ITMI20120712A1 - Dispositivo elettronico a montaggio passante con doppio dissipatore di calore - Google Patents

Dispositivo elettronico a montaggio passante con doppio dissipatore di calore Download PDF

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ITMI20120712A1
ITMI20120712A1 IT000712A ITMI20120712A ITMI20120712A1 IT MI20120712 A1 ITMI20120712 A1 IT MI20120712A1 IT 000712 A IT000712 A IT 000712A IT MI20120712 A ITMI20120712 A IT MI20120712A IT MI20120712 A1 ITMI20120712 A1 IT MI20120712A1
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IT
Italy
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heat sink
lead
electronic device
terminal
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Maurizio Maria Ferrara
Gaetano Pignataro
Cristiano Gianluca Stella
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St Microelectronics Srl
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Description

DESCRIZIONE
La soluzione in accordo con una o più forme di realizzazione della presente invenzione riguarda il settore dell’elettronica. Più specificamente, tale soluzione riguarda dispositivi elettronici.
Ciascun dispositivo elettronico tipicamente comprende una piastrina (chip), ad esempio, in materiale semiconduttore, sulla quale sono integrati uno o più componenti elettronici, ed un contenitore (package) nel quale la piastrina viene incapsulata per proteggerla e per consentire l’accesso a suoi terminali.
A tale proposito, il contenitore tipicamente comprende un corpo isolante avente piedini esposti (leads), ciascuno dei quali à ̈ collegato elettricamente ad un corrispondente terminale della piastrina (ad esempio, mediante una tecnica di collegamento a fili o “wire-bonding†). I piedini del contenitore sono utilizzati per connettere lo stesso (e quindi i corrispondenti terminali della piastrina) a circuiti esterni. A tale scopo, il dispositivo elettronico à ̈ in genere montato su una scheda a circuito stampato (PCB) comprendente tali circuiti esterni. In una tipica implementazione, basata su tecnologia a montaggio passante (o THT, “Through Hole Technology†), i piedini del contenitore comprendono reofori adatti ad essere inseriti in fori passanti della PCB e retro-saldati su di essa.
Una classe molto diffusa di dispositivi elettronici à ̈ rappresentata dai dispositivi elettronici per applicazioni di potenza (ad esempio, per controllo di motori ed alimentatori), o dispositivi di potenza, i quali comprendono componenti elettronici in grado di supportare correnti e/o tensioni operative elevate - ad esempio, dell’ordine di 0,3-300A e 12-1.500V, rispettivamente.
Come à ̈ noto, i dispositivi di potenza sono soggetti a notevole riscaldamento durante il loro funzionamento. Per questo motivo, essi sono tipicamente progettati ed impiegati in modo da garantire adeguate proprietà di dissipazione del calore (così da evitare alle corrispondenti piastrine fenomeni di surriscaldamento che potrebbero provocare malfunzionamenti o rotture).
Ad esempio, ciascun dispositivo di potenza a montaggio passante à ̈ dotato di un dissipatore di calore (heat sink) connesso alla piastrina per dissipare all’esterno il calore prodotto dalla stessa durante il suo funzionamento. A tale scopo, il dissipatore di calore tipicamente comprende un piatto esposto su una superficie laterale del corpo isolante libera dai reofori. Inoltre, nell’impiego, tale dispositivo di potenza à ̈ tipicamente fissato ad una piastra in materiale conduttivo (anch’essa montata sulla PCB) a contatto del piatto esposto (in questo modo, tale piastra funge sia da elemento di supporto per il dispositivo di potenza sia da dissipatore di calore esterno). A questo scopo, il dispositivo di potenza à ̈ solitamente provvisto di un foro passante per il fissaggio dello stesso alla piastra (ad esempio, mediante vite o bullone).
Come à ̈ noto, ognuno di tali dispositivi di potenza comprende una sola piastrina, la quale integra un singolo componente elettronico. Ciò à ̈ dovuto a ragioni sia tecniche – ad esempio, in quanto la presenza del foro passante pone limitazioni in termini di spazio utilizzabile - sia economiche. In alcuni casi, ciò può causare alcuni inconvenienti.
Infatti, alcune applicazioni richiedono valori di tensione e di corrente di funzionamento molto elevati, ad esempio maggiori delle tensioni e/o correnti operative del singolo dispositivo di potenza. Per ottenere tali valori di funzionamento, tipicamente à ̈ necessario impiegare strutture replicate di medesimi dispositivi di potenza montati separatamente sulla PCB; ad esempio, in caso di transistori di potenza, ciò può essere ottenuto mediante collegamento in parallelo degli stessi sulla PCB.
Tuttavia, una struttura di questo tipo non à ̈ completamente soddisfacente in termini di ingombro e di complessità.
In termini generali, la soluzione in accordo con una o più forme di realizzazione della presente invenzione si basa sull’idea di realizzare un dispositivo elettronico con almeno due piastrine accoppiate elettricamente mediante due o più dissipatori di calore.
In particolare, uno o più aspetti della soluzione in accordo con specifiche forme di realizzazione dell’invenzione sono indicati nelle rivendicazioni indipendenti e caratteristiche vantaggiose della stessa soluzione sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti, con il testo di tutte le rivendicazioni che à ̈ incorporato nella presente alla lettera per riferimento (con qualsiasi caratteristica vantaggiosa fornita con riferimento ad uno specifico aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione che si applica mutatis mutandis ad ogni altro suo aspetto).
