den Strahlungsdurchgangslöchern 15 befindlichen Lotes reduziert.
Aber auch in den Ausführungsformen der 20, 21 und 17 wird zumindest in dem Bereich eines Massivlots 71 aus Verbindungsmaterial 7a, das an die obere Leiterschicht 12 und untere Leiterschicht 13 angrenzt, der Bereich, der die Ausdehnungsrichtung der Strahlungsdurchgangslöcher 15 schneidet, mit Massivlot 71 gefüllt, so dass der Anteil des Lotes mit hoher Wärmeleitfähigkeit im Querschnittsbereich ansteigt. Dadurch kann die Wärmeabstrahlung gegenüber dem Fall verbessert werden, dass die Strahlungsdurchgangslöcher 15 wie beim Halbleiterbauelement 101 überhaupt nicht mit Lot gefüllt sind. Der Effekt, der die Wärmeabstrahlung verbessert, ist ausreichend erreicht, wenn Massivlot 71, das sich von der Seite der oberen Leiterschicht 12 erstreckt, eine Höhe h größer oder gleich 1/3 einer Länge in Erstreckungsrichtung der Strahlungsdurchgangslöcher 15 aufweist. Das Gleiche gilt für den Fall, dass sich Massivlot 71 nur von einer Seite, der oberen Leiterschicht 12 oder der Seite der unteren Leiterschicht 13 erstreckt, oder für den Fall, dass Massivlot 71 sich sowohl von der Seite der oberen Leiterschicht 12 als auch von der Seite der unteren Leiterschicht 13 erstreckt. Das heißt, vorzugsweise existiert das Lot in der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern 15, die durch mindestens eine der Hauptflächen (Oberseite) der Wärmeableitplatte 31 geschlossen sind, so dass das Volumen größer oder gleich 1/3 des Volumens von Strahlungsdurchgangslöcher 15 mit dem Lot gefüllt wird.
In der zweiten Ausführungsform verhindern die Vorsprünge 8, dass Verbindungsmaterial 7a in die Strahlungsdurchgangslöcher 15 einfließt, wodurch die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen der oberen Leiterschicht 12 und dem Kühlkörper 42 unmittelbar unter der oberen Leiterschicht 12 reduziert wird. Andererseits wird in der dritten Ausführungsform das Verbindungsmaterial 7a aktiv in die Strahlungsdurchgangslöcher 15 geleitet. In der dritten Ausführungsform fließt Verbindungsmaterial 7a jedoch in die Strahlungsdurchgangslöcher 15 in einem Zustand, in dem das hitzebeständige Band 6c vorher aufgebracht wurde, um die Öffnungen der Strahlungsdurchgangslöcher 15 von der Seite der Hauptfläche 11b zu schließen. Das hitzebeständige Band 6c wird entfernt, nachdem das Lot in den Strahlungsdurchgangslöchern 15 verfestigt ist. Da das hitzebeständige Band 6c die Löcher schließt, um zu verhindern, dass Verbindungsmaterial 7a vom Strahlungsdurchgangslöcher 15 zur Seite des Kühlkörpers 42 fließt, kann das Problem des Kurzschlusses auch in der dritten Ausführungsform vermieden werden.
Ausführungsform 4
22 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 15 in einer vierten Ausführungsform. 23 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie B-B in 15 der vierten Ausführungsform. Da das Halbleiterbauelement 401 der vierten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101 aufweist, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung entfällt. Im Halbleiterbauelement 401 beinhaltet die Wärmeableitplatte 31 des Wärmeableiters 3 jedoch eine erste Wärmeableitplatte 31a (erster Bereich) und eine zweite Wärmeableitplatte 31b (zweiter Bereich). Die erste Wärmeableitplatte 31a erstreckt sich in Richtung entlang der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1, ist mit der Hauptfläche 11a verbunden und erstreckt sich in Richtung links-rechts der 22 und 23. Die zweite Wärmeableitplatte 31b verläuft zusammen mit der ersten Wärmeableitplatte 31a und erstreckt sich in Richtung Schnittpunkt der ersten Wärmeableitplatte 31a, nämlich nach oben in den 22 und 23. Somit ist die zweite Wärmeableitplatte 31b nicht mit der Leiterplatte 1 verbunden.
In den Schnittansichten der 22 und 23 ist eine Grenze zwischen der ersten Wärmeableitplatte 31a und der zweiten Wärmeableitplatte 31b so gebogen, dass sich die Erstreckungsrichtung an der Grenze um etwa 90° ändert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vierte Ausführungsform beschränkt. So kann beispielsweise der Winkel, der zwischen den sich erstreckenden Richtungen der ersten Wärmeableitplatte 31a und der zweiten Wärmeableitplatte 31b gebildet wird, kleiner als 90° oder größer als 90° sein. Das heißt, nur ein Teilbereich der Wärmeableitplatte 31 des Halbleiterbauelements 401 ist mit der Hauptfläche 11a verbunden. Das Halbleiterbauelement 401 unterscheidet sich von dem Halbleiterbauelement 101, das keine solchen zwei Bereiche aufweist und in diesem Punkt vollständig mit der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 verbunden ist.
Obwohl Vorsprünge 8 in 22 und 23 wie in der zweiten Ausführungsform vorgesehen sind, müssen die Vorsprünge 8 nicht gebildet werden. Gleiches gilt für die folgenden Ausführungsformen.
So kann beispielsweise die Wärmeableitplatte 31 der vierten Ausführungsform ein Wärmeableiter sein, an dem zur Luftkühlung geeignete Lamellen angebracht sind. Der Wärmeableiter wird normalerweise zusammen mit einer Leiterkomponente wie TO-220 verwendet, und erstreckt sich in vertikaler Richtung. In der vierten Ausführungsform wird der Wärmeableiter jedoch seitlich so eingesetzt, dass er sich in horizontaler Richtung erstreckt. Wird ein allgemein üblicher Wärmeableiter als Wärmeableitplatte 31 eingesetzt, können die Herstellungskosten reduziert werden.
Ein vorteilhafter Effekt der zweiten Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben. Die zweite Ausführungsform hat neben den gleichen Eigenschaften wie die erste Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Eigenschaften.
Die Wärmeableitplatte 31 beinhaltet die zweite Wärmeableitplatte 31b, wodurch nicht nur der Wärmeableiteffekt, sondern auch der Wärmestrahlungs-Effekt verstärkt wird. Das heißt, die erste Wärmeableitplatte 31a, die mit der Leiterplatte 1 verbunden ist, übt den thermischen Ableitungseffekt aus, und zweite Wärmeableitplatte 31b, bei der die gesamte Oberfläche mit der Außenluft in Berührung kommt, übt den Wärmestrahlungs-Effekt aus. So kann der Effekt, der die Wärmeerzeugung der elektronischen Komponente 2 nach außen abführt, weiter als bei der ersten Ausführungsform und dergleichen verstärkt werden.
