WO2011157267A1 - Halbleiter-bauteil mit integrierter kammer für ein kühlmittel sowie methode zum herstellen eines halbleiter-bauteils mit integrierter kammer für ein kühlmittel und aufnahme-vorrichtung zur aufnahme eines derartigen halbleiter-bauteils - Google Patents

Halbleiter-bauteil mit integrierter kammer für ein kühlmittel sowie methode zum herstellen eines halbleiter-bauteils mit integrierter kammer für ein kühlmittel und aufnahme-vorrichtung zur aufnahme eines derartigen halbleiter-bauteils Download PDF

Info

Publication number
WO2011157267A1
WO2011157267A1 PCT/DE2011/001376 DE2011001376W WO2011157267A1 WO 2011157267 A1 WO2011157267 A1 WO 2011157267A1 DE 2011001376 W DE2011001376 W DE 2011001376W WO 2011157267 A1 WO2011157267 A1 WO 2011157267A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carrier
semiconductor
semiconductor element
coolant
semiconductor component
Prior art date
Application number
PCT/DE2011/001376
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Gruber
Original Assignee
Markus Gruber
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Markus Gruber filed Critical Markus Gruber
Publication of WO2011157267A1 publication Critical patent/WO2011157267A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/563—Encapsulation of active face of flip-chip device, e.g. underfilling or underencapsulation of flip-chip, encapsulation preform on chip or mounting substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]

Definitions

  • the invention relates, on the one hand, to a semiconductor component in which a semiconductor element is applied to a carrier in a manner in which a chamber is present between the carrier and the semiconductor, through which a coolant can be passed. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a semiconductor device in which a chamber between a semiconductor element and a carrier is present, which can be charged with a coolant. On the other hand, the invention relates to a receiving device for receiving such a semiconductor device by means of which the semiconductor component can be connected to a coolant circuit.
  • the coolant used for cooling the semiconductor element can receive a larger amount of heat energy from the semiconductor element to be transported away quickly and efficiently.
  • water has a heat capacity increased by a factor of about 4000 as compared with air.
  • a liquid is able to absorb and transport much larger amounts of thermal energy.
  • the removal of the waste heat can advantageously be made particularly effective if the coolant is passed as close as possible to the place of heat generation. For this reason, it is advantageous to bring the coolant as close as possible to the semiconductor element.
  • the coolant should be in direct contact with the surface of the semiconductor heat generating element to receive the heat directly at the site of formation.
  • the object of the invention is achieved by a semiconductor component with a carrier and a semiconductor element, in which a chamber for a coolant is present between the carrier and the semiconductor element, and the semiconductor element by means of individual material depots present between the carrier and the semiconductor element is arranged on the carrier.
  • the semiconductor component with its chamber for the coolant structurally very simple structure and allows it to introduce the coolant directly to the semiconductor element to ensure the most efficient cooling of the semiconductor element.
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing a semiconductor device having a chamber for a coolant, in which a semiconductor element is applied to a carrier and the semiconductor element is secured by means of individual material depots spaced on the carrier ,
  • the semiconductor element is fastened to the carrier by means of the individual material depots, it is no longer necessary to connect the semiconductor element and the carrier with further components or component groups, as is usual in the current state of the art is to manufacture.
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing a semiconductor component with a chamber for a coolant, in which a semiconductor element is applied to a carrier by means of a flip-chip method or bump bonding method.
  • the semiconductor element can also be arranged by means of a plurality of metal balls arranged between the semiconductor element and the carrier, which can pass through Heating at least partially be made to melt and thus connect the cooling element after the semiconductor element with the carrier.
  • the chamber for the coolant of the semiconductor device is advantageously provided when the semiconductor element is fixed on the carrier by means of the material depots, so that a chamber for a coolant is formed between the semiconductor element and the carrier.
  • the material deposits deposited in particular in the flip-chip method, in the bump bonding or in the ball-grid array method (BGA method), such as metal beads, on the one hand as a spacer ter between the semiconductor element and the carrier and on the other hand for electrically contacting at least the surface of the semiconductor element facing in the direction of the carrier.