Più specificamente, un aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione propone un dispositivo elettronico che include due o più piastrine ciascuna comprendente almeno un primo terminale ed almeno un secondo terminale su superfici opposte della piastrina; un primo dissipatore di calore (cui à ̈ accoppiato elettricamente un primo reoforo) ed almeno un secondo dissipatore di calore (cui à ̈ accoppiato elettricamente un secondo reoforo) sono accoppiati elettricamente al primo terminale ed al secondo terminale, rispettivamente, di ciascuna piastrina.
Un ulteriore aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione propone un sistema complesso comprendente uno o più di tali dispositivi elettronici.
Un ulteriore aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione propone un metodo per realizzare tale dispositivo elettronico.
La soluzione in accordo con una o più forme di realizzazione dell'invenzione, come pure ulteriori caratteristiche ed i relativi vantaggi, sarà meglio compresa con riferimento alla seguente descrizione dettagliata, data puramente a titolo indicativo e non limitativo, da leggersi congiuntamente alle figure allegate (in cui, per semplicità, elementi corrispondenti sono indicati con riferimenti uguali o simili e la loro spiegazione non à ̈ ripetuta, ed il nome di ogni entità à ̈ in generale usato per indicare sia il suo tipo sia suoi attributi – come valore, contenuto e rappresentazione). A tale riguardo, à ̈ espressamente inteso che le figure non sono necessariamente in scala (con alcuni particolari che possono essere esagerati e/o semplificati) e che, a meno di indicazione contraria, esse sono semplicemente utilizzate per illustrare concettualmente le strutture e le procedure descritte. In particolare:
FIGG.1A e 1B mostrano una vista prospettica frontale e posteriore, rispettivamente, di un dispositivo elettronico in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione;
FIG.2 mostra una vista prospettica a parti rimosse del dispositivo elettronico di FIGG.1A e 1B;
FIG.3 mostra una vista in sezione del dispositivo elettronico lungo il piano di sezione III-III di FIGG.1A e 1B;
FIG.4 mostra, in una vista analoga a quella di FIG.2, un dettaglio di una variante che può essere implementata nel dispositivo elettronico di FIGG.1A e 1B; FIGG.5A e 5B mostrano una vista prospettica frontale e posteriore, rispettivamente, di un dispositivo elettronico in accordo con un’altra forma di realizzazione dell’invenzione, e
FIG.6 mostra una vista prospettica a parti rimosse del dispositivo elettronico di FIGG.5A e 5B.
Con riferimento in particolare a FIGG.1A e 1B, esse mostrano una vista prospettica frontale e posteriore, rispettivamente, di un dispositivo elettronico 100 in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione. Per semplicità di descrizione, tale figura sarà discussa congiuntamente a FIGG.2 e 4, le quali mostrano una vista prospettica a parti rimosse del dispositivo elettronico 100 ed un dettaglio di una sua possibile variante, rispettivamente, ed a FIG.3, la quale mostra una vista in sezione di tale dispositivo elettronico 100 lungo il piano di sezione III-III di FIGG.1A e 1B.
Il dispositivo elettronico 100 comprende una pluralità di piastrine di materiale semiconduttore, in ciascuna delle quali sono integrati uno o più componenti elettronici.
Nell’esemplificativa ma non limitativa forma di realizzazione descritta, il dispositivo elettronico 100 à ̈ un dispositivo di potenza (ad esempio, per controllo di motori ed alimentatori), e comprende due piastrine 1051,1052in ciascuna delle quali à ̈ integrato un unico componente di potenza (come un transistore di potenza di tipo MOS a struttura verticale avente correnti e/o tensioni operative elevate - ad esempio, dell’ordine di 0,3-300A e 12-1.500V, rispettivamente), ed un corpo isolante (ad esempio, in materiale plastico) 110 per incapsulare le piastrine 1051,1052.
Ciascuna piastrina 1051,1052ha un terminale di conduzione TD1,TD2(ad esempio, un terminale di drain del transistore di potenza) che si estende su una superficie 115L1,115L2della piastrina 1051,1052, un altro terminale di conduzione TS1,TS2(ad esempio, un terminale di source del transistore di potenza) che si estende su un’altra superficie 115U1,115U2della piastrina 1051,1052opposta alla superficie 115L1,115L2, ed un terminale di controllo TG1,TG2(ad esempio, un terminale di gate del transistore di potenza) che si estende anch’esso sulla superficie 115U1,115U2della piastrina 1051,1052, sostanzialmente circondando il terminale TS1,TS2. Più in particolare, come visibile in FIG.2 per il solo terminale TG1, ciascun terminale TG1,TG2comprende una cornice disposta in prossimità del bordo laterale della superficie 115U1,115U2ed una piazzola di collegamento.
La configurazione delle piastrine 1051,1052all’interno del corpo isolante 110 à ̈ intesa ad ottenere due transistori di potenza in parallelo all’interno dello stesso dispositivo di potenza 100 (ovvero, con il terminale TD1accoppiato elettricamente al terminale TD2e con il terminale TS1accoppiato elettricamente al terminale TS2).
A tale proposito, il dispositivo di potenza 100 comprende un dissipatore di calore 120 accoppiato elettricamente ai terminali TD1e TD2, un altro dissipatore di calore 1251accoppiato elettricamente al terminale TS1ed un ulteriore dissipatore di calore 1252(analogo al dissipatore di calore 1251) accoppiato elettricamente al terminale TS2(con tali dissipatori di calore 1251e 1252che, come sarà spiegato a breve, possono anche formare un unico dissipatore di calore).
