DE112018006370T5 - Halbleitereinrichtung - Google Patents

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heat radiation
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Shuji WAKAIKI
Shota Sato
Kenta FUJII
Takashi Kumagai
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung, die eine Leiterplatte, eine Elektronikkomponente und ein Wärmediffusionselement aufweist. Die Leiterplatte weist eine Isolierschicht, erste und zweite Leiterschichten, die jeweils auf den ersten und zweiten Hauptflächen der Isolierschicht angeordnet sind, eine Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen, die von der ersten Leiterschicht zur zweiten Leiterschicht auf der Isolierschicht hindurchgehen, und eine dünne Leiterschicht auf, die die Innenwände der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge bedeckt. Die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge sind an Positionen ausgebildet, die die Elektronikkomponente und das Wärmeabstrahlungselement in der Draufsicht bei Betrachtung von der ersten Hauptfläche der Leiterplatte aus überlappen. Das Wärmediffusionselement ist so angeordnet, dass es zumindest einige der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge in der Draufsicht bei Betrachtung von der zweiten Hauptfläche der Leiterplatte aus überlappt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung. Sie betrifft insbesondere eine Halbleitereinrichtung mit einer verbesserten Fähigkeit zum Abstrahlen von Wärme, die von Elektronikkomponenten erzeugt wird, die die Halbleitereinrichtung bilden.
  • Stand der Technik
  • Fahrzeugmontierte Halbleitereinrichtungen, die an Fahrzeugen, wie z. B. Automobilen und Industriebaumaschinen montiert sind, Halbleitereinrichtungen für Fahrzeuge, die an Schienenfahrzeugen oder dergleichen montiert sind, Halbleitereinrichtungen für die Industrieausrüstung, die an Ausrüstungen, wie z. B. Verarbeitungsmaschinen, Robotern und industriellen Wechselrichtern montiert sind, sowie Halbleitereinrichtungen, die in elektronischer Haushaltsausrüstung verwendet werden, werden im Folgenden zusammen als „Halbleitereinrichtungen“ bezeichnet.
  • Diese Halbleitereinrichtungen müssen in hohem Maße ein großes Leistungsvermögen haben, und ihre Größe und Dicke muss kleiner werden. Infolgedessen neigen die Erwärmungswerte pro Volumeneinheit von Elektronikkomponenten, die an den Halbleitereinrichtungen montiert sind, dazu, stark anzusteigen, und es besteht ein starker Bedarf an Halbleitereinrichtungen mit hohem Wärmeabstrahlungsvermögen.
  • Die Patentdokumente 1 und 2 beispielsweise offenbaren Halbleitereinrichtungen, die von Elektronikkomponenten erzeugte Wärme abstrahlen. Konfigurationen gemäß diesen Patentdokumenten sind derart, dass eine Elektronikkomponente an der oberen Fläche einer Leiterplatte montiert ist und ein Kühlkörper an die untere Fläche der Leiterplatte gebondet ist. Die Leiterplatte weist einen Wärmeleitungskanal auf, der von der oberen zur unteren Fläche der Leiterplatte hindurchgeht. Mit diesem Wärmeleitungskanal wird die Wärme, die von der Elektronikkomponente erzeugt wird, über den Wärmeleitungskanal zu dem Kühlkörper geleitet und vom Kühlkörper nach außen abgestrahlt.
  • Bei der in dem Patentdokument 1 offenbarten Halbleitereinrichtung hat die Leiterplatte den Wärmeleitungskanal nur in einem Bereich, der von einem Ort direkt unterhalb der Elektronikkomponente entfernt liegt. Bei der in dem Patentdokument 2 offenbarten Halbleitereinrichtung hat die Leiterplatte ein Loch zur Wärmeleitung nur in einem Bereich direkt unterhalb der Elektronikkomponente. Daher hat in jedem dieser Fälle die Leiterplatte nur eine kleinflächige Region, die zur Wärmeleitung imstande ist, und die kann nur eine kleine Wärmemenge von der Elektronikkomponente abstrahlen.
  • Dies führt zu einem unzureichenden Wärmeabstrahlungsvermögen in einem Bereich, der von der Elektronikkomponente bis zum darunter befindlichen Kühlkörper reicht. Bei der in dem Patentdokument 1 offenbarten Halbleitereinrichtung, die auf der Leiterplatte mit einer Befestigungsplatte montiert sind, werden Befestigungselemente, wie z. B. Schrauben zum Montieren verwendet, und es kann sich ein Luftzwischenraum zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper bilden. Daher kann die Halbleitereinrichtung ein unzureichendes Wärmeabstrahlungsvermögen aufweisen.
  • Gemäß dem Patentdokument 3 sind Löcher zur Wärmeleitung auch in Bereichen vorgesehen, die von einem Ort unterhalb einer Elektronikkomponente verschieden sind, aber der überwiegende Teil der Wärme, die von der Elektronikkomponente erzeugt wird, wird durch Löcher zur Wärmeleitung geleitet, die direkt unterhalb der Elektronikkomponente angebracht sind. Daher hat die Leiterplatte einen hohen Wärmewiderstand und hat demzufolge ein unzureichendes Wärmeabstrahlungsvermögen.
  • Stand-der-Technik-Dokumente
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 6-77679 A
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 11-345921 A
    • Patentdokument 3: Internationale Veröffentlichung WO 2017/094670 A1
  • Zusammenfassung
  • Mit der Erfindung zu lösendes Problem
  • Wie oben beschrieben, haben herkömmliche Halbleitereinrichtungen kaum ein ausreichendes Wärmeabstrahlungsvermögen. Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitereinrichtung mit einer verbesserten Fähigkeit zum Abstrahlen von Wärme anzugeben, die von Elektronikkomponenten erzeugt wird, die die Halbleitereinrichtung bilden.
  • Wege zum Lösen des Problems
  • Die Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Leiterplatte, ein Wärmediffusionselement, das an eine erste Hauptfläche der Leiterplatte mit einem ersten Bondmaterial gebondet ist, eine Elektronikkomponente, die eine Wärmeabstrahlungsplatte aufweist, die an das Wärmeabstrahlungselement mit einem zweiten Bondmaterial gebondet ist, und ein Wärmeabstrahlungselement, das auf einer zweiten Hauptfläche der Leiterplatte angeordnet ist.
  • Die Leiterplatte weist Folgendes auf: eine Isolierschicht, erste und zweite Leiterschichten, die jeweils auf erste und zweite Hauptflächen der Isolierschicht gebondet sind, eine Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen, die von der ersten Leiterschicht zur zweiten Leiterschicht auf der Isolierschicht durchgehen, und eine dünne Leiterschicht (Leiterfilmschicht), die die Innenwände der Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen bedeckt. Die Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen ist an Positionen angebracht, die das Wärmediffusionselement und die Elektronikkomponente in der Draufsicht bei Betrachtung von der ersten Hauptfläche der Leiterplatte aus überlappen.
  • Das Wärmeabstrahlungselement ist so angeordnet, dass es zumindest einige der Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen in der Draufsicht bei Betrachtung von der zweiten Hauptfläche der Leiterplatte aus überlappt, und es weist ein Wärmeabstrahlungsbauteil mit elektrisch isolierenden Eigenschaften und thermischer Leitfähigkeit auf; und ein Kühlelement mit thermischer Leitfähigkeit. Das Wärmeabstrahlungsbauteil und das Kühlelement sind auf der zweiten Leiterschicht der Leiterplatte angeordnet.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Bei der Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Wärme, die von der Elektronikkomponente erzeugt wird, vom Wärmediffusionselement verteilt werden und direkt unterhalb der Elektronikkomponente durch Wärmeabstrahlungs-Durchgänge abgestrahlt werden, die die Elektronikkomponente überlappen. Demzufolge ist es möglich, die Möglichkeit zum Abstrahlen von Wärme zu verbessern, die von der Elektronikkomponente erzeugt wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Leiterplatte zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Elektronikkomponente zeigt;
    • 5 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Elektronikkomponente zeigt;
    • 6 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 8 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 9 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 10 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 11 ist eine Schnittansicht, die einen weiteren Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 12 ist eine Schnittansicht, die einen weiteren Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 13 ist eine Schnittansicht, die einen weiteren Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 14 ist eine Draufsicht, die Wärmeleitungspfade von der Elektronikkomponente in der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 15 ist eine Draufsicht, die Wärmeleitungspfade von der Elektronikkomponente in der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 16 veranschaulicht ein Beispiel beim Vergleich der Wärmewiderstandswerte der Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung und einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel;
    • 17 ist eine Draufsicht, die die Ausmaße eines Modells zeigt, das beim Vergleich der Wärmewiderstandswerte verwendet wird;
    • 18 ist eine Draufsicht, die das Modell zeigt, das beim Vergleich der Wärmewiderstandswerte verwendet wird;
    • 19 zeigt ein Verhältnis zwischen dem Wärmewiderstand der Halbleitereinrichtung und dem Abstandsmaß zwischen einer Kante der Elektronikkomponente und einem Wärmeabstrahlungs-Durchgang in einem Kantenbereich einer Wärmediffusionsplatte;
    • 20 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 21 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 22 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Leiterplatte zeigt, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 23 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Leiterplatte zeigt, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 24 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
    • 25 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
    • 26 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
    • 27 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt zur Herstellung der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
    • 28 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 29 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 30 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 31 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 2 der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 32 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 3 der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 33 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 3 der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 34 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
    • 35 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
    • 36 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 2 der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
    • 37 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 3 der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
    • 38 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
    • 39 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
    • 40 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
    • 41 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
    • 42 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
    • 43 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
    • 44 ist eine teilweise Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;
    • 45 ist eine teilweise Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;
    • 46 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
    • 47 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
    • 48 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß einer Variation der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
    • 49 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
    • 50 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
    • 51 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
    • 52 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
    • 53 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung;
    • 54 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung;
    • 55 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 2 der Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung;
    • 56 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Variation 3 der Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung; und
    • 57 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung zeigt, gemäß Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Von 1 an werden identische oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es erfolgen keine redundanten Beschreibungen davon. Jede Zeichnung ist eine schematische Ansicht und spiegelt nicht die präzisen Dimensionen oder dergleichen der dargestellten Bestandteile wider.
  • Ausführungsform 1
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 1 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 100 bei Betrachtung von oben. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile A-A in 1. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche einer Leiterplatte 1, auf welcher eine Elektronikkomponente 2 montiert ist, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 100 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • 1 und 2 zeigen einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 100. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 100 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 100 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • Die Halbleitereinrichtung 100, die in 1 und 2 gezeigt ist, kann in Stromrichtern verwendet werden, die in Hybrid-Automobilen, elektrischen Automobilen, elektrischen Geräten, industrieller Ausrüstung und sonstiger Ausrüstung montiert sind. Das gleiche gilt für die Halbleitereinrichtungen, die in den anderen Ausführungsformen beschrieben sind.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, weist die Halbleitereinrichtung 100 die Elektronikkomponente 2, die auf einem Wärmediffusionselement 3 montiert ist, das auf der Seite der oberen Fläche der Leiterplatte 1 angebracht ist, und ein Wärmeabstrahlungselement 4 auf, das auf der Seite der unteren Fläche der Leiterplatte 1 angebracht ist.
  • In der Halbleitereinrichtung 100 wird Wärme, die von der Elektronikkomponente 2 erzeugt wird, durch das Wärmediffusionselement 3 verteilt, das sich direkt darunter befindet. Sie wird zum Wärmeabstrahlungselement 4 geleitet, das auf der Seite der unteren Fläche der Leiterplatte 1 angebracht ist, und zwar durch eine Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15, die die Leiterplatte 1 in der Dickenrichtung durchdringen, und vom Wärmeabstrahlungselement 4 nach außen abgestrahlt.
  • Die Konfiguration der Halbleitereinrichtung 100 wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Zunächst wird die Leiterplatte 1 beschrieben.
  • Die Leiterplatte 1 ist beispielsweise ein flaches plattenartiges Element mit einer rechteckigen Form in der Draufsicht, und sie dient als Grundlage für die Halbleitereinrichtung 100 als Ganzes. Wie in 2 dargestellt, hat die Leiterschicht 1 eine hierarchische Struktur aus einer Mehrzahl von Leiterschichten und einer Isolierschicht 11, die sandwichartig zwischen die Leiterschichten eingefügt ist. Die Leiterschichten weisen eine obere Leiterschicht 12 (erste Leiterschicht), eine untere Leiterschicht 13 (zweite Leiterschicht) und innere Leiterschichten 14 auf. Das heißt: Die obere Leiterschicht 12 ist auf der oberen Fläche der Leiterplatte 1 angebracht, und die untere Leiterschicht 13 ist auf der unteren Fläche der Leiterplatte 1 angebracht.
  • Innerhalb der Leiterplatte 1 sind die inneren Leiterschichten 14 hierarchisch in Intervallen in der Richtung von oben nach unten angeordnet, und die Isolierschicht 11 ist zwischen der oberen Leiterschicht 12 und einer der inneren Leiterschichten 14, zwischen zwei inneren Leiterschichten 14 sowie zwischen einer der inneren Leiterschichten 14 und der unteren Leiterschicht 13 angeordnet.
  • Es ist auch eine dünne Leiterschicht 10 (Leiterfilmschicht) an den Innenwänden der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angeordnet, so dass die Endflächen der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und der inneren Leiterschichten 14, die nach den Innenwänden der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 freiliegen, mit der dünnen Leiterschicht 10 bedeckt sind und untereinander thermisch leiten.
  • Auf diese Weise weist die Leiterplatte 1 die inneren Leiterschichten 14 auf, die miteinander über die dünne Leiterschicht 10 in thermisch leitender Verbindung sind, und die auch mit der oberen Leiterschicht 12 und der unteren Leiterschicht 13 in thermisch leitender Verbindung sind. Dadurch wird die thermische Leitfähigkeit der Leiterplatte 1 verbessert.
  • Die Isolierschicht 11 dient als ein Basismaterial für die Leiterplatte 1 als Ganzes. Sie hat gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Draufsicht eine flache rechteckige plattenartige Form und ist beispielsweise aus Glasfasern und einem Epoxidharz gebildet. Die Isolierschicht 11 ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und sie kann auch aus einem Aramidharz und einem Epoxidharz gebildet sein.
  • Bei der Leiterplatte 1 ist die obere Leiterschicht 12 auf einer oberen Hauptfläche 11a (erste Hauptfläche) der Isolierschicht 11 angeordnet, die als ein Basismaterial dient, und die untere Leiterschicht 13 ist auf einer unteren Hauptfläche 11b (zweite Hauptfläche) der Isolierschicht 11 angeordnet. Es sei angemerkt, dass die oberste Fläche der Leiterplatte 1 auch als die obere Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 bezeichnet werden kann, und dass die unterste Fläche der Leiterplatte 1 auch als die untere Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 bezeichnet werden kann.
  • Die inneren Leiterschichten 14 sind gegenüberliegend zur oberen Leiterschicht 12 und zur unteren Leiterschicht 13 und nahezu parallel zu diesen angeordnet. Das heißt, die inneren Leiterschichten 14 sind gegenüberliegend zur oberen Hauptfläche 11a und zur unteren Hauptfläche 11b der Isolierschicht 11 und nahezu parallel zu diesen angeordnet. 2 zeigt ein Beispiel, bei welchem die zwei inneren Leiterschichten 14 angeordnet sind, aber die Anzahl von inneren Leiterschichten 14 ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann eine größere oder eine kleinere Anzahl von inneren Leiterschichten 14 angeordnet bzw. vorgesehen werden, oder die inneren Leiterschichten 14 können auch gar nicht angeordnet bzw. vorgesehen werden.
  • Die inneren Leiterschichten 14 haben jedoch eine höhere thermische Leitfähigkeit als die Isolierschicht 11, und daher kann die Anwesenheit der inneren Leiterschichten 14 die thermische Leitfähigkeit der Leiterplatte 1 insgesamt verbessern, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem die inneren Leiterschichten 14 nicht angeordnet sind.
  • Die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 sind sämtlich nahezu parallel zu der oberen Hauptfläche 11a und der unteren Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 angeordnet. Sie sind aus Materialien mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit gebildet, wie z. B. Kupfer, und sie haben Dicken im Bereich von größer als oder gleich groß wie 15 µm und kleiner als oder gleich groß wie 500 µm. Es sei angemerkt, dass die Leiterplatte 1 auch so ausgebildet sein kann, dass sie eine Mehrzahl von Isolierschichten 11 aufweist, die von der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und den inneren Leiterschichten 14 geteilt werden.
  • Wie oben beschrieben, weist die Leiterplatte 1, die in 2 veranschaulicht ist, vier Leiterschichten inklusive der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und der zwei inneren Leiterschichten 14 insgesamt als die Mehrzahl von Leiterschichten auf, aber die Struktur der Leiterplatte 1 ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und es ist auch möglich, dass sie nicht die inneren Leiterschichten 14 aufweist. Das gleiche gilt auch auf die unten beschriebenen Ausführungsformen.
  • Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 sind Durchgangslöcher, die so angeordnet sind, dass sie von der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 zu deren unterer Hauptfläche 11b verlaufen. In der Draufsicht bei Betrachtung von der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aus sind Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in Intervallen in einer Region angeordnet, die die Elektronikkomponente 2 überlappt, und in einer Region, die die Elektronikkomponente 2 nicht überlappt, aber das Wärmediffusionselement 3 überlappt.
  • Hierbei ist die Region, in welcher Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angeordnet werden, in erste und zweite Bereiche unterteilt. Das bedeutet, dass die erste Region eine Region ist, die die Elektronikkomponente 2 in der Draufsicht überlappt, und dass die zweite Region eine Region um die erste Region herum ist, d. h. eine Region außerhalb der ersten Region in der Draufsicht. Diese Unterteilung klassifiziert Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in eine Mehrzahl von ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15a, die in der ersten Region angeordnet sind, und eine Mehrzahl von zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15b, die in der zweiten Region angeordnet sind.
  • Das heißt, Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 sind in die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a, die die Elektronikkomponente 2 in der Draufsicht überlappen, und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b klassifiziert, die die Elektronikkomponente 2 in der Draufsicht nicht überlappen, aber das Wärmediffusionselement 3 in der Draufsicht überlappen.
  • Die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b können sowohl die Löcher einschließen, die die Isolierschichten 11 und die dünne Leiterschicht 10 durchdringen, die an den Innenwänden der Löcher angeordnet sind, oder sie können auch nur entweder die Löcher oder die dünne Leiterschicht 10 einschließen, abhängig von der jeweiligen Situation.
  • 2 veranschaulicht die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b als Löcher (als hohle Bereiche), die von der dünnen Leiterschicht 10 umgeben sind, aber diese Löcher können auch mit einem Material mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit gefüllt sein, wie z. B. Lot oder einem leitfähigen Klebstoff, der mit Silber-Füllmaterial gemischt ist. In diesem Fall kann der Bestandteil, der verwendet wird, um die Löcher zu füllen, wie z. B. ein leitfähiger Klebstoff, in den Bestandteilen der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 enthalten sein.
  • Die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, die mit einem Material, wie z. B. einem leitfähigen Klebstoff gefüllt sind, haben ein verbessertes Wärmeabstrahlungsvermögen, und zwar im Vergleich zu dem Fall, in welchem die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 hohle Löcher sind. Dies rührt daher, dass das leitfähige Element, wie z. B. der leitfähige Klebstoff eine höhere thermische Leitfähigkeit als Luft hat. Solch eine Halbleitereinrichtung, bei welcher die Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 mit Lot gefüllt sind, werden später als Ausführungsform 3 beschrieben.
  • Die Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 haben beispielsweise eine kreisrunde zylindrische Form mit einer kreisrunden Öffnung mit einem Durchmesser von 0,6 mm in der Draufsicht, und die dünne Leiterschicht 10 auf den Innenwandflächen der Löcher hat beispielsweise eine Dicke von 0,05 mm. Es sei jedoch angemerkt, dass die Form der Löcher nicht auf die kreisrunde zylindrische Form beschränkt ist, und dass sie beispielsweise eine quadratische Prismenform sein kann, oder dass die Öffnung in der Draufsicht eine polygonale (vieleckige) Form aufweisen kann.
  • Die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b kreuzen die obere Hauptfläche 11a und die untere Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 so, dass sie dazu orthogonal verlaufen. Die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 sind sämtlich so angeordnet, dass sie auf planare bzw. ebene Weise in den ersten und zweiten Regionen der Leiterplatte 1 verlaufen, und zwar entlang der oberen Hauptfläche 11a und der unteren Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 (d. h. nahezu parallel zur oberen Hauptfläche 11a und zur unteren Hauptfläche 11b).
  • Demzufolge sind die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b sämtlich mit der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und den inneren Leiterschichten 14 querverbunden. Mit anderen Worten: Die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 sind mit den Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 querverbunden.