  • BGA method ball-grid array method
  • the material depots consist of bumps applied to the carrier.
  • bumps are already made of different connection technologies, such as tape-automated bonding (TAB), chip-size packaging (CSP) and the above-mentioned flip-chip method (FC) or bump bonding method.
  • TAB tape-automated bonding
  • CSP chip-size packaging
  • FC flip-chip method
  • An alternative embodiment contemplates the use of fusible metal balls, such as solder, which may be used by heating to establish a durable and electrically conductive connection between the semiconductor element and the carrier.
  • such bumps advantageously connect the semiconductor element and the carrier of a semiconductor component with one another as material depots, without the need for further components or component groups for connecting the semiconductor element and the carrier.
  • the material depots are spacers between the semiconductor element and the carrier.
  • the chamber for the coolant of a semiconductor device is particularly easily manufactured.
  • the material depots are electrically conductive.
  • the material depots used in the context of the invention may consist of different materials which are suitable for producing durable connections between the semiconductor element and the carrier.
  • the material depots may consist of an adhesive or of a plastic.
  • the material depots In order to establish a particularly high-quality connection between the semiconductor element and the carrier, which on the one hand is electrically highly conductive and on the other hand is particularly durable and corrosion-resistant, it is advantageous if the material depots have the material gold.
  • the semiconductor element is positioned spaced from the carrier by the material depots, so that the material depots arranged in the edge region of the semiconductor element prepare the space between the semiconductor element and the carrier to a closed chamber for a coolant or ideally close. Therefore, it is advantageous that the material depots are arranged in the edge region of the semiconductor element between the semiconductor element and the carrier. It is understood that in this context, not every material depot must be arranged entirely between the semiconductor element and the carrier. Rather, it is sufficient in many cases when the material depot is only partially disposed between the semiconductor element and the carrier.
  • the material depots are particularly easily provided when the material depots are made from a lithographically treated surface coating of the support. It goes without saying, however, that the material depots can also be produced by means of other methods, such as ultrasound bonding, bump bonding or ball bonding.
  • An embodiment variant provides that the carrier has a glass plate. It is understood that as a carrier, components made of other materials such as plastic or other printed circuit board materials can be used.
  • the carrier is at least partially electrically conductive.
  • a glass plate can be rendered electrically conductive, for example, by a metallization of the surface and, moreover, can be used as a printed circuit board by structuring this metal surface.
  • the carrier has printed conductors. If the carrier has such conductor tracks, it is particularly easy to connect the semiconductor element to other components or to a voltage or current supply.
  • the carrier may also have holes used to establish an electrically conductive connection between the tracks of the carrier disposed on opposite surfaces of the carrier or on internal layers in the interior carrier.
  • the carrier may have contact surfaces or connection pins on at least one of its surfaces, with the aid of which the semiconductor component can be electrically and mechanically connected to a printed circuit board, for example by solder connections.
  • the pads or terminal pins may be used to establish an electrically conductive connection between the semiconductor device and a receptacle device and via the receptacle device to other components.
  • a plurality of semiconductor elements can be arranged on the carrier, so that a plurality of semiconductor elements can be cooled by means of a coolant.
  • the semiconductor device may have a plurality of different semiconductor elements.
  • processors such as main processors (CPUs), graphics processors (GPUs) and / or memory elements can be used as semiconductor elements.
  • At least one temperature sensor or at least one temperature-dependent resistor such as a PTC or an NTC element, can be arranged both on the carrier and on the semiconductor element with the aid of which the current temperature of the semiconductor element can be determined.
  • a structurally preferred embodiment provides that the semiconductor element has on its side facing the carrier and / or on its side facing away from the carrier electrodes and contact surfaces. By means of these electrodes or contact surfaces, electrical signals can be exchanged between the semiconductor element and the carrier via the conductive material depots arranged between the semiconductor element and the carrier.