Più in particolare, come meglio visibile in FIG.2 e FIG.3, la superficie 115L1della piastrina 1051à ̈ rivolta verso la superficie 115L2della piastrina 1052, ed il dissipatore di calore 120 comprende un piatto in materiale (elettricamente e termicamente) conduttivo disposto tra le (superfici 115L1,115L2delle) piastrine 1051,1052– ad esempio, a contatto dei terminali TD1,TD2. In questo modo, il dissipatore di calore 120 à ̈ condiviso da, ed accoppia elettricamente i terminali TD1,TD2; ciò consente di ottenere un dispositivo di potenza di dimensioni contenute.
Invece, ciascun dissipatore di calore 1251,1252comprende un elemento di dissipazione 1301,1302affacciato alla superficie 115U1,115U2della piastrina 1051,1052. Ciascun elemento di dissipazione 1301,1302, ad esempio comprendente anch’esso un piatto in materiale (elettricamente e termicamente) conduttivo, contatta il terminale TS1,TS2(ad esempio, in parte, come mostrato in FIG.2, o totalmente), e si estende su almeno una porzione del terminale TG1,TG2(ad esempio, su due porzioni opposte della sua cornice, come visibile nelle figure) senza contattarla; a tale scopo, ciascun elemento di dissipazione 1301,1302comprende uno o più incavi – due, nell’esempio in questione - per isolare elettricamente il terminale TG1,TG2dall’elemento di dissipazione 1301,1302.
Il dispositivo di potenza 100 ulteriormente comprende tre reofori 135D,135S,135Gesposti dal corpo isolante 110, i quali sono connessi a rispettivi terminali delle piastrine 1051,1052(per rendere questi ultimi accessibili dall’esterno del dispositivo di potenza 100) e sono adatti a consentire il montaggio del dispositivo di potenza 100 su una scheda elettronica (PCB), non mostrata, mediante tecnologia a montaggio passante (o THT).
Più in particolare, il reoforo 135Dà ̈ solidale (di pezzo) con il dissipatore di calore 120, risultando così a contatto elettrico e termico con i terminali TD1,TD2in maniera ottimale. In questo modo, il reoforo 135Dpuò fungere sia da piedino di accesso ai terminali TD1,TD2, sia da estensione del dissipatore di calore 120 per meglio disperderne il calore all’esterno del corpo isolante 110; a tale scopo, il reoforo 135Dà ̈ vantaggiosamente dotato (come anche illustrato nelle figure) di una superficie esposta dal corpo isolante 110 maggiore di quella (convenzionale) dei reofori 135Se 135G; ad esempio, l’area della superficie esposta del reoforo 135Dà ̈ uguale a 1,5-3 volte, preferibilmente uguale a 1,7-2,5 volte, come uguale a 2 volte l’area della superficie esposta dei reofori 135Se 135G.
Il reoforo 135Scontatta direttamente il dissipatore di calore 1251,1252. In questo modo, il reoforo 135Scontatta i terminali TS1,TS2mediante il dissipatore di calore 1251,1252, e quindi senza utilizzare connessioni a filo, o wire bonding (le quali introdurrebbero parassitismi resistivi e/o induttivi che potrebbero influire negativamente su un pilotaggio del dispositivo di potenza 100, ad esempio, provocando tempi di commutazione lunghi ed elevate perdite di commutazione). A tale proposito, nella forma di realizzazione illustrata, ciascun elemento di dissipazione 1301,1302comprende un elemento 130S1,130S2sporgente (oltre un bordo della piastrina 1051,1052) trasversalmente da esso verso l’altro elemento di dissipazione 1302,1301, con il reoforo 135Sche à ̈ interposto tra, e contatta direttamente, l’elemento sporgente 130S1e l’elemento sporgente 130S2. In una variante, illustrata in FIG.4, il dispositivo elettronico comprende, in luogo dell’elemento sporgente 130S1,130S2, un elemento di collegamento a ponte 430Ptra l’elemento di dissipazione 1301e l’elemento di dissipazione 1302(così da formare un unico dissipatore di calore associato ai terminali di source), con il reoforo 135Sche contatta direttamente tale elemento di collegamento a ponte 430P.
Infine, il reoforo 135Gà ̈ collegato elettricamente alle piazzole di collegamento dei terminali TG1,TG2all’interno del corpo isolante 110 mediante wire bonding.
Pertanto, nelle forme di realizzazione descritte, il reoforo 135D,135S,135GÃ ̈ accoppiato elettricamente ai terminali TD1,TD2, ai terminali TS1,TS2ed ai terminali TG1,TG2, rispettivamente, delle piastrine 1051,1052; in questo modo, i transistori di potenza integrati nelle relative piastrine 1051,1052sono connessi in parallelo tra loro.
Tale soluzione à ̈ vantaggiosa in quanto il dispositivo di potenza 100, implementando di fatto un unico transistore di potenza avente valori di tensione e di corrente di funzionamento molto elevati, può essere impiegato in applicazioni ad elevate prestazioni. Inoltre, tale soluzione evita di ricorrere, in tali applicazioni, a (un numero elevato di) strutture replicate di medesimi dispositivi di potenza montati separatamente sulla PCB (con conseguente riduzione di occupazione di spazio sulla stessa).