Wenn beispielsweise die elektronische Komponente 2 ein Schaltelement wie ein MOSFET ist, wird beim Schalten ein Strahlungsrauschen erzeugt, aber die Abstrahlung des Strahlungsrauschens nach außen kann durch die zweite Wärmeableitplatte 31b der Wärmeableitplatte 31 reduziert werden. Ist die elektronische Komponente 2 beispielsweise ein Steuer-IC oder ein IC, der ein sehr kleines Signal verarbeitet, gibt es einen Effekt, der das Abstrahlrauschen von außen reduziert und eine Fehlfunktion des ICs kann verhindert werden. Die zweite Wärmeableitplatte 31b der Wärmeableitplatte 31 hat eine staubabdichtende Wirkung von Staub und dergleichen von außen. Da die zweite Wärmeableitplatte 31b der Wärmeableitplatte 31 die auf die Leiterplatte 1 ausgeübte Spannung absorbiert, werden die Verformung der Leiterplatte 1 verringert und die Festigkeit der Leiterplatte 1 erhöht. Die Wärmeableitplatte 31 beinhaltet die zweite Wärmeableitplatte 31b, mit der auch eine Wärmezyklus-Eigenschaft des Verbindungsmaterials 7a verbessert werden kann, so dass die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauelements 401 verbessert wird.
Ausführungsform 5
24 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 15 für ein erstes Beispiel einer fünften Ausführungsform. 25 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 15 in einem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform. Gemäß 24 und 25 haben ein Halbleiterbauelement 501 nach dem ersten Beispiel der fünften Ausführungsform und ein Halbleiterbauelement 502 nach dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101. Die gleichen Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung entfällt. In den Halbleiterbauelementen 501, 502 beinhaltet insbesondere die Wärmestrahlungsplatte 24 der elektronischen Komponente 2 jedoch einen Horizontal-Erstreckungsbereich 24c (dritter Bereich), d.h. einen Bereich (Oberfläche), der sich in der links/rechts Richtung entlang der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 erstreckt, und einen Vertikal-Erstreckungsbereich 24d (vierter Bereich), der ein Bereich (Oberfläche) ist, der sich in der vertikalen Richtung erstreckt und die Hauptfläche 11a schneidet. Die Wärmeableitplatte 31 ist sowohl mit mindestens einem Teil des Horizontal-Erstreckungsbereichs 24c als auch mit mindestens einem Teil des Vertikal-Erstreckungsbereichs 24d durch Verbindungsmaterial 7a verbunden.
Beim Halbleiterbauelement 501 besteht die Wärmeableitplatte 31 aus drei Teilen, d.h. einer ersten Wärmeableitplatte 31a, die ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform mit der Leiterplatte 1 verbunden ist, eine dritte Wärmeableitplatte 31c, die ein Bereich ist, der sich in Richtung entlang der Hauptfläche 1 1a erstreckt, und eine vierte Wärmeableitplatte 31d, die ein Bereich ist, der sich in vertikaler Richtung erstreckt und die Hauptfläche 11a schneidet. Die erste Wärmeableitplatte 31a, die vierte Wärmeableitplatte 31d und die dritte Wärmeableitplatte 31c erstrecken sich von der rechten Seite zur linken Seite der Zeichnung.
Während im Halbleiterbauelement 501 die erste Wärmeableitplatte 31a auf der oberen Leiterschicht 12 befestigt ist, sind die dritte Wärmeableitplatte 31c und die vierte Wärmeableitplatte 31d aus der ersten Wärmeableitplatte 31a herausgebogen und sitzen auf der Oberfläche der Wärmestrahlungsplatte 24. Die dritte Wärmeableitplatte 31c überlappt den horizontalen-Erstreckungsbereich 24c, und liegt dem horizontalen-Erstreckungsbereich 24c in der Draufsicht gegenüber, und die vierte Wärmeableitplatte 31d ist so angeordnet, dass sie dem vertikalen-Erstreckungsbereich 24d in der Draufsicht gegenüberliegt.
Das Halbleiterbauelement 502 hat fast die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 501, aber das Halbleiterbauelement 502 unterscheidet sich leicht vom Halbleiterbauelement 501 in der Querschnittsform der Wärmeableitplatte 31. Konkret beinhaltet die Wärmeableitplatte 31 die Wärmeableitplatten 31a, 31c, 31d ähnlich dem Halbleiterbauelement 501. Die erste Wärmeableitplatte 31a des Halbleiterbauelements 502 ist auf der oberen Leiterschicht 12 aufgebracht, ist aber etwas dicker als die erste Wärmeableitplatte 31a des Halbleiterbauelements 501. Die Wärmeableitplatte 31 beinhaltet teilweise eine Nut auf der linken Seite der Zeichnung, und die dritte Wärmeableitplatte 31c und die vierte Wärmeableitplatte 31d werden durch die Nut geformt. An dieser Stelle wird ein Bereich einschließlich der Oberfläche der Nut, die entlang der Hauptfläche 11a gegenüber vom horizontal-Erstreckungsbereich 24c verläuft, an der dritten Wärmeableitplatte 31c und ein Bereich, der die Oberfläche der Nut beinhaltet, die sich entlang der Richtung, welche die Hauptfläche 11a kreuzt, gegenüber dem vertikal-Erstreckungsbereich 24d, an der vierten Wärmeableitplatte 31d angeordnet. Infolgedessen überlappt auch im Halbleiterbauelement 502 die dritte Wärmeableitplatte 31c den horizontalen Erstreckungsbereich 24c, und sitzt auf den horizontalen Erstreckungsbereichen 24c.
Wie vorstehend beschrieben, sind in der fünften Ausführungsform die Wärmestrahlungsplatte 24 der elektronischen Komponente 2 und die Wärmeableitplatte 31 des Wärmeableiters 3 an zwei Oberflächen verbunden. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich vom Halbleiterbauelement 101 dadurch, dass die Wärmestrahlungsplatte 24 und die Wärmeableitplatte 31 an einer Fläche verbunden sind. In der fünften Ausführungsform können die Wärmestrahlungsplatte 24 und die Wärmeableitplatte 31 an mindestens drei Oberflächen verbunden werden.
Beim Herstellungsverfahren der fünften Ausführungsform kann beispielsweise die Form der Wärmeableitplatte 31 im Halbleiterbauelement 501 durch Pressen einer Kupferplatte in bekannter Weise zu geringen Herstellungskosten hergestellt werden. So kann beispielsweise die Form der Wärmeableitplatte 31 im Halbleiterbauelement 502 durch Bilden der Nut durch bekanntes Schneiden oder Extrudieren einer Kupferplatte erreicht werden. In diesem Fall können der thermische Widerstand zwischen der elektronischen Komponente 2 und der Wärmeableitplatte 31 reduziert und der thermische Ableitungswirkungsgrad der Wärmeableitplatte 31 weiter verbessert werden.
