Beschreibung description
Halbleiterbauelement-Anordnung, Verfahren zu deren Herstellung sowie Semiconductor component arrangement, method for their production and
Entwärmungseinrichtung Cooling device
Gebiet der Technik Technical field
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleiterbauelement-Anordnung, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Entwärmungseinrichtung The present disclosure relates to a semiconductor component arrangement, a method for its production and a heat dissipation device
Stand der Technik State of the art
Halbleiterbauelemente, speziell Leistungs-Halbleiterbauelemente, wie zum Beispiel Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (sog. Semiconductor components, especially power semiconductor components, such as power metal oxide semiconductor field effect transistors (so-called.
Leistungs-MOSFETs), werden als Bauelemente häufig in Gehäusen mit Power MOSFETs) are often used as components in housings
Kühlflächen (sog. "Heatslug", "exposed Pad") geliefert. Es existieren verschiedene Gehäusebauformen, zum Beispiel unter den Bezeichnungen TO220, D2PAK oder DPAK bekannte Bauformen. Cooling surfaces (so-called "heatslug", "exposed pad") supplied. There are various housing designs, for example designs known under the names TO220, D2PAK or DPAK.
Häufig sind die in einem Gehäuse untergebrachten They are often housed in a housing
Leistungs-Halbleiterbauelemente für die Oberflächenmontage bestimmt und werden auch als oberflächenmontierte Bauelemente (sog. surface-mount device / SMD) bezeichnet. Im Betrieb erwärmen sich Leistungs-Halbleiterbauelemente, so dass die gebildete Wärme abgeführt werden muss. Bei der Oberflächenmontage (sog. SMD-Montage) eines Leistungs-Halbleiterbauelements auf einer Leiterplatte dient diese im Allgemeinen als Wärmeableiter (sog. Heatsink). Der o. g. Heatslug, die sich im Regelfall an einer Metallplatte des Leistungs-Halbleiterbauelements befindet, ist auf der Leiterplatte für die SMD-Montage eine metallische Power semiconductor components are intended for surface mounting and are also referred to as surface-mounted components (so-called surface-mount device / SMD). Power semiconductor components heat up during operation, so that the heat generated must be dissipated. In the surface mounting (so-called SMD mounting) of a power semiconductor component on a printed circuit board, this generally serves as a heat sink (so-called heatsink). The above Heatslug, which is usually located on a metal plate of the power semiconductor component, is a metallic one on the circuit board for SMD assembly
Befestigungsfläche (sog. Footprint) zugeordnet, wobei die Fläche des Footprints auf der Leiterplatte etwa der Heatslug-Fläche des Halbleiterbauelements entspricht. Attachment area (so-called footprint) assigned, the area of the footprint on the printed circuit board corresponding approximately to the heatslug area of the semiconductor component.
Im Allgemeinen wird die Wärme von der Leiterplatte über thermische Bohrungen, d. h. über metallisierte Bohrungen, (auch als thermische Vias bezeichnet) und über
Wärmeleitpaste (Thermisches Interface Material) an ein Gerätegehäuse In general, the heat is transferred from the circuit board via thermal holes, ie via metallized holes (also known as thermal vias) and via Thermal grease (thermal interface material) on a device housing
weitergeleitet. Thermische Vias können unter dem Heatslug oder bspw. in direkter Umgebung in der Leiterplatte platziert sein. Da sich thermische Vias in der Regel senkrecht zur Leiterplattenebene erstrecken, kann die Wärme auf kurzem Weg, bspw. an ein Gerätegehäuse, abgeleitet werden. forwarded. Thermal vias can be placed under the heatslug or, for example, in the immediate vicinity in the circuit board. Since thermal vias generally extend perpendicular to the circuit board level, the heat can be dissipated in a short way, for example to a device housing.
Derartige in einem Bauelementgehäuse verbaute Halbleiterbauelemente kommen zum Beispiel auch in Ladegeräten für die Elektromobilität zum Einsatz. Hier fallen im Betrieb sehr hohe Verlustleistungen an, so dass der Kühlung besondere Such semiconductor components built into a component housing are also used, for example, in charging devices for electromobility. Very high power losses occur during operation, making the cooling special
Bedeutung zukommt. Importance.
Da hohe Spannungen erzeugt werden (zum Beispiel für eine 800 V-Batterie), sind auch hohe Anforderungen an die Isolation gestellt. Die Anforderungen bzgl Isolation bzw. Überspannungs-Schutz sind in verschiedenen Normen festgelegt, zum Beispiel in der Norm IEC 60664-1 (manchmal auch als "Insuco-Norm" bezeichnet; Insuco = "Insulation Coordination"). Since high voltages are generated (for example for an 800 V battery), there are also high demands on the insulation. The requirements regarding insulation and overvoltage protection are specified in various standards, for example in the IEC 60664-1 standard (sometimes also referred to as the "Insuco standard"; Insuco = "Insulation Coordination").
Bei einigen Anwendungen ist die Verwendung von Thermischen Vias aufgrund elektrischer Isolationsverordnungen nicht zulässig. Andererseits steht bei In some applications, the use of thermal vias is not permitted due to electrical insulation regulations. On the other hand,
Standard-Leiterplatten (sog. Printed Circuit Boards = PCBs) pro Lagenebene nur eine geringe Kupferschichtdicke (oft nur 70 Mikrometer, teilweise bis zu 105 oder 200 Mikrometer, jedoch nur selten mehr) zur Verfügung. Daher kann die Standard printed circuit boards (PCBs) only have a small copper layer thickness per layer level (often only 70 micrometers, sometimes up to 105 or 200 micrometers, but only rarely more). Therefore, the
Verlustleistung, die das Leistungsbauteil über seinen Heatslug abgibt, mit der Standard-Leiterplatten-Technologie und unter Verwendung des Power loss that the power component emits via its heatslug, using standard circuit board technology and using the
Standard-Footprint-Designs nicht mehr ausreichend abgeführt werden. Standard footprint designs can no longer be adequately discharged.
Um hohe Anforderungen bezüglich der elektrischen Isolierung und der To meet high requirements regarding electrical insulation and
Wärmeabfuhr zu erfüllen, ist bekannt, dass ausgehend von dem Heat dissipation is known to start from that
Halbleiterbauelement zuerst eine elektrische Isolation und danach eine sog. Semiconductor component first electrical insulation and then a so-called
Wärmespreizung mittels einer Al/Cu-Platte und die weitere Wärmeabfuhr erfolgt. Diesbezüglich ist von Fa. Bergquist -Henkel das sog. Thermal Clad Isolated Metal Substrate (geschützte Bezeichnung IMS) bekannt. Es existieren andere Techniken, die zwar eine gute Entwärmung ermöglichen, die aber andererseits keine
ausreichende erforderliche elektrische Isolation liefern und die teilweise weitere Nachteile haben, wie zum Beispiel Toleranzen, die das Löten erschweren. Heat spreading by means of an Al / Cu plate and the further heat dissipation takes place. In this regard, the so-called Thermal Clad Isolated Metal Substrate (protected designation IMS) is known from Bergquist-Henkel. There are other techniques which, although they allow good heat dissipation, do not provide sufficient required electrical insulation and which sometimes have other disadvantages, such as tolerances that make soldering difficult.
Insgesamt besteht, insbesondere im Hinblick auf die erwähnten Normen, die Problematik, dass mit Standard-Leiterplatten nicht gleichzeitig die einerseits verlangte elektrische Isolation und die andererseits erforderliche Entwärmung (d. h. Wärmeabfuhr) erreicht werden kann. Dies führt zu einem Zielkonflikt bei der Isolationskoordination. Overall, especially with regard to the standards mentioned, there is the problem that standard printed circuit boards cannot simultaneously achieve the electrical insulation required on the one hand and the required heat dissipation (i.e. heat dissipation) on the other. This leads to a conflict of objectives in the coordination of isolation.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterbauelement-Anordnung bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterbauelement-Anordnung bzw. eine Entwärmungseinrichtung für eine Halbleiterbauelement-Anordnung vorteilhaft weiter zu bilden. Insbesondere wird angestrebt, dass damit zumindest einzelne oder alle der zuvor genannten Nachteile überwunden werden können. Insbesondere soll auch eine Möglichkeit zur Against this background, the present disclosure is based on the object of advantageously further developing a semiconductor component arrangement or a method for producing a semiconductor component arrangement or a cooling device for a semiconductor component arrangement. In particular, the aim is to be able to overcome at least some or all of the disadvantages mentioned above. In particular, a possibility for
Wärmepufferung geschaffen werden, um kurzfristige, mit einem Temperaturanstieg verbundene Leistungsspitzen, abzufedern. Heat buffering can be created to cushion short-term power peaks associated with an increase in temperature.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Halbleiterbauelement-Anordnung, die zumindest ein Halbleiterbauelement und eine Leiterplatte aufweist, angegeben. According to a first aspect, a semiconductor component arrangement which has at least one semiconductor component and a printed circuit board is specified.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung der According to a further aspect, a method for producing the
Halbleiterbauelement-Anordnung angegeben. Semiconductor component arrangement specified.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine elektrische Schaltung angegeben, welche die Halbleiterbauelement-Anordnung aufweist. According to a third aspect of the present disclosure, an electrical circuit is specified that has the semiconductor component arrangement.
Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Entwärmungseinrichtung für eine According to a fourth aspect, a cooling device for a
Halbleiterbauelement-Anordnung angegeben.
