DE19932442A1 - Vergossenes Halbleiterbauelement mit beidseitiger Entwärmung - Google Patents

Vergossenes Halbleiterbauelement mit beidseitiger Entwärmung

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Abstract

Ein in einer Vergußmasse befindlicher Halbleiterchip ist sowohl über seine Oberseite als auch über seine Unterseite mit einem wärmeleitenden Medium verbunden, über welches eine Abführung der im Halbleiterchip entstehenden Wärme an die Umgebung bzw. an externe Kühlkörper erfolgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Kühlung von Halbleiterbau­ elementen bekannt, die einen Kühlkörper aufweisen. Bei diesem zur Wärmeableitung vorgesehenen Kühlkörper kann es sich um ein einfaches Kühlblech, einen Kühlkörper in Form eines Kühl­ sternes oder um ein Kühlprofil handeln. Kühlsterne weisen sternförmig nach außen abstehende Kühlrippen auf. Bei den be­ kannten Kühlprofilen handelt es sich um gebogene Kühlbleche. Durch die Verwendung von Kühlsternen oder Kühlprofilen wird die wirksame Kühlfläche erhöht und dadurch eine verbesserte Wärmeableitung der im Halbleiterbauelement erzeugten Wärme an die Umgebung erreicht. Zur Verbesserung des thermischen Kon­ taktes zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper kann Wärmeleitpaste eingesetzt werden. Viele der bekannten Kühlkörper weisen vom zu kühlenden Halbleiterbauelement abge­ wandte Kühlrippen auf, um die Kontaktfläche des Kühlkörpers mit der Umgebung zu vergrößern.
Ein Beispiel eines bekannten Kühlkörpers ist in der Fig. 1 gezeigt. Dort ist zur Ableitung der in einem Siliziumelement 5 entstehenden Wärme ein Kühlkörper 1 vorgesehen. Das Sili­ ziumelement 5 ist mittels einer wärmeleitenden Löt- oder Kle­ beschicht 3 mit einem Substrat 4 verbunden. Der Kühlkörper 1 ist unter Verwendung einer wärmeleitenden Löt- oder Klebe­ schicht 2 am Substrat 4 befestigt. Der Kühlkörper 1 weist eine eben ausgebildete Kontakt- oder Innenfläche, die dem zu kühlenden Siliziumelement 5 zugewandt ist, und eine vom zu kühlenden Siliziumelement abgewandte Außenseite auf. Letztere ist mit senkrecht nach außen abstehenden Kühlrippen versehen, um die Kontaktfläche des Kühlkörpers mit der Umgebung zu vergrößern und dadurch eine verbesserte Wärmeableitung zu erreichen.
Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel erfolgt die Entwär­ mung bzw. Kühlung des Halbleiterbauelementes über dessen Un­ terseite.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vergossenes Halbleiterbauelement so auszugestalten, daß eine verbesserte Entwärmung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen An­ sprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß eine Entwärmung des beanspruchten Halbleiterbauelementes nicht nur über seine Unterseite, sondern auch über seine Oberseite erfolgen kann. Zu diesem Zweck wird sowohl die Un­ terseite als auch die Oberseite des Halbleiterbauelementes mit einem externen Kühlkörper kontaktiert, der die im Halb­ leiterbauelement entstehende Wärme aufnimmt und an die Umge­ bung abgibt. Im Vergleich zu bekannten Bauelementen ist die Kontaktfläche des Bauelementes, über die eine Wärmeabgabe an einen oder mehrere externe Kühlkörper möglich ist, vergrö­ ßert. Dies erlaubt sowohl eine schnelle Abführung der Wärme als auch eine Abführung einer größeren Wärmemenge.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Fi­ guren.
Es zeigt:
Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zur Kühlung eines Halb­ leiterbauelementes und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauele­ ment gemäß der Erfindung.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiter­ bauelement gemäß der Erfindung. Das gezeigte Halbleiterbau­ element weist einen zu entwärmenden Silizium- oder Silizium­ karbidchip 5 auf. Dieser ist über eine erste wärmeleitende und elektrisch isolierende Löt- oder Klebeschicht 3 mit einem Substrat 4 verbunden, welches beispielsweise aus Aluminium­ oxid besteht. Die Unterseite des Substrates 4 ist mit einer zweiten wärmeleitenden Schicht 2 versehen, bei der es sich beispielsweise um eine Aluminiumschicht, eine Kupferschicht oder eine Schicht aus einem wärmeleitenden Kunststoff han­ delt.
Die vorstehend genannten Bauteile sind von einer Vergußmasse 8 umgeben, wobei lediglich die Unterseite der zweiten wärme­ leitenden Schicht 2 nicht von der Vergußmasse 8 umschlossen ist. Mit der Unterseite der zweiten wärmeleitenden Schicht 2 wird ein nicht gezeichneter Kühlkörper kontaktiert, so daß im Halbleiterchip 5 entstehende Wärme über die Unterseite des Halbleiterbauelementes abgeführt werden kann.
Zur Verbesserung der Wärmeabführung vom Halbleiterchip 5 ist innerhalb der Vergußmasse 8 ein drittes wärmeleitfähiges Me­ dium 7 vorgesehen, bei welchem es sich um Aluminium, Kupfer oder um wärmeleitfähiges Kunststoffmaterial handelt. Dieses dritte wärmeleitfähige Medium 7 ist über ein viertes wärme­ leitfähiges Medium 6, welches eine elektrisch isolierende Löt- oder Klebeschicht ist, mit der Oberseite des Halbleiter­ chips 5 verbunden.
Die Oberseite des dritten wärmeleitfähigen Mediums 7 bildet gleichzeitig einen Teil der oberen Außenfläche des Halblei­ terbauelementes. Dabei kann die Oberseite des dritten wärme­ leitfähigen Mediums 7 zusammen mit den benachbarten Bereichen der Oberfläche des Halbleiterbauelementes eben ausgebildet sein, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist.
Alternativ dazu kann die Oberseite des dritten wärmeleitfähi­ gen Mediums 7 auch einen Überstand gegenüber benachbarten Be­ reichen der Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufweisen. Durch diese Maßnahme wird die Ankopplung an einen nicht ge­ zeichneten, auf der Oberseite des Halbleiterbauelementes vor­ gesehenen weiteren Kühlkörper verbessert.
Über diesen weiteren Kühlkörper erfolgt eine Entwärmung des Halbleiterchips 5 über dessen Oberseite.
Durch die beschriebene Abführung der im Halbleiterchip 5 ent­ stehenden Wärme sowohl über dessen Unterseite als auch über dessen Oberseite wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die entstehende Wärme über die im Vergleich zum Stand der Technik größere Wärmeabgabefläche schneller an mit dem Halb­ leiterbauelement kontaktierte externe Kühlkörper abgegeben werden kann. Gleichzeitig wird im Vergleich zum Stand der Technik auch die pro Zeiteinheit abführbare Wärmemenge ver­ größert.
Die notwendige elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 5 erfolgt unter Verwendung von Bonddrähten 9 und 11. Diese erstrecken sich von der Oberseite des Halbleiterchips ausge­ hend durch die wärmeleitfähige und elektrisch isolierende Löt- oder Klebeschicht 6 seitlich durch die Vergußmasse 8. Der Bonddraht 9 ist im Bereich der linken Seitenwand des Halbleiterbauelementes mit einem elektrischen Leiter 10 ver­ bunden. Der Bonddraht 11 steht im Bereich der rechten Seiten­ wand des Halbleiterbauelementes mit einem elektrischen Leiter 12 in Verbindung. Die elektrischen Leiter 10 und 12 sind jeweils an einem ihrer Enden in die Vergußmasse 8 eingebet­ tet. Das jeweils andere Ende der elektrischen Leiter 10 und 12 erstreckt sich bis in den Außenbereich des Halbleiterbau­ elementes und ist dort mit weiteren externen Bauelementen verbunden.
Die von der Oberseite des Halbleiterchips 5 ausgehenden Bond­ drähte 9, 11 sind - wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist - seitlich auf dieser Oberseite vorgesehen, so daß im mittleren Bereich der Oberseite des Halbleiterchips 5 möglichst viel Platz für das dritte wärmeleitfähige Medium 7 verbleibt, wel­ ches vorzugsweise so groß wie möglich ausgebildet ist.
Nach alledem kann bei einem Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung die in einem vergossenen Halbleiterchip entstehende Wärme sowohl über die Unterseite als auch über die Oberseite des Halbleiterbauelementes abgeführt werden. Dies erlaubt so­ wohl ein schnelleres Abführen der Wärme als auch ein Abführen einer größeren Wärmemenge.