Anhand von 26 wird im Folgenden die vorteilhafte Wirkung der fünften Ausführungsform beschrieben. Die fünfte Ausführungsform hat neben den gleichen Eigenschaften wie die erste Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Eigenschaften.
In der Konfiguration der fünften Ausführungsform kann ein Verbindungs-Wärmewiderstand zwischen der Wärmestrahlungsplatte 24 und der Wärmeableitplatte 31 verringert werden, und der Wärmeableiteffekt wird verstärkt. Bei der obigen Konfiguration wird die auf die Leiterplatte 1 ausgeübte Spannung leicht aufgenommen und die Leiterplatte 1 wird kaum verzogen, so dass die Festigkeit der Leiterplatte 1 erhöht wird. Da auch die Wärmezykluseigenschaften des Verbindungsmaterials 7a verbessert werden können, wird die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauelements 401 erhöht.
In 24 ist die Erstreckungsrichtung so gebogen, dass sich die Erstreckungsrichtung an der Grenze zwischen der ersten Wärmeableitplatte 31a und der zweiten Wärmeableitplatte 31d und der Grenze zwischen der zweiten Wärmeableitplatte 31d und der dritten Wärmeableitplatte 31c um etwa 90° ändert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die fünfte Ausführungsform beschränkt, sondern der Winkel, der sich aus den Erstreckungsrichtungen zweier zwischen den Begrenzungen sandwichartig liegenden Bereichen ergibt, kann kleiner als 90° oder größer als 90° sein. So zeigt beispielsweise 26 eine bevorzugtere Ausführungsform eines Bereichs XXVI, der in 24 von einer gestrichelten Linie umgeben ist. Gemäß 26 überschreitet der zwischen der dritten Wärmeableitplatte 31c und der vierten Wärmeableitplatte 31d gebildete Winkel 90°. Dadurch wird die Luft im Bereich zwischen der dritten Wärmeableitplatte 31c und dem horizontalen Erstreckungsbereich 24c leicht abgeführt. Infolgedessen wird die Luftschicht zwischen der dritten Wärmeableitplatte 31c und dem horizontalen Erstreckungsbereich 24c dünner und die Wärmeleitfähigkeit zwischen der dritten Wärmeableitplatte 31c und dem horizontalen Erstreckungsbereich 24c wird höher. Unter dem Gesichtspunkt der Erleichterung der Luftabführung im Bereich zwischen der dritten Wärmeableitplatte 31c und dem horizontalen Erstreckungsbereich 24c, vorzugsweise der dritten Wärmeableitplatte 31c und dem horizontalen Erstreckungsbereich 24c, werden diese so weit wie möglich aneinander herangeführt, oder die Erstreckungsrichtung der dritten Wärmeableitplatte 31c ist in Bezug auf die Richtung entlang der Hauptflächen 11a geneigt.
Ausführungsform 6
27 zeigt insgesamt eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements ganz oder teilweise von jedem Beispiel einer sechsten Ausführungsform von oben, nämlich in einer Draufsicht von oben. 28 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie C-C in 27 in einem ersten Beispiel der sechsten Ausführungsform. 29 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie C-C von 27 in einem zweiten Beispiel der sechsten Ausführungsform. Die 28 und 29 sind schematische Schnittansichten aus der Richtung, die der Linie B-B in 15 entspricht. Gemäß 27, 28 und 29 haben ein Halbleiterbauelement 601 des ersten Beispiels der sechsten Ausführungsform und ein Halbleiterbauelement 602 des zweiten Beispiels der sechsten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101; die gleiche Komponente wird mit demselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung entfällt. In den Halbleiterbauelementen 601, 602 werden jedoch eine untere Hüllenoberfläche 23e (erste Oberfläche) mit der die Harzhülle 23 der elektronischen Komponente 2 der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 gegenüberliegt, und eine obere Hüllenoberfläche 23f (zweite Oberfläche) auf der gegenüberliegenden Seite berücksichtigt. An dieser Stelle wird ein Teil der Wärmeableitplatte 31 so angeordnet, dass die obere Hüllenoberfläche 23f abgedeckt ist.
Zum Beispiel im Halbleiterbauelement 601 beinhaltet die Wärmeableitplatte 31 die erste Wärmeableitplatte 31a, die ähnlich wie bei der vierten und fünften Ausführungsformen mit der Leiterplatte 1 verbunden ist, eine fünfte Wärmeableitplatte 31f, die ein in Richtung entlang der Hauptfläche 11a verlaufender Bereich ist, und eine sechste Wärmeableitplatte 31g, die ein in vertikaler Richtung verlaufender Bereich ist, der die Hauptfläche 11a schneidet. Die erste Wärmeableitplatte 31a, die sechste Wärmeableitplatte 31g, die fünfte Wärmeableitplatte 31f, die sechste Wärmeableitplatte 31g, und die erste Wärmeableitplatte 31a erstrecken sich von der linken Seite zur rechten Seite der Zeichnung.
Während beim Halbleiterbauelement 601 die erste Wärmeableitplatte 31a auf die obere Leiterschicht 12 aufgebracht ist, sind die fünfte Wärmeableitplatte 31f und die sechste Wärmeableitplatte 31g von der ersten Wärmeableitplatte 31a fortgebogen, so dass sie die Harzhülle 23 an der Oberseite überbrücken. Die fünfte Wärmeableitplatte 31f überlappt die obere Hüllenoberfläche 23f gegenüber der oberen Hüllenoberfläche 23f in der Draufsicht, und die sechste Wärmeableitplatte 31g ist gegenüber einer Hüllenseitenfläche 23g der Harzhülle 23 angeordnet.
Das Halbleiterbauelement 602 hat fast die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 601, aber das Halbleiterbauelement 602 unterscheidet sich leicht vom Halbleiterbauelement 601 in der Querschnittsform der Wärmeableitplatte 31. Insbesondere beinhaltet die Wärmeableitplatte 31 Wärmeableitplatten 31a, 31g, 31f ähnlich dem Halbleiterbauelement 601. Die erste Wärmeableitplatte 31a, die mit der Hauptfläche 11a verbunden ist, erstreckt sich beim Halbleiterbauelement 602 unmittelbar darüber, und der sich unmittelbar darüber erstreckende Bereich bildet die sechste Wärmeableitplatte 31g und steht gegenüber der Hüllenseitenfläche 23g. In diesem Fall bildet der Bereich, der sich in einer Richtung erstreckt, welche die Hauptfläche 11a kreuzt, und gegenüber der Hüllenseitenfläche 23g liegt, die sechste Wärmeableitplatte 31g und der mit der untersten Leiterplatte 1 verbundene Bereich der sechsten Wärmeableitplatte 31g ist als erste Wärmeableitplatte 31a ausgebildet. Dadurch haben auch im Halbleiterbauelement 602 die fünfte Wärmeableitplatte 31f und die sechste Wärmeableitplatte 31g eine Form, die so gebogen ist, dass sie die Harzhülle 23 überbrückt.