  • Genauer gesagt: Die dünne Leiterschicht 10, die an den Innenwandflächen der Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angeordnet ist, ist mit der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und den inneren Leiterschichten 14 querverbunden. Der Begriff „Querverbindung“, wie hier verwendet, bezeichnet einen Zustand, bei der die Leiter sowohl elektrisch, als auch thermisch miteinander verbunden sind.
  • Die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 können so angeordnet sein, dass sie auf eine ebene Weise auf einer Region verlaufen, die die Leiterplatte 1 überlappt, oder besser gesagt auf der gesamten Leiterplatte 1 mit Ausnahme der Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15.
  • Außerdem ist es ausreichend, dass die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 auf Regionen angeordnet sind, wo die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angeordnet sind, und zwar aus den ersten und zweiten Regionen, besser gesagt mindestens zwei Regionen, die sandwichartig zwischen angrenzende Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 eingefügt sind, und mit den Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 querverbunden sind.
  • Das heißt, es kann auch sein, dass die Leiterschichten nicht auf Regionen angeordnet sind, wo die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 nicht ausgebildet sind, beispielsweise einer Region 1A in 1, und dass sie nur auf Regionen angeordnet sind, wo die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angeordnet sind, genauer gesagt nur auf Regionen, die sandwichartig zwischen angrenzende Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 eingefügt sind.
  • Hierbei ist die Region 1A auf der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 eine Region, wo die Verdrahtung (nicht dargestellt) zum Verbinden von Leiteranschlüssen 21 der Elektronikkomponente 2 angeordnet ist, und diese Verdrahtung dient zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Elektronikkomponente 2 und den übrigen Bestandteilen.
  • In der Region 1A ist eine Mehrzahl von Elektroden 19 angeordnet, die als dieselbe Leiterschicht wie die obere Leiterschicht 12 ausgebildet sind. Diese Elektroden 19 sind an die Leiteranschlüsse 21 der Elektronikkomponente 2 mit einem Bondmaterial 7c, wie z. B. einem Lot gebondet. Der Term „Bonden“, wie hier verwendet, bezeichnet ein Verbinden einer Mehrzahl von Elementen miteinander unter Verwendung von Lot oder anderen Materialien.
  • 3 ist eine Draufsicht der Leiterplatte 1, bevor die Elektronikkomponente 2 und das Wärmediffusionselement 3 (später beschrieben) montiert werden, und zwar bei Betrachtung von einem Ort oberhalb der oberen Hauptfläche 11a. Wie in 3 veranschaulicht, sind die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 nicht in der gesamten Region der Leiterplatte 1 ausgebildet, und die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 sind nicht in der Region 1A angeordnet, die in 3 dargestellt ist, d. h. einer Region, wo die Leiteranschlüsse 21 der Elektronikkomponente 2, die in 1 dargestellt sind, verbunden sind.
  • Die obere Leiterschicht 12 und die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14, die nicht dargestellt sind, sind jedoch vorzugsweise in der Region angeordnet, wo die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 ausgebildet sind, und in dessen Umgebungsbereich, mit Ausnahme der Region 1A, d. h. sie sind so angeordnet, dass sie auf planare bzw. ebene Weise in einer Region 1B verlaufen, die mit der gestrichelten Linie angezeigt ist. Dadurch wird die Wirkung vergrößert, dass die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme durch jede Leiterschicht hindurch verteilt wird.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 2 werden die Elektronikkomponente 2 und das Wärmediffusionselement 3 beschrieben. Die Elektronikkomponente 2 ist ein Gehäuse bzw. ein Package, in welchem ein Halbleiterchip 22 inklusive einer oder mehrerer Komponenten, die beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt sind, die einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einen PNP-Transistor, einen NPN-Transistor, eine Diode und eine integrierte Steuerungsschaltung (IC) enthält, mittels eines Harzformelements 23 eingehüllt bzw. abgedichtet oder versiegelt untergebracht ist.
  • Beispielsweise hat die Elektronikkomponente 2 in der Draufsicht eine rechteckige Form, und sie hat einen beträchtlich hohen Erwärmungswert, da sie den Halbleiterchip 22 enthält. In vielen Fällen ist daher die Elektronikkomponente 2 so konfiguriert, dass sie eine Wärmeabstrahlungsplatte 24 enthält, wie in 2 gezeigt. Diese Wärmeabstrahlungsplatte 24 ist auf eine Hauptfläche 311 der Wärmediffusionsplatte 31 gebondet, und zwar mit einem Metall-Bondmaterial 7b, wie z. B. einem Lot. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die Wärme, die vom Halbleiterchip 22 der Elektronikkomponente 2 erzeugt wird, effizient über die Wärmeabstrahlungsplatte 24 abgestrahlt wird. Auf diese Weise weist die Elektronikkomponente 2 die Leiteranschlüsse 21, den Halbleiterchip 22, das Harzformelement 23 und die Wärmeabstrahlungsplatte 24 auf.
  • Als ein spezifisches Beispiel für die Elektronikkomponente 2 wird z.B. TO-263 als Gehäuse bzw. als Package eines MOSFET oder anderer Einrichtungen genannt. 4 ist eine Draufsicht von TO-263 bei Betrachtung von der Seite der oberen Fläche aus. Dieses Gehäuse ist vom oberflächenmontierten Typ, wobei eine Wärmeabstrahlungsplatte auf der Seite der unteren Fläche angeordnet ist, und Leiteranschlüsse LT stehen von der einen Seitenfläche eines Harzformelements MR vor und biegen auf der Seite der unteren Fläche nach unten. Da die Leiteranschlüsse LT eine solche Länge haben, dass sie nur dieselbe Ebene wie die Wärmeabstrahlungsplatte erreichen können, wird die Länge der Leiteranschlüsse erhöht, so dass sie die Leiterplatte 1 in der Konfiguration wie in der vorliegenden Ausführungsform erreichen, wobei die Wärmeabstrahlungsplatte 24 an die Wärmediffusionsplatte 31 gebondet ist und die Leiteranschlüsse 21 an die Leiterplatte 1 gebondet sind.
  • Ein Gehäuse bzw. Package vom Durchgangsloch-Montagetyp, wie z. B. das in 5 veranschaulichte TO-220, das lange Leiteranschlüsse LT aufweist, kann die Leiteranschlüsse LT biegen und verarbeiten und ist demnach kompatibel mit der Konfiguration wie in der vorliegenden Ausführungsform, bei welcher die Wärmeabstrahlungsplatte 24 an die Wärmediffusionsplatte 31 gebondet ist. Dadurch wird die Verwendung eines Vielzweck-Produkts ermöglicht, und demzufolge verringern sich die Herstellungskosten.
  • Es erfolgt eine weitere Beschreibung unter Verwendung von 2. Wie in 2 dargestellt, sind ein Teil der oberen Fläche der Wärmeabstrahlungsplatte 24 und deren Seitenfläche auf der Seite, die den Leiteranschlüssen 21 zugewandt ist, mit dem Harzformelement 23 bedeckt. Demzufolge ist die Wärmeabstrahlungsplatte 24 am Harzformelement 23 fixiert. Dies ist jedoch bloß ein Beispiel, und die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Wärmeabstrahlungsplatte 24 als Ganzes mit Ausnahme von ihrer unteren Fläche mit dem Harzformelement 23 bedeckt sein.
  • Das Vorhandensein der Wärmeabstrahlungsplatte 24, die elektrisch und thermisch mit einigen Anschlüssen des Halbleiterchips 22 verbunden ist, in der Elektronikkomponente 2 erleichtert das Bonden an die Wärmediffusionsplatte 31. Für den Fall beispielsweise, dass die Elektronikkomponente 2 eine Bare-Chip-Komponente (eine Nacktchip-Komponente) ist, die nur den Halbleiterchip 22 enthält und nicht die Wärmeabstrahlungsplatte 24 enthält, und die an die Wärmediffusionsplatte 31 gebondet ist, muss ein Drahtbonden oder dergleichen durchgeführt werden, um die elektrische Verbindung mit einigen der Anschlüsse, wie z. B. einem Gate-Anschluss, einem Source-Anschluss und einem Drain-Anschluss herzustellen.
  • Da die Schritte zum Montieren der Leiterplatte für gewöhnlich keinen Drahtbondschritt enthalten, ist es notwendig, einen anderen Schritt auszuführen, um die Bonddrähte oder dergleichen anzuschließen, was zu einem Kostenanstieg führt. Für den Fall, dass der Halbleiterchip 22 direkt auf der Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet ist, und falls die Wärmediffusionsplatte 31 keine hohe Oberflächen-Ebenheit aufweist, kann der Chip 22 eine Neigung aufweisen und öfter ein Versagen zur Folge haben.
  • Außerdem gilt für den Fall, dass Wärme direkt vom Halbleiterchip 22 auf die Wärmediffusionsplatte 31 verteilt wird, und zwar ohne einen Schritt, in welchem die Wärme, die vom Halbleiterchip 22 erzeugt wird, zunächst auf die Wärmeabstrahlungsplatte 24 und dann auf die Wärmediffusionsplatte 31 verteilt wird, Folgendes: Sogar ein kleiner Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchip 22 und der Wärmediffusionsplatte 31 kann eine signifikante Abnahme des Wärmeleitungsvermögens zur Folge haben. Im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der Montage ist es wünschenswert, dass die Elektronikkomponente 2 den Halbleiterchip 22 und die Wärmeabstrahlungsplatte 24 aufweist, und dass die Wärmeabstrahlungsplatte 24 an die Wärmediffusionsplatte 31 gebondet ist.
  • Es ist schwierig, das Harzformelement 23 mit einem Bondmaterial, wie z. B. Lot zu bonden, und es ist demzufolge so konfiguriert, dass es in engen Kontakt mit dem Bondmaterial kommt. Falls das Harzformelement 23 der Elektronikkomponente 2 zumindest in Kontakt mit dem Bondmaterial ist, ist es möglich, einen gewissen Grad von Wärmeabstrahlung vom Harzformelement 23 in Richtung der Leiterplatte zu gewährleisten. Der Begriff „enger Kontakt“, wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Zustand, in welchem eine Mehrzahl von Bauteilen in Kontakt miteinander ist und jedes Bauteil eine Adsorptionskraft ausübt, die schwächer ist als die Bondingkraft der übrigen Bauteile. Die Wärmeabstrahlungsplatte 24 und die Wärmediffusionsplatte 31 sind mit dem Bondmaterial 7b aneinander gebondet. Es sei angemerkt, dass das Harzformelement 23 nicht notwendigerweise in engem Kontakt mit dem Bondmaterial 7b zu sein braucht.
  • Das Wärmediffusionselement 3 hat die Funktion, die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme nach außen in der Draufsicht radial zu verteilen. Demzufolge ist die Elektronikkomponente 2 so angeordnet, dass sie zur linken Seite des Wärmediffusionselements 3 hin schräg bzw. geneigt ist, so dass die Wärme in die Richtungen auf die drei Seitenflächen des Wärmediffusionselements 3 hin verteilt wird, mit Ausnahme der Seitenfläche auf der Seite, die den Leiteranschlüssen 21 der rechteckigen Elektronikkomponente 2 zugewandt ist, d. h. auf der linken Seite in 1. Durch das Anordnen der Elektronikkomponente 2 auf diese Weise wird die Effizienz des Wärmediffusionselements 3 verbessert, das die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme radial verteilt. Es sei angemerkt, dass der Ort der Elektronikkomponente 2 nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist, und die Form des Wärmediffusionselements 3 in der Draufsicht ist ebenfalls nicht auf die Rechteckform beschränkt.
  • Das Wärmediffusionselement 3 weist die Wärmeabstrahlungsplatte 31 auf und ist beispielsweise vorzugsweise aus Kupfer gebildet. Dadurch wird die thermische Leitfähigkeit, d. h. das Wärmeabstrahlungsvermögen der Wärmediffusionsplatte 31 verbessert. Die Wärmediffusionsplatte 31 kann aus einem Keramikmaterial mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit gebildet sein, wie z. B. Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, was einschließt, dass eine Metallschicht bzw. ein Metallfilm auf der Oberfläche gebildet wird.
  • Alternativ kann die Wärmediffusionsplatte 31 aus einem Metallmaterial gebildet sein, das erhalten wird, indem eine Nickel- oder Goldplattierungschicht (ein Nickel- oder Goldplattierungsfilm) auf einer Oberfläche aus irgendeinem Legierungsmaterial gebildet wird, das beispielsweise aus der Gruppe aus einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung und einer Magnesiumlegierung ausgewählt ist. Diese Wärmediffusionsplatte 31 ist an die obere Leiterschicht 12 gebondet, die auf der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 angeordnet ist, und zwar mit einem Bondmaterial 7a (erstes Bondmaterial), wie z. B. einem Lot.
  • Die Elektronikkomponente 2 und die Wärmediffusionsplatte 31 des Wärmediffusionselements 3 sind mit dem Bondmaterial 7b (dem zweiten Bondmaterial), wie z. B. einem Lot aneinander gebondet. Genauer gesagt: Die Wärmeabstrahlungsplatte 24 der Elektronikkomponente 2 und die Wärmediffusionsplatte 31 des Wärmediffusionselements 3 sind mit dem Bondmaterial 7b aneinander gebondet. Für den Fall, dass der Strom von der unteren Fläche des Halbleiterchips 22 in der Elektronikkomponente 2 in Richtung der Wärmeabstrahlungsplatte 24 fließt, und falls die Wärmediffusionsplatte 31 aus einem leitfähigen Material, wie z. B. einem Metallmaterial gebildet ist, dann fließt die Elektrizität durch die Wärmediffusionsplatte 31, die an die Elektronikkomponente 2 mit dem Bondmaterial 7b, wie z. B. dem Lot gebondet ist, und daher kann der elektrische Widerstand in der oberen Leiterschicht 12 der Leiterplatte 1 verringert werden.
  • Demzufolge kann die Wärmediffusionsplatte 31 nicht nur die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme verteilen, sondern sie kann auch Kontinuitätsverluste in der oberen Leiterschicht 12 und den übrigen Schichten verringern, die in der Leiterplatte 1 angeordnet sind.
  • Die Wärmediffusionsplatte 31 kann eine Leiter-Busschiene als elektrische Verdrahtung verwenden. Die Busschiene ist oft aus einem Material, wie z. B. Kupfer gebildet und hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe thermische Leitfähigkeit. Demzufolge kann eine Vielzweck-Busschiene als die Wärmediffusionsplatte 31 verwendet werden. Die Busschiene kann nicht nur als eine Wärmediffusionsplatte verwendet werden, sondern sie kann auch in dem Fall verwendet werden, in welchem Leiterplatten miteinander verbunden werden.
  • Wie oben beschrieben, ist das Wärmediffusionselement 3 an die Elektronikkomponente 2 mit dem Bondmaterial 7b, wie z. B. Lot gebondet, und es ist auch an die obere Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 mit dem Bondmaterial 7a, wie z. B. Lot gebondet. Dadurch wird es ermöglicht, dass die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme radial an das Wärmediffusionselement 3 über die Bondmaterialien 7a und 7b geleitet wird und in Richtung auf die obere Hauptfläche 11a zu verteilt wird. Nachdem die Wärme von der Elektronikkomponente 2 an das Wärmediffusionselement 3 verteilt worden ist, kann diese Wärme daher vom Wärmediffusionselement 3 an das sich darunter befindliche Wärmeabstrahlungselement 4 geleitet werden.
  • Die Wärmediffusionsplatte 31 ist an die obere Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 mit dem Bondmaterial 7a gebondet, so dass sie die Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in der Leiterplatte 1 bedeckt. Die Wärmeabstrahlungsplatte 24 der Elektronikkomponente 2 ist an die Hauptfläche 311 der Wärmediffusionsplatte 31 mit dem Bondmaterial 7b gebondet.
  • Es sei angemerkt, dass die Wärmediffusionsplatte 31 in der Region 1A in den 1 und 2 nicht ausgebildet ist, da die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in dieser Region nicht ausgebildet sind. Die Wärmediffusionsplatte 31 kann aber auch in der Region 1A ausgebildet sein, wenn es möglich ist, dass ein elektrischer Kontakt mit den Elektroden 19 oder dergleichen vermieden wird.
  • Für den Fall, dass Lot als die Bondmaterialien zum Bonden von Leiterelementen verwendet wird, bildet sich eine intermetallische Verbindung an den Grenzflächen des Bondens zwischen den Bondmaterialien und jeder von der Elektronikkomponente 2, der oberen Leiterschicht 12 und der Wärmediffusionsplatte 31 aus, die an die Bondmaterialien gebondet werden, und dies verringert den Kontaktwärmewiderstand an den Grenzflächen des Bondens. Daher ist es bevorzugt, dass Lot als die Bondingmaterialien verwendet wird, aber die Bondingmaterialien können auch unterschiedliche und von Lot verschiedene Materialien mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit sein, wie z. B. ein leitfähiger Klebstoff oder eine Nano-Silber-Paste.
  • Das Wärmediffusionselement 3 hat vorzugsweise eine höhere Biegesteifigkeit, d. h. ein größeres Produkt aus Young-Modul und dem Sekundärmoment eines Schnitts, als die Leiterplatte 1. In diesem Fall ist es möglich, die Steifigkeit einer Struktur zu verbessern, die aus der Leiterplatte 1 und der Wärmediffusionsplatte 31 in der Halbleitereinrichtung 100 gebildet ist, so dass die Leiterplatte 1 weniger verformbar infolge von externen Kräften, wie z. B. einer Fixierung und Vibrationen gemacht wird, dass der Widerstand der Leiterplatte 1 vom Oberflächen-Montagetyp verringert wird und die Versagensrate verringert wird, die infolge eines Brechens bzw. Reißens von Kondensatoren oder anderen Komponenten zunehmen kann, und dass die Zuverlässigkeit verbessert wird.
  • Wenn die Wärmediffusionsplatte 31 eine kleinere Dicke aufweist, hat sie eine niedrigere thermische Leitfähigkeit und ein unzureichendes Vermögen zum Abstrahlen der von der Elektronikkomponente 2 erzeugten Wärme. Wenn die Wärmediffusionsplatte 31 wiederum eine größere Dicke hat, wird es schwierig, die gleiche Montageeinrichtung wie die Einrichtung (Montageeinrichtung) zu verwenden, die zum Montieren der Elektronikkomponente 2 auf der Leiterplatte 1 verwendet wird, wenn die Wärmediffusionsplatte 31 auf der Leiterplatte 1 montiert wird.
  • Dies rührt daher, dass die Dicke der Wärmediffusionsplatte 31 einen oberen Grenzwert der Dicke von Komponenten überschreitet, die mit der Montageeinrichtung montiert werden können. In diesem Fall steigen die Montagekosten an, da die Wärmediffusionsplatte 31 nicht automatisch unter Verwendung der gleichen Montageeinrichtung montiert werden kann. Demzufolge ist die Dicke der Wärmediffusionsplatte 31 vorzugsweise größer als oder gleich groß wie 0,1 mm und kleiner als oder gleich groß wie 100 mm, und sie ist beispielsweise vorzugsweise ungefähr 0,5 mm.
  • Die Wärmediffusionsplatte 31 kann eine blockartige Form haben, und zwar anstelle einer plattenartigen Form. Das Wärmediffusionselement 3 kann durch Überlagern einer Mehrzahl von Wärmediffusionsplatten 31 konfiguriert werden. Wenn das Wärmediffusionselement 3 ausgebildet wird, indem Vielzweck-Metallplatten überlagert werden und diese mit einem Metallmaterial aneinander gebondet werden, ist es möglich, die Herstellungskosten des Wärmediffusionselements 3 zu verringern und das Wärmeabstrahlungsvermögen des Wärmediffusionselements 3 zu verbessern.
  • Als Nächstes wird das Wärmeabstrahlungselement 4 beschrieben. Das Wärmeabstrahlungselement 4 wird beispielsweise über die gesamte untere Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 hinweg angeordnet und weist ein Wärmeabstrahlungsbauteil 41 und ein Kühlelement 42 auf. Beispielsweise können die Leiterplatte 1 und das Wärmeabstrahlungselement 4 mit einem Bondmaterial aneinander gebondet sein, oder sie können auch nur einfach in engen Kontakt miteinander kommen. Bei der Halbleitereinrichtung 100 in 2 sind als ein Beispiel die Elektronikkomponente 2, das Wärmediffusionselement 3, die Leiterplatte 1, das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 und das Kühlelement 42 in der Reihenfolge von der oberen Seite zur unteren Seite in 2 angeordnet.
  • In diesem Fall ist das Kühlelement 42 in vielen Fällen elektrisch mit Einrichtungen außerhalb der Halbleitereinrichtung 100 verbunden, so dass das Kühlelement 42 und die untere Leiterschicht 13 vorzugsweise voneinander über das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 getrennt sind. Für den Fall jedoch, dass das Kühlelement 42 und das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 in der Reihenfolge von der oberen Seite zur unteren Seite in 2 angeordnet sind, brauchen das Kühlelement 42 und die untere Leiterschicht 13 nicht notwendigerweise voneinander getrennt zu sein.