Die Halbleiterbauelement-Anordnung weist einen - insbesondere ersten - Metallblock auf, der zwischen dem Halbleiterbauelement und der Leiterplatte angeordnet ist, der mit einem - insbesondere ersten - elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelements mittels einer Lötverbindung verbunden ist und der mit zumindest einer Leiterbahn der Leiterplatte mittels einer weiteren Lötverbindung verbunden ist. Insbesondere ist der Metallblock mit einer freiliegenden Semiconductor component arrangement specified. The semiconductor component arrangement has an - in particular first - metal block which is arranged between the semiconductor component and the printed circuit board, which is connected to an - in particular first - electrical connection of the semiconductor component by means of a soldered connection and which is connected to at least one conductor track of the printed circuit board by means of a further one Solder connection is connected. In particular, the metal block is exposed
Montagefläche der der Leiterbahn verlötet. "Freiliegend" bedeutet dabei Mounting surface of the conductor track is soldered. "Exposed" means here
insbesondere, dass die Montagefläche - insbesondere zur Herstellung der weiteren Lötverbindung - von Lötstopplack unbedeckt ist. Nach der Herstellung der weiteren Lötverbindung ist die Montagefläche insbesondere stellenweise oder vollständig mit Lötzinn bedeckt und von dem ersten Metallblock überdeckt. Bei einer Weiterbildung ist die Leiterbahn vollständig oder stellenweise von einer geätzten Kupferschicht gebildet, die insbesondere auf einem isolierenden Träger der Leiterplatte angebracht ist. in particular that the mounting surface - in particular for producing the further solder connection - is uncovered by solder mask. After the further soldering connection has been made, the mounting surface is covered in particular in places or completely with solder and covered by the first metal block. In one development, the conductor track is completely or partially formed by an etched copper layer, which is in particular attached to an insulating carrier of the circuit board.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung hat der Metallblock in Richtung von der Leiterplatte weg und zu dem Halbleiterbauelement hin eine Ausdehnung die mindestens so groß ist wie die Ausdehnung des Halbleiterbauelements in dieser Richtung, gemessen vom ersten elektrischen Anschluss in Richtung von der Leiterplatte weg. Ist das Halbleiterbauelement in einem Gehäuse angeordnet wird unter der Ausdehnung des Halbleiterbauelements dessen Ausdehnung In an expedient embodiment, the metal block has an extension in the direction away from the printed circuit board and towards the semiconductor component which is at least as large as the extension of the semiconductor component in this direction, measured from the first electrical connection in the direction away from the printed circuit board. If the semiconductor component is arranged in a housing, the extent of the semiconductor component is expanded
einschließlich des Gehäuses verstanden. understood including the housing.
Mittels einer solchen Einbindung des Metallblocks kann vorteilhaft erreicht werden, dass - aus Richtung des im Betrieb erwärmten Halbleiterbauelements betrachtet - die Wärmespreizung, d. h. die den Wärmeabtransport begünstigende Verbreiterung des Wärmestroms mittels eines im Vergleich zu einem vorangehenden Wärmeleiter breiteren Wärmeleiters, noch vor der elektrischen Isolation, die gleichzeitig eine thermische Barriere herstellt, erfolgt. Insbesondere ist eine erste Wärmespreizung an der Verbindung des elektrischen Anschlusses mit dem Metallblock erzielbar. Eine zweite Wärmespreizung kann hierbei an der Verbindung zu der Leiterbahn erfolgen. Zudem ist innerhalb des vergleichsweise dicken Metallblocks eine
besonders gute laterale Ausbreitung der vom Halbleiterbauelement abgeführten Wärme erzielbar. By integrating the metal block in this way, it can advantageously be achieved that - viewed from the direction of the semiconductor component heated during operation - the heat spreading, ie the broadening of the heat flow which favors heat dissipation by means of a wider heat conductor compared to a preceding heat conductor, even before the electrical insulation, which simultaneously creates a thermal barrier. In particular, a first heat spread can be achieved at the connection of the electrical connection to the metal block. A second heat spread can take place at the connection to the conductor track. In addition, there is a within the comparatively thick metal block Particularly good lateral spread of the heat dissipated by the semiconductor component can be achieved.
Auf diese Weise kann die thermische Leitfähigkeit der Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement und der Leiterplatte verbessert und die Wärmeableitung verbessert werden. Auf diese Weise wird auch eine normgerechte Isolierung ermöglicht, und der Zielkonflikt bei der Isolierungskoordination wird vorteilhaft aufgelöst. In this way, the thermal conductivity of the connection between the semiconductor component and the printed circuit board can be improved and the heat dissipation can be improved. In this way, standard-compliant insulation is also made possible, and the conflict of objectives in insulation coordination is advantageously resolved.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Halbleiterbauelement-Anordnung einen Metallkörper auf, der in die Leiterplatte eingelassen ist. Der Metallblock ist mit dem Metallkörper mittels der weiteren Lötverbindung verbunden. Insbesonder weist der Metallkörper die freiliegende Montagefläche auf. According to one embodiment, the semiconductor component arrangement has a metal body which is embedded in the printed circuit board. The metal block is connected to the metal body by means of the further solder connection. In particular, the metal body has the exposed mounting surface.
Bei einer Weiterbildung stellt der Metallkörper einen Abschnitt der Leiterbahn dar, die insbesondere im Übrigen von der geätzten Kupferschicht gebildet ist. In a further development, the metal body represents a section of the conductor track, which is formed, in particular, from the etched copper layer.
Beispielsweise ist eine von einem Grundkörper der Leiterplatte abgewandte Oberfläche der Leiterbahn einschließlich einer vom Grundkörper der Leiterplatte abgewandten Oberfläche des Metallkörpers vollständig in einer einzigen Ebene angeordnet. Bei einer Weiterbildung ist der Metallkörper vorgefertigt und nachfolgend am Grundkörper der Leiterplatte befestigt. For example, a surface of the conductor track facing away from a base body of the printed circuit board, including a surface of the metal body facing away from the base body of the printed circuit board, is arranged entirely in a single plane. In a further development, the metal body is prefabricated and subsequently attached to the base body of the printed circuit board.
Eine erste Wärmespreizung ist auch hierbei an der Verbindung des elektrischen Anschlusses mit dem Metallblock erzielbar. Eine zweite Wärmespreizung kann hierbei an der Verbindung zu einem in die Leiterplatte eingelassenen Metallkörper erfolgen. A first heat spread can also be achieved here at the connection of the electrical connection to the metal block. A second heat spread can take place at the connection to a metal body embedded in the printed circuit board.
Mittels der Wärmespreizung an den Verbindungen zwischen elektrischem By means of the heat spread at the connections between electrical
Anschluss und Metallblock und zwischen Metallblock und Leiterbahn bzw. Connection and metal block and between metal block and conductor track or
Metallkörper ist folglich sogar eine additive Wärmespreizung erzielbar. Hinzu kommt als Vorteil, dass der Metallblock und der ggf. vorhandene Metallkörper auch eine Wärmepufferwirkung hat, so dass er auch insofern als Kühlkörper wirksam sein kann. Durch die Vergrößerung der Masse der thermisch leitfähigen Materialien und
deren räumliche Ausdehnung wird die Wärmespreizung in die verschiedenen tiefer liegenden Schichten verbessert und so effektiver mehr Wärme in ein Gehäuse oder zu einer sonstigen Wärmesenke abgeführt. Darüber hinaus können kurzzeitige Temperaturerhöhungen, die durch Leistungsspitzen verursacht werden, durch die erhöhte thermisch wirksame Masse im Leitungspfad abgepuffert werden. As a result, metal bodies can even achieve additive heat spreading. Another advantage is that the metal block and the metal body, if present, also have a heat buffer effect, so that it can also be effective as a heat sink. By increasing the mass of the thermally conductive materials and their spatial expansion improves the spread of heat in the various deeper layers and thus more effectively dissipates heat into a housing or to another heat sink. In addition, brief temperature increases caused by power peaks can be buffered by the increased thermal mass in the line path.
Bei einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauelement mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss - vorzugsweise eine Mehrzahl von weiteren elektrischen Anschlüssen - auf. Die Halbleiterbauelement-Anordnung enthält zumindest eine Metallblock-Gruppe, die den ersten Metallblock und mindestens einen weiteren Metallblock - vorzugsweise mehrere weitere Metallblöcke - aufweist, wobei insbesondere jeder weitere Metallblock einem der weiteren elektrischen Anschlüsse zugeordnet ist. Die Anzahl der zu der Metallblock-Gruppe gehörenden weiteren Metallblöcke entspricht vorzugsweise der Anzahl der weiteren elektrischen Anschlüsse. Der bzw. jeder weitere Metallblock der Metallblock-Gruppe ist mittels einer jeweiligen Lötverbindung zwischen den bzw. einen jeweiligen weiteren elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelements und die Leiterplatte In one embodiment, the semiconductor component has at least one further electrical connection — preferably a plurality of further electrical connections. The semiconductor component arrangement contains at least one metal block group which has the first metal block and at least one further metal block - preferably a plurality of further metal blocks - wherein in particular each further metal block is assigned to one of the further electrical connections. The number of further metal blocks belonging to the metal block group preferably corresponds to the number of further electrical connections. The or each further metal block of the metal block group is by means of a respective solder connection between the or a respective further electrical connection of the semiconductor component and the printed circuit board
zwischengeschaltet. Insbesondere ist jeder der weiteren Metallblöcke an einer Seite mit einem der weiteren elektrischen Anschlüsse verlötet und an einer gegenüberliegenden Seite mit einer weiteren Leiterbahn der Leiterplatte verlötet. interposed. In particular, each of the further metal blocks is soldered to one of the further electrical connections on one side and soldered to a further conductor track of the printed circuit board on an opposite side.
Dies ermöglicht zum Beispiel, dass jedem elektrischen Anschluss je ein Metallblock zum elektrisch und thermisch leitfähigen Anschluss an eine Leiterplatte zugeordnet werden kann. This enables, for example, that each electrical connection can be assigned a metal block for electrically and thermally conductive connection to a printed circuit board.
Bei einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement in ein Gehäuse eingebaut ist, wobei der erste elektrische Anschluss des Halbbauleiterelements mit einer an dem Gehäuse befestigten ersten Metallplatte verbunden ist. Derartige Metallplatten besitzen eine am Gehäuse freiliegende Oberfläche und sind als sog. Heatslug bekannt. Anders ausgedrückt weist das Halbleiterbaulemenet ein Gehäuse auf und der erste elektrische Anschluss ist von einer am Gehäuse freiliegenden Oberfläche der ersten Metallplatte gebildet. Die Dimensionierung der freiligenden Oberfläche
folgt primär den Anforderungen an die Wärmeableitung; im Regelfall beträgt die freie Oberfläche zumindest einen Quadratmillimeter. In one embodiment, the semiconductor component is installed in a housing, the first electrical connection of the semi-conductor element being connected to a first metal plate fastened to the housing. Such metal plates have an exposed surface on the housing and are known as a so-called heatslug. In other words, the semiconductor component has a housing and the first electrical connection is formed by a surface of the first metal plate that is exposed on the housing. The dimensioning of the exposed surface primarily follows the requirements for heat dissipation; as a rule, the free surface is at least one square millimeter.