Wie vorstehend beschrieben, ist in der sechsten Ausführungsform die Wärmeableitplatte 31 mit der Leiterplatte 1 verbunden und überbrückt die elektronische Komponente 2. Die Wärmeableitplatte 31 beinhaltet einen Bereich, der so angeordnet ist, dass er die Oberseite der elektronischen Komponente 2 abdeckt und überlappt. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich vom Halbleiterbauelement 101, das nicht diese Konfiguration hat, an dieser Stelle. Die fünfte Wärmeableitplatte 31f der Wärmeableitplatte 31 und die obere Hüllenoberfläche 23f können miteinander verbunden sein.
Im Herstellungsverfahren der sechsten Ausführungsform kann die Form der Wärmeableitplatte 31 im Halbleiterbauelement 601 analog zum Halbleiterbauelement 501 ausgebildet werden. Die Form der Wärmeableitplatte 31 im Halbleiterbauelement 602 kann auf die gleiche Weise wie beim Halbleiterbauelement 502 geformt werden.
Die vorteilhaften Auswirkungen der sechsten Ausführungsform sind wie folgt. Da die Wärmeableitplatte 31 Wärmeableitplatten 31f, 31g wie in der sechsten Ausführungsform beinhaltet, können die gleichen Effekte wie in der vierten Ausführungsform zusätzlich zu den gleichen Effekten wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden. Aus diesem Grund wird die detaillierte Beschreibung nicht wiederholt. In den 28 und 29 ist eine Luftschicht zwischen der Wärmeableitplatte 31 und der Harzhülle 23 vorgesehen. Für den Fall, dass keine Luftschicht vorhanden ist, sondern die Wärmeableitplatte 31 und die Harzhülle 23 miteinander verbunden sind, wird die Wärmeleitfähigkeit zwischen der Wärmeableitplatte 31 und der Harzhülle 23 höher.
Ausführungsform 7
30 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Halbleiterbauelement gemäß einer siebten Ausführungsform, insbesondere eines Teilbereichs der Leiterplatte 1 darstellt. 31 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Bereich XXXI darstellt, der in 30 von einer gestrichelten Linie umgeben ist, nämlich die Ausführungsform der Isolierschicht 11. Da ein Halbleiterbauelement 701 der vierten Ausführungsform gemäß 30 und 31 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101 aufweist, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung entfällt. Das Halbleiterbauelement 701 unterscheidet sich jedoch vom Halbleiterbauelement 101 dadurch, dass die Isolierschicht 11 der Leiterplatte 1 einen Füllstoff 16 beinhaltet. Wie in 31 dargestellt, beinhaltet die Isolierschicht 11 Glasfasern 17 und Epoxidharz 18.
Der Füllstoff 16 weist anorganische Füllstoffteilchen auf. Vorzugsweise werden Aluminiumoxidteilchen als Füllstoff 16 verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern es können keramische Partikel wie Aluminiumnitrid oder Bornitrid verwendet werden. Der Füllstoff 16 kann eine Konfiguration aufweisen, bei der verschiedene Arten von Partikeln gemischt werden, und beispielsweise kann Aluminiumhydroxid mit Aluminiumoxid gemischt werden.
Das heißt, im Halbleiterbauelement 701 beinhaltet jede der Vielzahl der in der Leiterplatte 1 enthaltenen Isolierschichten 11 anorganische Füllstoff-Partikel. Dadurch können die Wärmeleitfähigkeit und die Eigenschaft der Wärmebeständigkeit der Isolierschicht 11 verbessert werden. Wenn der Füllstoff 16 als anorganische Füllstoff-Partikel enthalten ist, kann die Isolierschicht 11 die Wärme durch den Füllstoff 16 leiten. Dadurch können die Wärmeleitung der Isolierschicht 11 erhöht und der Wärmewiderstand der Leiterplatte 1 verringert werden.
Mit der Gleichung (1) und einem Modell ähnlich der ersten Ausführungsform wurde der thermische Widerstandswert in Bezug auf das Halbleiterbauelement 701 einschließlich der Leiterplatte 1 mit der Isolierschicht 11 einschließlich 70 Gew.-% Füllstoff 16 aus Aluminiumoxid simuliert. Bis auf die Existenz des Füllstoffs 16 hat das Modell die gleiche Größe und Konfiguration wie beim Halbleiterbauelement 101 der ersten Ausführungsform. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass der thermische Widerstandswert gegenüber dem Halbleiterbauelement 101 in 11 um ca. 5% weiter reduziert werden kann.
In der siebten Ausführungsform ist es zur Erhöhung der Abstrahlungswirkung notwendig, die Packungsdichte des Füllstoffs 16 in der Isolierschicht 11 zu erhöhen. Insbesondere wird vorzugsweise die Packungsdichte des Füllstoffs 16 auf bis zu 80 Gew.-% erhöht. Aus diesem Grund ist die Form des Füllstoffs 16 nicht auf eine kugelförmige Form beschränkt, wie in 31 dargestellt, sondern kann eine dreidimensionale Form basierend auf einem Polygon wie einem Tetraeder oder einem hexagonalen Kristall sein.
In der siebten Ausführungsform wird die Größe des Füllstoffs 16, mit der die Isolierschicht 11 gefüllt ist, nicht unbedingt konstant gehalten. Das heißt, auch wenn nur die Partikel einer einzelnen Art des Füllstoffs 16 in der Isolierschicht 11 enthalten sind, kann der Füllstoff 16 durch Mischen von Partikeln unterschiedlicher Größe gebildet werden. Da in diesem Fall der kleine Füllstoff 16 in den zwischen der Vielzahl der großen Füllstoffen 16 liegenden Bereich eintritt, kann die Isolierschicht 11 mit Füllstoff 16 mit höherer Dichte gefüllt werden. Dadurch kann die Wärmeabstrahlung der Isolierschicht 11 weiter verbessert werden.
Ausführungsform 8
32 ist eine vergrößerte Draufsicht, die ein Halbleiterbauelement nach einer achten Ausführungsform darstellt, und die insbesondere den Bereich der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a zeigt. 33 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXXIII-XXXIII in 32. Da das Halbleiterbauelement 801 der achten Ausführungsform gemäß 32 und 33 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101 aufweist, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung entfällt. Im Halbleiterbauelement 801 ist im Bereich zwischen einer Vielzahl (insbesondere einem Paar) von benachbarten Strahlungsdurchgangslöchern 15a in der oberen Leiterschicht 12 eine Nut 15d so angeordnet, dass die Löcher der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a miteinander verbunden sind. Das Halbleiterbauelement 801 unterscheidet sich in diesem Punkt vom Halbleiterbauelement 101, in dem keine Nut 15d vorliegt.