  • Für den Fall, dass das Wärmeabstrahlungselement 4 über die gesamte untere Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 hinweg angeordnet ist, ist das Wärmeabstrahlungselement 4 so angeordnet, dass es alle von den ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15a und den zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15b der Leiterplatte 1 in der Draufsicht überlappt. Alternativ ist auch eine Konfiguration möglich, bei welcher zumindest einige der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 das Wärmeabstrahlungselement 4 in der Draufsicht überlappen.
  • Mit anderen Worten: Das Wärmeabstrahlungselement 4 kann so konfiguriert sein, dass es zumindest einen Teil der unteren Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 überlappt. Beispielsweise kann das Wärmeabstrahlungselement 4 so konfiguriert sein, dass es nur mit einer Region der unteren Hauptfläche 11b in engen Kontakt kommt, die einer Region entspricht, die die Elektronikkomponente 2 und angrenzende Regionen in der Draufsicht überlappt.
  • Das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 hat vorzugsweise elektrisch isolierende Eigenschaften und ist aus einem Material mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit gebildet. Genauer gesagt: Das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 ist vorzugsweise aus einem Flächenkörper gebildet, der erhalten wird, indem Partikel beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid in einem Silikonharz gemischt werden. Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid haben eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit, und sie haben elektrisch isolierende Eigenschaften. Alternativ kann das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 Silikonfett oder ein Silikonklebstoff sein, anstatt dass es die oben beschriebene Konfiguration hat. In diesem Fall kann das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 auch aus einem Nicht-Silikon-Material sein, wenn das Material eine hohe thermische Leitfähigkeit hat.
  • Das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 kann aus einer Leiterschicht mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit und einer elektrischen Isolierschicht gebildet sein. Das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 verteilt die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme nach außen von der Elektronikkomponente 2 über die Wärmediffusionsplatte 31 und leitet die verteilte Wärme durch die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 an die untere Leiterschicht 13 in der Leiterplatte 1. Wenn das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 eine Leiterschicht aufweist, die zur Wärmeverteilung imstande ist, kann die Wärme weiter verteilt werden, und zwar radial durch die Leiterschicht in der Draufsicht.
  • Das Kühlelement 42 ist beispielsweise ein flaches plattenartiges Element mit rechteckiger Form in der Draufsicht, und es ist aus einem Metallmaterial mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit gebildet. Genauer gesagt: Das Kühlelement 42 ist vorzugsweise aus Aluminium gebildet, aber es kann auch aus irgendeinem anderen Material, wie z. B. Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung gebildet sein. Das Kühlelement 42 ist direkt unterhalb oder direkt oberhalb des Wärmeabstrahlungsbauteils 41 angeordnet. In 2 ist das Kühlelement 42 thermisch mit der Leiterplatte 1 über das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 verbunden. Mit anderen Worten: Man kann sagen, dass das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 in engem Kontakt mit der oberen oder unteren Hauptfläche des Kühlelements 42 ist oder daran gebondet ist. Es sei angemerkt, dass das Kühlelement 42 auch ein Gehäuse sein kann.
  • Obwohl nicht eigens dargestellt, ist ein Wasser- oder Luftkühlmechanismus, beispielsweise ein Wasserkühlrohr oder Kühllamellen, in Kontakt auf der Unterseite des Kühlelements 42 angeordnet.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung 100 unter Bezugnahme auf 6 bis 10 beschrieben, d. h. auf Schnittansichten, die Herstellungsschritte zeigen, wobei das Hauptaugenmerk auf den Schritten zum Montieren der Elektronikkomponente 2 und des Wärmediffusionselements 3 liegt.
  • In dem in 6 gezeigten Schritt wird die Leiterplatte 1 vorbereitet, so dass eine hierarchische Struktur einer Mehrzahl von Leiterschichten ausgebildet wird, inklusive der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und der inneren Leiterschichten 14 sowie der Isolierschichten 11, die sandwichartig zwischen die Leiterschichten eingefügt sind, und sie weist eine Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 auf, die die hierarchische Struktur in der Dickenrichtung durchdringen. Zur Herstellung dieser Leiterplatte 1 können wohlbekannte Techniken verwendet werden, und daher erfolgt deren Beschreibung hier nicht.
  • Wie in 6 dargestellt, wird Lotpaste 6a auf die obere Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aufgebracht, d. h. auf die obere Leiterschicht 12. Beispielsweise wird die Lotpaste 6a vorzugsweise in der Draufsicht in Punkten auf Bereiche der oberen Leiterschicht 12 aufgebracht, die sich zwischen angrenzenden Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 befinden, die in der Leiterplatte 1 angeordnet sind. Genauer gesagt: Die Lotpaste 6a wird vorzugsweise an Positionen aufgebracht, die sich 100 µm oder weiter von den Außenkanten der Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in der Richtung entlang der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 entfernt finden, und zwar durch Drucken unter Verwendung einer Metallmaske durch einen wohlbekannten Lot-Druckprozess.
  • Dann wird die Wärmediffusionsplatte 31, die das Wärmediffusionselement 3 bildet, auf der Lotpaste 6a montiert, und in diesem Zustand wird eine wohlbekannte Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt. Es sei angemerkt, dass der Schritt zum Montieren des Wärmediffusionselements 3 automatisch von der oben beschriebenen Montageeinrichtung durchgeführt wird.
  • Wenn die Leiterplatte 1 so konfiguriert ist, dass sie Vorsprünge aufweist, die insgesamt oder teilweise um den Ort herum ausgebildet sind, wo die Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet ist, so dass die Bewegung der Wärmediffusionsplatte 31 beschränkt wird, ist es möglich, die Bewegung der Wärmediffusionsplatte 31 während des Transport oder der Reflow-Wärmebehandlung zu verringern und Fehler beim Montieren zu verringern. Die Vorsprünge können aus einem Lot-Resistmaterial gebildet werden, das beim wohlbekannten Resist-Druck verwendet wird.
  • Alternativ können die Vorsprünge auch aus einem Harz oder einem Metall, wie z. B. Kupfer ausgebildet werden, das beim wohlbekannten Siebdruck (Seidendruck) oder Symboldruck verwendet wird. Wenn diese Materialien verwendet werden, können die Vorsprünge mit einem allgemeinen Herstellungsprozess für Leiterplatten hergestellt werden, und demzufolge können sie bei geringen Kosten ohne die Notwendigkeit von speziellen Schritten hergestellt werden.
  • Anstelle den oben genannten Druckprozess zu verwenden, können die Vorsprünge auch ausgebildet werden, indem ein Harz-Flächenkörper mit einem Muster von Vorsprüngen an der Leiterplatte 1 befestigt wird, oder sie können gebildet werden, indem diese Ausbildungsverfahren geeignet kombiniert werden. Das Material für die Vorsprünge kann ein Material sein, für das es nicht wahrscheinlich ist, dass es mit dem Lot-Bondmaterial 7a benetzt wird.
  • Durch die Reflow-Wärmebehandlung schmilzt die Lotpaste 6a und fließt entlang der Oberfläche der oberen Leiterschicht 12, d. h. der oberen Hauptfläche 11a. Dadurch bildet sie das laminare Bondmaterial 7a aus, wie in 7 veranschaulicht. In diesem Fall fließt das geschmolzene und fließende Bondmaterial 7a nicht in die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b hinein. Dies rührt daher, dass - wie oben beschrieben - die Lotpaste 6a auf die Regionen gedruckt wird, die sich von den Außenkanten der Löcher der ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und der zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b entfernt befindet, und es rührt auch daher, dass die Menge der Lotpaste 6a geeignet berechnet wird. Nachdem das Bonden unter Verwendung des Bondmaterials 7a abgeschlossen ist, wird eine Prüfung des Erscheinungsbilds bzw. Sichtprüfung vorgenommen und der Montagezustand begutachtet.
  • In dem in 8 gezeigten Schritt wird als Nächstes Lotpaste 6b auf die Wärmediffusionsplatte 31 aufgebracht, und es wird Lotpaste 6c auf die Elektroden 19 aufgebracht, die auf der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 angeordnet sind. Die Lotpaste 6b und die Lotpaste 6c werden vorzugsweise unter Verwendung einer Metallmaske durch einen wohlbekannten Lot-Druckprozess gedruckt.
  • Als Nächstes wird die Elektronikkomponente 2 auf der Lotpaste 6b montiert, so dass die Leiteranschlüsse 21 der Elektronikkomponente 2 in Kontakt mit der Lotpaste 6c kommen. In diesem Zustand wird eine wohlbekannte Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt. Es sei angemerkt, dass der Schritt zum Montieren der Elektronikkomponente 2 automatisch von der oben beschriebenen Montageeinrichtung vorgenommen wird.
  • Durch die Reflow-Wärmebehandlung schmilzt die Lotpaste 6b und fließt entlang der oberen Hauptfläche auf der Wärmediffusionsplatte 31. Dadurch bildet sie das laminare Bondmaterial 7a aus, wie in 9 veranschaulicht. Es sei angemerkt, dass das Bondmaterial 7b auch in die Unterseite des Harzformelements 23 der Elektronikkomponente 2 fließt, aber nicht an das Harzmaterial gebondet wird. Demzufolge kommt das Bondmaterial 7b auf einfache Weise in engen Kontakt mit dem Harzformelement 23.
  • Bei der Reflow-Wärmebehandlung schmilzt die Lotpaste 6c auch gleichzeitig in das laminare Bondmaterial 7c und bondet die Leiteranschlüsse 21 und die Elektroden 19 aneinander. Nachdem das Bonden unter Verwendung der Bondmaterialien 7a und 7c abgeschlossen ist, wird ein Schritt zur Prüfung des Erscheinungsbilds bzw. Sichtprüfung vorgenommen und der Montagezustand begutachtet. Indem auf diese Weise die Elektronikkomponente 2 vom Oberflächenmontagetyp in der Leiterplatte 1 verwendet wird, die ein Oberflächenmontagesubstrat ist, ist es möglich, die Elektronikkomponente 2 automatisch auf der Leiterplatte 1 unter Verwendung der Montageeinrichtung zu montieren.
  • In dem in 10 dargestellten Schritt wird als Nächstes das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 in Kontakt mit der unteren Leiterschicht 13 in der Leiterplatte 1 angeordnet, und das Kühlelement 42 wird in Kontakt mit dem Wärmeabstrahlungsbauteil 41 angeordnet. Dann werden das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 und das Kühlelement 42 in engen Kontakt miteinander gebracht, so dass das Wärmeabstrahlungsbauteil 4 gebildet wird.
  • Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Art und Weise kann das Kühlelement 42 auch in Kontakt mit der unteren Leiterschicht 13 angeordnet werden, und das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 kann auf der Unterseite des Kühlelements 42 angeordnet werden, so dass das Wärmeabstrahlungselement 4 ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass die Leiterplatte 1 und jedes Bauteil des Wärmeabstrahlungselements 4 mit einem Bondmaterial, wie z. B. Lot aneinander gebondet sein können. Durch die oben beschriebenen Schritte wird die Halbleitereinrichtung 100 erhalten, die in 2 dargestellt ist.
  • Als Nächstes wird ein weiteres Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung 100 unter Bezugnahme auf 11 bis 13 beschrieben, d. h. auf Schnittansichten, die Herstellungsschritte zeigen, wobei das Hauptaugenmerk auf den Schritten zum Montieren der Elektronikkomponente 2 und des Wärmediffusionselements 3 liegt.
  • In dem in 11 gezeigten Schritt wird die Wärmediffusionsplatte 31 vorbereitet, an welche die Elektronikkomponente 2 gebondet ist. Lotpaste, die zum Bonden der Elektronikkomponente 2 an die Wärmediffusionsplatte 31 verwendet wird, hat einen höheren Schmelzpunkt als Lotpaste, die in den nachfolgenden Schritten verwendet wird, und ein Bondmaterial 7g, das die Wärmediffusionsplatte 31 und die Elektronikkomponente 2 aneinander bondet, wird bei einer anschließenden Reflow-Wärmebehandlung nicht wieder schmelzen.
  • In dem in 12 gezeigten Schritt wird als Nächstes die Leiterplatte 1 vorbereitet, so dass eine hierarchische Struktur einer Mehrzahl von Leiterschichten ausgebildet wird, inklusive der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und der inneren Leiterschichten 14 sowie der Isolierschichten 11, die sandwichartig zwischen die Leiterschichten eingefügt sind, und sie weist eine Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 auf, die die hierarchische Struktur in der Dickenrichtung durchdringen.
  • Wie in 12 dargestellt, wird Lotpaste 6a auf die obere Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 aufgebracht, d. h. auf die obere Leiterschicht 12. Beispielsweise wird die Lotpaste 6a vorzugsweise in der Draufsicht in Punkten auf Bereiche der oberen Leiterschicht 12 aufgebracht, die sich zwischen angrenzenden Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 befinden, die in der Leiterplatte 1 angeordnet sind.
  • Genauer gesagt: Die Lotpaste 6a wird vorzugsweise an Positionen aufgebracht, die sich 100 µm oder weiter von den Außenkanten der Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in der Richtung entlang der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 entfernt finden, und zwar durch Drucken unter Verwendung einer Metallmaske durch einen wohlbekannten Lot-Druckprozess. Die Lotpaste 6c wird auch auf die Elektroden 19 aufgebracht, die auf der oberen Hauptfläche 11 a der Leiterplatte 1 angeordnet sind. Die Lotpaste 6c wird beispielsweise vorzugsweise durch Drucken unter Verwendung einer Metallmaske in einem wohlbekannten Lot-Druckprozess aufgebracht.
  • In dem in 13 gezeigten Schritt wird dann die Wärmediffusionsplatte 31, an welche die Elektronikkomponente 2 gebondet ist, auf der Lotpaste 6a montiert. In diesem Fall kommen die Leiteranschlüsse 21 der Elektronikkomponente 2 in Kontakt mit der Lotpaste 6c. In diesem Zustand wird eine wohlbekannte Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt. Der Schritt zum Montieren der Wärmediffusionsplatte 31, die an die Elektronikkomponente 2 gebondet ist, wird automatisch mittels der oben beschriebenen Montageeinrichtung durchgeführt.
  • Durch die Reflow-Wärmebehandlung schmilzt die Lotpaste 6a und fließt entlang der Oberfläche der oberen Leiterschicht 12, d. h. der oberen Hauptfläche 11a. Dadurch bildet sie das laminare Bondmaterial 7a aus, wie in 2 veranschaulicht. In diesem Fall fließt das geschmolzene und fließende Bondmaterial 7a nicht in die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b hinein. Dies rührt daher, dass - wie oben beschrieben - die Lotpaste 6a auf die Regionen gedruckt wird, die sich von den Außenkanten der Löcher der ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und der zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b entfernt befindet, und es rührt auch daher, dass die Menge der Lotpaste 6a geeignet berechnet wird.
  • Bei der Reflow-Wärmebehandlung schmilzt die Lotpaste 6c auch gleichzeitig in das laminare Bondmaterial 7c, wie in 2 gezeigt, und bondet die Leiteranschlüsse 21 und die Elektroden 19 aneinander. Nachdem das Bonden unter Verwendung der Bondmaterialien 7a und 7c abgeschlossen ist, wird ein Schritt zur Prüfung des Erscheinungsbilds bzw. Sichtprüfung vorgenommen und der Montagezustand begutachtet.
  • Es sei angemerkt, dass das Bondmaterial 7g, das die Elektronikkomponente 2 und die Wärmediffusionsplatte 31 aneinander bondet, bei der Reflow-Wärmebehandlung nicht wieder schmilzt. Dies rührt daher, dass die Lotpaste, die zum Bonden der Elektronikkomponente 2 an die Wärmediffusionsplatte 31 verwendet wird, einen höheren Schmelzpunkt als die Lotpaste 6a hat, und es rührt auch daher, dass die Temperatur während der Reflow-Wärmebehandlung auf eine Temperatur vorgegeben ist, die höher ist als der Schmelzpunkt der Lotpaste 6a und die das Bondmaterial 7g nicht schmilzt.
  • Für den Fall, dass das oben beschriebene Herstellungsverfahren verwendet wird, benötigt der Herstellungsprozess bloß einen einzigen Reflow-Erwärmungsschritt. Dadurch wird die Effizienz bei der Herstellung verbessert, und die Herstellungskosten werden verringert.
  • Vorgänge und Wirkungen
  • Als Nächstes werden die Vorgänge und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 14 bis 19 beschrieben. 14 ist eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 100 bei Betrachtung von oben, und sie zeigt mit Pfeilen schematisch Wärmeleitungspfade. 15 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile A-A in 14, und sie zeigt schematisch die Wärmeleitungspfade mit Pfeilen.
  • Wie in 15 dargestellt, wird ein Teil der von der Elektronikkomponente 2 erzeugten Wärme durch die Wärmediffusionsplatte 31 hindurch geleitet, die sich unterhalb der Elektronikkomponente 2 befindet, sowie durch die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a, die in der Leiterplatte 1 angeordnet sind, und zwar in Richtung des Wärmeabstrahlungselements 4, das sich unterhalb befindet, wie beispielhaft mit der Wärme H1 dargestellt, die in 15 mit Pfeilen angegeben ist. Gleichzeitig damit wird die Wärme H1 radial an die Umgebung (nach außen) der Elektronikkomponente 2 verteilt, indem sie durch die Wärmediffusionsplatte 31, die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 geht.
  • Auch wird ein Teil der von der Elektronikkomponente 2 erzeugten Wärme durch die Wärmediffusionsplatte 31 in Richtung entlang der Hauptfläche der Leiterplatte 1 geleitet und radial nach außen von der Elektronikkomponente 2 verteilt, wie beispielhaft mit der Wärme H2 dargestellt, die in 14 und 15 mit Pfeilen angegeben ist. Dies rührt daher, dass das Bondmaterial 7a, mit dem die Elektronikkomponente 2 und die Wärmediffusionsplatte 31 zusammen gebondet sind, ein leitfähiges Element, wie z. B. Lot ist und eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit aufweist.
  • Die Wärme, die an die Wärmediffusionsplatte 31 geleitet wird, wird durch die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b geleitet, die in der Leiterplatte 1 ausgebildet sind, die sich unterhalb befindet, und zwar in Richtung des Wärmeabstrahlungselements 4, das sich unterhalb befindet. Ein Teil der Wärme H2, die durch die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b gegangen ist, wird auch radial in Richtung der Umgebung (nach außen) der Elektronikkomponente 2 verteilt, indem sie durch die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 geht.
  • Auf diese Weise kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme über die zwei Pfade geleitet werden, d. h. den Pfad zum Leiten der Wärme durch die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a in Richtung des Wärmeabstrahlungselements 4, das sich unterhalb befindet, und den Pfad zum Leiten der Wärme durch die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b nach außen. Diese Wärmeleitung über die zwei Routen kann aus folgendem Grund erzielt werden: Da die Wärmediffusionsplatte 31 an die obere Hauptfläche 11 a auf die gleiche Weise gebondet ist wie die Elektronikkomponente 2, kann die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme mit hoher Effizienz durch die Wärmediffusionsplatte 31 über die Bondmaterialien 7a und 7b geleitet werden und dann mit hoher Effizienz an das Wärmeabstrahlungselement 4 geleitet werden.
  • Ein weiterer Grund ist, dass die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b, die in der Richtung verlaufen, die die Hauptfläche der Leiterplatte 1 schneidet, mit der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und den inneren Leiterschichten 14 querverbunden sind, die entlang der Hauptfläche der Leiterplatte 1 angeordnet sind.
  • Diese Wirkung wird weiter verstärkt durch die Anwesenheit der Wärmediffusionsplatte 31 und des Wärmeabstrahlungselements 4, die auf der unteren Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 angeordnet sind.
  • Die Wärme H1 und die Wärme H2, die abwärts in der Leiterplatte 1 geleitet werden, erreichen die untere Leiterschicht 13, die einer Region direkt unterhalb der Elektronikkomponente 2 und der Wärmediffusionsplatte 31 und einer Region außerhalb dieser Region entsprechen. Die Wärme H1 und die Wärme H2 werden dann an das Kühlelement 42 durch das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 geleitet, das sich unterhalb der unteren Leiterschicht 13 befindet. Die Wärme H1 und die Wärme H2, die an das Kühlelement 42 geleitet werden, werden mittels eines Wasser- oder Luftkühlmechanismus (nicht dargestellt) gekühlt.
  • Wie oben beschrieben, hat die Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration, die dazu imstande ist, die Wärme über die Route zu leiten, die durch die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a geht, und die Route, die durch die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b geht. Dadurch wird signifikant die Effizienz zum Abstrahlen der Wärme abwärts verbessert, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem die Wärme nur durch die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a abgestrahlt werden kann, die sich unterhalb der Elektronikkomponente 2 befinden, oder dem Fall, in welchem die Wärme nur durch die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b weg von der Elektronikkomponente 2 geleitet werden kann.