Bei einer Weiterbildung ist ein zweiter elektrischer Anschluss des In a further development, a second electrical connection of the
Halbleiterbauelements mit einer an dem Gehäuse befestigten zweiten Metallplatte verbunden - d.h. insbesondere von einer freiligenden Oberfläche der zweiten Metallplatte gebildet.Zudem kann ein dritter elektrischer Anschluss des Semiconductor device connected to a second metal plate attached to the housing - i.e. in particular formed by an exposed surface of the second metal plate. In addition, a third electrical connection of the
Halbleiterbauelements mit einer an dem Gehäuse befestigten dritten Metallplatte verbunden - d.h. insbesondere von einer freiligenden Oberfläche der dritten Metallplatte gebildet - sein und insbesondere ein vierter elektrischer Anschluss des Halbleiterbauelements mit einer an dem Gehäuse befestigten vierten Metallplatte - d.h. insbesondere von einer freiligenden Oberfläche der vierten Metallplatte gebildet - verbunden sein. Semiconductor device connected to a third metal plate attached to the housing - i.e. in particular formed by an exposed surface of the third metal plate - and in particular a fourth electrical connection of the semiconductor component with a fourth metal plate attached to the housing - i.e. in particular formed by an exposed surface of the fourth metal plate - be connected.
Bei einer alternativen, bevorzugten, Weiterbildung ragt aber der zweite elektrische Anschluss und etwaige weitere elektrische Anschlüsse des Halbleiterbauelements als ein Pin des betreffenden Anschlusses aus dem Gehäuse heraus. In an alternative, preferred, development, however, the second electrical connection and any further electrical connections of the semiconductor component protrude from the housing as a pin of the connection concerned.
Bei einer Ausführungsform hat der erste Metallblock eine erste Stirnfläche und eine dazu entgegengesetzt weisende zweite Stirnfläche ist an seiner ersten Stirnfläche mittels der Lötverbindung mit einer Plattenfläche - das ist insbesondere die freiliegende Oberfläche - der ersten Metallplatte verbunden ist und an seiner zweiten Stirnfläche mittels der weiteren Lötverbindung mit der Leiterbahn der Leiterplatte verbunden. Entsprechend kann jeder der weiteren Metallblöcke - insbesondere der zweite, dritte bzw. vierte Metallblock - jeweils eine erste In one embodiment, the first metal block has a first end face and a second end face facing it is connected on its first end face by means of the soldered connection to a plate surface - this is in particular the exposed surface - of the first metal plate and on its second end face by means of the further soldered connection connected to the conductor track of the circuit board. Accordingly, each of the further metal blocks - in particular the second, third or fourth metal block - can each have a first
Stirnfläche und eine dazu entgegengesetzt weisende zweite Stirnfläche aufweisen, an seiner ersten Stirnfläche mittels der jeweiligen weiteren Lötverbindung mit einem jeweiligen weiteren elektrischen Anschluss - d.h. insbesondere mit dem zweiten bzw. dritten bzw. vierten elektrischen Anschluss - des End face and a second end face facing opposite, on its first end face by means of the respective further soldered connection with a respective further electrical connection - i.e. in particular with the second or third or fourth electrical connection - the
Halbleiterbauelements verbunden sein und an seiner zweiten Stirnfläche mit einer jeweiligen weiteren Leiterbahn der Leiterplatte mittels einer Lötverbindung verbunden sein. Derartige Ausführungsformen sind besonders gut für die Be connected semiconductor device and be connected at its second end face to a respective further conductor track of the circuit board by means of a solder connection. Such embodiments are particularly good for
SMD-Montage geeignet.
Die Lötverbindung an der ersten Stirnfläche und/oder die Lötverbindung an der zweiten Stirnfläche des jeweiligen Metallblocks kann vorzugsweise mittels Suitable for SMD mounting. The soldered connection on the first end face and / or the soldered connection on the second end face of the respective metal block can preferably be by means of
Reflowlöten ausgeführt sein. Es ist bevorzugt, dass die Leiterbahn, die mittels einer Lötverbindung mit einem Metallblock verbunden ist, Bestandteil einer Außenlage der Leiterplatte ist, oder dass jede Leiterbahn, die mittels einer Lötverbindung mit einem Metallblock verbunden ist, Bestandteil einer Außenlage der Leiterplatte ist. Reflow soldering. It is preferred that the conductor track which is connected to a metal block by means of a solder connection is part of an outer layer of the circuit board, or that each conductor track which is connected to a metal block by means of a solder connection is part of an outer layer of the circuit board.
Bei einer Ausführungsform erstrecken sich alle ersten Stirnflächen der Metallblöcke der Metallblock-Gruppe - das sind insbesondere der erste Metallblock und der weitere Metallblock bzw. die weiteren Metallblöcke, z.B. der zweite Metallblock oder der zweite und dritte Metallblock oder der zweite, dritte und vierte Metallblock - in einer ersten Ebene und alle zweiten Stirnflächen der Metallblöcke der In one embodiment, all of the first end faces of the metal blocks of the metal block group extend - these are in particular the first metal block and the further metal block or the further metal blocks, e.g. the second metal block or the second and third metal block or the second, third and fourth metal block - in a first plane and all second end faces of the metal blocks of the
Metallblock-Gruppe in einer zweiten Ebene, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene insbesondere parallel zueinander sind. Metal block group in a second plane, the first plane and the second plane being in particular parallel to one another.
Bei einer Ausführungsform sind die Metallblöcke der Metallblock-Gruppe In one embodiment, the metal blocks are of the metal block group
zueinander seitlich angeordnet. Zueinander seitlich bedeutet in Bezug auf eine beliebig orientierte Bezugsebene nebeneinanderliegend, wobei der Begriff nebeneinander keine Festlegung auf eine Anordnung in einer Reihe bedeutet, sondern je nach Bedarf verschiedene Anordnungen möglich sind. Vorzugsweise sind die Metallblöcke in Draufsicht auf eine Haupterstreckungsebene der arranged laterally to each other. Side by side means adjacent to each other with respect to an arbitrarily oriented reference plane, the term side by side does not mean fixing to an arrangement in a row, but different arrangements are possible as required. The metal blocks are preferably in a plan view of a main extension plane of the
Leiterplatte zueinander versetzt angeordnet. Printed circuit board staggered.
Bei einer Weiterbildung sind die Metallblöcke der Metallblock-Gruppe an ihren seitlichen Mantelflächen teilweise oder vollständig von einer ihnen gemeinsamen, elektrisch isolierenden Ummantelung ummantelt. Die Ummantelung ist In a further development, the metal blocks of the metal block group are partially or completely encased on their lateral lateral surfaces by an electrically insulating jacket common to them. The shroud is
insbesondere aus Kunststoff hergestellt; mit anderen Worten handelt es sich bei der Ummantelung um einen Kunststoffkörper, mit dem die Metallblöcke beispielsweise umspritzt sind. Insbesondere ist die Metallblock-Gruppe vorgefertigt. Mit anderen Worten sind die Metallblöcke der Metallblock-Gruppe durch die Ummantelung zueinander ortsfest fixiert, wobei die ortsfeste Fixierung vorzugsweise vor der Verbindung - insbesondere vor dem Verlöten - der ummantelten
Metallblock-Gruppe mit der Leiterplatte erfolgt. Auf diese Weise ist die Leiterplatte besonders einfach mit der ummantelten Metallblock-Gruppe und dem Bauelement bestückbar. Eine besonderes einfache und/oder genaue Ausrichtung der especially made of plastic; in other words, the casing is a plastic body with which the metal blocks are, for example, extrusion-coated. In particular, the metal block group is prefabricated. In other words, the metal blocks of the metal block group are fixed in place relative to one another by the sheathing, the fixed fixing preferably being in place before the connection — in particular before the soldering — of the sheathed Metal block group with the circuit board. In this way, the printed circuit board can be particularly easily populated with the encased metal block group and the component. A special simple and / or precise alignment of the
Metallblöcke zueinander und zu den Leiterbahnen der Leiterplatte bzw. den elektrischen Anschlüssen des Bauelements ist so erzielbar. Metal blocks to one another and to the conductor tracks of the printed circuit board or the electrical connections of the component can be achieved in this way.
Eine einfache und dadurch preiswerte Formgebung kann dadurch erreicht werden, dass der Metallblock oder dass ein jeweiliger Metallblock in jeder zu der ersten Ebene und/oder zu der zweiten Ebene parallelen Ebene einen ihm zugeordneten einheitlichen Querschnitt aufweist. Das bedeutet, dass bei Betrachtung eines einzelnen Metallblocks dieser einen einheitlichen Querschnitt aufweist, wobei aber bei Betrachtung mehrerer Metallblöcke diese im Vergleich zueinander in den genannten Ebenen gleiche oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen können. Beispielsweise sind die Metallblöcke quaderförmig und haben insbesondere zur ersten und zweiten Ebene parallele Seiten. Im Hinblick auf eine zweckmäßige SMD-Montage und/oder vorteilhafte Wärmespreizung kann bei einer Weiterbildung der Querschnitt des ersten Metallblocks größer, zumindest um ein Mehrfaches größer, als der Querschnitt des weiteren Metallblocks bzw. als der Querschnitt jedes weiteren Metallblocks sein. A simple and therefore inexpensive shaping can be achieved in that the metal block or that a respective metal block has a uniform cross section assigned to it in each plane parallel to the first plane and / or to the second plane. This means that when looking at a single metal block it has a uniform cross-section, but when looking at several metal blocks they can have the same or different cross-sections compared to one another in the planes mentioned. For example, the metal blocks are cuboid and in particular have sides parallel to the first and second planes. With regard to a suitable SMD assembly and / or advantageous heat spreading, the cross section of the first metal block can be larger, at least several times larger, than the cross section of the further metal block or as the cross section of each further metal block.