Obwohl in 32 und 33 die Nut 15d nur im ersten Bereich gebildet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die achte Ausführungsform beschränkt. Alternativ kann die Nut 15d so geformt werden, dass die nebeneinander liegenden Löcher der Strahlungsdurchgangslöcher 15 im zweiten Bereich verbunden sind. Mit anderen Worten, in der Leiterplatte 1 des Halbleiterbauelements 801 werden in der Leiterplatte 1 Nuten 15d gebildet, die die Vielzahl der benachbart zueinander liegenden Strahlungsdurchgangslöcher 15, von der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aus gesehen, verbinden.
Die Nuten 15d können mit einer herkömmlichen Fotolithographietechnik und Ätzung gebildet werden, wenn die obere Leiterschicht 12 der Leiterplatte 1 mit einem entsprechenden Muster versehen ist.
Beim Halbleiterbauelement 801 kann durch die Anbringung der Nuten 15d die Luft, die durch die Erwärmung zum Schmelzen des Lotes während der Herstellung der ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a expandiert wird, durch die Nuten 15d nach außen abgeführt werden. Somit können die ersten Strahlungsdurchgangslöcher 15a leicht mit dem Lot gefüllt werden, indem ein Druckanstieg innerhalb der Strahlungsdurchgangslöcher 15a verhindert wird.
Ausführungsform 9
34 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements ganz oder teilweise gemäß einer neunten Ausführungsform von oben. Da das Halbleiterbauelement 901 der neunten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101 aufweist, werden gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung entfällt. Beim Halbleiterbauelement 901 ist die Wärmeableitplatte 31, die von der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aus gesehen um die elektronische Komponente 2 herum angeordnet ist, jedoch in drei Wärmeableitplatten 31x, 31y, 31z unterteilt. Vorzugsweise werden die Wärmeableitplatten 31x, 31y, 31z mit Abstand zueinander angeordnet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die achte Ausführungsform beschränkt. Das Halbleiterbauelement 901 unterscheidet sich vom Halbleiterbauelement 101, in dem die Wärmeableitplatte 31 an dieser Stelle als Einzelkomponente auf drei Seiten der Peripherie der elektronischen Komponente 2 angeordnet ist.
In 34 ist die Wärmeableitplatte 31 beispielsweise in drei voneinander getrennte Bereiche unterteilt. Die Wärmeableitplatte 31 kann jedoch in eine beliebige Anzahl einer Vielzahl von Bereichen unterteilt werden, die von drei verschiedenen Bereichen verschieden sind, zum Beispiel zwei oder vier. Jede der Vielzahl von Wärmeableitplatten 31x, 31y, 31z ist mit der elektronischen Komponente 2 durch Lot als Verbindungsmaterial 7a verbunden.
Wenn beispielsweise die Größe der Wärmeableitplatten 31x, 31y, 31z wie in der Wärmeableitplatte 31 des Halbleiterbauelements 101 vergrößert wird, wird die Wärmeableitplatte 31 kaum durch einen Montierer angebracht. Wenn die Wärmeableitplatte 31 eine rechteckige oder quadratische planare Form aufweist, in der der Schwerpunkt und das Zentrum übereinstimmen, verringert sich der Anteil, der den Montageprozess mit dem Montierer beeinträchtigt, im Vergleich zu dem Fall, dass die Wärmeableitplatte 31 eine asymmetrische planare Form aufweist. Aus diesem Grund ist die Wärmeableitplatte 31 wie in der neunten Ausführungsform in eine Vielzahl von Rechtecken unterteilt, wodurch die Wärmeableitplatte 31 einfach mit dem Montierer angebracht werden kann, um die Montagekosten zu reduzieren. Das heißt, in der neunten Ausführungsform kann die Wärmeableitplatte 31 in einer für die automatische Montage geeigneten Ausführungsform geformt werden.
Ausführungsform 10
35 zeigt die Ausführungsform eines Halbleiterbauelements ganz oder teilweise nach einem ersten Beispiel einer zehnten Ausführungsform von oben gesehen. 36 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements ganz oder teilweise nach einem zweiten Beispiel der zehnten Ausführungsform von oben gesehen. Gemäß 35 und 36 haben ein Halbleiterbauelement 1001 des ersten Beispiels der zehnten Ausführungsform und ein Halbleiterbauelement 1002 des zweiten Beispiels der zehnten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 101, gleiche Komponenten werden gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung entfällt. In jedem der Halbleiterbauelemente 1001, 1002 ist die elektronische Komponente 2 jedoch als vier elektronische Komponenten 2a, 2b, 2c, 2d in einem Abstand von der Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aus gesehen angeordnet. Beim Halbleiterbauelement 1001 sind vier elektronische Komponenten 2a bis 2d in einer Linie von links nach rechts in der Zeichnung angeordnet. Andererseits sind im Halbleiterbauelement 1002 vier elektronische Komponenten 2a bis 2d in Matrixform angeordnet, wobei zwei Zeilen von links nach rechts in der Zeichnung und zwei Spalten in der vertikalen Richtung der Zeichnung angeordnet sind.
Wie vorstehend beschrieben, ist im Halbleiterbauelement der zehnten Ausführungsform die Vielzahl der elektronischen Komponenten 2 in Abständen angeordnet. Die zehnte Ausführungsform unterscheidet sich an dieser Stelle vom Halbleiterbauelement 101, in dem nur eine einzige elektronische Komponente 2 angeordnet ist. Die Anzahl der elektronischen Komponenten 2 ist nicht auf vier beschränkt, wie in den Halbleiterbauelementen 1001, 1002 dargestellt, sondern kann eine beliebige Mehrzahl sein. Die Wärmeableitplatte 31, die als einzelner Wärmeableiter 3 angeschlossen ist, ist um jede der Vielzahl der elektronischen Komponenten 2a bis 2d in der Draufsicht angeordnet.
Anhand der Vergleichsbeispiele in den 37 und 38 wird im Folgenden der vorteilhafte Effekt der zehnten Ausführungsform beschrieben.
37 zeigt ganz oder teilweise eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements des Vergleichsbeispiels, das dem ersten Beispiel der zehnten Ausführungsform von oben gesehen entspricht. 38 zeigt eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements ganz oder teilweise des Vergleichsbeispiels, das dem zweiten Beispiel der zehnten Ausführungsform von oben gesehen entspricht. Gemäß 37 und 38 haben das Halbleiterbauelement 1003 und das Halbleiterbauelement 1004 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 1001 1002, und gleiche Bauteile werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung entfällt.