  • Für den Fall, dass sich die Wärmediffusionsplatte 31 nicht auf der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 befindet und nur auf der unteren Hauptfläche 11b der Leiterplatte 1 positioniert ist, gilt Folgendes: Falls die Leiterplatte 1 einen niedrigen Wärmewiderstand abwärts zur unteren Hauptfläche 11b hat, kann die Wärmediffusionsplatte 31 eine gute Wirkung erzeugen. Der Wärmewiderstand wird jedoch zunehmen, da der Pfad zum Leiten von Wärme an das Wärmeabstrahlungselement 4 nur durch die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a, die sich unterhalb der Elektronikkomponente 2 befinden, ein Hauptpfad zum Leiten von Wärme an die Wärmediffusionsplatte 31 wird.
  • Insbesondere trägt die Anwesenheit der Wärmediffusionsplatte 31 stark zu der Wirkung bei, dass die Effizienz der Wärmeabstrahlung durch die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b in der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbessert wird. Die Anwesenheit der Wärmediffusionsplatte 31 verbessert - verglichen mit deren Abwesenheit - die Effizienz der Wärmeabstrahlung an das Kühlelement 42 über das Wärmeabstrahlungsbauteil 41.
  • Bei der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 nicht nur in der Region direkt unterhalb der Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet, sondern auch außerhalb der Wärmediffusionsplatte 31, wie beispielsweise in den 1 und 14 dargestellt. Demzufolge kann nicht nur die Wärme, die von der Elektronikkomponente 2 erzeugt wird, abwärts durch die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in der Region direkt unterhalb der Wärmediffusionsplatte 31 geleitet werden, sondern auch die Wärme, die nach außen von der Wärmediffusionsplatte 31 verteilt wird, kann abwärts durch die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 geleitet werden.
  • Wie oben beschrieben, können - wie die Wärmediffusionsplatte 31 - auch die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme radial in Richtung der äußeren Peripherie verteilen. Die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 mit Dicken von ungefähr 35 µm haben jedoch einen hohen Wärmewiderstand, und sie können eine ausreichende Wärmemenge nicht radial verteilen.
  • In Anbetracht dessen ist es auch denkbar, dass die Dicke der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und der inneren Leiterschichten 14 auf ungefähr 500 µm erhöht wird, aber dadurch erhöhen sich auch die Herstellungskosten, und dies verursacht Schwierigkeiten bei der Miniaturisierung eines Verdrahtungsmusters. Die Verwendung der Wärmediffusionsplatte 31 ermöglicht es jedoch, dass die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 Dicken von ungefähr 35 µm aufweisen, und dies ermöglicht es auch, dass ein Design bzw. Entwurf erzielt wird, mit dem die Herstellungskosten verringert werden, sowie die Miniaturisierung des Verdrahtungsmusters.
  • Wenn die Fläche einer Region vergrößert wird, die zur Wärmeabstrahlung imstande ist, wird die Wirkung zum Verbessern des Wärmeabstrahlungsvermögens weiter verstärkt. Daher kann das Wärmeabstrahlungsvermögen weiter verbessert werden, indem die Kontaktfläche zwischen der Leiterplatte 1 und dem Kühlelement 42 zur Wärmeabstrahlung weiter vergrößert wird.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 16 beschrieben, wie stark die Wärmeabstrahlungseffizienz durch das Vorhandensein der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 und die Wärmediffusionsplatte 31 verbessert werden kann, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem nur die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angeordnet sind. Genauer gesagt: 16 zeigt die Ergebnisse der Erwägung des Wärmeabstrahlungswiderstands während der Wärmeleitung, indem Wärmewiderstandswerte verwendet werden, und zwar für eine Konfiguration, bei welcher sowohl die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, als auch die Wärmediffusionsplatte 31 wie in der Halbleitereinrichtung 100 angeordnet sind, und für eine Konfiguration - als ein Vergleichsbeispiel - in welchem nur die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a angeordnet sind und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b sowie die Wärmediffusionsplatte 31 nicht angeordnet sind.
  • Der Begriff „Wärmewiderstand“, wie hier verwendet, ist ein Indikator, der die Unwahrscheinlichkeit zum Leiten von Wärme angibt, und er ist definiert durch einen Temperaturanstiegswert pro Erwärmungswerteinheit. Bei der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Wärmewiderstand (Rth) in einer Region, die von der Elektronikkomponente 2 zu einem Gehäuse 33 in der Richtung von oben nach unten reicht, durch den untenstehenden Ausdruck (1) ausgedrückt. Im Ausdruck (1) ist Si(m2) die Fläche der Wärmeleitung jedes Bauteils, li(m) ist die Dicke jedes Bauteils, λi(W/(m·K)) ist die thermische Leitfähigkeit jedes Bauteils, Q(W) ist der Wärmeübertragungswert, und Thi(K) sowie Tli(K) sind jeweils die Temperatur auf der Hochtemperaturseite und die Temperatur auf der Niedrigtemperaturseite.
    Ausdruck 1 R t h = ∑ l i λ i S i = ∑ T h i − T l i Q
    Figure DE112018006370T5_0001
  • Hier wird ein Modell beschrieben, das bei der Berechnung des Wärmewiderstands verwendet wird. Die Leiterplatte 1 hat die Ausmaße 25 mm×25 mm in der Draufsicht und eine Dicke von 1,65 mm. Die Elektronikkomponente 2 hat die Ausmaße 10 mm×10 mm in der Draufsicht, und es wird angenommen, dass sie im Zentralbereich der Leiterplatte 1 angeordnet ist. Das bedeutet, der Abstand zwischen jeder der vier Kanten der Elektronikkomponente 2 bei Betrachtung von oben und jeder der vier Kanten der Leiterplatte 1 bei Betrachtung von oben ist nahezu gleich. Die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13 und die inneren Leiterschichten 14 haben alle eine Dicke von 105 µm und eine Vierschichtstruktur, wie in 2 dargestellt.
  • In der Leiterplatte 1, sind 25 erste Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a in gleichen Abständen (Intervallen) in einem Bereich angeordnet, der die Elektronikkomponente 2 in der Draufsicht bei Betrachtung von oben überlappt, und 63 zweite Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b sind in gleichen Abständen (Intervallen) um die erste Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a herum angeordnet. Die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 haben eine Kreiszylinderform und einen Durchmesser von 0,6 mm bei Betrachtung von deren Löchern von oben. Die dünne Leiterschicht der Innenwandflächen der Löcher hat eine Dicke von 0,05 mm.
  • Die Wärmediffusionsplatte 31 des Wärmeabstrahlungselements 3 in dem obigen Modell hat äußere Ausmaße von 20 mm × 15 mm in der Draufsicht und eine Dicke von 1 mm, und sie bedeckt die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 von oben. Das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 hat Ausmaße von 20 mm ×15 mm in der Draufsicht und eine Dicke von 0,4 mm.
  • Die obere Leiterschicht 12, die untere Leiterschicht 13, die inneren Leiterschichten 14, die dünne Leiterschicht 10 und die Wärmediffusionsplatte 31 in dem obigen Modell sind aus Kupfer gebildet und haben eine thermische Leitfähigkeit von 398 W/(m·K). Das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 hat eine thermische Leitfähigkeit von 2,0 W/(m·K).
  • Das Modell der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Modell des Vergleichsbeispiels unterscheiden sich nur darin, dass das Modell der vorliegenden Ausführungsform die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b aufweist, wohingegen das Modell des Vergleichsbeispiels nur die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a aufweist und dass das Modell der vorliegenden Ausführungsform die Wärmediffusionsplatte 31 aufweist, wohingegen das Modell des Vergleichsbeispiels die Wärmediffusionsplatte 31 nicht aufweist. Die übrige Konfiguration inklusive der oben genannten Ausmaße sind vollständig die gleichen.
  • 16 veranschaulicht die Ergebnisse der Simulation der Wärmewiderstandswerte unter Verwendung der oben beschriebenen Modelle und einer Software zur thermischen Analyse, auf der Basis von Ausdruck (1), für die Halbleitereinrichtung 100 und das Vergleichsbeispiel. In 16 gibt das „Vergleichsbeispiel“ den Wärmewiderstandswert des Modells des Vergleichsbeispiels an, und „Ausführungsform 1“ gibt den Wärmewiderstandswert des Modells der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an. Die vertikale Achse in 16 gibt den Wärmewiderstand an.
  • Wie in 16 dargestellt, kann der Wärmewiderstand um ungefähr 35 % verringert werden, indem die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b und die Wärmediffusionsplatte 31 wie bei der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angeordnet wird, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b und die Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet sind. Da ein niedriger Wärmewiderstand ein hohes Wärmeabstrahlungsvermögen angibt, zeigt dieses Ergebnis, dass das Wärmeabstrahlungsvermögen verbessert werden kann, indem die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b und die Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet werden, wie bei der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, und zwar verglichen mit dem Vergleichsbeispiel, bei welchem die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b und die Wärmediffusionsplatte 31 nicht angeordnet sind.
  • Als Nächstes wird das Ergebnis des Studiums einer Region beschrieben, wo die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, die an die Wärmediffusionsplatte 31 gebondet sind, angeordnet werden sollen, und zwar unter Bezugnahme auf 17 bis 19. 17 und 18 verkörpern nahezu das Modell der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, das bei der oben genannten Berechnung des Wärmewiderstands verwendet wird. Die Abstände zwischen den jeweiligen der drei Kanten der Elektronikkomponente 2 mit Ausnahme der Kante auf der Seite, die der Region 1A zugewandt ist, bei Betrachtung von oben, und den jeweiligen der drei Kanten der Wärmediffusionsplatte 31 mit Ausnahme der Kante auf der Seite, die der Region 1A zugewandt ist, bei Betrachtung von oben, sind mit L1, L2 und L3 angegeben.
  • In dem obigen Modell sind die Abstände zwischen jeder der drei Kanten der Elektronikkomponente 2 bei Betrachtung von oben und jeder der drei Kanten der Wärmediffusionsplatte 31 bei Betrachtung von oben nahezu gleich, und demzufolge sind die Abstände L1 bis L3 ebenfalls nahezu gleich. Bei der Halbleitereinrichtung 100 sind im Wesentlichen die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b nicht in der Region 1A ausgebildet, und daher sind die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b in der Region 1A in den 17 und 18 nicht vorhanden, aber die Breite der Region 1A ist zur Referenz mit einem Abstand L4 angegeben.
  • In 19 gibt die horizontale Achse den Abstand L (entsprechend irgendeinem von L1 bis L3) in der Einheit mm zwischen der Kante in jeder Richtung der Elektronikkomponente 2 bei Betrachtung von oben und dem Kantenbereich in jeder Richtung der Wärmediffusionsplatte 31 bei Betrachtung von oben an, und die vertikale Achse gibt den Wärmewiderstandswert (in der Einheit K/W) der Halbleitereinrichtung 100 bei veränderlichem Abstand an.
  • Wie in 19 dargestellt, nimmt der Wärmewiderstand ab und die Wärmeabstrahlungseffizienz verbessert sich bei zunehmendem Abstand L (entsprechend einem von Leiterschicht L1 bis L3), d. h. bei zunehmender Fläche der Wärmediffusionsplatte 31, d. h. der Region, wo die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b angeordnet sind. Die Verringerung des Wärmewiderstandswerts wird jedoch gesättigt, wenn der Wert des Abstands L den Wert 20 mm erreicht. Selbst wenn der Abstand L weiter von 20 mm vergrößert wird und die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 und die Wärmediffusionsplatte 31 mit den Abständen L1 bis L3 größer als oder gleich groß wie 20 mm mit dem Bondmaterial 7a aneinander gebondet werden, wird der Änderungswert des Wärmewiderstandswerts abnehmen, und zwar verglichen mit dem Fall, wo die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 und die Wärmediffusionsplatte 31 mit den Abständen L1 bis L3 kleiner als oder gleich 20 mm mit dem Bondmaterial 7a aneinander gebondet sind.
  • Daher kann gesagt werden, dass es bevorzugt ist, dass die Wärmediffusionsplatte 31 so konfiguriert ist, dass deren obige Abstände L1 bis L3 in den Bereich von 20 mm fallen, und dass sie an die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b gebondet sind.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b in der zweiten Region der Leiterplatte 1 um die erste Region herum angeordnet, wo die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a angeordnet sind. Demzufolge hat die Leiterplatte 1 eine geringere mechanische Steifigkeit als in dem Fall, in welchem die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b nicht angeordnet sind. Indem die Wärmediffusionsplatte 31 an die obere Leiterschicht 12 auf der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 mit dem Bondmaterial 7a gebondet wird, hat die Struktur, die aus der Leiterplatte 1 und der Wärmediffusionsplatte 31 gebildet wird, eine höhere Biegesteifigkeit als die Leiterplatte 1 allein. Demzufolge kann die Verformung der Leiterplatte 1 unterbunden werden.
  • Die Konfiguration der Halbleitereinrichtung, die in dem Patentdokument 3 offenbart ist, weist eine Elektronikkomponente, eine Leiterplatte, eine Wärmediffusionsplatte und ein Wärmeabstrahlungselement in dieser Reihenfolge von oben aus auf, und die Wärmediffusionsplatte ist auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnet. Mit dieser Konfiguration wird der Wärmewiderstand um 25 % verringert, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem die Wärmediffusionsplatte nicht angeordnet ist. Die Halbleitereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann indessen den Wärmewiderstand um ungefähr 53 % verringern, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem die Wärmediffusionsplatte nicht angeordnet ist, und sie hat einen Wärmewiderstand, der kleiner als oder gleich groß wie die Hälfte des Wärmewiderstands der in dem Patentdokument 3 offenbarten Halbleitereinrichtung ist. Demzufolge kann die Halbleitereinrichtung 100 ein bemerkenswert hohes Wärmeabstrahlungsvermögen aufweisen.
  • Mit einem hohen Wärmeabstrahlungsvermögen ist es möglich, die Größe oder die Anzahl von Wärmeabstrahlungselementen zu verringern und somit die Kosten der Teile zu verringern. Bei der Konfiguration der Halbleitereinrichtung, die in dem Patentdokument 3 offenbart ist, ist die Elektronikkomponente auf der oberen Hauptfläche der Leiterplatte angeordnet, und die Wärmediffusionsplatte ist auf deren unterer Hauptfläche angeordnet. Diese Konfiguration benötigt mindestens zwei Reflow-Wärmebehandlungsschritte während des Herstellungsprozesses und kann die Herstellungskosten erhöhen. Im Gegensatz dazu kann das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit nur einem einzigen Reflow-Wärmebehandlungsschritt implementiert werden, und dadurch können die Herstellungskosten verringert werden.
  • Ausführungsform 2
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 20 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 100, bei Betrachtung von oben. 21 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile B-B in 20. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 200 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • 20 und 21 zeigen einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 200. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 200 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 200 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In den 20 und 21 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 sind, die unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 20 und 21 gezeigt, ist bei der Halbleitereinrichtung 200 die Elektronikkomponente 2 auf dem Wärmediffusionselement 3 montiert, das auf der Seite der oberen Fläche der Leiterplatte 1 angeordnet ist, und das Wärmeabstrahlungselement 4 ist auf der Seite der unteren Fläche der Leiterplatte 1 angeordnet. Auf den Regionen der oberen Leiterschicht 12, die an die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b in der Draufsicht angrenzen, sind beispielsweise kreisrunde Vorsprünge 8 so ausgebildet, dass sie die Löcher der ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und der zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b in der Draufsicht umgeben. Die Halbleitereinrichtung 200 unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 durch die Anwesenheit dieser Vorsprünge 8.
  • Beispielsweise sind die Vorsprünge 8 aus einem Lot-Resistmaterial gebildet und haben eine Form, die von der oberen Fläche der oberen Leiterschicht 12 nach oben vorstehen. Auf diese Weise sind die Vorsprünge 8 auf der oberen Hauptfläche 11 a der Leiterplatte 1 angeordnet, und die Elektronikkomponente 2 und das Wärmediffusionselement 3 sind so angeordnet, dass sie die Vorsprünge 8 in der Draufsicht bei Betrachtung von oberhalb der Leiterplatte 1 überlappen. Die Vorsprünge 8, die in 21 gezeigt sind, haben eine trapezförmige Querschnittsform, aber dies ist bloß ein Beispiel, und die Querschnittsform kann auch eine Halbkreisform, eine Halbellipsenform oder eine Rechteckform sein, oder sie kann irgendeine Form sein, die sich von diesen Formen unterscheidet.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung 200 unter Bezugnahme auf 22 und 23 beschrieben, wobei das Hauptaugenmerk auf dem Schritt zum Herstellen der Vorsprünge 8 liegt.
  • Beispielsweise können die Vorsprünge 8 aus einem Lot-Resistmaterial gebildet werden, das beim wohlbekannten Resist-Druck im Schritt zum Herstellen der Leiterplatte verwendet wird, und sie können auch aus einem Harz oder einem Metall, wie z. B. Kupfer gebildet werden, das beim wohlbekannten Siebdruck (Seidendruck) oder Symboldruck verwendet wird. Wenn diese Materialien verwendet werden, können die Vorsprünge 8 in einem allgemeinen Herstellungsschritt für Leiterplatten hergestellt werden, und demzufolge können sie bei geringen Kosten ohne die Notwendigkeit von speziellen Schritten hergestellt werden.
  • Anstelle den oben genannten Druckprozess zu verwenden, können die Vorsprünge 8 auch ausgebildet werden, indem ein Harz-Flächenkörper mit einem Muster der Vorsprünge 8 an der Leiterplatte 1 befestigt wird, oder sie können gebildet werden, indem diese Ausbildungsverfahren geeignet kombiniert werden. Das Material für die Vorsprünge 8 kann ein Material sein, für das es nicht wahrscheinlich ist, dass es mit dem Lot-Bondmaterial 7a benetzt wird.
  • 22 ist eine Draufsicht der Leiterplatte 1 bei Betrachtung von oben, wobei die Vorsprünge 8 auf der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 ausgebildet sind, unter Verwendung des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens und Materials, und 23 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile B-B in 22.
  • Wie in 22 und 23 dargestellt, sind die kreisrunden Vorsprünge 8 auf der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 angeordnet, so dass sie die Löcher sämtlicher von ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15a und zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15b in der Draufsicht umgeben.
  • Die Elektronikkomponente 2 und die Wärmediffusionsplatte 31 sind aneinander montiert und gebondet, wobei die Vorsprünge 8 auf der oberen Hauptfläche 11 a der Leiterplatte 1 überlappt werden, die mit den Vorsprüngen 8 ausgestattet ist. Demzufolge wird die Halbleitereinrichtung 200 erhalten, die in den 20 und 21 dargestellt ist. Das Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung 200 ist identisch mit dem Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 1, das unter Bezugnahme auf 6 bis 10 und 11 bis 13 beschrieben ist, mit Ausnahme des Schritts zum Vorbereiten der Leiterplatte 1 inklusive der Vorsprünge 8.
  • Vorgänge und Wirkungen
  • Als Nächstes werden die Vorgänge und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Mit der vorliegenden Ausführungsform werden die unten beschriebenen Vorgänge und Wirkungen erzielt, und zwar zusätzlich zu den Wirkungen, die ähnlich denjenigen aus Ausführungsform 1 sind.
  • Für den Fall, dass die kreisrunden Vorsprünge 8 so angeordnet sind, dass sie die Löcher der ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und der zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b umgeben, und wenn eine Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt wird, nachdem die Lotpaste 6a auf die obere Leiterschicht 12 aufgebracht worden ist und die Wärmediffusionsplatte 31 darauf montiert worden ist, wie in 6 dargestellt, haben die Vorsprünge 8 die Wirkung, dass das Eindringen der geschmolzenen Lotpaste 6a in die Löcher der ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und der zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b hinein unterbunden wird.
  • Das bedeutet, die Anwesenheit der Vorsprünge 8 vergrößert den Zwischenraum in der Richtung von oben nach unten zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der Wärmediffusionsplatte 31 um einen Wert, der der Höhe der Vorsprünge 8 entspricht, die von der oberen Leiterschicht 12 vorstehen, und dadurch wird der Zwischenraum in der Richtung von oben nach unten zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der Wärmeabstrahlungsplatte 24 vergrößert. Demzufolge wird das Bondmaterial 7a, das aus der geschmolzenen Lotpaste 6a gebildet ist, an die Wärmediffusionsplatte 31 gebondet, während es Belastungen ausgesetzt wird, so dass es aufwärts gezogen wird, d. h. in Richtung der Wärmeabstrahlungsplatte 24 und der Wärmediffusionsplatte 31. Im Ergebnis hat das Bondmaterial 7a eine bogenartige Querschnittsform oberhalb der Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, wie in 21 dargestellt.