  • the exact contour of the carrier and the semiconductor element does not matter. Both can be round, angular or irregular in shape.
  • the distance of the semiconductor element from the carrier can be varied by means of the height of the material depots arranged between the carrier and the semiconductor element.
  • the chamber for the coolant may have a volume in the microliter range ( ⁇ range) and in the milliliter range (ml range).
  • the chamber for the coolant is structurally particularly simply provided when the material depots are arranged in the edge region of the semiconductor element between the semiconductor element and the carrier. [44]
  • the chamber for the coolant is particularly tightly sealed in the area between the semiconductor element and the carrier, when the chamber is additionally sealed between the semiconductor element and the carrier by a sealant.
  • the sealant is used in the edge region of the semiconductor element.
  • the object of the invention is also achieved by a receiving device for receiving a semiconductor device according to one of the preceding claims.
  • the recording device is easy to handle if it has both electrical connections or contacts as well as supply and discharge lines for a coolant.
  • the receiving device has at least one respective opening for the supply and / or discharge of a coolant, which is arranged communicating with the openings for supply and discharge of the coolant in the carrier of the semiconductor component.
  • At least one seal made of an elastic material is arranged between the receiving device and the carrier of the semiconductor component.
  • the recording device has openings for receiving the connection pins arranged on the carrier of the semiconductor component.
  • An alternative embodiment provides that the device has contact surfaces or contact springs which are arranged to communicate with the contact surfaces located on the carrier of the semiconductor component.
  • the recording device is suitable for both the semiconductor component electrically conductive as well as for supplying and discharging the coolant to connect.
  • the recording device has a mechanism with the aid of which the semiconductor component is pressed in the direction of the recording device.
  • the receiving device has a fluidics having an inlet and outlet device for a coolant.
  • the chamber for the coolant of the semiconductor component is structurally particularly easy to reach.
  • the receiving device has channels through which the coolant can be conducted to the semiconductor component or directed away from the semiconductor component. The channels are also used to derive the coolant to other components or to direct further components to the receiving device.
  • the receiving device has connections for hoses which communicate with the channels or lines for the coolant located in the receiving device.
  • FIG. 1 shows schematically a cross section through a semiconductor component
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a semiconductor component from FIG. 1,
  • FIG. 3 schematically shows a cross section through a receiving device for receiving a semiconductor component from FIG. 1 to FIG. 2,
  • FIG. 4 schematically shows a cross section through an alternative embodiment of a receiving device for receiving a semiconductor component from FIG. 1 to FIG. 2,
  • FIG. 5 schematically shows a cross section through a receiving device of Figure 3 with inserted semiconductor component of Figure 1 to Figure 2
  • FIG. 6 schematically shows a cross section through an Aumahmevorraum of Figure 4 with inserted semiconductor component of Figure 1 to Figure 2.
  • the semiconductor component 1 shown in FIGS. 1 and 2 consists of a carrier 2 made of a printed circuit board and at least one silicon-based semiconductor element 3.
  • the carrier 2 is at least one-sided, that is to say in the present example the semiconductor element 3 facing side coated with conductor tracks 4.
  • a plurality of bumps 5 are applied between the semiconductor element 3 and the carrier 2.
  • these bumps 5 are located in the edge regions of the semiconductor element 3 in order to make at least a part of the space between the semiconductor element 3 and the carrier 2 free of material.
  • the semiconductor element 3 is electrically connected to the carrier 2 and thus also to the conductor tracks 4 of the carrier 2 and to the other spaced from the carrier 2, so that between the carrier 2 and the semiconductor element 3 a Chamber for a coolant 6 is formed.
  • the chamber 6 for the coolant 12 is present on the lower side 7 of the semiconductor device 1 by the carrier 2, on the upper side 8 of the semiconductor device 1 by the semiconductor element 3 and both on the right side 9 and on the left Side 10 of the semiconductor device 1 limited by the large number of optionally fused bumps 5.