Infine, il dispositivo di potenza 100 secondo una forma di realizzazione della presente invenzione comprende anche una o più porzioni in materiale conduttivo esposte dal corpo isolante 110 per dissipare il calore al suo esterno. Nell’esemplificativa forma di realizzazione illustrata, il dispositivo di potenza 100 à ̈ di tipo DSC (“Dual Side Cool†), ovvero presenta due differenti porzioni esposte dal corpo isolante; più in particolare, l’elemento di dissipazione 1301comprende una porzione esposta 130E1distale dalla piastrina 1051, mentre l’elemento di dissipazione 1302comprende una porzione esposta 130E2distale dalla piastrina 1052(con tali porzioni esposte 130E1e 130E2che risultano quindi esposte su superfici laterali opposte del corpo isolante 110 ortogonali ad una direzione di montaggio del dispositivo di potenza 100 sulla PCB). Tale soluzione à ̈ vantaggiosa in quanto conferisce elevate proprietà di dissipazione del calore; in questo modo, il dispositivo di potenza 100 non richiede necessariamente l’impiego di una piastra di dissipazione ausiliaria che, nelle soluzioni note, à ̈ montata sulla PCB a contatto del dispositivo di potenza, né di (ingombranti) fori passanti nel corpo isolante 110 per il fissaggio alla stessa. Pertanto, il dispositivo di potenza 100 risulta notevolmente compatto e semplice da realizzare. Ad ogni modo, si noti che la possibilità di impiegare piastre di dissipazione ausiliarie a contatto delle porzioni esposte 130E1,130E2non à ̈ esclusa; ad esempio, nel caso del dispositivo di potenza 100 qui descritto in cui le porzioni esposte 130E1,130E2sono elettricamente connesse tra loro, à ̈ possibile prevedere l’impiego di strutture di contenimento (ad esempio, elastici) che serrano tra loro le piastre di dissipazione ausiliarie massimizzandone l’adesione alle rispettive porzioni esposte.
Passando a FIGG.5A e 5B, esse mostrano una vista prospettica frontale e posteriore, rispettivamente, di un dispositivo elettronico (ad esempio, ancora un dispositivo di potenza) 500 in accordo con un’altra forma di realizzazione dell’invenzione. Per semplicità di descrizione, tali figure saranno discusse congiuntamente a FIG.6, la quale mostra una vista prospettica a parti rimosse di tale dispositivo di potenza 500.
Il dispositivo di potenza 500 à ̈ analogo al dispositivo di potenza 100, ma differisce da quest’ultimo per la presenza di un terminale di source ausiliario TS1a,TS2asulla superficie 115U1,115U2della piastrina 1051,1052, rispettivamente (solo il terminale TS1avisibile in FIG.5). Il terminale TS1a,TS2aà ̈ disposto all’interno della cornice del terminale TG1,TG2, preferibilmente separato dal terminale TS1,TS2.
Come à ̈ noto, tale terminale TS1a,TS2apuò essere utilizzato, ad esempio, per realizzare percorsi conduttivi differenziati per segnali di pilotaggio e per segnali di potenza (ovvero, le tensioni e/o correnti di funzionamento) da essi indotti.
A tale proposito, il dispositivo di potenza 500 ulteriormente comprende un reoforo ausiliario 535Saaccoppiato elettricamente al terminale TS1a,TS2a. Nell’esemplificativa forma di realizzazione illustrata, il reoforo 535Saà ̈ connesso elettricamente al terminale TS1a,TS2amediante wire bonding.
Il dispositivo di potenza 500 à ̈ ulteriormente vantaggioso rispetto a quello della precedente forma di realizzazione in quanto presenta ridotte perdite di potenza e minori temperature di funzionamento, e quindi maggiore durata ed affidabilità.
Naturalmente, al fine di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, un tecnico del ramo potrà apportare alla soluzione sopra descritta numerose modifiche e varianti logiche e/o fisiche. Più specificamente, sebbene tale soluzione sia stata descritta con un certo livello di dettaglio con riferimento ad una o più sue forme di realizzazione, à ̈ chiaro che varie omissioni, sostituzioni e cambiamenti nella forma e nei dettagli così come altre forme di realizzazione sono possibili. In particolare, diverse forme di realizzazione dell’invenzione possono essere messe in pratica anche senza gli specifici dettagli (come gli esempi numerici) esposti nella precedente descrizione per fornire una loro più completa comprensione; al contrario, caratteristiche ben note possono essere state omesse o semplificate al fine di non oscurare la descrizione con particolari non necessari. Inoltre, à ̈ espressamente inteso che specifici elementi e/o passi di metodo descritti in relazione ad ogni forma di realizzazione della soluzione esposta possono essere incorporati in qualsiasi altra forma di realizzazione come una normale scelta di disegno. In ogni caso, qualificatori ordinali o altro sono usati meramente come etichette per distinguere elementi con lo stesso nome ma non connotano per sé stessi alcuna priorità, precedenza o ordine. Inoltre, i termini includere, comprendere, avere, contenere e comportare (e qualsiasi loro forma) dovrebbero essere intesi con un significato aperto e non esauriente (ossia, non limitato agli elementi recitati), i termini basato su, dipendente da, in accordo con, secondo, funzione di (e qualsiasi loro forma) dovrebbero essere intesi con un rapporto non esclusivo (ossia, con eventuali ulteriori variabili coinvolte) ed il termine uno/una dovrebbe essere inteso come uno o più elementi (a meno di espressa indicazione contraria).