  • Dadurch wird die Möglichkeit verringert, dass in der Region zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der Wärmediffusionsplatte 31 das Bondmaterial 7a in die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 hineinfließen kann und entlang der Innenwandflächen der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 fließen kann. Im Ergebnis ist es möglich, die Möglichkeit zu verringern, dass das Bondmaterial 7a elektrisch mit der oberen Leiterschicht 12 und dem Kühlelement 42 kurzgeschlossen wird, die sich direkt unterhalb befinden, und dadurch die Zuverlässigkeit der Halbleitereinrichtung 200 insgesamt zu verbessern.
  • Die Zwischenräume in der Richtung von oben nach unten zwischen der oberen Leiterschicht 12 und jeder von Wärmeabstrahlungsplatte 24 und Wärmediffusionsplatte 31 können leicht gesteuert werden, indem die Wärmediffusionsplatte 31 so montiert wird, dass sie die Vorsprünge 8 auf der oberen Leiterschicht 12 überlappt. Das heißt, der Zwischenraum zwischen der unteren Fläche der Wärmediffusionsplatte 31, die an die Leiterplatte 1 gebondet ist, und der oberen Fläche der oberen Leiterschicht 12 kann gesteuert werden, indem die Druckdicke oder Druckposition eines Lot-Resistmaterials oder dergleichen gesteuert wird, das die Vorsprünge 8 steuert. Im Ergebnis ist es möglich, die Dicke des Bondmaterials 7a auf der oberen Leiterschicht 12 zu regeln und die Qualität des Lötvorgangs unter Verwendung des Bondmaterials 7a zu verbessern.
  • Wie oben bereits beschrieben, breitet sich das Bondmaterial 7a entlang der Hauptfläche der Wärmediffusionsplatte 31 in der Region zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der Wärmediffusionsplatte 31 aus, aber es fließt nicht in die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 und erreicht nicht die untere Leiterschicht 13. Daher erlaubt es das Bondmaterial 7a, dass die die Verbindung zwischen der Leiterplatte 1 und der Wärmediffusionsplatte 31 des Wärmediffusionselements 3 eine vorteilhafte Naht ausbildet.
  • Im Ergebnis kann die Beurteilung, ob der Bondzustand mit dem Bondmaterial 7a gut oder schlecht ist, leicht durch eine Sichtprüfung bestimmt werden, und insbesondere in dem Fall, in welchem die Elektronikkomponente 2 und die übrigen Bestandteile mittels eines automatischen Mechanismus, wie z. B. einer Montageeinrichtung montiert werden, kann die Sichtprüfung zum Prüfen des Montagezustands entscheidend verbessert werden.
  • Wenn die Vorsprünge 8 mit einem kleinen Durchmesser aus einem Lot-Resistmaterial gebildet sind, so dass sie die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in den Regionen der oberen Leiterschicht 12 umgeben, die an die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angrenzen, dann sind die Vorsrpünge 8 wasser- und ölabweisend. Dies rührt daher, dass ein solches Resistmaterial nicht mit Lot benetzt wird, und zwar verglichen mit der Wärmeabstrahlungsplatte 24, der Wärmediffusionsplatte 31 und der oberen Leiterschicht 12, die eine günstige Lotbenetzbarkeit gegenüber den Bondmaterial 7a haben.
  • Die Vorsprünge 8, die die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 umgeben und nicht mit dem Lot benetzt werden, können das Eindringen des Bondmaterials 7a, das geschmolzenes Lot ist, in die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 unterbinden. Dadurch wird ein elektrischer Kurzschluss mit dem Kühlelement 42 über das Lot unterbunden. Falls die Vorsprünge 8 um die Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 herum verbleiben, ist es möglich, ein Flussgas, das im Bondmaterial 7a enthalten ist, von der Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 nach außen herauszulassen. Demzufolge kann das Auftreten von Leerstellen bzw. Blasen infolge des Flussgases im Bondmaterial 7a unterbunden werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Vorsprünge 8 nicht nur angrenzend an die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 ausgebildet sein können, sondern dass sie auch beispielsweise an beliebigen Positionen zwischen der Wärmediffusionsplatte 31 und der oberen Leiterschicht 12 ausgebildet sein können. In diesem Fall kann die Höhe des Wärmediffusionselements 3, das an die Leiterplatte 1 montiert ist, relativ zur Leiterplatte 1 konstant gehalten werden.
  • Wenn die Vorsprünge 8 als Symbole an den vier Ecken einer Region angeordnet sind, wo das Wärmediffusionselement 3 montiert ist, und zwar in der Draufsicht der Leiterplatte 1 bei Betrachtung von einem Ort oberhalb der oberen Hauptfläche 11a, kann das Wärmediffusionselement 3 so montiert werden, dass die Hauptflächen der Wärmediffusionsplatte 31 und die obere Leiterschicht 12 der Leiterplatte 1 nahezu parallel zueinander angeordnet sind. Die Vorsprünge 8 können auch als Ausrichtungsmarkierungen verwendet werden, die beim Anordnen der Wärmediffusionsplatte 31 wichtig werden.
  • Für den Fall, dass die Vorsprünge 8 aus einem Lot-Resistmaterial oder einem Harz gebildet sind, haben die Vorsprünge 8 eine niedrigere thermische Leitfähigkeit als das Bondmaterial 7a, aber die Wärmediffusionsplatte 31 und die obere Leiterschicht 12 werden von den Vorsprüngen 8 bezogen auf die Wärmeleitung nicht beeinflusst, da sie mit dem Bondmaterial 7a aneinander metallgebondet sind.
  • Ausführungsform 3
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 24 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 300 zeigt, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Die Draufsicht der Halbleitereinrichtung 300 bei Betrachtung von oben ist identisch mit derjenigen der Halbleitereinrichtung 100, die in 1 dargestellt ist, und 24 entspricht der Schnittansicht entlang der Pfeile A-A in 1.
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 300 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • 24 zeigt einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 300. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 300 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 300 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In 24 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 sind, die unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 24 dargestellt, gilt bei der Halbleitereinrichtung 300 gemäß Ausführungsform 3 Folgendes: ein Bondmaterial 7d ist im Inneren von zumindest einigen von den ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15a, die die Elektronikkomponente 2 überlappen, und den zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15b angeordnet, die die Wärmediffusionsplatte 31 überlappen, so dass sie ungefähr ein Drittel der Volumina des Inneren der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 belegen.
  • Es sei angemerkt, dass das Bondmaterial 7d auch auf ähnliche Weise im Inneren der zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b angeordnet sein kann, die nicht irgendeine von der Elektronikkomponente 2 und der Wärmediffusionsplatte 31 überlappen. Die Halbleitereinrichtung 300 unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 darin, dass das Bondmaterial 7b im Inneren der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angeordnet ist.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung 300 unter Bezugnahme auf 25 bis 27 beschrieben, d. h. auf Schnittansichten, die Herstellungsschritte zeigen, wobei das Hauptaugenmerk auf den Schritten zum Montieren der Elektronikkomponente 2 und des Wärmediffusionselements 3 liegt.
  • In dem in 25 gezeigten Schritt wird die Leiterplatte 1 vorbereitet, so dass eine hierarchische Struktur einer Mehrzahl von Leiterschichten ausgebildet wird, inklusive der oberen Leiterschicht 12, der unteren Leiterschicht 13 und der inneren Leiterschichten 14 sowie der Isolierschichten 11, die sandwichartig zwischen die Leiterschichten eingefügt sind, und sie weist eine Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 auf, die die hierarchische Struktur in der Dickenrichtung durchdringen.
  • Wie in 25 dargestellt, wird dann eine Lotplatte 6d auf der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 platziert, d. h. auf der oberen Leiterschicht 12, und zwar über ein Flussmittel (nicht dargestellt), das zum Entfernen einer Lotoxidschicht verwendet wird. Indem die Lotplatte 6d platziert wird, werden die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 von direkt oberhalb bedeckt. Es sei angemerkt, dass die Lotplatte 6d eine Größe aufweist, die zumindest einen Teil der ersten und zweiten Regionen der Leiterplatte 1 bedecken kann.
  • Es wird auch ein wärmebeständiges Klebeband 9, wie z. B. Polyimid an der unteren Leiterschicht 13 angebracht, die zumindest den ersten und zweiten Regionen der Leiterplatte 1 entspricht. Das wärmebeständige Klebeband 9 ist so angebracht, dass es zumindest die Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 von der Seite der unteren Hauptfläche 11b aus blockiert.
  • Als Nächstes wird die Wärmediffusionsplatte 31, die das Wärmediffusionselement 3 bildet, auf der Lotplatte 6d montiert, und in diesem Zustand wird eine wohlbekannte Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt. Es sei angemerkt, dass der Schritt zum Montieren des Wärmediffusionselements 3 automatisch von der oben beschriebenen Montageeinrichtung durchgeführt wird.
  • Durch die Reflow-Wärmebehandlung schmilzt die Lotplatte 6b, fließt entlang der Oberfläche der oberen Leiterschicht 12, d. h. der oberen Hauptfläche 11a, und dringt in die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 ein, wie in 26 dargestellt. Dadurch bildet sie ein laminares Bondmaterial 7b aus. Dies gilt aus folgendem Grund: Da die Lotplatte 6d so angeordnet ist, dass sie die Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 bedeckt, schmilzt die Lotplatte 6d auf den Löchern und dringt in die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 ein. Andererseits gilt Folgendes: Da das wärmebeständige Klebeband 9 an der unteren Leiterschicht 13 in den ersten und zweiten Regionen angebracht ist, tritt die geschmolzene Lotplatte 6d nicht in Form einer Leckage aus dem wärmebeständigen Klebeband 9 aus, und das Bondmaterial 7d verbleibt innerhalb der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15.
  • Es sei angemerkt, dass die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 insgesamt mit dem Bondmaterial 7d gefüllt sein können, aber wie in 26 dargestellt, ist es bevorzugt, dass ein Drittel des Volumens des Inneren der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 mit dem Bondmaterial 7d gefüllt ist.
  • Bei der Reflow-Wärmebehandlung zum Schmelzen der Lotplatte 6d gilt hierbei Folgendes: Falls die Lotplatte 6d infolge der Erwärmung der Leiterplatte 1 schmilzt, dann fließt das geschmolzene Lot entlang der Innenwandflächen der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, wandelt sich nach dem Erwärmen in festes Lot um und blockiert die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15. Falls das Lot in kleinen Mengen zugeführt wird, nimmt das Verhältnis des Lots in den Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 ab, und daher kann das Volumen des Bondmaterials 7d innerhalb der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 eingestellt werden, indem die Dicke der Lotplatte 6d eingestellt bzw. angepasst wird.
  • Als Nächstes wird eine Lotplatte 6e auf der Wärmediffusionsplatte 31 platziert. Es wird auch eine Lotplatte 6f auf den Elektroden 19 auf der oberen Hauptfläche 11 a der Leiterplatte 1 über ein Flussmittel (nicht dargestellt) platziert, das zum Entfernen einer Lotoxidschicht verwendet wird. Dann wird die Elektronikkomponente 2 auf der Lotplatte 6e montiert, so dass die Leiteranschlüsse 21 der Elektronikkomponente 2 in Kontakt mit der Lotplatte 6f kommen. In diesem Zustand wird eine wohlbekannte Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt. Es sei angemerkt, dass der Schritt zum Montieren der Elektronikkomponente 2 automatisch von der oben beschriebenen Montageeinrichtung vorgenommen wird.
  • Durch die Reflow-Wärmebehandlung schmilzt die Lotplatte 6e und fließt entlang der oberen Hauptfläche der Wärmediffusionsplatte 31. Dadurch bildet sie ein laminares Bondmaterial 7e aus, wie in 24 veranschaulicht. Es sei angemerkt, dass das Bondmaterial 7e auch in die Unterseite des Harzformelements 23 der Elektronikkomponente 2 fließt, aber nicht an das Harzmaterial gebondet wird. Demzufolge kommt das Bondmaterial 7e auf einfache Weise in engen Kontakt mit dem Harzformelement 23.
  • Bei der Reflow-Wärmebehandlung schmilzt die Lotplatte 6f auch gleichzeitig in das laminare Bondmaterial 7f und bondet die Leiteranschlüsse 21 und die Elektroden 19 aneinander. Nachdem das Bonden unter Verwendung der Bondmaterialien 7d bis 7f abgeschlossen ist, wird ein Schritt zur Prüfung des Erscheinungsbilds bzw. eine Sichtprüfung vorgenommen und der Montagezustand begutachtet.
  • Nachdem das Lot in den Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 fixiert worden ist, wird das wärmebeständige Klebeband 9 entfernt. Danach wird das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 in Kontakt mit der unteren Leiterschicht 13 in der Leiterplatte 1 angeordnet, und das Kühlelement 42 wird in Kontakt mit dem Wärmeabstrahlungsbauteil 41 angeordnet. Dann werden das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 und das Kühlelement 42 in engen Kontakt miteinander gebracht, so dass das Wärmeabstrahlungsbauteil 4 gebildet wird. Es sei angemerkt, dass die Leiterplatte 1 und jedes Bauteil des Wärmeabstrahlungselements 4 mit einem Bondmaterial, wie z. B. Lot aneinander gebondet sein können. Durch die oben beschriebenen Schritte wird die Halbleitereinrichtung 300 erhalten, die in 24 dargestellt ist.
  • Vorgänge und Wirkungen
  • Als Nächstes werden die Vorgänge und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Mit der vorliegenden Ausführungsform werden die unten beschriebenen Vorgänge und Wirkungen erzielt, und zwar zusätzlich zu den Wirkungen, die ähnlich denjenigen aus Ausführungsform 1 sind.
  • Die Konfiguration, bei welcher das Bondmaterial 7d innerhalb der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 angeordnet ist, wie in der Halbleitereinrichtung 300, kann die Wärmeleitungsmenge erhöhen, wenn die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme durch die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a und die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b an die Wärmediffusionsplatte 31 geleitet wird. Dies rührt daher, dass die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, die mit dem leitfähigen Element, wie z. B. dem Lot gefüllt sind, eine höhere thermische Leitfähigkeit haben als die hohlen Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15.
  • Insbesondere ist es wirksamer, dass das Bondmaterial 7d mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit zur Verfügung gestellt wird, um die Fläche des Bondmaterials 7d zu verbessern, und zwar in einem Querschnitt, der die Ausdehnungsrichtung der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 schneidet. Mit anderen Worten: Die Wärmemenge, die geleitet werden kann, nimmt bei steigendem Volumen der Bereiche der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 zu, in welchen das Bondmaterial 7d eine Kreiszylinderform hat.
  • Dies wird detaillierter beschrieben. Wie in 24 und 27 gezeigt, hat das Bondmaterial 7d, das zumindest zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der unteren Leiterschicht 13 vorhanden ist, eine Kreiszylinderform in Teilen der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, die mit dem Bondmaterial 7d gefüllt sind, und Bereiche, die die Ausdehnungsrichtung der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 kreuzen, sind komplett aus Lot gebildet. Dadurch wird die thermische Leitfähigkeit erhöht.
  • Um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, beträgt die Länge der Bereiche der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, in welchen das Bondmaterial 7d eine Kreiszylinderform hat, vorzugsweise ein Drittel oder mehr der Länge der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in der Ausdehnungsrichtung. Dies gilt sowohl für den Fall, dass die Bereiche, in welchen das Bondmaterial 7d eine Kreiszylinderform hat, nur auf entweder der Seite der oberen Leiterschicht 12 oder der Seite der unteren Leiterschicht 13 vorhanden sind, als auch für den Fall, in welchen die Bereiche, in welchen das Bondmaterial 7d eine Kreiszylinderform hat, sowohl auf der Seite der obere Leiterschicht 12, als auch auf der Seite der unteren Leiterschicht 13 vorhanden sind. Das heißt, die Bereiche der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, in welchen das Bondmaterial 7d eine Kreiszylinderform hat, sind vorzugsweise so vorhanden, dass sie ein Drittel oder mehr des Volumens des Inneren der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 belegen.
  • Wenn die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 vollständig mit dem Bondmaterial 7d gefüllt sind, können die obere Leiterschicht 12 und das Kühlelement 42 elektrisch kurzgeschlossen werden. Demzufolge kann die Zuverlässigkeit der Halbleitereinrichtung 300 verbessert werden, indem die Länge der Bereiche der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, in welchen das Bondmaterial 7d eine Kreiszylinderform hat, auf 90 % oder weniger der Länge der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in der Ausdehnungsrichtung vorgegeben wird.
  • Demzufolge wird die Länge der Bereiche der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15, in welchen das Bondmaterial 7d eine Kreiszylinderform hat, auf 30 % oder mehr der Länge der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in Ausdehnungsrichtung vorgegeben, um das Wärmeabstrahlungsvermögen der Halbleitereinrichtung 300 zu verbessern, oder auf 90 % oder weniger der Länge der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in Ausdehnungsrichtung vorgegeben, um die Zuverlässigkeit der Halbleitereinrichtung 300 zu verbessern.
  • Um die Länge der Bereiche der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 zu steuern, in welchen das Bondmaterial 7d eine Kreiszylinderform hat, ist es wichtig, die Dicke der Lotplatte 6d einzustellen und die Löcher der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 von der Unterseite mit dem wärmebeständigen Klebeband 9 zu blockieren. Falls Lot in die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 fließt, wenn die Löcher von der Unterseite mittels des wärmebeständigen Klebebands 9 blockiert sind, kann Luft in den Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 nicht aus den Löchern von der Unterseite herausströmen, und sie wird in den unteren Bereichen der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 akkumuliert. Dadurch wird verhindert, dass das Lot in die unteren Bereiche der Löcher fließt und die Unterseiten der Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 erreicht, wie in 24 gezeigt. Daher wird das wärmebeständige Klebeband 9 entfernt, nachdem das Lot in den Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 fixiert worden ist.
  • Ausführungsform 4
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 28 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 400 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 400, bei Betrachtung von oben. 29 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile D-D in der 28. In der folgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als untere Fläche bezeichnet, und die obere Seite der Halbleitereinrichtung 400 wird als Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • 28 und 29 zeigen einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 400, Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 400 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 400 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In den 28 und 29 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 sind, die unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 28 und 29 dargestellt, sind in der Halbleitereinrichtung 400 die Leiteranschlüsse 21 der Elektronikkomponente 2 in Anschlusslöcher HL eingeführt, die in der Leiterplatte 1 angeordnet sind, und an die Innenseiten der Anschlusslöcher HL mit dem Bondmaterial 7h gebondet. Auf diese Weise unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 400 von der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2, die ein Oberflächenmontagesubstrat als die Leiterplatte 1 aufweist, darin, dass die Leiterplatte 1 ein Durchgangslochmontagesubstrat ist.
  • Es wird angenommen, dass die Elektronikkomponente 2, die in 28 und 29 gezeigt ist, ein Gehäuseprodukt bzw. Package eines MOSFET ist, wie z. B. TO-220, das unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, und dass die Wärmeabstrahlungsplatte 24 eine Öffnung OP aufweist. In der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 wird eine Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt, um die Leiteranschlüsse 21 auf der Leiterplatte 1 zu montieren, aber in der Halbleitereinrichtung 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Leiteranschlüsse 21 auf der Leiterplatte 1 durch Verarbeitung im Ablauf montiert werden.
  • In der Halbleitereinrichtung 200 wird eine Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt, um die Wärmediffusionsplatte 31 an die Leiterplatte 1 zu bonden, und es wird eine weitere Reflow-Wärmebehandlung durchgeführt, um die Wärmeabstrahlungsplatte 24 der Elektronikkomponente 2 an die Wärmediffusionsplatte 31 zu bonden und die Leiteranschlüsse 21 an die Elektroden 19 zu bonden. Zu diesem Zeitpunkt kann das Bondmaterial 7a, das die Wärmediffusionsplatte 31 und die Leiterplatte 1 aneinander bondet, wieder schmelzen und eine Fehlausrichtung zwischen der Wärmediffusionsplatte 31 und der Elektronikkomponente 2 verursachen. Dies kann sich in einer Verringerung der Ausbeute niederschlagen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Positionierung wiederum erreicht, indem die Leiteranschlüsse 21 der Elektronikkomponente 2 in die Anschlusslöcher HL in der Leiterplatte 1 eingeführt werden. Dadurch wird die Ausbeute während der Montage verbessert, und die Herstellungskosten werden verringert. Außerdem ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Fehlausrichtung auftritt, und die Bondmaterialien 7a und 7b können durch eine einzelne Reflow-Behandlung ausgebildet werden. Dadurch werden die Herstellungskosten weiter verringert.