  • a variant embodiment provides for a coating of the semiconductor element 3 with a dielectric 11 in the region of the chamber 6 for the coolant 12, with which a direct contact of the coolant 12 located in the chamber 6 with the semiconductor element 3 is avoided.
  • a dielectric 11 is selected for the coating, which has electrically insulating properties.
  • the chamber 6 for the coolant 12 in these areas is additionally sealed by a sealing compound 13 around.
  • the sealing compound 13 has only sealing functions and no additional adhesive functions to the semiconductor element 3 to stick to the carrier 2. This function, which ensures a secure hold of the conductor element 3 on the carrier 2 ensures, takes place in this embodiment essentially by the plurality of bumps. 5
  • At least one opening 14 is provided in the carrier 2, via which a supply and / or removal of the coolant 12 into or out of the chamber 6 is achieved.
  • first contact surfaces 16 are arranged on the side 2 facing the carrier 2, with the aid of which electrical signals or a voltage supply can be connected to the semiconductor element 3 via the bumps 5 from the carrier 2.
  • the semiconductor element 3 being fixed on the carrier 2 by means of the multiplicity of bumps 5, the distance between the semiconductor element 3 and the carrier 2 can be made very small, since there are no further components or component groups for fastening the semiconductor element 3 needed on the carrier 2.
  • the semiconductor component 1 has a very clear and uncomplicated structure, whereby the semiconductor component 1 can be produced very simply and inexpensively.
  • an electrically conductive connection between the semiconductor element 3 and the carrier 2 is structurally particularly simple, without additionally electrically conductive wires in the region of the chamber 6 for the coolant 12 between the semiconductor element 3 and the conductor tracks 4 of the carrier 2 to provide.
  • the carrier 2 of the semiconductor component 1 has holes for through-contacting 17 electrical signals between the upper and lower sides of the carrier 2. If necessary, existing conductor tracks inside the carrier 2 (not shown here for reasons of clarity) can are also electrically conductively connected via such vias designated by the expert as vias.
  • the semiconductor component t on the carrier 2 can be provided with connection pins 18, which can be used for the transmission of electrical signals to a recording device.
  • contact pads or contact surfaces 19 make it possible to connect the semiconductor device 1, for example by soldering to a circuit board both mechanically and electrically conductive.
  • contact surfaces 19 can also be used to establish an electrically conductive connection to Griffinfe- the, which are arranged in a suitable receiving device.
  • the recording device 20 shown in FIG. 3 is particularly well suited.
  • the receiving device 20 consists essentially of a bottom plate 21, with integrated channels 22, at least one elastic seal 23 (here only exemplified zubertert), and openings 24 for receiving the contact pins 18 (here only exemplified) of the semiconductor Components 1.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of a receiving device 30 for receiving a semiconductor component 1.
  • this receiving device 30 openings for receiving contact pins are dispensed with. Instead, contact springs 35 (numbered here only by way of example) are used. The remaining components correspond to those of the embodiment variant shown in FIG.
  • FIG. 5 shows the receiving device according to FIG. 3 with inserted semiconductor component 1.
  • the channels 22 (numbered here only as an example) of the receiving device 20 in this case communicate with the openings 14 of the semiconductor component 1.
  • one or more seals 23 may be arranged.
  • the chamber 6 for the coolant 12 of the semiconductor component 1 can be charged with a coolant 12 via the receiving device 20.
  • at least one of the channels 22 of the receiving device for supplying the coolant 12 and at least one of the remaining channels 22 for discharging the coolant 12 from the chamber 6 for the coolant 12 of the semiconductor component 1 is used.
  • the openings for receiving the contact pins 24 of the receiving device communicate with the connection pins 18 of the semiconductor device.
  • the at least one elastic seal 23 in the present case consists of a silicone.
  • materials such as rubber or rubber-like materials such as polydimethylsiloxane PDMS may also be used.
  • FIG. 6 shows the recording device according to FIG. 4 with inserted semiconductor component 1, which has no connection pins 18. Instead, the electrical contact between the Aumahmevoriques 30 and the semiconductor device 1 is established via contact springs 35, which are arranged communicating with the contact surfaces 19 of the semiconductor device 1. The remaining characteristics correspond to those in FIG. 5.