Ad esempio, una forma di realizzazione della presente invenzione propone un un dispositivo elettronico comprendente almeno una piastrina in materiale semiconduttore ed almeno una ulteriore piastrina in materiale semiconduttore in ciascuna delle quali à ̈ integrato almeno un componente elettronico. Ciascuna piastrina comprende almeno un primo terminale di conduzione su una prima superficie della piastrina ed almeno un secondo terminale di conduzione su una seconda superficie della piastrina opposta alla prima superficie, ed un corpo isolante che ingloba detta almeno una piastrina e detta almeno una ulteriore piastrina. Nella soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, il dispositivo elettronico ulteriormente comprende un primo dissipatore di calore accoppiato elettricamente a detto almeno un primo terminale di conduzione di detta almeno una piastrina e a detto almeno un primo terminale di condizione di detta almeno una ulteriore piastrina, ed almeno un secondo dissipatore di calore accoppiato elettricamente a detto almeno un secondo terminale di conduzione di detta almeno una piastrina e a detto almeno un secondo terminale di conduzione di detta almeno una ulteriore piastrina; almeno uno tra detto primo dissipatore di calore e detto almeno un secondo dissipatore di calore comprende almeno una porzione esposta dal corpo isolante. Il dispositivo elettronico comprende inoltre un primo reoforo ed un secondo reoforo esposti dal corpo isolante per il montaggio passante del dispositivo elettronico su una scheda elettronica; il primo reoforo à ̈ accoppiato elettricamente al primo dissipatore di calore ed il secondo reoforo à ̈ accoppiato elettricamente a detto almeno un secondo dissipatore di calore.
Ad ogni modo, considerazioni analoghe si applicano se il dispositivo elettronico ha una diversa struttura o include componenti equivalenti. In ogni caso, qualsiasi suo componente può essere separato in più elementi, o due o più componenti possono essere combinati in un singolo elemento; inoltre, ogni componente può essere replicato per supportare l’esecuzione delle corrispondenti operazioni in parallelo. Si fa anche notare che (a meno di indicazione contraria) qualsiasi interazione tra diversi componenti generalmente non necessita di essere continua, e può essere sia diretta sia indiretta tramite uno o più intermediari.
Ad esempio, il numero e tipo di piastrine non à ̈ limitativo per la presente invenzione, così come numero e tipo di componenti elettronici integrati in ognuna di esse. Inoltre, la forma del corpo isolante illustrata non à ̈ da intendersi in maniera limitativa per la presente invenzione, così come tipo di materiali e processo produttivo che possono essere impiegati per la sua realizzazione.
I dissipatori di calore possono essere di qualsiasi tipo, forma e dimensione, ed in qualsiasi posizione e numero; ad esempio, nel caso in cui il dispositivo elettronico comprenda più piastrine e/o più componenti elettronici, può essere previsto un numero maggiore di secondi dissipatori di calore.
I dissipatori di calore possono essere accoppiati elettricamente ai rispettivi terminali di conduzione in qualsiasi modo. In particolare, essi possono anche non essere a contatto diretto (del rispettivo terminale) della piastrina; ad esempio, possono essere previsti strati intermedi (ad esempio, strati di accoppiamento e/o strati saldanti) al fine di garantire buone proprietà di adesione (e quindi efficiente accoppiamento meccanico e/o elettrico). Per gli stessi motivi, tali strati intermedi possono comprendere ciascuno rispettive strutture multistrato. Tale accoppiamento elettrico può anche definire qualsiasi tipo di collegamento elettrico tra i componenti elettronici (ad esempio, in serie).
Il numero di reofori non à ̈ limitativo per la presente invenzione, così come i loro collegamenti ai terminali delle piastrine (con qualsiasi loro combinazione che à ̈ possibile).
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, la prima superficie di detta almeno una piastrina à ̈ rivolta verso la prima superficie di detta almeno una ulteriore piastrina; il primo dissipatore di calore à ̈ disposto tra detta almeno una piastrina e detta almeno una ulteriore piastrina. Detto almeno un secondo dissipatore di calore comprende un elemento di dissipazione affacciato alla seconda superficie di detta almeno una piastrina ed un ulteriore elemento di dissipazione affacciato alla seconda superficie di detta almeno una ulteriore piastrina. Detta almeno una porzione esposta comprende una porzione esposta dell’elemento di dissipazione distale da detta almeno una piastrina ed un’ulteriore porzione esposta dell’ulteriore elemento di dissipazione distale da detta almeno una ulteriore piastrina.
Ad ogni modo, le piastrine possono avere disposizioni differenti. Ad esempio, à ̈ possibile prevedere implementazioni in cui le piastrine sono affiancate, oppure impilate (ovvero, con la prima superficie di una piastrina rivolta verso la seconda superficie dell’altra piastrina); ciò può essere utile, ad esempio, per implementare all’interno del dispositivo elettronico transistori (o altri componenti di potenza) in serie.
Inoltre, la porzione esposta può affacciarsi su qualunque altra superficie libera del corpo isolante. Tale porzione esposta può essere a livello del corpo isolante, sporgente dallo stesso, oppure anche leggermente incavata.
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, il primo reoforo ed il secondo reoforo hanno una prima superficie esposta ed un seconda superficie esposta, rispettivamente, dal corpo isolante; la prima superficie esposta à ̈ maggiore della seconda superficie esposta. Inoltre, il primo reoforo à ̈ di pezzo con il primo dissipatore di calore.