In den Halbleiterbauelementen 1003, 1004 ist die Wärmeableitplatte 31 jedoch ähnlich dem Halbleiterbauelement 901 der neunten Ausführungsform in eine Vielzahl von Wärmeableitplatten unterteilt. Konkret wird in 37 die Wärmeableitplatte 31 unterteilt in eine Wärmeableitplatte 31x auf der Oberseite der elektronischen Komponente 2 und fünf Wärmeableitplatten 31y zwischen elektronischen Komponenten 2a bis 2d (angrenzend an die elektronischen Komponenten 2a, 2d) von rechts nach links in der Zeichnung. In 38 ist die Wärmeableitplatte 31 unterteilt in die Wärmeableitplatte 31x, die sich in vertikaler Richtung der Zeichnung auf den mittleren Bereich erstreckt, drei Wärmeableitplatten 31y angrenzend an elektronische Komponenten 2a, 2b im oberen Bereich der Wärmeableitplatte 31x und drei Wärmeableitplatten 31z angrenzend an elektronische Komponenten 2c, 2d im unteren Bereich der Wärmeableitplatte 31x.
Wenn beispielsweise die Vielzahl der elektronischen Komponenten 2 in einem Halbleiterbauelement parallelgeschaltet ist, wie in 38 dargestellt, kann die Wärmeleistung auch aufgrund der Variation des Innenwiderstandes der elektronischen Komponenten 2 o.ä. variieren. Für den Fall, dass vier Wärmeableitplatten in einer Vielzahl von z.B. vier elektronischen Komponenten 2a bis 2d in einer Parallelschaltung angeordnet sind, besteht die Möglichkeit, dass die elektronische Komponente mit einer großen Wärmeleistung die Wärmeleistung durch eigene Wärmeerzeugung weiter erhöht, was eine thermische Überlastung bewirkt. Gleiches gilt für den Fall, dass die Vielzahl der elektronischen Komponenten 2 in einem Halbleiterbauelement wie in 37 dargestellt parallelgeschaltet ist.
Die Temperaturen der elektronischen Komponenten 2a bis 2d werden jedoch dadurch ausgeglichen, dass nur eine einzelne Wärmeableitplatte 31 der Vielzahl der elektronischen Komponenten 2a bis 2d wie in der zehnten Ausführungsform angeordnet ist, und ein hochzuverlässiges Halbleiterbauelement, bei dem keine thermische Überlastung erzeugt wird, kann bereitgestellt werden. Dies ist auf die folgende Tatsache zurückzuführen. Die vielen elektronischen Komponenten 2a bis 2d sind vorgesehen, während nur eine Wärmeableitplatte 31 vorgesehen ist, was eine gleichmäßige Abstrahlung der Wärme von jeder der Vielzahl der elektronischen Komponenten 2a bis 2d auf die gleiche Wärmeableitplatte 31 ermöglicht, verglichen mit dem Fall, dass eine Vielzahl von Wärmeableitplatten für eine Vielzahl elektronischer Komponenten 2a bis 2d vorgesehen ist.
Ausführungsform 11
39 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie C-C in 27 in einem ersten Beispiel einer elften Ausführungsform. 40 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 15 in einem zweiten Beispiel der elften Ausführungsform. 41 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 15 in einem dritten Beispiel der elften Ausführungsform.
Gemäß 39 ist in einem Halbleiterbauelement 1101 des ersten Beispiels der elften Ausführungsform ein Gehäuse 51 so angeordnet, dass es in engem Kontakt mit der fünften Wärmeableitplatte 31f der Wärmeableitplatte 31 im Halbleiterbauelement 601 der sechsten Ausführungsform steht. Gemäß 40 ist in einem Halbleiterbauelement 1102 des zweiten Beispiels der elften Ausführungsform das Gehäuse 51 so angeordnet, dass es in engem Kontakt mit der dritten Wärmeableitplatte 31c und der vierten Wärmeableitplatte 31d der Wärmeableitplatte 31 im Halbleiterbauelement 502 der fünften Ausführungsform steht. Gemäß 41 ist in dem Halbleiterbauelement 1103 des dritten Beispiels der elften Ausführungsform das Gehäuse 51 so angeordnet, dass es in engem Kontakt mit der zweiten Wärmeableitplatte 31b der Wärmeableitplatte 31 im Halbleiterbauelement 401 der vierten Ausführungsform steht. Die elfte Ausführungsform unterscheidet sich von den Halbleiterbauelementen 601, 502, 401 dadurch, dass das Gehäuse 51 vorgesehen ist, aber die elfte Ausführungsform ist in den anderen Punkten im Wesentlichen identisch mit den Halbleiterbauelementen 601, 502, 401. Aus diesem Grund werden die gleichen Bauteile wie bei den Halbleiterbauelementen 601, 502, 401 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung entfällt.
Das Gehäuse 51 ist ein Element, das die gesamten Halbleiterbauelemente 1101 bis 1103 von außen schützt, und 39 bis 41 veranschaulichen einen Teil des Gehäuses 51, zum Beispiel einen Bereich mit flacher Plattenform. Vorzugsweise ist das Gehäuse 51 aus Aluminium gefertigt. Aluminium kann die Wärme innerhalb des Halbleiterbauelements nach außen übertragen und Aluminium ist leichter als Kupfer und dergleichen. Das Gehäuse 51 kann aus einem gut wärmeleitenden keramischen Material, wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, hergestellt werden, bei dem auf der Oberfläche eine Metallschicht, wie beispielsweise Kupfer, ausgebildet ist. Das Gehäuse 51 kann aus einem Metallmaterial hergestellt sein, auf dem eine Vernickelungsschicht oder eine Vergoldungsschicht auf der Oberfläche eines beliebigen Legierungsmaterials gebildet sind, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung und einer Magnesiumlegierung. Bei Verwendung eines Materials mit guter Wärmeleitfähigkeit als Gehäuse 51 kann die Wärmeleitfähigkeit (Wärmestrahlung) der Halbleiterbauelemente 1101 bis 1103 verbessert werden.
In gleicher Weise wie vorstehend beschrieben kann das Gehäuse 51 so angeordnet sein, dass es in engem Kontakt mit der Wärmeableitplatte 31 des Halbleiterbauelements jeder Ausführungsform (Beispiele) steht, was hier nicht beschrieben wird.
Die elfte Ausführungsform hat einen Weg, bei dem die Wärme von der Wärmeableitplatte 31 nach außen durch das Gehäuse 51 abgestrahlt wird, zusätzlich zum Weg der ersten Ausführungsform, bei der die von der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme von der Wärmeableitplatte 31 in 10 zur Seite der Wärmestrahler 4 durch die zweiten Strahlungsdurchgangslöcher 15b gestrahlt wird. Somit können die Halbleiterbauelemente 1101 bis 1103 mit der hervorragenden Wärmeabstrahlung im Vergleich zu der Konfiguration, die kein Gehäuse 51 beinhaltet, bereitgestellt werden.