  • Variation 1
  • 30 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 401 gemäß Variation 1 der Ausführungsform 4 zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 401 bei Betrachtung von oben. Wie in 30 dargestellt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 401 von der Halbleitereinrichtung 400 gemäß Ausführungsform 4 darin, dass unter drei Leiteranschlüssen 21a, 21b und 21c der Elektronikkomponente 2 der Leiteranschluss 21b in der Mitte eine kürzere Länge hat als die übrigen Leiteranschlüsse und nicht in Kontakt mit der Leiterplatte 1 ist.
  • Es wird angenommen, dass die Elektronikkomponente 2 ein Package-Produkt eines MOSFET ist, wie z. B. TO-220. Diese Variation beschreibt den Fall, in welchem der Leiteranschluss 21b ein Drain-Anschluss ist und auf demselben Potential wie die Wärmeabstrahlungsplatte 24 liegt. In diesem Fall wird der Leiteranschluss 21b nicht genutzt, und die Wärmeabstrahlungsplatte 24 und die Wärmediffusionsplatte 31, die einen niedrigeren Widerstand haben als die Leiteranschlüsse, werden zum Durchleiten des Hauptstroms genutzt. Diese Verringerung des Widerstands des Hauptstrompfades verringert die Leitungsverluste.
  • Da der Leiteranschluss 21b unnötig wird, kann der Luftzwischenraum vom Source-Anschluss 21c und vom Gate-Anschluss 21a zum Drain-Anschluss 21b vergrößert werden, indem der Leiteranschluss 21b auf eine kürzere Länge geschnitten wird. Demzufolge ist es möglich, ein Design zu erzielen, das höhere Durchbruchspannungen der Elektronikkomponente 2 ermöglicht. Diese Variation beschreibt ein Beispiel, bei welchem nur der Leiteranschluss 21b nicht montiert ist, aber die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und sie kann auch eine Konfiguration annehmen, bei welcher einer der Leiteranschlüsse 21a und 21c ebenfalls nicht montiert ist.
  • Variation 2
  • 31 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 402 gemäß Variation 2 der Ausführungsform 4 zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 402 bei Betrachtung von oben. Wie in 31 dargestellt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 402 von der Halbleitereinrichtung 401 gemäß Variation 1 darin, dass - unter den drei Leiteranschlüssen 21a, 21b und 21c der Elektronikkomponente 2 - der Leiteranschluss 21b in der Mitte eine größere Länge hat als die übrigen Leiteranschlüsse, und dass nur der Leiteranschluss 21b auf einer Flachbettelektrode 19 montiert ist, die in der Region 1A der Leiterplatte 1 angeordnet ist.
  • Es wird angenommen, dass die Elektronikkomponente 2 ein Package-Produkt eines MOSFET ist, wie z. B. TO-220. Gemäß dieser Variation gilt Folgendes: Für den Fall, dass gewünscht ist, den Abstand zwischen den Anschlüssen zu vergrößern, um die Durchbruchspannung zu erhöhen, wird der Leiteranschluss 21b länger als die übrigen Leiteranschlüsse gemacht und auf der Flachbettelektrode 19 auf der Leiterplatte 1 montiert. Dadurch werden der Luftzwischenraum zwischen den Anschlüssen sowie der Kriechabstand erhöht, und dadurch wird die Halbleitereinrichtung günstiger für eine höhere Durchbruchspannung gemacht.
  • Alternativ können auch sämtliche Leiteranschlüsse auf unterschiedlichen Flachbettelektroden 19 auf der Leiterplatte 1 montiert werden, oder sämtliche Leiteranschlüsse können in verschiedene Anschlusslöcher eingeführt werden, die in der Leiterplatte 1 angeordnet sind, und zwar zur Durchgangslochmontage.
  • Variation 3
  • 32 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 403 gemäß Variation 3 der Ausführungsform 4 zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 403 bei Betrachtung von oben. 33 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile E-E in der 32. Wie in 32 und 33 gezeigt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 403 von der Halbleitereinrichtung 401 gemäß Variation 1 durch die Konfiguration, wobei die kreisrunde Öffnung OP, die in der Wärmeabstrahlungsplatte 24 angeordnet ist, zum Fixieren der Elektronikkomponente 2 mit einer Schraube 20 an der Leiterplatte 1 über die Wärmeabstrahlungsplatte 24 verwendet wird. Diese Konfiguration verhindert auf zuverlässige Weise eine Fehlausrichtung, die auftreten könnte, wenn die Elektronikkomponente 2 auf der Leiterplatte 1 montiert wird.
  • Die Schraube 20 durchdringt die Leiterplatte 1, das Wärmeabstrahlungsbauteil 41 und das Kühlelement 42 und greift in ein im Kühlelement 42 angeordnetes Schraubenloch ein und wird in diesem fixiert. Für den Fall, dass die Wärmeabstrahlungsplatte 24 und das Kühlelement 42 nicht auf demselben Potential liegen, ist daher die Schraube 20 so konfiguriert, dass sie elektrisch vom Kühlelement 42 getrennt ist. In diesem Fall ist entweder das Kühlelement 42 so verarbeitet und konfiguriert, dass es nicht in direkten Kontakt mit der Schraube 20 kommt, oder es wird eine isolierende Schraube, wie z. B. eine Plastikschraube verwendet.
  • Dadurch wird die Notwendigkeit beseitigt, dass eine Konfiguration zum Ausbilden einer Trennung vom Kühlelement 42 angebracht wird, und die Herstellungskosten werden verringert. Anstelle der Schraube 20 kann auch ein Niet oder dergleichen zur Fixierung verwendet werden. Auch in diesem Fall ist der Niet oder dergleichen elektrisch vom Kühlelement 42 getrennt.
  • Ausführungsform 5
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 34 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 500 zeigt, gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. Es sei angemerkt, dass die Draufsicht der Halbleitereinrichtung 500 bei Betrachtung von oben identisch mit derjenigen der Halbleitereinrichtung 200 ist, die in 20 dargestellt ist, und dass 34 der Schnittansicht entlang der Pfeile B-B in 20 entspricht.
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 500 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • 34 zeigt einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 500. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 500 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 500 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In 34 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 sind, die unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 34 dargestellt, hat bei der Halbleitereinrichtung 500 die Wärmediffusionsplatte 31 des Wärmediffusionselements 3 zwei Bereiche, nämlich einen ersten Bereich 31a und einen zweiten Bereich 31b. Das heißt, der erste Bereich 31a ist ein flacher plattenartiger Bereich, der entlang der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 angeordnet ist und an die obere Hauptfläche 11a gebondet ist, und der zweite Bereich 31b ist ein flacher plattenartiger Bereich, der auf der Seite gegenüber der Leiterplatte 1 verläuft, d. h. aufwärts oberhalb der Leiterplatte 1 in einer Richtung, die den ersten Bereich 31a von der Kante am ersten Bereich 31a auf der Seite gegenüber der Seite schneidet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist. Der zweite Bereich 31b ist integral mit dem ersten Bereich 31a ausgebildet. Demzufolge ist der zweite Bereich 31b nicht an die obere Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 gebondet.
  • Der zweite Bereich 31b biegt sich auf einen Winkel von ungefähr 90° an der Grenze zwischen dem ersten Bereich 31a und dem zweiten Bereich 31b, aber die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann der Winkel, der vom ersten Bereich 31a und vom zweiten Bereich 31b gebildet wird, weniger als 90° betragen, oder er kann 90° übersteigen.
  • Auf diese Weise unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 500 von der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 darin, dass eine Teilregion der Wärmediffusionsplatte 31 an die obere Hauptfläche 11a gebondet ist, und dass eine Region, die nicht an die obere Hauptfläche 11a gebondet ist, in einem Winkel von ungefähr 90° bezogen auf die obere Hauptfläche 11a gebogen ist.
  • Die in 34 dargestellte Schnittkonfiguration - mit Ausnahme der Wärmediffusionsplatte 31 - ist die gleiche wie die Schnittkonfiguration der Halbleitereinrichtung 200, die in 21 dargestellt ist, aber sie kann auch so konfiguriert werden, dass sie die gleiche wie die Schnittkonfiguration der Halbleitereinrichtung 100 wird, die in 2 dargestellt ist. Das heißt, die in 34 dargestellte Schnittkonfiguration braucht nicht notwendigerweise die Vorsprünge 8 auf der oberen Leiterschicht 12 aufzuweisen.
  • Vorgänge und Wirkungen
  • Als Nächstes werden die Vorgänge und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Mit der vorliegenden Ausführungsform werden die unten beschriebenen Vorgänge und Wirkungen erzielt, und zwar zusätzlich zu den Wirkungen, die ähnlich denjenigen aus Ausführungsform 1 sind.
  • Das Vorhandensein des zweiten Bereichs 31b der Wärmediffusionsplatte 31 verbessert die Wärmeabstrahlungswirkung, zusätzlich zu der Verbesserung der Wärmeverteilungswirkung bzw. Wärmediffusionswirkung. Das heißt, der erste Bereich 31a, der an die Leiterplatte 1 gebondet ist, erzielt die Wärmeverteilungswirkung, und der zweite Bereich 31b, dessen gesamte Oberfläche in Berührung mit der Außenluft ist, erzielt die Wärmeabstrahlungswirkung. Demzufolge ist es möglich, die Wirkung der Abstrahlung der Wärme, die von der Elektronikkomponente 2 erzeugt wird, nach außen weiter zu verbessern.
  • Für den Fall, dass die Elektronikkomponente 2 eine Schalteinrichtung, wie z. B. einen MOSFET aufweist, sendet die Elektronikkomponente 2 während des Schaltens Störungen (elektromagnetische Wellen) aus. Da die Elektronikkomponente 2 jedoch vom zweiten Bereich 31b der Wärmediffusionsplatte 31 blockiert ist, kann die Abstrahlung von Störungen nach außen verringert werden.
  • Für den Fall, dass die Elektronikkomponente 2 beispielsweise ein Steuerungs-IC ist oder ein IC, der schwache Signale verarbeitet, hat der zweite Bereich 31b der Wärmediffusionsplatte 31 die Wirkung, dass die Einstrahlung von Störungen von außerhalb verringert wird. Demzufolge können Fehlfunktionen im IC verhindert werden.
  • Der zweite Bereich 31b der Wärmediffusionsplatte 31 hat auch eine staubschützende Wirkung gegen Staub oder dergleichen von außen. Die Anwesenheit des zweiten Bereichs 31b der Wärmediffusionsplatte 31 vergrößert die Steifigkeit der Wärmediffusionsplatte 31, und selbst wenn die Leiterplatte 1 belastet wird, kann der zweite Bereich 31b diese Belastungen aufnehmen. Dadurch wird die Festigkeit der Leiterplatte 1 verbessert, und ein Verziehen der Leiterplatte 1 wird unterbunden.
  • Die Anwesenheit des zweiten Bereichs 31b der Wärmediffusionsplatte 31 kann auch das Thermozyklus-Vermögen des Bondmaterials 7a verbessern und die Zuverlässigkeit der Halbleitereinrichtung 500 verbessern.
  • Der zweite Bereich 31b der Wärmediffusionsplatte 31 kann beispielsweise als ein Kühlkörper verwendet werden, indem Luftkühlungslamellen angebracht werden.
  • Alternativ kann die erste Region 31a der Wärmediffusionsplatte 31 als ein Kühlkörper verwendet werden, indem Lamellen an einer Region angebracht werden, wo die Elektronikkomponente 2 nicht angeordnet ist. Im Allgemeinen werden Kühlkörper in vertikal aufrechten Positionen bezogen auf die Leiterplatten verwendet, zusammen mit Elektronikkomponenten vom Durchgangsloch-Montagetyp, wie z. B. TO-220, aber sie können auch in horizontal liegenden Positionen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass Vielzweck-Lamellen die Herstellungskosten verringern können.
  • Variation 1
  • 35 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 501 zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 5. Wie in 35 dargestellt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 501 von der Halbleitereinrichtung 500 gemäß Ausführungsform 5 darin, dass der erste Bereich 31a der Wärmediffusionsplatte 31 eine kürze Länge in Horizontalrichtung aufweist.
  • Da die Wärmediffusionsplatte 31 einen zweiten Bereich 31b aufweist, ist es selbst dann, wenn die Fläche des ersten Bereichs 31a in der Draufsicht verringert ist, möglich, eine Verringerung des Wärmeabstrahlungsvermögens zu unterbinden. Demzufolge kann die Größe der Halbleitereinrichtung 501 verringert werden, bei verringerten Ausmaßen in der Richtung der Ebene.
  • Wie in 35 gezeigt, kann eine Fehlausrichtung verringert werden, die auftreten könnte, wenn die Elektronikkomponente 2 montiert wird, indem die horizontale Länge des ersten Bereichs 31a der Wärmediffusionsplatte 31 ungefähr gleich groß wie die Länge der Elektronikkomponente 2 gemacht wird.
  • Variation 2
  • 36 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 502 zeigt, gemäß Variation 2 der Ausführungsform 5. Es sei angemerkt, dass die Draufsicht der Halbleitereinrichtung 502 bei Betrachtung von oben identisch mit derjenigen der Halbleitereinrichtung 200 ist, die in 20 dargestellt ist, und dass 36 der Schnittansicht entlang der Pfeile C-C in 20 entspricht.
  • Wie in 36 dargestellt, hat bei der Halbleitereinrichtung 502 die Wärmediffusionsplatte 31 des Wärmediffusionselements 3 zwei Bereiche, nämlich einen ersten Bereich 31 a und zweite Bereiche 31c. Das heißt, der erste Bereich 31a ist ein flacher plattenartiger Bereich, der entlang der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 angeordnet ist und an die obere Hauptfläche 11a gebondet ist, und die zweiten Bereiche 31c sind flache plattenartige Bereiche, die auf der Seite gegenüber der Leiterplatte 1 verlaufen, d. h. aufwärts oberhalb der Leiterplatte 1 in einer Richtung schneidet, die den ersten Bereich 31a von zwei Kanten des ersten Bereichs 31a, die orthogonal zur Kante auf der Seite sind, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist. Die zweiten Bereiche 31c sind integral mit dem ersten Bereich 31a ausgebildet. Demzufolge sind die zweiten Bereiche 31c nicht an die obere Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 gebondet.
  • Die zweiten Bereiche 31c biegen sich um einen Winkel von ungefähr 90° an den Grenzen zwischen dem ersten Bereich 31a und den zweiten Bereichen 31c, aber diese Variation ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann der Winkel, der vom ersten Bereich 31a und von jedem zweiten Bereich 31 c gebildet wird, weniger als 90° betragen, oder er kann 90° übersteigen.
  • Auf diese Weise unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 502 von der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 darin, dass eine Teilregion der Wärmediffusionsplatte 31 an die obere Hauptfläche 11a gebondet ist, und dass eine Region, die nicht an die obere Hauptfläche 11a gebondet ist, in einem Winkel von ungefähr 90° bezogen auf die obere Hauptfläche 11 a gebogen ist.
  • Die Anwesenheit der zwei zweiten Bereiche 31c der Wärmediffusionsplatte 31 verbessert weiter die Wärmeabstrahlungswirkung, zusätzlich zu der Verbesserung der Wärmeverteilungswirkung. Für den Fall, dass die Elektronikkomponente 2 Störstrahlungen (elektromagnetische Wellen) ausstrahlt, kann die Wirkung zum Verringern der Abstrahlung von Störungen nach außen weiter verbessert werden. Die staubschützende Wirkung gegen Staub oder dergleichen von außerhalb kann ebenfalls verbessert werden.
  • Die Halbleitereinrichtung 502 kann auch so konfiguriert sein, dass die Wärmediffusionsplatte 31 weiter einen flachen plattenartigen Bereich aufweist, der aufwärts oberhalb der Leiterplatte 1 in einer Richtung verläuft, die den ersten Bereich 31a schneidet, und zwar von der Kante des ersten Bereichs 31a auf der Seite gegenüber der Seite aus, an welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, wie der zweite Bereich 31b der Halbleitereinrichtung 500, die in 34 gezeigt ist. In diesem Fall werden die zweiten Bereiche 31c als dritte Bereiche 31c bezeichnet. Da die drei Seiten der Elektronikkomponente 2 von der Wärmediffusionsplatte umgeben sind, werden die Wärmeabstrahlungswirkung, die Wirkung zum Verringern der Abstrahlung von Störungen nach außen sowie die staubschützende Wirkung stark verbessert.
  • Variation 3
  • 37 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 503 zeigt, gemäß Variation 3 der Ausführungsform 5. Bei der Halbleitereinrichtung 503 hat die Wärmediffusionsplatte 31 des Wärmediffusionselements 3 einen gestuften Bereich 31d mit einer größeren Dicke als die übrigen Bereiche auf der Seite gegenüber der Seite, an welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist. Eine Endfläche der Wärmeabstrahlungsplatte 24 der Elektronikkomponente 2 hat eine Größe, die in diesen gestuften Bereich 31d eingreifen kann.
  • Dadurch werden Fehlausrichtungen verringert, die auftreten können, wenn die Elektronikkomponente 2 montiert wird. Es sei angemerkt, dass die Höhe des gestuften Bereichs 31d der Wärmediffusionsplatte 31 so vorgegeben ist, dass eine Höhe bis zur oberen Fläche der Wärmeabstrahlungsplatte 24 und eine Höhe bis zur oberen Fläche des gestuften Bereichs 31d ungefähr gleich groß werden, wenn die Elektronikkomponente 2 an der Wärmediffusionsplatte 31 montiert wird.
  • Das Vorhandensein des gestuften Bereichs 31d der Wärmediffusionsplatte 31 ermöglicht eine genaue Positionierung der Elektronikkomponente 2 und verbessert die Ausbeute während der Herstellung. Für den Fall, dass die Wärmeabstrahlungsplatte 24 der Elektronikkomponente 2 eine Öffnung aufweist, kann die Wärmediffusionsplatte 31 einen Vorsprung von einer Größe haben, die geeignet für die Öffnung ist, und dieser Vorsprung kann in die Öffnung eingeführt werden, wenn die Elektronikkomponente 2 montiert wird, um eine noch genauere Positionierung der Elektronikkomponente 2 zu ermöglichen.
  • Ausführungsform 6
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 38 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 600 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 600 bei Betrachtung von oben. 39 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile F-F in 38. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 600 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • 38 und 39 zeigen einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 600. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 600 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 600 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In den 38 und 39 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 sind, die unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 38 und 39 dargestellt, ist bei der Halbleitereinrichtung 600 die Wärmediffusionsplatte 31 so konfiguriert, dass sie einen Teil der oberen Fläche der Elektronikkomponente 2 bedeckt. Wie in 39 dargestellt, hat die Wärmediffusionsplatte 31 in der Halbleitereinrichtung 600 einen ersten Bereich 31a, der an die Leiterplatte 1 gebondet ist, zweite Bereiche 31g, die aufwärts oberhalb der Leiterplatte 1 in einer Richtung verlaufen, die den ersten Bereich 31a schneidet, und zwar von zwei Kanten des ersten Bereichs 31a aus, die orthogonal zu der Kante auf der Seite sind, an welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, und zwei dritte Bereiche 31f, die von den oberen Bereichen der zwei zweiten Bereiche 31g in Richtung der Elektronikkomponente 2 in einer Richtung entlang der oberen Hauptfläche 11a verlaufen.
  • Die zweiten Bereiche 31g haben eine Höhe, die die obere Fläche der Elektronikkomponente 2 überschreitet, wenn die Elektronikkomponente 2 an der Leiterplatte 1 montiert ist. Die zwei dritten Bereiche 31f sind nicht in Kontakt mit der Elektronikkomponente 2 angeordnet, so dass sie einen Teil der Elektronikkomponente 2 von oben bedecken. Die zwei gegenüberliegenden dritten Bereiche 31f bilden eine Öffnung OP1 dazwischen, so dass ein Teil der Elektronikkomponente 2 von oberhalb der Halbleitereinrichtung 600 sichtbar ist, wie in 38 gezeigt.
  • Vorgänge und Wirkungen
  • Als Nächstes werden die Vorgänge und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Mit der vorliegenden Ausführungsform werden die unten beschriebenen Vorgänge und Wirkungen erzielt, und zwar zusätzlich zu den Wirkungen, die ähnlich denjenigen aus Ausführungsform 1 sind.
  • Die Halbleitereinrichtung unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 darin, dass die Wärmediffusionsplatte 31 die dritten Bereiche 31f aufweist, die einen Teil der oberen Fläche der Elektronikkomponente 2 bedecken und einen Teil der oberen Fläche der Elektronikkomponente 2 überlappen.
  • Bei Anwesenheit der zweiten Bereiche 31g und der dritten Bereiche 31f der Wärmediffusionsplatte 31 ist die Elektronikkomponente 2 halb von der Wärmediffusionsplatte 31 umgeben bzw. eingekreist. Dadurch werden die Wärmeabstrahlungswirkung, die Wirkung zum Verringern der Abstrahlung von Störungen nach außen sowie die staubschützende Wirkung stark verbessert.