Bei einer Ausführungsform ist die erste Stirnfläche des ersten Metallblocks größer als die Plattenfläche der ersten Metallplatte. Insbesondere erstreckt sich die Lötverbindung zwischen der ersten Metallplatte und dem ersten Metallblock in dem gesamten Bereich, in dem die Plattenfläche die erste Stirnfläche (16) des ersten Metallblocks überlappt. So ist eine besonders gute Wärmespreizung erzielbar. Beispielsweise ragt der erste Metallblock lateral über die erste Metallplatte hinaus. Eine Kantenlänge des Metallblocks ist in der Richtung, in der er lateral über die Metallplatte hinausragt, vorzugsweise um mindestens 30% größer als die In one embodiment, the first end face of the first metal block is larger than the plate area of the first metal plate. In particular, the soldered connection between the first metal plate and the first metal block extends in the entire region in which the plate surface overlaps the first end face (16) of the first metal block. Particularly good heat spreading can be achieved in this way. For example, the first metal block protrudes laterally beyond the first metal plate. An edge length of the metal block in the direction in which it protrudes laterally beyond the metal plate is preferably at least 30% larger than that
Kantenlänge der Metallplatte in dieser Richtung. Edge length of the metal plate in this direction.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform weist jede Lötverbindung eine In an expedient embodiment, each solder connection has one
Lötzinnschicht auf. Bei einer weiteren Ausführungsform weist an dem Metallblock
oder an den Metallblöcken die jeweilige erste Stirnfläche und die jeweilige zweite Stirnfläche eine für einen Lötprozess geeignete Passivierung auf. Layer of solder. In a further embodiment points to the metal block or on the metal blocks, the respective first end face and the respective second end face have a passivation suitable for a soldering process.
Bei einer Ausführungsform weist der erste Metallblock eine erste Stirnfläche und eine dazu entgegengesetzt weisende zweite Stirnfläche auf, ist an seiner ersten Stirnfläche mittels der Lötverbindung mit einer Plattenfläche der ersten Metallplatte verbunden und an seiner zweiten Stirnfläche mittels der weiteren Lötverbindung mit dem in die Leiterplatte eingelassenen ersten Metallkörper verbunden. Bei einer Weiterbildung weit der zweite Metallblock eine erste Stirnfläche und eine dazu entgegengesetzt weisende zweite Stirnfläche auf, ist an seiner ersten Stirnfläche mittels einer Lötverbindung mit dem zweiten elektrischen Anschluss des In one embodiment, the first metal block has a first end face and a second end face facing it, is connected at its first end face to a plate surface of the first metal plate by means of the solder connection and at its second end face by means of the further solder connection to the first one embedded in the printed circuit board Connected metal body. In a further development, the second metal block has a first end face and a second end face pointing opposite, is on its first end face by means of a solder connection to the second electrical connection of the
Halbleiterbauelements verbunden und an seiner zweiten Stirnfläche mit einem in die Leiterplatte eingelassenen zweiten Metallkörper verbunden. Zudem kann der dritte Metallblock eine erste Stirnfläche und eine dazu entgegengesetzt weisende zweite Stirnfläche aufweisen, an seiner ersten Stirnfläche mittels einer Semiconductor component connected and connected at its second end face to a second metal body embedded in the circuit board. In addition, the third metal block can have a first end face and a second end face pointing opposite thereto, on its first end face by means of a
Lötverbindung mit einem dritten elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelements verbunden sein und an seiner zweiten Stirnfläche mit einem in die Leiterplatte eingelassenen dritten Metallkörper verbunden sein, wobei insbesondere Solder connection to a third electrical connection of the semiconductor component and be connected at its second end face to a third metal body embedded in the printed circuit board, in particular
vorgesehen ist, dass ein vierter Metallblock eine erste Stirnfläche und eine dazu entgegengesetzt weisende zweite Stirnfläche aufweist, an seiner ersten Stirnfläche mittels einer Lötverbindung mit einem vierten elektrischen Anschluss des it is provided that a fourth metal block has a first end face and a second end face facing opposite, on its first end face by means of a solder connection with a fourth electrical connection of the
Halbleiterbauelements verbunden ist und an seiner zweiten Stirnfläche mit einem in die Leiterplatte eingelassenen vierten Metallkörper verbunden ist. Semiconductor component is connected and is connected at its second end face to a fourth metal body embedded in the printed circuit board.
Bei einer Ausführungsform hat die freiliegende Montagefläche der Leiterbahn, auf welchen der erste Metallblock gelötet ist, oder der in die Leiterplatte eingelassene erste Metallkörper in Bezug auf die Haupterstreckungsebene der Leiterplatte eine im Vergleich zu dem ersten Metallblock größere flächenmäßige Erstreckung. In one embodiment, the exposed mounting surface of the conductor track, on which the first metal block is soldered, or the first metal body embedded in the circuit board has a larger surface area than the first metal block in relation to the main plane of extent.
Beispielsweise ist die Fläche des Metallkörpers bzw. der Montagefläche in For example, the surface of the metal body or the mounting surface is in
Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene der Leiterplatte um mindestens 30% größer als die Fläche des ersten Metallblocks. Dies ermöglicht eine nochmalige Wärmespreizung und eine besonders hohe Gesamt-Wärmespreizung.
Gemäß einer Ausführungsform sind ein Pin eines zweiten elektrischen Top view of the main extension plane of the printed circuit board by at least 30% larger than the area of the first metal block. This enables a further heat spread and a particularly high total heat spread. According to one embodiment, a pin is a second electrical
Anschlusses und insbesondere ein Pin eines dritten elektrischen Anschlusses und insbesondere ein Pin eines vierten elektrischen Anschlusses des Connection and in particular a pin of a third electrical connection and in particular a pin of a fourth electrical connection of the
Halbleiterbauelements auf jeweilige weitere Leiterbahnen der Leiterplatte und/oder auf in die Leiterplatte eingelassene weitere Metallkörper aufgelötet oder alternativ mittels Durchsteckmontage an jeweilige weitere Leiterbahnen der Leiterplatte und/oder an in die Leiterplatte eingelassene weitere Metallkörper angelötet. Bei dieser Ausführungsform kann die Anordnung beispielsweise lediglich den ersten Metallblock - und keine Metallblock-Gruppe mit weiteren Metallblöcken - aufweisen. Semiconductor component is soldered onto respective further conductor tracks of the printed circuit board and / or onto further metal bodies embedded in the printed circuit board or alternatively soldered to further respective conductor tracks of the printed circuit board and / or onto further metal bodies inserted into the printed circuit board by means of push-through assembly. In this embodiment, the arrangement can have, for example, only the first metal block - and no metal block group with further metal blocks.
Zum Auflöten auf Leiterbahnen können die Pins vorzugsweise als sog. SMD-Pins ausgeführt sein (SMD = Surface-Mount Device). Hierbei ist wegen des ersten Metallblocks zu beachten, dass den SMD-Pins ausreichend Lotvolumen zur Verfügung gestellt wird, um den sich ergebenden Höhenunterschied zu For soldering onto conductor tracks, the pins can preferably be designed as so-called SMD pins (SMD = surface mount device). Because of the first metal block, it should be noted that the SMD pins are provided with sufficient solder volume to compensate for the resulting height difference
überbrücken. Gemäß einer einfachen und preiswerten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich betreffend einen jeweiligen Metallblock auf seiner jeweiligen ersten Stirnfläche und auf seiner jeweiligen zweiten Stirnfläche im Bereich der Lötverbindung eine Lötzinnschicht befindet und/oder dass sich zwischen einem jeweiligen Pin und einer mit dem Pin verlöteten Leiterbahn (8) im Bereich der Lötverbindung eine Lötzinnschicht befindet. bridge. According to a simple and inexpensive embodiment, there is a layer of solder on a respective metal block on its respective first end face and on its respective second end face in the area of the soldered connection and / or that there is between a respective pin and a conductor track soldered to the pin ( 8) there is a layer of solder in the area of the solder connection.
Bei einer Ausführungsform besteht der Metallblock aus Kupfer und/oder der mindestens eine weitere Metallblock besteht aus Kupfer. Kupfer besitzt sowohl eine gute elektrische Leitfähigkeit als auch eine gute thermische Wärmeleitfähigkeit und außerdem ein für die Erfindung geeignetes Wärmespeichervermögen. Andere, bei einer Ausgestaltung kupferhaltige, Legierungen sind für den Metallblock und/oder den mindestens einen weiteren Metallblock ebenfalls denkbar. Im Hinblick auf die auch wünschenswerte Wärmespeicherung ist bevorzugt, dass der Metallblock oder dass ein jeweiliger Metallblock senkrecht zu seiner ersten Stirnfläche eine Dicke aufweist, die einem Mehrfachen der Dicke der Leiterbahnen der Leiterplatte entspricht.
Bei einer weiteren Ausführungsform hat der in die Leiterplatte eingelassene In one embodiment, the metal block consists of copper and / or the at least one further metal block consists of copper. Copper has both good electrical conductivity and good thermal thermal conductivity and also a heat storage capacity suitable for the invention. Other alloys containing copper in one embodiment are also conceivable for the metal block and / or the at least one further metal block. In view of the heat storage, which is also desirable, it is preferred that the metal block or that a respective metal block perpendicular to its first end face has a thickness which corresponds to a multiple of the thickness of the conductor tracks of the printed circuit board. In another embodiment, the one embedded in the circuit board
Metallkörper und/oder ein jeweiliger in die Leiterplatte eingelassener weiterer Metallkörper - insbesondere der zweite und/oder dritte und/oder vierte Metallkörper - in einer zur Haupterstreckungsebene der Leiterplatte senkrechten Richtung eine Dicke, die zumindest einem Mehrfachen der Dicke der Leiterbahn bzw. der jeweiligen weiteren Leiterbahn in einem an den jeweiligen Metallkörper Metal body and / or a further metal body embedded in the circuit board - in particular the second and / or third and / or fourth metal body - in a direction perpendicular to the main plane of extension of the circuit board, a thickness which is at least a multiple of the thickness of the conductor track or the respective further Conductor in one to the respective metal body
angrenzenden Bereich entspricht. Bei einer weiteren Ausführungsform besteht der Metallkörper und/oder bestehen der/die weitere(n) Metallkörper aus Kupfer. adjacent area corresponds. In a further embodiment, the metal body and / or the further metal body (s) consist of copper.