42 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie C-C in 27 in einem vierten Beispiel der elften Ausführungsform. Gemäß 42 ist in dem Halbleiterbauelement 1104 des vierten Beispiels der elften Ausführungsform das Wärmestrahlungselement 52 zwischen der Wärmeableitplatte 31 (fünfte Wärmeableitplatte 31f) des Halbleiterbauelements 1101 und dem Gehäuse 51 eingesetzt und das Wärmestrahlungselement 52 ist so angeordnet, dass es in engem Kontakt mit der Wärmeableitplatte 31 und dem Gehäuse 51 steht. Das Wärmestrahlungselement 52 ist vorzugsweise ein plattenförmiges Element aus dem gleichen Material wie das Wärmestrahlungselement 41. Das Halbleiterbauelement 1104 unterscheidet sich in diesem Punkt vom Halbleiterbauelement 1101, das das Wärmestrahlungselement 52 nicht enthält, aber das Halbleiterbauelement 1104 ist im Wesentlichen identisch mit dem Halbleiterbauelement 1101 in anderen Punkten. Aus diesem Grund werden die gleichen Bauteile wie beim Halbleiterbauelement 1101 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung entfällt. Wenn die Potentiale der Wärmeableitplatte 31 und des Gehäuses 51 unterschiedlich sind, wird das Wärmestrahlungselement 52 vorzugsweise mit einer elektrischen Isolierung zwischen der Wärmeableitplatte 31 und dem Gehäuse 51 versehen. Somit kann die von der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme effizienter von der Wärmeableitplatte 31 und dem Gehäuse 51 nach außen abgestrahlt werden, während ein Kurzschluss zwischen der Wärmeableitplatte 31 und dem Gehäuse 51 verhindert wird.
Ausführungsform 12
43 ist eine schematische Draufsicht, die ein Halbleiterbauelement nach jedem Beispiel einer zwölften Ausführungsform darstellt. 44 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A in 43 in einem ersten Beispiel der zwölften Ausführungsform. 45 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie B-B in 43 im zweiten Beispiel der zwölften Ausführungsform. Da das Halbleiterbauelement 1201 gemäß 43 und 44 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Konfiguration in den 15 und 16 aufweist, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung entfällt. Das Halbleiterbauelement 1201 beinhaltet jedoch ein Wärmeableitmaterial 60, das mindestens einen Teil der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3 abdeckt.
Vorzugsweise wird als Wärmeableitmaterial 60 ein Material mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einer hervorragenden Wärmeabstrahlung im Bereich mit der hohen Wärmeleistung verwendet. Vorzugsweise ist das Wärmeableitmaterial 60 ein Material mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, ausgezeichneter Rissbeständigkeit, niedriger Viskosität und guter Verarbeitbarkeit. Vorzugsweise ist das Wärmeableitmaterial 60 ein Material, das das Ausmaß an Verformung der Leiterplatte 1 oder dergleichen reduziert, indem es die Spannung bei Wärmeaushärtung verringert. Vorzugsweise ist das Wärmeableitmaterial 60 ein Material mit einer geringen Gewichtsabnahme bei Lagerung bei hohen Temperaturen und mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit. Vorzugsweise ist das Wärmeableitmaterial 60 ein Material mit niedriger Verunreinigungsionenkonzentration und ausgezeichneter Zuverlässigkeit. Aus der obigen Sicht wird ein Epoxidharz-Vergussmaterial als repräsentatives Beispiel für das Wärmeableitmaterial 60 verwendet. Das Wärmeableitmaterial 60 kann jedoch ein beliebiges Material sein, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Acrylharz, Silikonharz, Urethan, Polyurethan, einem Epoxidharz und einem Fluorharz besteht. Jede beliebige Fett-, Klebstoff- und Wärmestrahlungsplatte kann als Wärmeableitmaterial 60 anstelle jedes der oben genannten Materialien verwendet werden. Das Wärmeableitmaterial 60 ist jedoch nicht auf die oben genannten Materialien beschränkt.
Da das Halbleiterbauelement 1202 des zweiten Beispiels der zwölften Ausführungsform gemäß 45 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das Halbleiterbauelement 401 in 23 hat, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung entfällt. Beim Halbleiterbauelement 1202 ist jedoch das Wärmeableitmaterial 60 so vorgesehen, dass es mindestens einen Teil der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3 abdeckt.
In 45 ist der von der zweiten Wärmeableitplatte 31b der Wärmeableitplatte 31 umgebene Bereich mit dem Wärmeableitmaterial 60 gefüllt. Mit anderen Worten, das Wärmeableitmaterial 60 ist so geformt, dass es die erste Wärmeableitplatte 31a und die elektronische Komponente 2 abdeckt.
Der vorteilhafte Effekt der zwölften Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben. In der zwölften Ausführungsform ist mindestens ein Teil der elektronischen Komponente 2 und des Wärmeableiters 3 mit Wärmeableitmaterial 60 abgedeckt. Somit kann die aus der elektronischen Komponente 2 erzeugte Wärme effizienter auf den Wärmeableiter 3 übertragen werden. Die Wärmeabstrahlung des Wärmeableitmaterials 60 kann verbessert werden. Die Isolation, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Wasserdichtigkeit, Chlorbeständigkeit und Ölbeständigkeit (nach außen) der Leiterplatte 1 und der elektronischen Komponente 2, die mit Wärmeableitmaterial 60 bedeckt sind, werden verbessert. Eine Kontamination der Leiterplatte 1 und der elektronischen Komponente 2, die mit Wärmeableitmaterial 60 abgedeckt sind, mit Fremdkörpern kann verhindert werden.
In der Konfiguration von 45 beinhaltet die Wärmeableitplatte 31 die erste Wärmeableitplatte 31a und die zweite Wärmeableitplatte 31b, bei denen sich die Erstreckungsrichtung um etwa 90° von der der erste Wärmeableitplatte 31a unterscheidet. Aus diesem Grund kann verhindert werden, dass das Wärmeableitmaterial 60 in den Bereich fließt, in den das Wärmeableitmaterial 60 nicht fließen soll. In 45 kann ein Teil der oder die gesamte elektronische Komponente 2 mit Wärmeableitmaterial 60 in minimaler Menge abgedeckt werden. Wie vorstehend in 45 beschrieben, kann die elektronische Komponente 2 mit dem Wärmeableitmaterial 60 abgedeckt werden, indem man die Eigenschaft der Form der Wärmeableitplatte 31 nutzt. Dadurch kann eine hohe Wärmeabstrahlung kostengünstig erreicht werden.
Das Beispiel, das Wärmeableitmaterial 60 in die Konfigurationen der zweiten und vierten Ausführungsformen einführt, ist als Beispiel dargestellt. Wärmeableitmaterial 60 kann jedoch für jede der ersten bis elften Ausführungsformen verwendet werden.
Die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Merkmale (Beispiele in den Ausführungsformen) können in einem Bereich kombiniert werden, in dem kein technischer Widerspruch erzeugt wird.