  • the exemplary embodiments shown here in no way limit the present invention, but represent only exemplary embodiments. Those skilled in the art will recognize that the semiconductor devices and suspenders shown herein may vary in shape and shape, for example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Um die bei Halbleiterelementen entstehende Wärme effektiv abzuleiten, schlägt die Erfindung ein Halbleiter-Bauteil mit einem Träger und zumindest einem Halbleiterelement vor, bei welchem zwischen dem Träger und dem Halbleiterelement eine Kammer für ein Kühlmedium vorhanden ist und das Halbleiterelement mittels einzelner zwischen dem Träger und dem Halbleiterelement vorhandener Materialdepots an dem Träger angeordnet ist.

Description

Halbleiter-Bauteil mit integrierter Kammer für ein Kühlmittel sowie Methode zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils mit integrierter Kammer für ein Kühlmittel und Aufnahme- Vorrichtung zur Aufnahme eines derartigen Halbleiter-Bauteils
[01] Die Erfindung betrifft einerseits ein Halbleiter-Bauteil, bei dem ein Halbleiterelement in einer Weise auf einem Träger aufgebracht wird, bei der zwischen dem Träger und dem Halbleiter eine Kammer vorhanden ist, durch die ein Kühlmittel geleitet werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiter-Bauteils bei dem eine Kammer zwischen einem Halbleiterelement und einem Träger vorhanden ist, die mit einem Kühlmittel beschickt werden kann. Andererseits betrifft die Erfindung eine Aufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme eines derartigen Halbleiter-Bauteils mit deren Hilfe das Halbleiter-Bauteil an einem Kühlmittelkreislauf angebunden werden kann.
[02] Im Bereich der Halbleiterindustrie besteht der Bedarf, die von einem Halbleiterelement erzeugte Wärme effektiv vom Halbleiterelement abzuführen und an die Umgebung ab- zugeben. Nach gegenwärtigem Stand der Technik werden hierzu meist Kühlkörper aus Metall am oder in der unmittelbaren Umgebung des Wärme erzeugenden Halbleiterelements angeordnet, die gegebenenfalls in Verbindung mit Lüftern für einen Abtransport der Wärme sorgen. Nachteil dieses Verfahrens ist der insbesondere bei Mikroprozessoren (CPUs) oder Grafikprozessoren (GPUs) der hohe Platzbedarf für die Metallkühler und die zugehörigen Lüfter. Darüber hinaus ist es hierbei unabdingbar, das Gehäuse, in dem das Wärme erzeugende Halbleiter-Bauteil verbaut ist, der Art zu gestalten, dass ein kontinuierlicher Luftstrom von außen in das Gehäuse eintreten kann und die Abluft das Gehäuse ungehindert verlassen kann.
[03] Eine unerwünschte Folge hiervon ist, dass mit der angesaugten Umgebungsluft auch Verschmutzungen wie Staub und dergleichen in das Gehäuse gelangen können und sich dort ablagern können.
[04] Um diese Problematik zu vermeiden, ist es wünschenswert, dass eine kontinuierliche Durchströmung des Gerätegehäuses mit Umgebungsluft vermieden wird. [05] Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die zur Wärmeabführung verwendeten Bauteile möglichst platzsparend gestaltet werden können.
[06] Ferner ist es wünschenswert, dass das zur Kühlung des Halbleiterelements verwendete Kühlmittel eine größere Menge an Wärmeenergie vom Halbleiterelement aufnehmen kann, um diese rasch und effizient abzutransportieren. So weist Wasser eine um einen Faktor von etwa 4000 erhöhte Wärmekapazität im Vergleich zu Luft auf. Bezogen auf das Kühlmittelvolumen ist demnach eine Flüssigkeit in der Lage, wesentlich größere Mengen thermischer Energie aufzunehmen und abzutransportieren. Mit Hilfe anderer Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemische können noch stärkere Kühleffekte erzielt werden. [07] Der Abtransport der Abwärme kann vorteilhafter Weise dann besonders effektiv gestaltet werden, wenn das Kühlmittel möglichst nah an den Ort der Wärmeentstehung geleitet wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, das Kühlmittel möglichst nah an das Halbleiterelement heranzufuhren. Idealer Weise sollte das Kühlmittel in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Wärme erzeugenden Halbleiterelements treten um die Wärme direkt am Ort der Entstehung aufzunehmen.