  • Die Wärmediffusionsplatte 31, die die zweiten Bereiche 31g und die dritten Bereiche 31f aufweist, kann zu geringen Herstellungskosten hergestellt werden, beispielsweise, indem eine Kupferplatte einer wohlbekannten Pressarbeit unterzogen wird. Die Wärmediffusionsplatte 31 kann auch beispielsweise dadurch gebildet werden, dass eine Kupferplatte einer wohlbekannten Schabung oder Extrusion unterzogen wird. Die Verwendung von Kupfer verringert den Wärmewiderstand zwischen der Elektronikkomponente 2 und der Wärmediffusionsplatte 31 und erhöht weiter die Wärmediffusions-Effizienz der Wärmediffusionsplatte 31.
  • In 39 sind die dritten Bereiche 31f der Wärmediffusionsplatte 31 und die obere Fläche 23e des Harzformelements 23 der Elektronikkomponente 2 nicht miteinander in Kontakt und weisen dazwischen einen Zwischenraum auf. Für den Fall jedoch, dass sie in engem Kontakt miteinander konfiguriert sind, kann Wärme zwischen dem Harzformelement 23 und den dritten Bereichen 31f geleitet werden, und dadurch nimmt die Effizienz der Abstrahlung der von der Elektronikkomponente 2 erzeugten Wärme zu.
  • Variation
  • 40 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 601 gemäß einer Variation der Ausführungsform 6 zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 601 bei Betrachtung von oben. 41 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile G-G in der 40.
  • Wie in 40 und 41 dargestellt, weist bei der Halbleitereinrichtung 601 die Wärmediffusionsplatte 31 des Wärmediffusionselements 3 Folgendes auf: einen ersten Bereich 31a, der an die Leiterplatte 1 gebondet ist, wie in Ausführungsform 6, zweite Bereiche 31g, die oberhalb der Leiterplatte 1 in der Richtung aufwärts verlaufen, die den ersten Bereich 31a schneidet, und zwar ausgehend von zwei Kanten des ersten Bereichs 31a, die zu der Kante davon orthogonal sind, wo die Elektronikkomponente 2 montiert ist, und einen dritten Bereich 31h, der über die zwei zweiten Bereiche 31g hinweg angeordnet ist.
  • Der dritte Bereich 31h bedeckt vollständig die Elektronikkomponente 2 von oben, so dass die vier Seiten der Elektronikkomponente 2 von der röhrenförmigen Wärmediffusionsplatte 31 umgeben sind. Jedoch sind zwei gegenüberliegende Seitenflächen der Elektronikkomponente 2 nicht mit der Wärmediffusionsplatte 31 bedeckt, wie in 41 dargestellt. Daher kann die Elektronikkomponente 2 effizient gekühlt werden, indem Luft in einen Luftweg geblasen wird, der in der Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet ist.
  • Die Wärmediffusionsplatte 31, die die zweiten Bereiche 31g und dem dritten Bereich 31h aufweist, kann mit geringen Herstellungskosten hergestellt werden, beispielsweise, indem eine Kupferplatte einer wohlbekannten Pressarbeit unterzogen wird. Die Wärmediffusionsplatte 31 kann auch beispielsweise dadurch gebildet werden, indem eine Kupferplatte einer wohlbekannten Schabung oder Extrusion unterzogen wird. Die Verwendung von Kupfer verringert den Wärmewiderstand zwischen der Elektronikkomponente 2 und der Wärmediffusionsplatte 31 und erhöht weiter die Wärmediffusions-Effizienz der Wärmediffusionsplatte 31.
  • In 41 sind der dritte Bereich 31h der Wärmediffusionsplatte 31 und die obere Fläche 23e des Harzformelements 23 der Elektronikkomponente 2 nicht miteinander in Kontakt und weisen dazwischen einen Zwischenraum auf. Für den Fall jedoch, dass sie in engem Kontakt miteinander konfiguriert sind, kann Wärme zwischen dem Harzformelement 23 und den dritten Bereichen 31h geleitet werden, und dadurch nimmt die Effizienz der Abstrahlung der von der Elektronikkomponente 2 erzeugten Wärme zu.
  • Ausführungsform 7
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 42 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 700 zeigt, gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung. Es sei angemerkt, dass die Draufsicht der Halbleitereinrichtung 700 bei Betrachtung von oben identisch mit derjenigen der Halbleitereinrichtung 100 ist, die in 1 dargestellt ist, und dass 42 eine Teilregion der Leiterplatte 1 in vergrößerter Ansicht zeigt. 43 ist eine vergrößerte Ansicht einer Region X, die von der gestrichelten Linie in 42 umgeben ist, d. h. ein Schnitt durch eine Isolierschicht 11.
  • In der folgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als eine obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als eine untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 700 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • In den 42 und 43 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 sind, die unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 42, dargestellt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 700 aus Ausführungsform 7 von der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 darin, dass die Isolierschichten 11 in der Leiterplatte 1 Füllstoffe 16 enthalten.
  • Wie in 43 dargestellt, ist die Isolierschicht 11 zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der inneren Leiterschicht 14 von einer Trennplatte 17 aus Glasfasern unterteilt, und die unterteilten Zwischenräume sind mit Füllstoffen 16 und einem Epoxidharz 18 gefüllt. Die gleiche Struktur findet sich auch zwischen zwei inneren Leiterschichten 14 und zwischen einer inneren Leiterschicht 14 und der unteren Leiterschicht 13.
  • Die Füllstoffe 16 sind anorganische Füllstoffpartikel, die vorzugsweise aus Aluminiumoxidpartikel bestehen, aber die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und die Füllstoffe 16 können auch Keramikpartikel, wie z. B. Aluminiumnitrid oder Bornitrid sein. Alternativ können die Füllstoffe 16 gebildet werden, indem verschiedene Partikelarten zusammengemischt werden, und beispielsweise können sie gebildet werden, indem Aluminiumhydroxid in Aluminiumoxid gemischt wird.
  • Auf diese Weise enthält in der Halbleitereinrichtung 700 jede der Isolierschichten 11, die in der Leiterplatte 1 enthalten sind, anorganische Füllstoffpartikel. Dadurch werden die thermische Leitfähigkeit und der Wärmewiderstand der Isolierschichten 11 verbessert. Die Isolierschichten 11, die anorganische Füllstoffpartikel enthalten, wie die Füllstoffe 16, erlauben eine Wärmeleitung über die Füllstoffe 16. Demzufolge ist es möglich, die Wärmeleitung in den Isolierschichten 11 zu verbessern und den Wärmewiderstand der Leiterplatte 1 zu verringern.
  • Hier wird der Wärmewiderstandswert der Halbleitereinrichtung 700, die die Leiterplatte 1 aufweist, inklusive der Isolierschichten 11, die 70 Gew.-% der Füllstoffe 16 aus Aluminiumoxid aufweisen, unter Verwendung von Ausdruck (1), der oben beschrieben ist, und dem in Ausführungsform 1 beschriebenen Modell simuliert. Das Simulationsergebnis gibt an, dass der Wärmewiderstandswert weiter um ungefähr 5 % verringert wird, verglichen mit dem Wärmewiderstandswert gemäß „Ausführungsform 1“, wie in 16 dargestellt.
  • Es sei angemerkt, dass das in dieser Simulation verwendete Modell vollständig die gleichen Ausmaße und auch die gleiche Konfiguration des Modells der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 annimmt, mit Ausnahme des Vorhandenseins der Füllstoffe 16.
  • Um die Wärmeleitung in den Isolierschichten 11 zu verbessern, ist es essenziell, dass die Packdichte der Füllstoffe 16 erhöht wird, die in den Isolierschichten 11 enthalten sind. Genauer gesagt: Es ist bevorzugter, dass die Packdichte der Füllstoffe 16 auf bis zu 80 Gew.-% erhöht wird. Demzufolge ist die Form der Füllstoffe 16 nicht auf eine Form nahe einer sphärischen Form beschränkt, wie in 43 dargestellt, und sie kann auch eine kubische Form auf der Basis eines Polygons sein, wie z. B. ein Tetraeder oder ein hexagonaler Kristall.
  • Die Größen der Füllstoffe 16, die zum Füllen der Isolierschichten 11 verwendet werden, brauchen nicht notwendigerweise konstant zu sein. Das heißt, die Füllstoffe 16 in den Isolierschichten 11 können auch nur aus einem einzelnen Partikeltyp konfiguriert sein, oder sie können aus einer Mischung von Partikeln mit unterschiedlichen Größen konfiguriert sein. In diesem Fall dringen Füllstoffpartikel mit kleineren Größen in Regionen ein, die von Partikeln mit größeren Größen sandwichartig umgeben sind, so dass eine höhere Packdichte der Füllstoffe 16 erreicht werden kann. Dadurch wird die Wärmeleitung in den Isolierschichten 11 weiter verbessert.
  • Ausführungsform 8
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 44 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 800 gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und sie zeigt einen Bereich der ersten Region der Leiterplatte 1. Bestandteile, wie z. B. die Elektronikkomponente 2, die Elektroden 19 und die Leiteranschlüsse 21 sind der Einfachheit halber mit gestrichelten Linien angegeben, und die Wärmediffusionsplatte 31 ist nicht dargestellt. 45 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeile H-H in 44, und sie zeigt nur eine Teilregion der Leiterplatte 1.
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 800 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • In den 44 und 45 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 sind, die unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 44 dargestellt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 800 gemäß Ausführungsform 8 von der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1 darin, dass eine Nut 15d über die Löcher von angrenzenden ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15a in einer Region der oberen Leiterschicht 12 angeordnet ist, die sandwichartig zwischen die ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15a eingefügt ist. 44 zeigt ein Beispiel, bei welchem vier Ausrichtungsmarkierungen AL zum Positionieren der Elektronikkomponente 2 an Positionen angeordnet sind, die den vier Ecken der Elektronikkomponente 2 entsprechen. Diese Ausrichtungsmarkierungen können beispielsweise die Vorsprünge 8 sein, die in Ausführungsform 2 beschrieben sind. Es sei angemerkt, dass die Vorsprünge 8 um die Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 nicht dargestellt sind.
  • Wie in 45 dargestellt, wird die Nut 15d ausgebildet, indem ein Teil der oberen Leiterschicht 12 in der Isolierschicht 11 zwischen der oberen Leiterschicht 12 und der inneren Leiterschicht 14 entfernt wird.
  • Es sei angemerkt, dass die Nut 15d gleichzeitig ausgebildet werden kann, wenn die obere Leiterschicht 12 in der Leiterplatte 1 durch Ätzen durch eine wohlbekannte Chemigraphietechnik ausgebildet werden kann.
  • Mit dem Vorhandensein der Nuten 15d, wie oben beschrieben, kann bei der Halbleitereinrichtung 800 sich ausdehnende Luft in den ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15a nach außen durch die Nuten 15d herausgelassen werden, indem zum Schmelzen von Lot bei der Herstellung der Halbleitereinrichtung eine Erwärmung vorgenommen wird. Demzufolge kann das Lot leicht geladen bzw. beschickt bzw. eingefüllt werden, indem ein Druckanstieg in den ersten Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15a unterbunden wird.
  • In den 44 und 45 sind die Nuten 15d nur in der ersten Region ausgebildet, aber die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und die Nuten 15d können auch über die Löcher der angrenzenden Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 in der zweiten Region hinweg angeordnet sein. Mit anderen Worten: Die Leiterplatte 1 der Halbleitereinrichtung 800 ist so konfiguriert, dass die Nuten 15d über angrenzende Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15 hinweg angeordnet sind, und zwar aus der Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen 15 in der Draufsicht bei Betrachtung von oberhalb der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1.
  • Ausführungsform 9
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 46 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 900 gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 900 bei Betrachtung von oben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 900 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • 46 zeigt einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 900. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 900 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 900 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In 46 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 sind, die unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 46 dargestellt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 900 von der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 darin, dass - in der Draufsicht bei Betrachtung von einem Ort oberhalb der oberen Hauptfläche 11a der Leiterplatte 1 - die Wärmediffusionsplatte 31, die auf der Unterseite der Elektronikkomponente 2 angeordnet ist, aus zwei Wärmediffusionsplatten 31x und 31y konfiguriert ist, und dass die Elektronikkomponente 2 über die zwei Wärmediffusionsplatten 31x und 31y hinweg angeordnet ist.
  • Die Wärmeabstrahlungsplatten 31x und 31y sind vorzugsweise in einem Abstand angeordnet, aber die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und sie können auch mit deren Endflächen in Kontakt miteinander angeordnet sein.
  • Wenn beispielsweise die Größe der Wärmediffusionsplatte in der Draufsicht zunimmt, wie die Wärmediffusionsplatte 31 der Halbleitereinrichtung 100 gemäß Ausführungsform 1, wird es schwierig, eine Montageeinrichtung zum Montieren der Wärmediffusionsplatte zu verwenden. Wenn die Wärmediffusionsplatte 31 eine rechteckige oder quadratische Form hat, wobei deren Mitte und deren Schwerpunkt an der gleichen Position in der Draufsicht angeordnet ist, wird die Ausschussrate während des Montageschrittes unter Verwendung einer Montageeinrichtung abnehmen, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem die Wärmediffusionsplatte 31 in der Draufsicht eine asymmetrische Form hat.
  • Wenn also die Wärmediffusionsplatte 31 in eine Mehrzahl von rechteckigen Wärmediffusionsplatten geteilt wird und wie in der vorliegenden Ausführungsform angeordnet wird, ist es möglich, die Wärmediffusionsplatte 31 leicht unter Verwendung einer Montageeinrichtung zu montieren und die Montagekosten zu verringern. Auf diese Weise können gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Montagekosten verringert werden, indem die Form und die Größe der Wärmediffusionsplatte 31 geeignet für die automatische Montage gemacht werden.
  • 46 zeigt als ein Beispiel eine Konfiguration, bei welcher die Wärmediffusionsplatte 31 in zwei Platten unterteilt ist, aber die Anzahl von Platten, in welche die Wärmediffusionsplatte 31 unterteilt ist, ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und beispielsweise kann die Wärmediffusionsplatte 31 in drei oder vier Platten geteilt werden. Es sei jedoch angemerkt, dass jede geteilte Platte der Wärmediffusionsplatte 31 vorzugsweise zumindest teilweise an die Elektronikkomponente 2 mit einem Bondmaterial gebondet ist.
  • Ausführungsform 10
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 47 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1000 gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 1000 bei Betrachtung von oben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher Elektronikkomponenten 2 montiert sind, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 1000 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponenten 2 montiert sind.
  • 47 zeigt einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 1000. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 1000 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 1000 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In 47 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 sind, die unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 47 gezeigt, sind in der Draufsicht der Halbleitereinrichtung 1000 bei Betrachtung von einem Ort oberhalb der Leiterplatte 1, vier Elektronikkomponenten 2a, 2b, 2c und 2d in Abständen bzw. Intervallen entlang der einen Langseite einer Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet, die in der Draufsicht eine lange und schmale Form hat. Auf diese Weise unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 1000 von der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 darin, dass vier Elektronikkomponenten 2a bis 2d auf einer Linie in der Links-Rechts-Richtung in der Zeichnung angeordnet sind.
  • Auf diese Weise kann für den Fall, dass eine einzelne Halbleitereinrichtung eine Mehrzahl von Elektronikkomponenten 2 aufweist, der Erwärmungswert variieren, und zwar infolge von Variationen von Eigenschaften wie den Innenwiderständen der Elektronikkomponenten 2. Für den Fall, dass die vier Elektronikkomponenten 2a bis 2d parallelgeschaltet sind, gilt Folgendes: Wenn die Elektronikkomponenten 2a bis 2d jeweils auf einzelnen Wärmediffusionsplatten angeordnet sind, kann eine Elektronikkomponente, die einen großen Erwärmungswert hat, einen höheren Erwärmungswert infolge eines Temperaturanstiegs haben, der durch Selbsterwärmung hervorgerufen wird, und eine thermische Zerstörung zeigen.
  • Wenn jedoch die Elektronikkomponenten 2a bis 2d auf der gemeinsamen Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet sind, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, werden die Elektronikkomponenten 2a bis 2d keine variierenden Temperaturen haben, und es wird unwahrscheinlicher sein, dass sie eine thermische Zerstörung zeigen. Demzufolge kann eine Halbleitereinrichtung mit hoher Zuverlässigkeit zur Verfügung gestellt werden. Dies rührt daher, dass die Abstrahlung von Wärme, die von jeder der Elektronikkomponenten 2a bis 2d erzeugt wird, vereinheitlicht wird, indem die Elektronikkomponenten 2a bis 2d auf der gemeinsamen Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet werden.
  • Es versteht sich, dass die Anzahl von Elektronikkomponenten, die auf der Wärmediffusionsplatte 31 montiert werden können, nicht auf vier beschränkt ist.
  • Variation
  • 48 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1001 gemäß einer Variation der Ausführungsform 10 zeigt, sowie eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 1001 bei Betrachtung von oben.
  • Wie in 48 dargestellt, sind in der Draufsicht der Halbleitereinrichtung 1001 bei Betrachtung von einem Ort oberhalb der Leiterplatte 1 vier Elektronikkomponenten 2a, 2b, 2c und 2d in Abständen bzw. Intervallen angeordnet, so dass jedes Paar von Elektronikkomponenten entlang jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten der Wärmediffusionsplatte 31 mit einer in der Draufsicht rechteckigen Form angeordnet ist.
  • Diese Anordnung verringert die Möglichkeit, dass die Wärmemenge, die von den Elektronikkomponenten 2a bis 2d erzeugt wird, auf der Wärmediffusionsplatte 31 unausgewogen wird, und sie ermöglicht eine gleichmäßige Wärmeverteilung in der Wärmediffusionsplatte 31. Demzufolge wird das Wärmeabstrahlungsvermögen verbessert.
  • Ausführungsform 11
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 49 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1100 gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 50 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung 1100 darstellt, und eine Draufsicht der Halbleitereinrichtung 1100 bei Betrachtung von oben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher Elektronikkomponenten montiert sind, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 1100 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponenten montiert sind.
  • 50 zeigt einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 1100. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 1100 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 1100 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In 50 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 sind, die unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 49 gezeigt, ist die Halbleitereinrichtung 1100 eine Halbbrückenschaltung, bei welcher Elektronikkomponenten 2a und 2c in Reihe zwischen einen Anschluss HV auf hohem Potential und einem Anschluss LV auf niedrigem Potential geschaltet sind. Das heißt, der Source-Anschluss der Elektronikkomponente 2a auf der hohen Seite und der Drain-Anschluss der Elektronikkomponente 2c auf der niedrigen Seite sind verbunden, und ein Verbindungsknoten ND dient als ein Ausgangsknoten der Halbbrückenschaltung. Als ein Beispiel haben die Elektronikkomponenten 2a und 2c eine Konfiguration, bei welcher eine Diode umgekehrt parallel zu einem MOSFET vom N-Typ geschaltet ist, aber die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
  • 50 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in welchem diese Halbbrückenschaltung auf der Leiterplatte 1 montiert ist. Wie in 50 dargestellt, ist in der Draufsicht bei Betrachtung von oberhalb der Leiterplatte 1 in der Halbleitereinrichtung 1100 die Elektronikkomponente 2a auf einer Wärmediffusionsplatte 3a angeordnet, die Elektronikkomponente 2c ist auf einer Wärmediffusionsplatte 3b angeordnet, und ein Teil eines Source-Anschlusses 21c der Elektronikkomponente 2a ist mit der Wärmediffusionsplatte 3b verbunden.
  • Das heißt, die Wärmediffusionsplatten 3a und 3b sind in Abständen bzw. Intervallen auf der Leiterplatte 1 angeordnet, um die elektrische Trennung zu gewährleisten, aber ein Teil der Wärmediffusionsplatte 3b hat eine Form, die in die Nähe der Wärmediffusionsplatte 3a vorsteht, und dieser Vorsprung ist mit einem Teil des Source-Anschlusses 21c der Elektronikkomponente 2a verbunden. Ein Leiteranschluss 21b der Elektronikkomponente 2c wird nicht als ein Drain-Anschluss verwendet, und die Wärmeabstrahlungsplatte 24 und die Wärmediffusionsplatte 3b, die niedrigere Widerstände als die Leiteranschlüsse aufweisen, werden zum Durchleiten des Hauptstroms verwendet. Demzufolge fließt der Hauptstrom vom Source-Anschluss der Elektronikkomponente 2a über die Wärmediffusionsplatte 3b zum Drain-Anschluss der Elektronikkomponente 2c.