Insofern kann der oder kann jeder in die Leiterplatte eingelassene Metallkörper zusätzlich zu dem Metallblock oder den Metallblöcken als weitere Wärmesenke(n) dienen und Wärmepuffer bereitstellen, um kurzfristige Leistungsspitzen des Halbleiterbauelements mit Temperaturanstieg abzufedern. In this respect, the or each metal body embedded in the circuit board can serve as a further heat sink (s) in addition to the metal block or the metal blocks and provide heat buffers in order to cushion short-term power peaks of the semiconductor component as the temperature rises.
Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn es sich, wie bei einigen bevorzugten Ausführungsformen, bei dem Halbleiterbauelement um ein The invention is particularly advantageous when, as in some preferred embodiments, the semiconductor component is one
Leistungs-Halbleiterbauelement, insbesondere um einen Power semiconductor device, in particular by one
Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Leistungs-MOSFET) handelt. Insbesondere kann es sich um ein Halbleiterbauelement handeln, das bei bestimmungsgemäßem Betrieb eine Verlustleistung von 2 Watt oder mehr erzeugt und/oder das sich nach dem Einschalten bei bestimmungsgemäßem Betrieb um zumindest 10 Grad Celsius erwärmt. Insbesondere kann es sich um ein Power metal oxide semiconductor field effect transistor (power MOSFET). In particular, it can be a semiconductor component that generates a power loss of 2 watts or more when operated as intended and / or that heats up by at least 10 degrees Celsius when it is operated as intended. In particular, it can be a
Halbleiterbauelement handeln, das für einen Betrieb bei 24 V mit einer Stromstärke von zumindest 1 Ampere oder bei 48 V mit einer Stromstärke von bspw. 0,5 Ampere ausgelegt ist. Act semiconductor device that is designed for operation at 24 V with a current of at least 1 ampere or at 48 V with a current of 0.5 ampere, for example.
Hinsichtlich der Leiterplatte ist bevorzugt, dass es sich um eine With regard to the circuit board, it is preferred that it is a
Standard-Leiterplatte handelt. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der Leiterplatte um eine gedruckte Schaltung. Bei einer Weiterbildung weist die Standard circuit board deals. In one embodiment, the circuit board is a printed circuit. In a further training, the
Leiterplatte zwei äußere Kupferlagen und zwischen ihnen drei Prepregs mit einer Dicke von zumindest 0,4 Millimeter auf oder die Leiterplatte weist vier Kupferlagen und zwischen je zwei benachbarten Kupferlagen je zumindest ein Prepreg, bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung drei Prepregs, insbesondere mit einer Dicke von zumindest 0,4 Millimeter auf. Dabei wird unter dem Ausdruck "drei Prepregs mit
einer Dicke von zumindest 0,4 Millimeter" insbesondere verstanden, dass die drei Prepregs zusammen eine Gesamtdicke von mindestens 0,4 Millimetern haben. Unter "Prepregs" werden insbesondere Platten verstanden, die mit Glasgewebe verstärktes (Epoxid-)Harz, zum Beispiel das unter der Bezeichnung FR-4 bekannte Material, aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei den Prepregs um mit Reaktionsharzen vorimprägnierte textile Faser-Matrix-Halbzeuge, die bei Printed circuit board has two outer copper layers and between them three prepregs with a thickness of at least 0.4 millimeters or the printed circuit board has four copper layers and between two adjacent copper layers each has at least one prepreg, in an expedient embodiment three prepregs, in particular with a thickness of at least 0 , 4 millimeters. The term "three prepregs with a thickness of at least 0.4 millimeters "in particular understood that the three prepregs together have a total thickness of at least 0.4 millimeters." Prepregs "are understood in particular to mean plates which are reinforced with glass fabric (epoxy) resin, for example that under material known as FR-4. In particular, the prepregs are semi-finished textile fiber matrix pre-impregnated with reactive resins
Fierstellung der Leiterplatte, vorzugsweise unter Temperatur- und/oder Fierstellung the circuit board, preferably under temperature and / or
Druck-Beaufschlagung ausgehärtet werden und somit bei der fertigen Leiterplatte ausgehärtet sind. Derartige Leiterplatten stehen als Standardleiterplatten zur Verfügung. Pressurization are cured and are thus hardened in the finished circuit board. Such circuit boards are available as standard circuit boards.
Bei einer Ausführungsform ist die Leiterplatte auf ihrer von dem In one embodiment, the circuit board is on its from that
Halbleiterbauelement abgewandten Seite wärmeleitend, insbesondere mittels eines thermischen Interface, mit einer Wärmesenke verbunden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Wärmesenke an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist. Auf diese Weise ist eine besonders effiziente Abfuhr der im Betrieb von dem Halbleiterbauelement erzeugten Wärme erzielbar. Side facing away from the semiconductor component is connected in a heat-conducting manner, in particular by means of a thermal interface, to a heat sink, it being provided in particular that the heat sink is connected to a coolant circuit. In this way, particularly efficient dissipation of the heat generated by the semiconductor component during operation can be achieved.
Mittels einzelner oder mehrerer der beschriebenen Merkmale kann der thermische Gesamtwiderstand zwischen einem wärmeerzeugenden By means of one or more of the described features, the total thermal resistance between a heat-generating one
Leistungs-Halbleiterbauelement und der Wärmesenke unter Verwendung von Standard-Leiterplatten im Vergleich zu herkömmlichen Techniken erheblich verringert werden. Die auch als Substrat bezeichnete Leiterplatte, die eine von den Normen verlangte elektrische Basis-Isolation liefert, die gleichzeitig auch eine thermische Barriere herstellt und die sich im Wärmestrom zwischen dem Power semiconductor device and the heat sink using standard circuit boards can be significantly reduced compared to conventional techniques. The circuit board, also known as the substrate, which provides the basic electrical insulation required by the standards, which also creates a thermal barrier and which is located in the heat flow between the
Halbleiterbauelement und der Wärmesenke befindet, wird zufolge einer ein- oder mehrfachen Wärmespreizung in einem großen Querschnitt von Wärme Semiconductor device and the heat sink is located, according to a single or multiple heat spread in a large cross section of heat
durchströmt, so dass dennoch ein hoher Wärmestrom fließen kann. Als flows through, so that a high heat flow can still flow. When
Wärmesenke kommt dabei alternativ oder zusätzlich zu einer flüssigkeitsgekühlten Einrichtung auch ein Gerätegehäuse in Betracht. Dabei besteht hinsichtlich des Metallblocks bzw. der Metallblöcke weitgehende Gestaltungsfreiheit. Die As an alternative or in addition to a liquid-cooled device, a heat sink can also be a device housing. There is extensive freedom of design with regard to the metal block or blocks. The
Anordnung ist besonders bei allen solchen elektronischen Baugruppen vorteilhaft, die eine hohe Verlustleistung haben und die den Anforderungen der
Isolationskoordinantions-Standards genügen, wobei sich diese Anforderungen gemäß der vorliegenden Offenbarung vorteilhaft mit einer Standard-Leiterplatte erfüllen lassen. Arrangement is particularly advantageous for all such electronic modules that have a high power loss and that meet the requirements of Insulation coordination standards are sufficient, and these requirements can advantageously be met according to the present disclosure with a standard printed circuit board.
Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der elektrischen Schaltung um eine Schaltung eines Ladegerätes (insbesondere eines sog. Onboard-Ladegerätes), um eine (Leistungs-)Endstufe, um eine Motorsteuerung oder um eine Schaltung eines sonstigen Gerätes zur Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen. In allen Anwendungen ermöglicht die Halbleiterbauelement-Anordnung eine effektive Entwärmung von Verlustwärme erzeugenden Leistungs-Halbleiterbauelementen. In one embodiment, the electrical circuit is a circuit of a charger (in particular a so-called onboard charger), a (power) output stage, a motor controller or a circuit of another device for the electrification of motor vehicles. In all applications, the semiconductor component arrangement enables effective heat dissipation of power semiconductor components that generate heat loss.
Bei einem ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer In a first step of a method for producing a
Halbleiterbauelement-Anordnung werden die Leiterplatte, das Semiconductor device arrangement will be the circuit board that
Halbleiterbauelement, das zumindest einen ersten elektrischen Anschluss aufweist, und zumindest ein Metallblock bereitgestellt. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird die vorgefertigte, ummantelte Metallblock-Gruppe mit dem ersten und dem mindestens einen weiteren Metallblock und der Ummantelung bereitgestellt. Semiconductor component, which has at least a first electrical connection, and at least one metal block provided. In an advantageous development, the prefabricated, encased metal block group with the first and the at least one further metal block and the casing is provided.
Bei einem weiteren Verfahrensschritt wird der erste elektrische Kontakt mit einer ersten Stirnfläche des ersten Metallblocks mittels einer Lötverbindung und, insbesondere anschließend, eine zweite Stirnfläche des ersten Metallblocks, die auf der zu der ersten Stirnfläche entgegengesetzten Seite des ersten Metallblockes liegt, mittels einer Lötverbindung mit einer Leiterbahn der Leiterplatte oder, wenn in die Leiterplatte ein erster Metallkörper eingelassen ist, mittels des in die Leiterplatte integrierten Metallkörpers verbunden. Im Fall der Bereitstellung einer In a further method step, the first electrical contact is made with a first end face of the first metal block by means of a solder connection and, in particular subsequently, a second end face of the first metal block, which lies on the side of the first metal block opposite the first end face, by means of a solder connection with a Conductor of the circuit board or, if a first metal body is embedded in the circuit board, connected by means of the metal body integrated in the circuit board. In the case of providing one
vorgefertigten, ummantelten Metallblock-Gruppe wird insbesondere bei einem weiteren Verfahrensschritt - vorzugsweise zugleich mit der Herstellung der Lötverbindung zwischen der Leiterbahn bzw. dem Metallkörper und der zweiten Stirnfläche des ersten Metallblocks und/oder zugleich mit der Herstellung der Lötverbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und der ersten Stirnfläche des ersten Metallblocks - der weitere Metallblock (32, 33, 34) der vorgefertigten, ummantelten Metallblock-Gruppe mittels einer Lötverbindung (14) zwischen den
weiteren elektrischen Anschluss (22, 23, 24) und die Leiterplatte (5) zwischengeschaltet. Prefabricated, sheathed metal block group is particularly in a further process step - preferably at the same time with the production of the soldered connection between the conductor track or the metal body and the second end face of the first metal block and / or at the same time with the production of the soldered connection between the first electrical contact and the first end face of the first metal block - the further metal block (32, 33, 34) of the prefabricated, encased metal block group by means of a solder connection (14) between the another electrical connection (22, 23, 24) and the circuit board (5) interposed.