Claims (10)

1. Halbleiterbauelement, aufweisend einen Halbleiterchip, der über ein erstes wärmeleitfähiges Medium mit einem Substrat verbunden ist, an dessen Unterseite sich ein zweites wärme­ leitfähiges Medium befindet, wobei diese Bauteile derart in einer Vergußmasse vorgesehen sind, daß lediglich die Unter­ seite des zweiten wärmeleitfähigen Mediums nicht von der Ver­ gußmasse umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (5) an seiner Oberseite mit einem dritten wärmeleitfähigen Medium (7) kontaktiert ist, welches innerhalb der Vergußmasse (8) vorgesehen ist, wobei die Ober­ seite des dritten wärmeleitfähigen Mediums (7) einen Teil der Außenfläche des Halbleiterbauelementes bildet.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberseite des Halbleiterbauele­ mentes eben ausgebildet ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberseite des Halbleiterbauele­ mentes uneben ausgebildet ist, wobei die Oberseite des drit­ ten wärmeleitfähigen Mediums einen Überstand gegenüber be­ nachbarten Bereichen der Oberfläche des Halbleiterbauele­ mentes aufweist.
4. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte wärmeleitfähige Medium (7) aus Aluminium, Kupfer oder einem wärmeleitfähigen Kunststoff besteht.
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das erste wärmeleitfähige Medium (3) eine elektrisch isolierende Löt- oder Klebeschicht ist.
6. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite wärmeleitfähige Medium (2) aus Aluminium, Kupfer oder einem wärmeleitfähigen Kunststoff besteht.
7. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Halblei­ terchip (5) über ein viertes wärmeleitfähiges Medium (6) mit dem dritten wärmeleitfähigen Medium (7) kontaktiert ist.
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das vierte wärmeleitfähige Medium (6) eine elektrisch isolierende Löt- oder Klebeschicht ist.
9. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektri­ schen Kontaktierung des Halbleiterchips (5) Bonddrähte (9, 11) vorgesehen sind, die vom Halbleiterchip (5) ausgehend seit­ lich durch die Vergußmasse (8) geführt sind und im Bereich mindestens einer Seitenwand des Halbleiterbauelementes mit jeweils einem elektrischen Leiter (10, 12) verbunden sind, der sich bis in den Außenbereich des Halbleiterbauelementes er­ streckt.
10. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte wärmeleitfähige Medium (7) in seinem über die Verguß­ masse hinausragenden Teil als Kühlkörper ausgebildet ist.
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