  • Die parasitäre Induktivitätskomponente nimmt ab, wenn der Verdrahtungsabstand zwischen den Elektronikkomponenten 2a und 2c kürzer wird. Indem der Source-Anschluss und der Drain-Anschluss verbunden werden, wie in 50 gezeigt, ist es möglich, Schwingungen von Spannung und Strom während des Schaltens der Elektronikkomponenten 2a und 2c zu unterbinden und die Zuverlässigkeit der Schaltung zu verbessern. Indem die Wärmediffusionsplatte 3b als Verdrahtung verwendet wird, wenn ein großer Strom durch die Elektronikkomponenten 2a und 2c fließt, ist es möglich, die Verbindungsverluste zu verringern und die Leistungsverluste zu verringern.
  • Wenn die in 49 dargestellte Halbbrückenschaltung eine unzureichende Wärmekapazität und eine unzureichende Stromkapazität aufweist, kann eine Mehrzahl von Elektronikkomponenten parallelgeschaltet werden, um die Kapazitäten insgesamt zu erhöhen.
  • Variation
  • 51 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1101 gemäß einer Variation der Ausführungsform 11 zeigt, und sie zeigt eine Konfiguration, bei welcher eine Halbbrückenschaltung, die aus Elektronikkomponenten 2a und 2c konfiguriert ist, parallel zu einer Halbbrückenschaltung geschaltet ist, die aus Elektronikkomponenten 2b und 2d konfiguriert ist. Die Verbindungsknoten ND der Halbbrückenschaltung dienen als gemeinsame Ausgangsknoten. 51 veranschaulicht zwei parallele Halbbrückenschaltungen, aber dies ist nur ein Beispiel, und die Anzahl von Schaltungen, die parallelgeschaltet sind, ist nicht beschränkt.
  • 52 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in welchem die zwei Halbbrückenschaltungen auf der Leiterplatte 1 montiert sind. Wie in 52 dargestellt, sind in der Draufsicht bei Betrachtung von einem Ort oberhalb der Leiterplatte 1 in der Halbleitereinrichtung 1101 die Elektronikkomponenten 2a und 2b auf einer Wärmediffusionsplatte 3a angeordnet, die Elektronikkomponenten 2c und 2d sind auf einer Wärmediffusionsplatte 3b angeordnet, und Teile eines Source-Anschlusses 21c der Elektronikkomponenten 2a und 2b sind mit der Wärmediffusionsplatte 3b verbunden. Leiteranschlüsse 21b der Elektronikkomponenten 2c und 2d werden nicht als Drain-Anschlüsse verwendet, und die Wärmeabstrahlungsplatten 24 und die Wärmediffusionsplatte 3b, die niedrigere Widerstände als die Leiteranschlüsse aufweisen, werden zum Durchleiten des Hauptstroms verwendet.
  • Demzufolge fließt der Hauptstrom von den Source-Anschlüssen der Elektronikkomponenten 2a und 2b über die Wärmediffusionsplatte 3b zu den Drain-Anschlüssen der Elektronikkomponenten 2c und 2d. Die Wirkung, die durch diese Konfiguration erzielt wird, ist die gleiche wie die Wirkung, die von der Halbleitereinrichtung 1100 gemäß Ausführungsform 11 erzielt wird.
  • Ausführungsform 12
  • Konfiguration der Einrichtung
  • 53 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1200 zeigt, gemäß Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Fläche der Leiterplatte 1, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist, als die obere Fläche bezeichnet, und die Fläche auf deren gegenüberliegender Seite wird als die untere Fläche bezeichnet. Die obere Seite der Halbleitereinrichtung 1200 wird als die Seite der oberen Fläche bezeichnet, auf welcher die Elektronikkomponente 2 montiert ist.
  • 53 zeigt einen charakteristischen Teil der Halbleitereinrichtung 1200. Dieser charakteristische Teil braucht nicht notwendigerweise die Gesamtkonfiguration der Halbleitereinrichtung 1200 zu haben, sondern es ist auch möglich, dass die Halbleitereinrichtung 1200 nur aus diesem charakteristischen Teil gebildet ist.
  • In 53 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 2 sind, die unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Wie in 53 dargestellt, ist bei der Halbleitereinrichtung 1200 ein Gehäuse 51 in engem Kontakt auf dem dritten Bereich 31h der Wärmediffusionsplatte 31 in der Halbleitereinrichtung 601 gemäß Variation 1 der Ausführungsform 6 angeordnet, die unter Bezugnahme auf 40 und 41 beschrieben ist.
  • Auf diese Weise unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung von der Halbleitereinrichtung 600 gemäß Ausführungsform 6 darin, dass das Gehäuse 51 auf dem dritten Bereich 31h der Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet ist.
  • Das Gehäuse 51 ist ein boxenartiges Bauteil, das die gesamte Halbleitereinrichtung 1200 von außen schützt, und 53 veranschaulicht einen flachen plattenartigen Bereich, der ein Teil des Gehäuses ist. Das Gehäuse 51 ist vorzugsweise aus Aluminium gebildet. Dies rührt daher, dass Aluminium mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit zum Leiten von innen auftretender Wärme der Halbleitereinrichtung nach außen imstande ist und auch leichter als andere Materialien, wie z. B. Kupfer ist.
  • Alternativ kann das Gehäuse 51 aus einem Keramikmaterial mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit gebildet sein, wie z. B. Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, mit einer Metallschicht, wie z. B. Kupfer, die auf der Oberfläche gebildet ist. Als eine andere Alternative kann das Gehäuse 51 konfiguriert werden, indem eine nickel- oder goldplattierte Schicht auf der Oberfläche einer Legierung ausgebildet wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die z. B. aus einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung und einer Magnesiumlegierung besteht. Das Gehäuse 51, das aus einem solchen Material mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit ausgebildet ist, kann die thermische Leitfähigkeit (das Wärmeabstrahlungsvermögen) der Halbleitereinrichtung 1200 verbessern.
  • Auf diese Weise hat gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Halbleitereinrichtung den Pfad zum Abstrahlen der Wärme, die von der Elektronikkomponente 2 erzeugt wird, von der Wärmediffusionsplatte 31 über das Gehäuse 51 nach außen, und zwar zusätzlich zu dem Pfad zum Abstrahlen der Wärme, die von der Elektronikkomponente 2 erzeugt wird, von der Wärmediffusionsplatte 31 durch die zweiten Wärmeabstrahlungs-Durchgänge 15b in Richtung des Wärmeabstrahlungselements 4. Demzufolge hat die Halbleitereinrichtung ein ausgezeichneteres Wärmeabstrahlungsvermögen als in dem Fall, in welchem das Gehäuse 51 nicht vorgesehen ist.
  • Variation 1
  • 54 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1201 zeigt, gemäß Variation 1 der Ausführungsform 12. Wie in 54 veranschaulicht, ist bei der Halbleitereinrichtung 1201 das Gehäuse 51 über die zwei zweiten Bereiche 31g hinweg angeordnet, und zwar in einer Konfiguration, die erhalten wird, indem der dritte Bereich 31h der Wärmediffusionsplatte 31 von der Halbleitereinrichtung 601 gemäß Variation 1 der Ausführungsform 6 entfernt wird, die unter Bezugnahme auf 40 und 41 beschrieben ist.
  • Daher kommt das Gehäuse 51 der Elektronikkomponente 2 näher, und die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme kann als Abstrahlungswärme empfangen werden. Dadurch wird das Wärmeabstrahlungsvermögen verbessert, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem Wärme über den dritten Bereich 31h geleitet wird.
  • Variation 2
  • 55 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1202 zeigt, gemäß Variation 2 der Ausführungsform 12. Wie in 55 dargestellt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 1202 von der Halbleitereinrichtung 500 gemäß Ausführungsform 5 darin, dass das Gehäuse 51 in engem Kontakt auf dem zweiten Bereich 31b der Wärmediffusionsplatte 31 auf der Seite gegenüber der Elektronikkomponente 2 in der Halbleitereinrichtung 500 gemäß Ausführungsform 5 angeordnet ist, die unter Bezugnahme auf 34 beschrieben ist. Das Gehäuse 51 ist ein boxenartiges Bauteil, und 55 veranschaulicht einen flachen plattenartigen Bereich, der ein Teil des Gehäuses ist.
  • Ein Anordnen des Gehäuses 51 in engem Kontakt am zweiten Bereich 31b der Wärmediffusionsplatte 31 erzielt die Wirkung, dass das Wärmeabstrahlungsvermögen weiter verbessert wird, und zwar zusätzlich zu den Wirkungen aus Ausführungsform 5.
  • Variation 3
  • 56 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1203 zeigt, gemäß Variation 3 der Ausführungsform 12. Wie in 56 dargestellt, unterscheidet sich die Halbleitereinrichtung 1203 von der Halbleitereinrichtung 500 gemäß Ausführungsform 5 darin, dass ein Wärmeabstrahlungsbauteil 52 und das Gehäuse 51 in dieser Reihenfolge auf dem zweiten Bereich 31b der Wärmediffusionsplatte 31 auf der Seite gegenüber der Elektronikkomponente 2 in der Halbleitereinrichtung 500 gemäß Ausführungsform 5 angeordnet ist, die unter Bezugnahme auf 34 beschrieben ist.
  • Das Wärmeabstrahlungsbauteil 52 ist in engem Kontakt mit sowohl dem Gehäuse 51, als auch dem zweiten Bereich 31b der Wärmediffusionsplatte 31 angeordnet. Das Wärmeabstrahlungsbauteil 52 ist vorzugsweise ein flächenkörperartiges Bauteil, das aus einem Material ähnlich demjenigen des Wärmeabstrahlungsbauteils 41 gebildet ist und elektrische Isolationseigenschaften und ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit aufweist.
  • Für den Fall, dass die Wärmediffusionsplatte 31 und das Gehäuse 51 auf unterschiedlichen Potentialen liegen, ist das Wärmeabstrahlungsbauteil 52, das elektrische Isolationseigenschaften hat, sandwichartig dazwischen angeordnet, um die Wärme, die von der Elektronikkomponente 2 erzeugt wird, mit hoher Effizienz von der Wärmediffusionsplatte 31 und dem Gehäuse 51 nach außen abzustrahlen, während ein elektrischer Kurzschluss zwischen der Wärmediffusionsplatte 31 und dem Gehäuse 51 verhindert wird.
  • Es sei angemerkt, dass das Gehäuse 51 in engem Kontakt mit der Wärmediffusionsplatte 31 in der Halbleitereinrichtung gemäß jeder Ausführungsform angeordnet sein kann, obwohl oben nicht beschrieben.
  • Ausführungsform 13
  • 57 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 1300 zeigt, gemäß Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung. Wie in 57 dargestellt, weist die Halbleitereinrichtung 1300 ein Wärmediffusionsmaterial 60 auf, das so angeordnet ist, dass es zumindest einen Teil der Elektronikkomponente 2 und des Wärmediffusionselements 3 bedeckt. In 57 sind die Bestandteile, die identisch mit denjenigen der Halbleitereinrichtung 501 sind, die unter Bezugnahme auf 35 beschrieben ist, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren redundante Beschreibung erfolgt hier nicht.
  • Das Wärmediffusionsmaterial 60 ist vorzugsweise ein Material, das ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und mechanische Eigenschaften, eine hohe thermische Leitfähigkeit und ein ausgezeichnetes Wärmeabstrahlungsvermögen hat, und zwar in Bereichen, wo der Erwärmungswert hoch ist. Das Material hat auch vorzugsweise einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Reißen bzw. Brechen, eine niedrige Viskosität und eine günstige Bearbeitbarkeit. Das Wärmediffusionsmaterial 60 ist aus Materialien ausgewählt, die bestimmte Wirkungen zeigen, wie z. B. dass sie zum Verringern eines Verziehungs- bzw. Verwerfungswerts von Substraten oder dergleichen als Ergebnis der Verringerung von Belastungen während des Wärmeaushärtens imstande sind, und dass sie eine niedrige Gewichtsverlustrate unter Hochtemperaturlagerung, einen ausgezeichneten Wärmewiderstand, eine niedrige Konzentration an Störstellen-Ionen und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit erzielen.
  • Als Beispiel werden Vergussmaterialien genannt, die aus Epoxidharzen gebildet sind. Beispiele schließen auch Folgendes ein: Acrylharze, Siliciumharze, Urethanharze, Polyurethanharze, Epoxidharze und Fluorcarbonharze. Anstelle der oben beschriebenen Materialien können auch ein Schmiermittel, ein Klebstoff oder ein Wärmeabstrahlungs-Flächenkörper verwendet werden. Das Material ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • Die Anwesenheit der Wärmeabstrahlungsmaterials 60, das zumindest einen Teil der Elektronikkomponente 2 und des Wärmediffusionselements 3 bedeckt, ermöglicht es nicht nur, dass die von der Elektronikkomponente 2 erzeugte Wärme effizient an das Wärmediffusionselement 3 geleitet wird, sondern auch, dass das Wärmeabstrahlungsvermögen des Wärmediffusionsmaterials 60 verbessert wird und die Wirkung erzielt wird, dass die Isoliereigenschaften, die Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit, die Wasserwiderstandsfähigkeit, die Chlorwiderstandsfähigkeit und die Ölwiderstandsfähigkeit der bedeckten Bereiche der Leiterplatte 1 und der Elektronikkomponente 2 verbessert werden, sowie die Wirkung, dass beispielsweise das Eintreten von Staub verhindert wird.
  • In der Schnittansicht in 57 biegt sich die Wärmediffusionsplatte 31 an der Grenze zwischen dem ersten Bereich 31a und dem zweiten Bereich 31b, so dass deren Ausdehnungsrichtung um ungefähr 90° geändert wird, und das Wärmediffusionsmaterial 60 wird in den oberen Bereich der Elektronikkomponente 2 geladen bzw. beschickt bzw. eingefüllt, der mit dem Harzformelement 23 bedeckt ist. Die Anwesenheit des zweiten Bereichs 31b verhindert es, dass das Wärmediffusionsmaterial 60 nach Bereichen herausfließt, die nicht geladen bzw. beschickt werden sollen.
  • Es ist auch möglich, einen spezifischen Bereich oder die Gesamtheit der Elektronikkomponente 2 mit einer minimalen Menge von Wärmediffusionsmaterial 60 zu bedecken. Indem die Wärmediffusionsplatte 31 verwendet wird, um die Elektronikkomponente 2 mit dem Wärmediffusionsmaterial 60 zu bedecken, ist es auf diese Weise möglich, ein hohes Wärmeabstrahlungsvermögen bei geringen Kosten zu erhalten.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen und die Variationen, die in den Ausführungsformen enthalten sind, können innerhalb des Umfangs geeignet miteinander kombiniert werden, solange keine Inkonsistenzen in der Technologie erzeugt werden.
  • Die oben offenbarten Ausführungsformen sind in jeglicher Hinsicht anschaulich und nicht einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche angegeben, nicht durch die oben angegebenen Beschreibungen, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Variationen und Modifikationen der Ansprüche innerhalb des Äquivalenzumfangs in den Umfang der Erfindung fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 6077679 A [0007]
    • JP 11345921 A [0007]
    • WO 2017/094670 A1 [0007]

Claims (16)

  1. Halbleitereinrichtung, die Folgendes aufweist: - eine Leiterplatte; - ein Wärmediffusionselement, das an eine erste Hauptfläche der Leiterplatte mit einem ersten Bondmaterial gebondet ist; - eine Elektronikkomponente, die eine Wärmeabstrahlungsplatte aufweist, die an das Wärmediffusionselement mit einem zweiten Bondmaterial gebondet ist; und - ein Wärmeabstrahlungselement, das auf einer zweiten Hauptfläche der Leiterplatte angeordnet ist, wobei die Leiterplatte Folgendes aufweist: - eine Isolierschicht; - erste und zweite Leiterschichten, die jeweils auf ersten und zweiten Hauptflächen der Isolierschicht angeordnet sind; - eine Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen, die von der ersten Leiterschicht zur zweiten Leiterschicht auf der Isolierschicht hindurchgehen; und eine dünne Leiterschicht, die Innenwände der Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen bedeckt; wobei die Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Vias an Positionen angeordnet ist, die das Wärmediffusionselement und die Elektronikkomponente in der Draufsicht bei Betrachtung von der ersten Hauptfläche der Leiterplatte aus überlappen, und wobei das Wärmeabstrahlungselement so angeordnet ist, dass es zumindest einige der Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen in der Draufsicht bei Betrachtung von der zweiten Hauptfläche der Leiterplatte aus überlappt.
  2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte weiter Folgendes aufweist: Vorsprünge, die auf der ersten Leiterschicht angeordnet sind und zumindest die Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen umgeben, und wobei das Wärmediffusionselement auf der Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen angeordnet ist, die mit den Vorsprüngen versehen sind.
  3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Bondmaterial im Inneren von zumindest einigen der Mehrzahl von Wärmeabstrahlungs-Durchgängen eingefüllt ist, so dass ein Drittel oder mehr des Innenvolumens belegt ist.
  4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Bondmaterial einen höheren Schmelzpunkt hat als das erste Bondmaterial.
  5. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronikkomponente eine Elektronikkomponente vom Oberflächen-Montagetyp aufweist und zumindest einen Leiteranschluss hat, der an eine Elektrode gebondet ist, die auf der ersten Hauptfläche der Leiterplatte wie dieselbe Schicht wie die erste Leiterschicht angeordnet ist.
  6. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronikkomponente eine Elektronikkomponente vom Durchgangsloch-Montagetyp aufweist und zumindest einen Leiteranschluss hat, der in ein Anschlussloch eingeführt ist und daran gebondet ist, der von der ersten Hauptfläche zur zweiten Hauptfläche der Leiterplatte durchgeht.
  7. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmediffusionselement eine Wärmediffusionsplatte aufweist, die Wärmediffusionsplatte einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, der erste Bereich entlang der ersten Hauptfläche der Leiterplatte angeordnet ist und an die erste Hauptfläche mit dem ersten Bondmaterial gebondet ist, und der zweite Bereich integral mit dem ersten Bereich angeordnet ist und auf einer Seite gegenüber der Leiterplatte ausgehend von zumindest einer Kante des ersten Bereichs verläuft.
  8. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmediffusionselement eine Wärmediffusionsplatte aufweist, die Wärmediffusionsplatte einen gestuften Bereich (31d) aufweist, dessen Dicke größer ist als der andere Bereich, und die Elektronikkomponente eine Endfläche aufweist, die in den gestuften Bereich eingreift.
  9. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmediffusionselement eine Wärmediffusionsplatte aufweist, die Wärmediffusionsplatte einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen dritten Bereich aufweist, der erste Bereich entlang der ersten Hauptfläche der Leiterplatte ausgebildet ist und an die erste Hauptfläche mit dem ersten Bondmaterial gebondet ist, der zweite Bereich integral mit dem ersten Bereich ausgebildet ist und auf einer Seite gegenüber der Leiterplatte ausgehend von zwei gegenüberliegenden Kanten des ersten Bereichs verläuft, und der dritte Bereich vom zweiten Bereich aus in Richtung der Elektronikkomponente in einer Richtung entlang der ersten Hauptfläche verläuft und zumindest einen Teil der Elektronikkomponente bedeckt.
  10. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 10, wobei die Isolierschicht der Leiterplatte einen Füllstoff und ein Harz aufweist.
  11. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Leiterschicht der Leiterplatte eine Nut aufweist, die über angrenzende Wärmeabstrahlungs-Durchgänge hinweg in der Draufsicht bei Betrachtung von der ersten Hauptfläche der Leiterplatte aus ausgebildet ist.
  12. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeabstrahlungselement eine Mehrzahl von Wärmediffusionsplatten aufweist, und die Elektronikkomponente über die Mehrzahl von Wärmediffusionsplatten hinweg angeordnet ist.
  13. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, die Folgendes aufweist: eine Mehrzahl von anderen Elektronikkomponenten, die von der Elektronikkomponente verschieden sind, und wobei die Elektronikkomponente und die Mehrzahl von anderen Elektronikkomponenten auf dem Wärmediffusionselement in Abständen bzw. Intervallen bei Betrachtung von der ersten Hauptfläche der Leiterplatte aus angeordnet sind.
  14. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 9, die weiter Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das in Kontakt mit dem dritten Bereich der Wärmediffusionsplatte ausgebildet ist und eine thermische Leitfähigkeit zum Schützen der Halbleitereinrichtung insgesamt aufweist.
  15. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 7, die weiter Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das in Kontakt mit einer Fläche des zweiten Bereichs der Wärmediffusionsplatte auf einer Seite gegenüber der Elektronikkomponente ausgebildet ist und eine thermische Leitfähigkeit aufweist.
  16. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeabstrahlungselement Folgendes aufweist: - ein Wärmeabstrahlungsbauteil mit elektrischen Isoliereigenschaften und thermischer Leitfähigkeit; und - ein Kühlelement mit thermischer Leitfähigkeit, und wobei das Wärmeabstrahlungsbauteil und das Kühlmittel auf der zweiten Leiterschicht der Leiterplatte angeordnet sind.
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