[08] Bei einer konventionellen Kühlung mittels Metallkühler ist dies nicht gegeben, da das Kühlmittel, also die hierzu meist verwendete Umgebungsluft, die Abwärme an einer vom Ort der Wärmeentstehung weit entfernten Stelle aufnimmt und von dort abtransportiert.
[09] Aufgrund der im Vergleich zu Flüssigkeiten wie Wasser deutlich reduzierten Wärme- kapazität von Luft sind hierbei deutlich größere Volumina an Kühlmittel zum Abtransport der Abwärme nötig, als dies bei Verwendung flüssiger Kühlmittel der Fall wäre.
[10] Zum Verbesserten Abtransport der am Halbleiter entstehenden Wärme sind Flüssigkeitskühlungen bekannt, bei denen ein von einem flüssigen Kühlmittel durchströmter Metallkühler ähnlich eines herkömmlichen Metallkühlers an das Halbleiter-Bauteil angekoppelt wird. Wie bei herkömmlichen Luftkühlern erreicht hierbei das Kühlmittel jedoch nicht die direkte Umgebung des Halbleiterelements und somit auch nicht den Ort der Wärmeentstehung. [11] Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung das Kühlmittel direkt an das Halbleiterelement heranzuführen, um so für eine effizientere Kühlung und einen verbesserten Abtransport der Wärme zu sorgen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Zufluss und Abfluss des Kühlmittels in das Halbleitergehäuse bzw. aus diesem wieder heraus zu ermöglichen. [12] Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Halbleiter-Bauteil mit einem Träger und einem Halbleiterelement gelöst, bei welchem zwischen dem Träger und dem Halbleiterelement eine Kammer für ein Kühlmittel vorhanden ist, und das Halbleiterelement mittels einzelner zwischen dem Träger und dem Halbleiterelement vorhandener Materialdepots an dem Träger angeordnet ist. [13] Durch einen derartigen Aufbau ist das Halbleiter-Bauteil mit seiner Kammer für das Kühlmittel konstruktiv besonders einfach aufgebaut und gestattet es, das Kühlmittel direkt an das Halbleiterelement heranzuführen um eine möglichst effiziente Kühlung des Halbleiterelements zu gewährleisten.
[14] In diesem Zusammenhang wird die Aufgabe der Erfindung auch von einem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils mit einer Kammer für ein Kühlmittel gelöst, bei welcher ein Halbleiterelement auf einem Träger aufgebracht wird und das Halbleiterelement mittels einzelner Materialdepots beabstandet auf dem Träger befestigt wird.
[15] Dadurch, dass das Halbleiterelement mittels der einzelnen Materialdepots auf dem Träger befestigt wird, ist es nicht weiter notwendig, eine Verbindung zwischen dem Halblei- terelement und dem Träger durch weitere Bauteile bzw. Bauteilgruppen, wie es bei dem derzeitigen Stand der Technik üblich ist, herzustellen.
[16] Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils mit einer Kammer für ein Kühlmittel gelöst, bei welchem ein Halbleiterelement auf einem Träger mittels eines Flip-Chip-Verfahrens oder Bump-Bonding- Verfahrens aufgebracht wird.
[17] Alternativ dazu kann das Halbleiterelement ebenfalls mittels mehrer, zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordneter Metallkugeln angeordnet werden, die durch Erhitzung zumindest partiell zum Schmelzen gebracht werden und somit nach dem Erkalten das Halbleiterelement mit dem Träger verbinden.