Es ist zu beachten, dass die offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht ein Beispiel und nicht einschränkend sind.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplatte
1A: Bereich
2: elektronische Komponente
3: Wärmeableiter
4: Wärmestrahler
51: Gehäuse
6a: Lötpaste
6b: Lotplatte
6c: hitzebeständiges Band
7a, 7b: Verbindungsmaterial
8: Vorsprung
11: Isolierschicht
11a: die eine der Hauptflächen
11b: die andere Hauptfläche
12: obere Leiterschicht
13: untere Leiterschicht
14: Innenleiterschicht
15: Strahlungsdurchgangsloch
15a: erstes Strahlungsdurchgangsloch
15b: zweites Strahlungsdurchgangsloch
15c: Leiterschicht
15d: Nut
16: Füllstoff
17: Glasfaser
18: Epoxidharz
21: Leitungsanschluss
22: Halbleiterchip
23: Harzhülle
23e: untere Hüllenoberfläche
23f: obere Hüllenoberfläche
23g: Hüllenseitenfläche
24: Wärmestrahlungsplatte
4c: Horizontal-Erstreckungsbereich
24d: Vertikal-Erstreckungsbereich
31, 31x, 31y, 31z: Wärmeableitplatte
31a: erste Wärmeableitplatte
31b: zweite Wärmeableitplatte
31c: dritte Wärmeableitplatte
31d: vierte Wärmeableitplatte
31f: fünfte Wärmeableitplatte
31g: sechste Wärmeableitplatte
41, 52: Wärmestrahlungselement
42: Kühlkörper
60: Wärmeableitmaterial
71: Massivlot
101, 102, 201, 301, 401, 501, 502, 601, 602, 701, 801, 901, 1001, 1002, 1101, 1102, 1103, 1104, 1201, 1202: Halbleiterbauelement
H1, H2: Wärme

Claims

Halbleiterbauelement (101, 102, 201, 301, 401, 501, 502, 601, 602, 701, 801, 901, 1001, 1002, 1101, 1102, 1103, 1104, 1201, 1202), das Folgendes aufweist: - eine Leiterplatte (1); und - eine elektronische Komponente (2) und einen Wärmeableiter (3), die auf einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) befestigt sind, wobei die elektronische Komponente (2) und der Wärmeableiter (3) durch ein Verbindungsmaterial (7a) elektrisch und thermisch miteinander verbunden sind, wobei die Leiterplatte (1) eine Isolierschicht (11), eine Vielzahl von Leiterschichten (12,13,14), die jeweils auf der einen und der anderen der Hauptflächen (11a, 11b) der Isolierschicht (11) angeordnet sind, und eine Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) aufweist, die von einer der Hauptflächen (11a) bis zur anderen Hauptfläche (11b) der Isolierschicht (11) reichen, wobei mindestens ein Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) die elektronische Komponente (2) von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) gesehen, überlappt, wobei mindestens ein anderer Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) den Wärmeableiter (3) von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) aus gesehen, überlappt, und mindestens ein Teil der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) so angeordnet ist, dass sie einen Wärmestrahler (4) von der anderen Hauptfläche (11b) der Leiterplatte (1) aus gesehen überlappen, wobei die elektronische Komponente (2) einen Leitungsanschluß (21), einen Halbleiter (22), eine Hülle (23) und eine Wärmestrahlungsplatte (24) aufweist, die Wärmestrahlungsplatte (24) zwischen dem Halbleiter (22) und der Leiterplatte (1) angeordnet ist, und wobei die Wärmestrahlungsplatte (24) und der Wärmeableiter (3) durch das Verbindungsmaterial (7a) elektrisch und thermisch miteinander verbunden sind, und wobei Vorsprünge (8) auf einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) angeordnet sind, und die elektronische Komponente (2) und der Wärmeableiter (3) so angeordnet sind, dass sie die Vorsprünge (8) von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) aus gesehen überlappen, wobei das Verbindungsmaterial (7a) zwischen den Vorsprüngen (8) und der Wärmestrahlungsplatte (24) oder dem Wärmeableiter (3) angeordnet ist.
Halbleiterbauelement (301) nach Anspruch 1, wobei innerhalb mindestens eines Teils der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15), die die elektronische Komponente (2) oder den Wärmeableiter (3) mit der Vielzahl von dazwischen angeordneten Leiterschichten (12,13,14) überlappen, das Verbindungsmaterial (7a) ein Volumen größer oder gleich 1/3 eines Volumens des Innenraums aufweist.
Halbleiterbauelement (401) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmeableiter (3) einen ersten Bereich (31a) aufweist, der sich in einer Richtung entlang einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) erstreckt und mit einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) verbunden ist, und einen zweiten Bereich (31b), der sich in einer den ersten Bereich (31a) schneidenden Richtung erstreckt.
Halbleiterbauelement (501, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wärmeableiter (3) sowohl mit mindestens einem Teil eines dritten Bereichs (24c), der sich in einer Richtung entlang einer der Hauptflächen (11a) der elektronischen Komponente (2) erstreckt, als auch mit mindestens einem Teil eines vierten Bereichs (24d), der sich in einer Richtung erstreckt, die eine der Hauptflächen (11a) der elektronischen Komponente (2) schneidet, durch das Verbindungsmaterial (7a) verbunden ist.
Halbleiterbauelement (601, 602) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Teil des Wärmeableiters (3) so angeordnet ist, dass er eine zweite Oberfläche (23f) der elektronischen Komponente (2) auf einer, der ersten Oberfläche (23e) der elektronischen Komponente (2) gegenüberliegenden Seite bedeckt, wobei die erste Oberfläche (23e) einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) gegenüberliegt.
Halbleiterbauelement (701) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leiterplatte (1) eine Vielzahl der Isolierschichten (11) aufweist, und jede der Vielzahl von Isolierschichten (11) anorganische Füllstoff-Partikel (16) beinhaltet.
Halbleiterbauelement (801) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Nut (15d) in der Leiterplatte (1) ausgebildet ist, welche die zueinander benachbarten Strahlungsdurchgangslöcher (15) in der Vielzahl von Strahlungsdurchgangslöchern (15) von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) aus gesehen verbindet.
Halbleiterbauelement (901) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Vielzahl von Wärmeableitern (3) um die elektronische Komponente (2) herum von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) aus gesehen angeordnet ist.
Halbleiterbauelement (1001, 1002) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Vielzahl der elektronischen Komponenten (2) voneinander beabstandet von einer der Hauptflächen (11a) der Leiterplatte (1) aus gesehen angeordnet ist, und ein einzelner der Wärmeableiter (3) um jede der Vielzahl von elektronischen Komponenten (2) herum angeordnet ist.
Halbleiterbauelement (101, 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Biegesteifigkeit des Wärmeableiters (3) höher ist als die Biegesteifigkeit der Leiterplatte (1).
Halbleiterbauelement (1201, 1202) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestens ein Teil der elektronischen Komponente (2) und des Wärmeableiters (3) mit einem Wärmeableitmaterial (60) abgedeckt ist.