Hinsichtlich möglicher Weiterbildungen, Vorteile und Wirkungen wird auf die übrige Beschreibung Bezug genommen. Bei einer Ausführungsform wird der erste elektrische Anschluss mit einer Metallplatte (sog. Heatslug) eines With regard to possible further developments, advantages and effects, reference is made to the rest of the description. In one embodiment, the first electrical connection with a metal plate (so-called heatslug) is one
Bauelemente-Gehäuses des Halbleiter-Bauelements verbunden und/oder die Metallplatte wird mittels eines Oberflächenmontage-Prozesses (sog. Component housing of the semiconductor component connected and / or the metal plate is by means of a surface mounting process (so-called.
Surface-mounting Technology = SMT) - insbesondere mittels Reflowlöten - auf den als Kühlkörper und zur Wärmespreizung dienenden Metallblock aufgebracht. Bei einer Weiterbildung wird der Kühlkörper anschließend mittels eines weiteren SMT-Prozesses - insbesondere mittels Reflowlöten - auf der Leiterplatte, bevorzugt auf einer Leiterbahn oder auf einem in die Leiterplatte eingelassenen Metallkörper, fixiert. Surface-mounting technology = SMT) - in particular by means of reflow soldering - applied to the metal block serving as a heat sink and for heat spreading. In a further development, the heat sink is then fixed by means of a further SMT process - in particular by means of reflow soldering - on the circuit board, preferably on a conductor track or on a metal body embedded in the circuit board.
Bei einer Ausführungsform weist die Entwärmungseinrichtung eine Mehrzahl von Metallblöcken auf, die zueinander seitlich angeordnet sind und die an ihren seitlichen Mantelflächen von einer ihnen gemeinsamen, elektrisch isolierenden Ummantelung ummantelt sind. Die Metallblöcke sind vorzugsweise aus Kupfer gefertigt. Die Ummantelung ist insbesondere aus Kunststoff hergestellt; In one embodiment, the heat removal device has a plurality of metal blocks which are arranged laterally to one another and which are encased on their lateral jacket surfaces by an electrically insulating jacket that is common to them. The metal blocks are preferably made of copper. The casing is made in particular of plastic;
insbesondere sind die Metallblöcke mit der Kunststoff-Ummantelung umspritzt. Die Entwärmungseinrichtung mit den ummantelten Metallblöcken ist vorzugsweise zum Verlöten mit einer Leiterplatte vorgesehen. Insbesondere stellt die in particular, the metal blocks are extrusion-coated with the plastic sheathing. The cooling device with the encased metal blocks is preferably provided for soldering to a printed circuit board. In particular, the
Entwärmungseinrichtung die vorgefertigte Metallblock-Gruppe dar. Heat sink the prefabricated metal block group.
Bei einer Ausführungsform hat jeder Metallblock eine sich quer zu seiner In one embodiment, each metal block has one across it
Mantelfläche erstreckende erste Stirnfläche und eine sich quer zu seiner Shell surface extending first end face and a transverse to its
Mantelfläche erstreckende zweite Stirnfläche, wobei auf jeder ersten Stirnfläche und auf jeder zweiten Stirnfläche je eine Lötzinnschicht aufgebracht ist. Zu möglichen Weiterbildungen, Wirkungen und Vorteilen wird auf die übrige A second end surface extending on the lateral surface, a layer of solder being applied to each first end surface and every second end surface. Possible further training, effects and advantages are discussed in the rest
Beschreibung - insbesondere hinsichtlich der Metallblock-Gruppe - Bezug genommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Description - especially with regard to the metal block group - reference. Brief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Darin zeigt: Preferred embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying figures. It shows:
Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Fig. 1 shows schematically a side view of an inventive
Entwärmungseinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; Cooling device according to a preferred embodiment;
Fig. 2 eine Stirnansicht der in Fig. 1 gezeigten Entwärmungseinrichtung in dortiger Blickrichtung II; FIG. 2 shows an end view of the cooling device shown in FIG. 1 in the viewing direction II there;
Fig. 3 eine Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Entwärmungseinrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel; 3 shows an end view of a heat removal device according to the invention in accordance with a second preferred exemplary embodiment;
Fig. 4 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Fig. 4 in a sectional view of an inventive
Flalbleiterbauelement-Anordnung gemäß einem ersten bevorzugten Flalbleiter component arrangement according to a first preferred
Ausführungsbeispiel; Embodiment;
Fig. 5 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Fig. 5 in a sectional view of an inventive
Flalbleiterbauelement-Anordnung gemäß einem zweiten bevorzugten Flalbleiter component arrangement according to a second preferred
Ausführungsbeispiel; Embodiment;
Fig. 6a in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Fig. 6a in a sectional view of an inventive
Flalbleiterbauelement-Anordnung gemäß einem dritten bevorzugten Flalbleiter component arrangement according to a third preferred
Ausführungsbeispiel und Embodiment and
Fig. 6b eine Draufsicht der in Fig. 6a gezeigten Fig. 6b is a top view of that shown in Fig. 6a
Flalbleiterbauelement-Anordnung in dortiger Blickrichtung Vlb. Pile conductor component arrangement in the direction of view Vlb.
Beschreibung der Ausführungsformen Description of the embodiments
Die in Figur 4 gezeigte Flalbleiterbauelement-Anordnung 1 umfasst die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Entwärmungseinrichtung 2, so dass die Beschreibung
im Zusammenhang erfolgt. Die Halbleiterbauelement-Anordnung 1 umfasst ein Halbleiterbauelement 3, das in ein Gehäuse 4 eingebaut ist und das daher in den Figuren nicht in näherer Einzelheit dargestellt ist. In dem Beispiel handelt es sich um ein sog. Leistungs-MOSFET, d. h. um einen The flat conductor component arrangement 1 shown in FIG. 4 comprises the cooling device 2 shown in FIGS. 1 and 2, so that the description in context. The semiconductor component arrangement 1 comprises a semiconductor component 3 which is installed in a housing 4 and which is therefore not shown in more detail in the figures. The example is a so-called power MOSFET, ie one
Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Das Halbleiterbauelement 3 ist mittels der Entwärmungseinrichtung 2 an eine Leiterplatte 5 angeschlossen, die in dem Beispiel drei, in der Darstellung zu einer elektrisch und thermisch Power metal oxide semiconductor field effect transistor. The semiconductor component 3 is connected by means of the heat-dissipation device 2 to a printed circuit board 5, which in the example is three, one electrically and thermally in the illustration
isolierenden Zwischenlage 6 zusammengefasste sog. Prepregs aufweist, sowie zwei äußere Kupferlagen 7. Figur 4 zeigt schematisch, dass die obere Kupferlage 7 mehrere Leiterbahnen 8 aus Kupfer umfasst, die zur Vereinfachung einheitlich das gleiche Bezugszeichen tragen. In Verbindung mit den Figuren 1 und 2 wird deutlich, dass die Kupferlage 7 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest vier Leiterbahnen 8 umfasst, von denen sich eine Leiterbahn auf der in Figur 4 linken Seite der sich streifenförmig senkrecht zu der Zeichenebene erstreckenden Lücke 9 befindet und von denen sich die drei weiteren Leiterbahnen 8 auf der rechten Seite der Lücke 9 befinden und ihrerseits voneinander mittels weiteren, in der Isolating intermediate layer 6 has summarized so-called prepregs, and two outer copper layers 7. Figure 4 shows schematically that the upper copper layer 7 comprises a plurality of conductor tracks 8 made of copper, which have the same reference numerals for simplification. In connection with FIGS. 1 and 2, it is clear that the copper layer 7 in the present exemplary embodiment comprises at least four conductor tracks 8, of which one conductor track is located on the left in FIG which are the three other conductor tracks 8 on the right side of the gap 9 and in turn from each other by means of another, in the
Schnittebene nicht sichtbaren, streifenförmigen und zu der Lücke 9 quer verlaufenden Lücken voneinander getrennt sind. Auf ihrer von dem Cutting plane not visible, stripe-shaped and to the gap 9 transverse gaps are separated from each other. On their from that
Halbleiterbauelement 3 abgewandten Seite ist die Leiterplatte 5 mittels eines sog. thermischen Interface 10 mit einer Wärmesenke 1 1 verbunden, die mittels eines Kühlmittelkreislaufes, nicht mit dargestellt, von einem Kühlmittel (zum Beispiel von Wasser) zur Wärmeabfuhr durchströmt wird. Side facing away from the semiconductor component 3, the circuit board 5 is connected by means of a so-called thermal interface 10 to a heat sink 11, through which a coolant (for example water) flows through a coolant circuit, not shown, for heat dissipation.
Das Halbleiterbauelement 3 besitzt einen ersten elektrischen Anschluss 21 , der von dem Gehäuse 4 verdeckt ist, einen zweiten elektrischen Anschluss 22, einen dritten elektrischen Anschluss 23 und einen vierten elektrischen Anschluss 24, wobei die dritten und vierten Anschlüsse 23, 24 in Figur 4 durch den zweiten Anschluss 22 verdeckt sind. The semiconductor component 3 has a first electrical connection 21, which is covered by the housing 4, a second electrical connection 22, a third electrical connection 23 and a fourth electrical connection 24, the third and fourth connections 23, 24 in FIG second connection 22 are covered.