Ad ogni modo, i principi della soluzione in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione si applicano per qualsiasi forma e dimensione dei reofori (ad esempio, il primo reoforo ed il secondo reoforo possono avere la stessa superficie esposta).
Inoltre, in una implementazione di base, il primo reoforo può essere connesso (ad esempio, saldato) al primo dissipatore di calore (ad esempio, in fase di incapsulamento delle piastrine).
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, il secondo reoforo contatta direttamente detto almeno un secondo dissipatore di calore.
Ad ogni modo, il secondo reoforo può contattare l’almeno un secondo dissipatore di calore in maniera indiretta (ad esempio, mediante wire bonding).
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, ciascun elemento di dissipazione comprende un piatto affacciato alla seconda superficie di detta almeno una piastrina corrispondente ed un elemento sporgente trasversalmente dal piatto verso l’altro elemento di dissipazione; il secondo reoforo à ̈ interposto tra e contatta direttamente l’elemento sporgente dell’elemento di dissipazione e l’elemento sporgente dell’ulteriore elemento di dissipazione.
Ad ogni modo, il secondo reoforo può contattare l’elemento sporgente dell’elemento di dissipazione e l’elemento sporgente dell’ulteriore elemento di dissipazione in altro modo (ad esempio, tramite sua piegatura).
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, detto almeno un secondo dissipatore di calore ulteriormente comprende un elemento di collegamento a ponte tra l’elemento di dissipazione e l’ulteriore elemento di dissipazione; il secondo reoforo contatta direttamente l’elemento di collegamento a ponte.
Ad ogni modo, il secondo reoforo può contattare l’elemento di collegamento a ponte in altro modo (ad esempio, tramite sua piegatura).
Comunque, l’accoppiamento elettrico tra il secondo reoforo e detto almeno un secondo dissipatore di calore può essere realizzato in qualsiasi altro modo; ad esempio, à ̈ possibile collegare i due elementi di dissipazione tramite un altro elemento a ponte dalla parte opposta ai reofori, e quindi collegare il secondo reoforo ad uno solo degli elementi di dissipazione.
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, l’almeno un componente elettronico comprende almeno un transistore di potenza.
Ad ogni modo, nelle piastrine possono essere integrati uno o più componenti di potenza differenti (ad esempio, transistori MOSFET IGBT, BJT, o JFET, diodi, e/o tiristori).
Sebbene nella descrizione si sia fatto esplicito riferimento a specifiche tensioni e/o correnti di funzionamento, esse non sono da intendersi in maniera limitativa. Ad esempio, le stesse considerazioni si applicano per componenti di potenza che, grazie a processi di produzione più precisi, affidabili ed evoluti, consentono di ottenere tensioni e/o correnti di funzionamento anche maggiori di quelle attuali (e quindi superare 1.500V e 300A, rispettivamente).
In ogni caso, sebbene la soluzione descritta sia particolarmente, ma non esclusivamente, vantaggiosa per piastrine che integrano componenti di potenza, i principi della presente invenzione possono essere applicati a qualsiasi dispositivo elettronico in cui sia necessario ottenere elevate prestazioni e dimensioni ridotte.
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, ciascuna piastrina ulteriormente comprende almeno un terminale di controllo sulla seconda superficie della piastrina; il corrispondente elemento di dissipazione si estende su almeno una porzione del terminale di controllo e comprende almeno un incavo per isolare elettricamente detta almeno una porzione del terminale di controllo dall’elemento di dissipazione. Il dispositivo elettronico ulteriormente comprende un reoforo di controllo, e mezzi di collegamento a filo che collegano elettricamente il reoforo di controllo a detto almeno un terminale di controllo di detta almeno una piastrina e a detto almeno un terminale di controllo di detta almeno una ulteriore piastrina all’interno del corpo isolante.
Ad ogni modo, sebbene il terminale di controllo sia stato descritto come estendentesi intorno al secondo terminale di conduzione, ciò non esclude che questo sia l’unico modo possibile di realizzarlo. A tale proposito, il terminale di controllo può comprendere strisce (finger) conduttive, ad esempio estendentesi internamente verso il secondo terminale di conduzione e mantenute elettricamente separate da esso mediante un opportuno materiale isolante. In tal caso, il secondo dissipatore di calore (ovvero, ciascun elemento di dissipazione) può comprendere ulteriori incavi per accogliere almeno parzialmente tali finger.
In generale, à ̈ possibile prevedere un numero qualsiasi di incavi aggiuntivi (rispetto a quelli illustrati e/o descritti) opportunamente distribuiti in accordo con specifici requisiti da soddisfare, oppure al contrario nessun incavo quando il terminale di controllo à ̈ del tutto separato.
Inoltre, ciascun terminale di controllo può essere connesso al reoforo di controllo in altro modo (ad esempio, mediante piatti conduttivi con relative porzioni opportunamente estese, sagomate, e/o ripiegate - come descritto per il secondo reoforo).
In una differente forma di realizzazione, l’almeno un secondo dissipatore di calore può contattare il terminale di controllo (ad esempio, per realizzare configurazioni a transdiodo).
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, ciascuna piastrina comprende un ulteriore secondo terminale di conduzione sulla seconda superficie. Il dispositivo elettronico comprende un ulteriore secondo reoforo, ed ulteriori mezzi di collegamento a filo che collegano elettricamente l’ulteriore secondo reoforo a detto almeno un ulteriore secondo terminale di detta almeno una piastrina e a detto almeno un ulteriore secondo terminale di detta almeno una ulteriore piastrina all’interno del corpo isolante.