Die Entwärmungseinrichtung 2 umfasst einen vergleichsweise großen ersten Metallblock 31 , einen vergleichsweise kleineren in Figur 4 ebenfalls in The heat removal device 2 comprises a comparatively large first metal block 31, a comparatively smaller one in FIG
Schnittansicht gezeigten zweiten Metallblock 32 sowie einen dritten Metallblock 33 und einen vierten Metallblock 34, welche größenmäßig dem zweiten Metallblock 32
entsprechen und in Blickrichtung von Figur 4 hinter dem zweiten Metallblock 32 angeordnet sind. Die vier Metallblöcke 31 , 32, 33 und 34 bilden funktional eine vorgefertigte Metallblock-Gruppe zum Anschließen des Halbleiterbauelements 3 an die Leiterplatte 5. Dazu ist der erste Metallblock 31 zwischen den in dem Gehäuse 4 befindlichen Halbleiterbauelementen 3 und der Leiterplatte 5 angeordnet, und die Metallblöcke 32, 33 und 34 sind zwischen je einem der elektrischen Anschlüsse 22, 23 und 24 und der Leiterplatte 5 angeordnet. Sectional view shown second metal block 32 and a third metal block 33 and a fourth metal block 34, the size of the second metal block 32nd correspond and are arranged in the viewing direction of FIG. 4 behind the second metal block 32. The four metal blocks 31, 32, 33 and 34 functionally form a prefabricated metal block group for connecting the semiconductor component 3 to the printed circuit board 5. For this purpose, the first metal block 31 is arranged between the semiconductor components 3 located in the housing 4 and the printed circuit board 5, and the Metal blocks 32, 33 and 34 are arranged between each of the electrical connections 22, 23 and 24 and the printed circuit board 5.
In dem Beispiel ist der erste elektrische Anschluss 21 mit einer an dem Gehäuse 4 befestigten ersten Metallplatte 13 (sog. Heatslug) metallisch verbunden. Die Metallplatte 13 und dadurch der erste elektrische Anschluss 21 ist mittels einer Lötverbindung 14, welche die in Figur 4 geschnittene Lötzinnschicht 15 aufweist, elektrisch leitfähig mit dem ersten Metallblock 31 verbunden. Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass die Lötzinnschicht 15 auf einer ersten Stirnfläche 16 des ersten Metallblocks 31 aufgebracht ist. Die erste Stirnfläche 16 des ersten Metallblockes 31 liegt in einer gemeinsamen ersten Ebene 18 zusammen mit einer ersten In the example, the first electrical connection 21 is metallically connected to a first metal plate 13 (so-called heatslug) fastened to the housing 4. The metal plate 13 and thereby the first electrical connection 21 is electrically conductively connected to the first metal block 31 by means of a solder connection 14 which has the solder layer 15 cut in FIG. It can be seen from FIG. 1 that the solder layer 15 is applied to a first end face 16 of the first metal block 31. The first end face 16 of the first metal block 31 lies in a common first plane 18 together with a first
Stirnfläche 16 des zweiten Metallblocks 32, mit einer ersten Stirnfläche 16 des dritten Metallblockes 33 und mit einer ersten Stirnfläche 16 des vierten End face 16 of the second metal block 32, with a first end face 16 of the third metal block 33 and with a first end face 16 of the fourth
Metallblockes 34. Entsprechend liegt auf der entgegengesetzten Seite eine zweite Stirnfläche 17 des ersten Metallblockes 31 in einer zweiten Ebene 20 gemeinsam mit einer zweiten Stirnfläche 17 des zweiten Metallblockes 32, mit einer zweiten Stirnfläche 17 des dritten Metallblockes 33 und mit einer zweiten Stirnfläche 17 des vierten Metallblockes 34. Auf jeder ersten Stirnfläche 16 und auf jeder zweiten Stirnfläche 17 ist in dem Beispiel eine Lötzinnschicht 15 aufgebracht. Der erste Metallblock 31 ist mittels der auf seiner zweiten Stirnfläche 17 angebrachten Lötzinnschicht 15 mit der in Figur 4 darunter liegenden Leiterbahn 8 der Leiterplatte 5 elektrisch leitfähig verbunden. Wie aus den Figuren deutlich wird, sind zur Übersicht sämtliche Lötzinnschichten einheitlich mit 15 bezeichnet und sind zur Übersicht alle aus je einer Lötzinnschicht 15 gebildete Lötverbindungen einheitlich mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet. Figur 4 zeigt in der Schnittansicht eine Plattenfläche 19 der ersten Metallplatte 13, die mit der Lötzinnschicht 15 verbunden wurde.
Wie besonders aus den Figuren 1 und 2 deutlich wird, sind die Metallblöcke 31 , 32, 33, 34 zueinander seitlich angeordnet. Figur 2 zeigt ihre in Bezug auf die Accordingly, a second end face 17 of the first metal block 31 lies on the opposite side in a second plane 20 together with a second end face 17 of the second metal block 32, with a second end face 17 of the third metal block 33 and with a second end face 17 of the fourth Metal block 34. A solder tin layer 15 is applied to each first end face 16 and on every second end face 17 in the example. The first metal block 31 is connected in an electrically conductive manner to the conductor track 8 of the printed circuit board 5, which is provided on its second end face 17, by solder layer 15. As is clear from the figures, all layers of solder are uniformly designated by 15 for an overview, and all solder connections formed from one layer of solder 15 are uniformly designated by reference numeral 14 for an overview. FIG. 4 shows in the sectional view a plate surface 19 of the first metal plate 13, which was connected to the solder layer 15. As is particularly clear from FIGS. 1 and 2, the metal blocks 31, 32, 33, 34 are arranged laterally to one another. Figure 2 shows their in relation to the
Zeichenebene verteilte Anordnung nebeneinander. In dem Beispiel besitzen die drei Metallblöcke 32, 33, 34 zueinander identische Abmessungen und sind in Bezug auf eine Querrichtung Q der Entwärmungseinrichtung 2 mit jeweiligen Arrangement next to each other. In the example, the three metal blocks 32, 33, 34 have dimensions which are identical to one another and, with respect to a transverse direction Q of the heat removal device 2, are each the same
Zwischenabständen in einer Reihe angeordnet. Der im Vergleich dazu größere Metallblock 31 ist davon in einer zu der Querrichtung Q senkrechten Längsrichtung L beabstandet. Figur 1 zeigt, dass die seitlichen Mantelflächen 25 der MetallblöckeIntermediate distances arranged in a row. The metal block 31, which is larger in comparison, is spaced apart therefrom in a longitudinal direction L perpendicular to the transverse direction Q. Figure 1 shows that the lateral lateral surfaces 25 of the metal blocks
31 - 34 in deren nahezu gesamten Höhe von einer ihnen gemeinsamen, elektrisch isolierenden Ummantelung 26 aus Kunststoff ummantelt sind. Die Metallblöcke 31 - 34 bilden gemeinsam mit der Ummantelung, welche die Metallblöcke 31 34 zueinander ortsfest fixiert, die vorgefertigte Metallblock-Gruppe. Bei der 31 - 34 are encased in their almost entire height by a common, electrically insulating sheath 26 made of plastic. The metal blocks 31 - 34 together with the casing, which fixes the metal blocks 31 34 to one another in a stationary manner, form the prefabricated metal block group. In the
Bestückung der Leiterplatte 5 zur Herstellung der Halbleiterbauelement-Anordnung 1 wird die Metallblock-Gruppe mit den ummantelten Metallblöcken 31 - 34 als ein Bauteil auf die Leiterplatte aufgebracht und nachfolgend mit den Leiterbahnen 8 und/oder den elektrischen Anschlüssen 21 - 24 verlötet. Equipping the circuit board 5 for the production of the semiconductor component arrangement 1, the metal block group with the coated metal blocks 31-34 is applied as one component to the circuit board and subsequently soldered to the conductor tracks 8 and / or the electrical connections 21-24.
In zu den Stirnfläche 16, 17 senkrechten Querschnittsebenen ist der Querschnitt des ersten Metallblockes 31 jeweils größer als der Querschnitt der übrigen In cross-sectional planes perpendicular to the end face 16, 17, the cross section of the first metal block 31 is in each case larger than the cross section of the others
Metallblöcke 32 - 34. Figur 4 zeigt, dass die erste Stirnfläche 16 des ersten Metallblockes 31 und die flächenmäßige Ausdehnung der darauf gebildeten Lötzinnschicht 15 größer sind als die angrenzende Plattenfläche 19 der Metallplatte 13, die als sog. Heatslug an dem Gehäuse 4 befestigt ist. Metal blocks 32-34. FIG. 4 shows that the first end face 16 of the first metal block 31 and the areal expansion of the solder layer 15 formed thereon are larger than the adjacent plate surface 19 of the metal plate 13, which is fastened to the housing 4 as a so-called heatslug.
Ebenfalls aus Figur 4 wird deutlich, dass ein Pin 22 des zweiten elektrischen Anschlusses 22, der an seinem freien Ende parallel zu der auf dem zweiten Metallblock 32 aufgebrachten Lötzinnschicht 15 abgewinkelt ist, mittels der It is also clear from FIG. 4 that a pin 22 of the second electrical connection 22, which is angled at its free end parallel to the solder layer 15 applied to the second metal block 32, by means of the
Lötzinnschicht 15 auf der ihm zugewandten Stirnfläche 16 des zweiten MetallblocksSolder layer 15 on the end face 16 of the second metal block facing it
32 aufgelötet ist. In seiner entgegengesetzten Stirnfläche 17 ist der Metallblock 32 mittels der dort aufgebrachten Lötzinnschicht 15 auf der in Figur 4 auch gezeigten, rechts neben der Lücke 9 verlaufenden Leiterbahn 8 aufgelötet.
In dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass alle Metallblöcke 31 , 32, 33, 34 aus Kupfer bestehen. 32 is soldered. In its opposite end face 17, the metal block 32 is soldered by means of the solder layer 15 applied there on the conductor track 8 also shown in FIG. 4 and running to the right of the gap 9. In the exemplary embodiment it is provided that all metal blocks 31, 32, 33, 34 consist of copper.
Die Ausführung mit zweitem, dritten und viertem elektrischen Anschluss 22, 23, 24 zusätzlich zum ersten elektrischen Anschluss 21 ist lediglich beispielhaft gewählt. Ist das Halbleiterbauelement 3 beispielsweise ein MOSFET, hat es in der Regel nur den ersten 21 , sowie zwei weitere elektrische Anschlüsse 22, 23. Entsprechend hat die Entwärmungsvorrichtung neben dem ersten Metallblock 31 in diesem Fall zweckmäßig nur zwei weitere Metallblöck 32, 33. Ausführungsformen mit einer größeren Anzahl von weiteren elektrischen Anschlüssen und weiteren The embodiment with a second, third and fourth electrical connection 22, 23, 24 in addition to the first electrical connection 21 is selected only as an example. If the semiconductor component 3 is, for example, a MOSFET, it usually has only the first 21 and two further electrical connections 22, 23. Accordingly, in addition to the first metal block 31, the cooling device in this case expediently has only two further metal blocks 32, 33. Embodiments with a larger number of further electrical connections and others
Metallblöcken - z.B. fünf - sind ebenfalls denkbar. Metal blocks - e.g. five - are also conceivable.
Figur 3 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Figure 3 shows a second preferred embodiment of a
erfindungsgemäßen Entwärmungsvorrichtung 2. Dabei sind zum Anschluss von zwei Halbleiterbauelementen 3 an eine Leiterplatte 5 zwei Metallblock-Gruppen, von denen jede die vier in den Figuren 1 und 2 gezeigten Metallblöcke 31 - 34 umfasst, von einer gemeinsamen isolierenden Ummantelung 26 ummantelt. Heat removal device 2 according to the invention. To connect two semiconductor components 3 to a printed circuit board 5, two metal block groups, each of which comprises the four metal blocks 31-34 shown in FIGS. 1 and 2, are encased by a common insulating jacket 26.
Das in Figur 5 gezeigte, zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel einer The second preferred exemplary embodiment of a shown in FIG
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement-Anordnung 1 unterscheidet sich von der Ausführungsform von Figur 4 darin, dass nur der erste Metallblock 31 vorhanden ist. Die Metallblöcke 32 - 34 und die Ummantelung 26 sind nicht vorhanden. Der Metallblock 31 ist mittels der beiden von je einer Lötzinnschicht 15 gebildeten Lötverbindung 14 zwischen die Metallplatte 13 (Heatslug) des Gehäuses 4 und eine Leiterbahn 8 eingelötet und dadurch im thermischen Pfad zwischen das The semiconductor component arrangement 1 according to the invention differs from the embodiment in FIG. 4 in that only the first metal block 31 is present. The metal blocks 32-34 and the casing 26 are not present. The metal block 31 is soldered between the metal plate 13 (heatslug) of the housing 4 and a conductor 8 by means of the two solder connections 14, each formed by a layer of solder 15, and thereby in the thermal path between them
Halbleiterbauelement 3 und die Leiterplatte 5 zwischengeschaltet. Ein Pin 22' des zweiten elektrischen Anschlusses 22 des Halbleiterbauelements 3 wurde im Semiconductor component 3 and the circuit board 5 interposed. A pin 22 'of the second electrical connection 22 of the semiconductor component 3 was in the
Vergleich zu der Ausführungsform von Figur 4 verlängert und ist an seinem freien, wieder abgewinkelten Längsende mittels einer von einer Lötzinnschicht 15 gebildeten Lötverbindung 14 auf eine Leiterbahn 8 aufgelötet, die mittels der Lücke 9 von der mit dem ersten elektrischen Anschluss 21 elektrisch verbundenen Leiterbahn 8 elektrisch entkoppelt ist. Wie in Figur 4 sind ein Pin 23' eines dritten elektrischen Anschlusses 23 und ein Pin 24' eines vierten elektrischen Anschlusses
24 des Halbleiterbauelements von dem Pin 22' verdeckt, jedoch wie der Pin 22' in entsprechender Weise an weitere Leiterbahnen 8 aufgelötet. Compared to the embodiment of FIG. 4, it is extended and is soldered to its free, again angled longitudinal end by means of a solder connection 14 formed by a solder layer 15 on a conductor 8, which is electrically connected by means of the gap 9 from the conductor 8 electrically connected to the first electrical connection 21 is decoupled. As in FIG. 4, there are a pin 23 'of a third electrical connection 23 and a pin 24' of a fourth electrical connection 24 of the semiconductor component is covered by pin 22 ', but, like pin 22', is soldered to other conductor tracks 8 in a corresponding manner.
Die Figuren 6a und 6b zeigen ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement-Anordnung 1 , wobei wiederum zu den vorangehenden Ausführungsformen entsprechend oder vergleichbare Einzelheiten mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In die Leiterplatte 5 ist ein erster Metallkörper 27, davon seitlich beanstandet ein zweiter Metallkörper 28 und in Blickrichtung von Figur 6a dahinter beabstandet ein dritter Metallkörper 29 eingelassen, so dass die jeweilige freiliegende Metalloberfläche in dem Beispiel bündig mit einer Oberseite der Leiterplatte 5 abschließt. Ein erster Metallblock 31 , der wie die Metallkörper 27 - 30 aus Kupfer besteht, ist mittels einer aus einer Lötzinnschicht 15 gebildeten Lötverbindung 14 flächig auf den ersten Metallkörper 27 aufgelötet. Auf die entgegengesetzte Oberfläche des Metallkörpers 31 ist mittels einer von einer Lötzinnschicht 15 gebildeten weiteren Lötverbindung 14 wiederum ein in einem Gehäuse 4 aufgenommenes Halbleiterbauelement 3, bei dem es sich um ein Leistungs-Halbleiterbauelement handelt, aufgelötet. Dabei ist mit der Metallplatte 13, die an die Lötzinnschicht 15 angrenzt, wiederum ein erster elektrischer Kontakt 22 des Halbleiterbauelementes 3 angeschlossen. FIGS. 6a and 6b show a third preferred exemplary embodiment of a semiconductor component arrangement 1 according to the invention, again corresponding or comparable details to the preceding embodiments being identified by the same reference numerals. A first metal body 27 is inserted into the printed circuit board 5, a second metal body 28 is spaced laterally and a third metal body 29 is spaced in the direction of view from FIG. 6a, so that the respective exposed metal surface in the example is flush with an upper side of the printed circuit board 5. A first metal block 31, which, like the metal bodies 27-30, consists of copper, is soldered flat onto the first metal body 27 by means of a solder connection 14 formed from a solder tin layer 15. A semiconductor component 3, which is a power semiconductor component and is accommodated in a housing 4, is in turn soldered onto the opposite surface of the metal body 31 by means of a further solder connection 14 formed by a solder layer 15. A first electrical contact 22 of the semiconductor component 3 is in turn connected to the metal plate 13 which adjoins the solder tin layer 15.
Wie dargestellt, ist der Wärmeleitquerschnitt der ersten Metallplatte 31 größer als derjenige der Metallplatte 13 (Heatslug), und der Wärmeleitquerschnitt des ersten Metallkörpers 27 ist größer als der Wärmeleitquerschnitt des ersten Metallblockes 31 . Es wird somit eine mehrfache, d. h. additive Wärmespreizung erreicht. As shown, the thermal cross section of the first metal plate 31 is larger than that of the metal plate 13 (heatslug), and the thermal cross section of the first metal body 27 is larger than the thermal cross section of the first metal block 31. There is thus a multiple, i.e. H. additive heat spread reached.
Der erste Metallkörper 27 kann in dem zugeordneten Hohlraum der Leiterplatte 5 zum Beispiel unter Verwendung von Masken galvanisch aus mehreren aufeinander aufgebrachten Kupferschichten gebildet worden sein. The first metal body 27 can be formed in the associated cavity of the printed circuit board 5, for example using masks, from a plurality of copper layers applied to one another.
In dem Beispiel besitzt das Halbleiterbauelement 3 noch einen zweiten elektrischen Anschluss 2 und einen dritten elektrischen Anschluss 23, von denen jeweils Pins 22', 23' aus dem Gehäuse 4 herausführen. Die Pins 22' und 23' sind abgewinkelt. Dabei verläuft der Pin 22' an dem abgewinkelten Abschnitt durch eine in den
zweiten Metallkörper 28 eingebrachte Durchgangsbohrung, mit deren In the example, the semiconductor component 3 also has a second electrical connection 2 and a third electrical connection 23, each of which pins 22 ′, 23 ′ lead out of the housing 4. Pins 22 'and 23' are angled. The pin 22 'runs through the angled section in the second metal body 28 introduced through hole, with the
Bohrungswandung der Pin 22' verlötet worden ist. Der Pin 23' ist auf entsprechende Weise durch eine Durchgangsbohrung in dem dritten Metallkörper 29 Hole wall of pin 22 'has been soldered. The pin 23 'is in a corresponding manner through a through hole in the third metal body 29
hindurchgeführt und mit dessen Wandung elektrisch leitfähig verlötet. In einer zu der Leiterplatte 5 senkrechten Betrachtungsebene ist somit die Dicke der passed through and soldered to the wall in an electrically conductive manner. In a viewing plane perpendicular to the circuit board 5, the thickness is thus
Metallkörper 27 - 29 erheblich größer als die Dicke der Leiterbahnen 8. Dabei kann der erste Metallkörper 27 und/oder der zweite Metallkörper 28 und/oder der dritte Metallkörper 29 mit einer jeweiligen Leiterbahn 8 der Leiterplatte 5 (in Figur 6 nicht mit dargestellt) elektrisch verbunden sein. Metal body 27-29 is considerably larger than the thickness of the conductor tracks 8. The first metal body 27 and / or the second metal body 28 and / or the third metal body 29 can be electrically connected to a respective conductor track 8 of the printed circuit board 5 (not shown in FIG. 6) be connected.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ausführungsbeispielen und Patentansprüchen beinhaltet.
The invention is not restricted to the exemplary embodiments by the description based on these. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the exemplary embodiments and patent claims.