Ad ogni modo, l’ulteriore secondo terminale conduzione può essere omesso in una implementazione di base. Inoltre, ciascun ulteriore secondo terminale conduzione può essere connesso all’ulteriore secondo reoforo in altro modo (ad esempio, mediante piatti conduttivi con relative porzioni opportunamente estese, sagomate, e/o ripiegate - come descritto per l’almeno un secondo reoforo).
Dovrebbe essere evidente che la struttura proposta può far parte della progettazione di un circuito integrato. Il progetto può anche essere creato in un linguaggio di descrizione hardware; inoltre, se il progettista non fabbrica i circuiti integrati o le maschere, il progetto può essere trasmesso attraverso mezzi fisici ad altri. In ogni caso, il circuito integrato risultante può essere distribuito dal relativo produttore in forma di fetta (wafer) grezza, come piastrina nuda, o in contenitori (package). Inoltre, la struttura proposta può essere integrata con altri circuiti nella stessa piastrina, o può essere montata in prodotti intermedi (come schede madri) ed accoppiato ad una o più altre piastrine (come un processore). In ogni caso, il circuito integrato à ̈ adatto ad essere usato in sistemi complessi (come applicazioni automotive o microcontrollori).
Una forma di realizzazione della presente invenzione propone un sistema (ad esempio, una telefono cellulare, un computer, e simili) comprendente uno o più di tali dispostivi elettronici.
Comunque, il dispositivo elettronico può essere utilizzato in qualsiasi altra applicazione, e può ovviamente essere realizzato e messo in commercio come prodotto a sé stante.
Una forma di realizzazione della presente invenzione propone un metodo per realizzare tale dispositivo elettronico. Il metodo comprende i seguenti passi. Innanzi tutto, sono fornite almeno una piastrina in materiale semiconduttore ed almeno una ulteriore piastrina in materiale semiconduttore in ciascuna delle quali à ̈ integrato almeno un componente elettronico; ciascuna piastrina comprende almeno un primo terminale di conduzione su una prima superficie della piastrina ed almeno un secondo terminale di conduzione su una seconda superficie della piastrina opposta alla prima superficie. Detta almeno una piastrina e detta almeno una ulteriore piastrina sono inglobate in un corpo isolante. Nella soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, il metodo ulteriormente comprende accoppiare elettricamente un primo dissipatore di calore a detto almeno un primo terminale di conduzione di detta almeno una piastrina e a detto almeno un primo terminale di condizione di detta almeno una ulteriore piastrina, ed almeno un secondo dissipatore di calore a detto almeno un secondo terminale di conduzione di detta almeno una piastrina e a detto almeno un secondo terminale di conduzione di detta almeno una ulteriore piastrina; almeno uno tra detto primo dissipatore di calore e detto almeno un secondo dissipatore di calore comprende almeno una porzione esposta dal corpo isolante. Inoltre, il metodo comprende accoppiare elettricamente un primo reoforo ed un secondo reoforo esposti dal corpo isolante per il montaggio passante del dispositivo elettronico su una scheda elettronica al primo dissipatore di calore e a detto almeno un secondo dissipatore di calore, rispettivamente.
Ad ogni modo, la soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione si presta ad essere implementata con un metodo equivalente (usando passi simili, rimovendo alcuni passi non essenziali, o aggiungendo ulteriori passi opzionali); inoltre, i passi possono essere eseguiti in ordine diverso, in parallelo o sovrapposti (almeno in parte).
* * * * *

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Un dispositivo elettronico (100,500) comprendente: almeno una piastrina (1051) in materiale semiconduttore ed almeno una ulteriore piastrina (1052) in materiale semiconduttore in ciascuna delle quali à ̈ integrato almeno un componente elettronico, ciascuna piastrina comprendendo almeno un primo terminale di conduzione (TD1,TD2) su una prima superficie (115L1,115L2) della piastrina ed almeno un secondo terminale di conduzione (TS1,TS2) su una seconda superficie (115U1,115U2) della piastrina opposta alla prima superficie, ed un corpo isolante (110) che ingloba detta almeno una piastrina e detta almeno una ulteriore piastrina, caratterizzato dal fatto che il dispositivo elettronico ulteriormente comprende un primo dissipatore di calore (120) accoppiato elettricamente a detto almeno un primo terminale di conduzione di detta almeno una piastrina e a detto almeno un primo terminale di condizione di detta almeno una ulteriore piastrina, ed almeno un secondo dissipatore di calore (1251,1252) accoppiato elettricamente a detto almeno un secondo terminale di conduzione di detta almeno una piastrina e a detto almeno un secondo terminale di conduzione di detta almeno una ulteriore piastrina, almeno uno tra detto primo dissipatore di calore e detto almeno un secondo dissipatore di calore comprendendo almeno una porzione esposta (130E1,130E2) dal corpo isolante, ed un primo reoforo (135D) ed un secondo reoforo (135S) esposti dal corpo isolante per il montaggio passante del dispositivo elettronico su una scheda elettronica, il primo reoforo essendo accoppiato elettricamente al primo dissipatore di calore ed il secondo reoforo essendo accoppiato elettricamente a detto almeno un secondo dissipatore di calore.
  2. 2. Il dispositivo elettronico secondo la Rivendicazione 1, in cui la prima superficie di detta almeno una piastrina à ̈ rivolta verso la prima superficie di detta almeno una ulteriore piastrina, il primo dissipatore di calore essendo disposto tra detta almeno una piastrina e detta almeno una ulteriore piastrina, ed in cui detto almeno un secondo dissipatore di calore comprende un elemento di dissipazione (1301) affacciato alla seconda superficie di detta almeno una piastrina ed un ulteriore elemento di dissipazione (1302) affacciato alla seconda superficie di detta almeno una ulteriore piastrina, detta almeno una porzione esposta comprendendo una porzione esposta (130E1) dell’elemento di dissipazione distale da detta almeno una piastrina ed un’ulteriore porzione esposta (130E2) dell’ulteriore elemento di dissipazione distale da detta almeno una ulteriore piastrina.
  3. 3. Il dispositivo elettronico secondo la Rivendicazione 1 o 2, in cui il primo reoforo ed il secondo reoforo hanno una prima superficie esposta ed un seconda superficie esposta, rispettivamente, dal corpo isolante, la prima superficie esposta essendo maggiore della seconda superficie esposta, ed in cui il primo reoforo à ̈ di pezzo con il primo dissipatore di calore.
  4. 4. Il dispositivo elettronico secondo la Rivendicazione 2 o 3, in cui il secondo reoforo contatta direttamente detto almeno un secondo dissipatore di calore.
  5. 5. Il dispositivo elettronico secondo la Rivendicazione 4, in cui ciascun elemento di dissipazione comprende un piatto affacciato alla seconda superficie di detta almeno una piastrina corrispondente ed un elemento (130S1,130S2) sporgente trasversalmente dal piatto verso l’altro elemento di dissipazione, il secondo reoforo essendo interposto tra e contattando direttamente l’elemento sporgente dell’elemento di dissipazione e l’elemento sporgente dell’ulteriore elemento di dissipazione.
  6. 6. Il dispositivo elettronico secondo la Rivendicazione 4, in cui detto almeno un secondo dissipatore di calore ulteriormente comprende un elemento di collegamento a ponte (430P) tra l’elemento di dissipazione e l’ulteriore elemento di dissipazione, il secondo reoforo contattando direttamente l’elemento di collegamento a ponte.
  7. 7. Il dispositivo elettronico secondo una qualsiasi delle precedenti Rivendicazioni, in cui l’almeno un componente elettronico comprende almeno un transistore di potenza.
  8. 8. Il dispositivo elettronico secondo la Rivendicazione 7, in cui ciascuna piastrina ulteriormente comprende almeno un terminale di controllo (TG1,TG2) sulla seconda superficie della piastrina, il corrispondente elemento di dissipazione estendendosi su almeno una porzione del terminale di controllo e comprendendo almeno un incavo per isolare elettricamente detta almeno una porzione del terminale di controllo dall’elemento di dissipazione, ed in cui il dispositivo elettronico ulteriormente comprende un reoforo di controllo (135G) e mezzi di collegamento a filo che collegano elettricamente il reoforo di controllo a detto almeno un terminale di controllo di detta almeno una piastrina e a detto almeno un terminale di controllo di detta almeno una ulteriore piastrina all’interno del corpo isolante.
  9. 9. Il dispositivo elettronico secondo la Rivendicazione 7 o 8, in cui ciascuna piastrina comprende un ulteriore secondo terminale conduzione (TS1a,TS2a) sulla seconda superficie, ed in cui il dispositivo elettronico comprende un ulteriore secondo reoforo (535Sa) ed ulteriori mezzi di collegamento a filo che collegano elettricamente l’ulteriore secondo reoforo a detto almeno un ulteriore secondo terminale di detta almeno una piastrina e a detto almeno un ulteriore secondo terminale di detta almeno una ulteriore piastrina all’interno del corpo isolante.
  10. 10. Un metodo per realizzare un dispositivo elettronico (100,500), il metodo comprendendo i passi di: fornire almeno una piastrina (1051) in materiale semiconduttore ed almeno una ulteriore piastrina (1052) in materiale semiconduttore in ciascuna delle quali à ̈ integrato almeno un componente elettronico, ciascuna piastrina comprendendo almeno un primo terminale di conduzione (TD1,TD2) su una prima superficie (115L1,115L2) della piastrina ed almeno un secondo terminale di conduzione (TS1,TS2) su una seconda superficie (115U1,115U2) della piastrina opposta alla prima superficie, ed inglobare detta almeno una piastrina e detta almeno una ulteriore piastrina in un corpo isolante (110), caratterizzato dal fatto che il metodo ulteriormente comprende accoppiare elettricamente un primo dissipatore di calore (120) a detto almeno un primo terminale di conduzione di detta almeno una piastrina e a detto almeno un primo terminale di conduzione di detta almeno una ulteriore piastrina, ed almeno un secondo dissipatore di calore (1251,1252) a detto almeno un secondo terminale di conduzione di detta almeno una piastrina e a detto almeno un secondo terminale di conduzione di detta almeno una ulteriore piastrina, almeno uno tra detto primo dissipatore di calore e detto almeno un secondo dissipatore di calore comprendendo almeno una porzione esposta (130E1,130E2) dal corpo isolante, ed accoppiare elettricamente un primo reoforo (135D) ed un secondo reoforo (135S) esposti dal corpo isolante per il montaggio passante del dispositivo elettronico su una scheda elettronica al primo dissipatore di calore e a detto almeno un secondo dissipatore di calore, rispettivamente. * * * * *
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