[18] Die Kammer für das Kühlmittel des Halbleiter-Bauteils wird vorteilhaft bereitgestellt, wenn das Halbleiterelement mittels der Materialdepots beabstandet auf dem Träger befestigt wird, sodass zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger eine Kammer für ein Kühlmittel gebildet wird.
[19] Vorteilhaft ist es bei dem beschriebenen Verfahren, dass die insbesondere im Flip- Chip- Verfahren, im Bump -Bonding bzw. im Ball-Grid-Array Verfahren (BGA- Verfahren) aufgebrachten Materialdepots, wie beispielsweise Metallkügelchen, einerseits als Distanzhal- ter zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger und andererseits zur elektrischen Kon- taktierung zumindest der in Richtung des Trägers weisenden Oberfläche des Halbleiterelements dienen.
[20] Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Materialdepots aus auf dem Träger aufgebrachten Bumps bestehen. Derartige Bumps sind bereits aus unterschiedlichen Verbindungstechnolo- gien, wie beispielsweise dem Tape- Automated-Bonding (TAB), dem Chip-Size-Packaging (CSP) und dem vorstehend bereits erwähnten Flip-Chip- Verfahren (FC) bzw. Bump-Bonding- Verfahren bekannt.
[21] Eine alternative Ausführung sieht die Verwendung schmelzbaren Metallkugeln, die beispielsweise aus Lötzinn bestehen können vor, die durch Erhitzen zum Etablieren einer haltbaren und elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger herangezogen werden können.
[22] Somit verbinden derartige Bumps vorliegend als Materialdepots das Halbleiterelement und den Träger eines Halbleiter-Bauteils vorteilhaft miteinander, ohne dass weitere Bauteile bzw. Bauteilgruppen zum Verbinden des Halbleiterelements und des Trägers benötigt wer- den. [23] Vorteilhaft ist es also, wenn die Materialdepots Distanzhalter zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger sind. So ist die Kammer für das Kühlmittel eines Halbleiter- Bauteils besonders einfach hergestellt.
[24] Um zwischen dem Halbleiter element und dem Träger eine elektrisch leitende Verbin- dung bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Materialdepots elektrisch leitfähig sind.
[25] Es versteht sich, dass die im Sinne der Erfindung verwendeten Materialdepots aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können, die dazu geeignet sind, haltbare Verbindungen zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger herzustellen. Beispielsweise können die Materialdepots aus einem Kleber oder aus einem Kunststoff bestehen. Um eine besonders hochwertige Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger zu etablieren, die zum einen elektrisch besonders gut leitend ist und zum anderen besonders haltbar und korrosionsbeständig ist, ist es vorteilhaft, wenn die Materialdepots den Werkstoff Gold aufweisen.
[26] Wie bereits vorstehend erwähnt, wird das Halbleiterelement durch die Materialdepots beabstandet von dem Träger positioniert, sodass die im Randbereich des Halbleiterelements angeordneten Materialdepots den Raum zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger zu einer geschlossenen Kammer für ein Kühlmittel vorbereiten bzw. idealer Weise verschließen. Deshalb ist es vorteilhaft, dass die Materialdepots im Randbereich des Halbleiterelements zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnet sind. Es versteht sich, dass in diesem Zusammenhang nicht jedes Materialdepot zur Gänze zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnet sein muss. Vielmehr reicht es in vielen Fällen aus, wenn das Materialdepot nur teilweise zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnet ist.
[27] Die Materialdepots sind besonders einfach bereitgestellt, wenn die Materialdepots aus einer lithographisch behandelten Oberflächenbeschichtung des Trägers hergestellt sind. Es versteht sich, dass die Materialdepots aber auch mit Hilfe anderer Verfahren wie beispielsweise Ultraschall-Bonden, Bump-Bonden oder Ball-Bonden hergestellt werden können. [28] Eine Ausfuhrungsvariante sieht vor, dass der Träger eine Glasplatte aufweist. Es versteht sich, dass als Träger auch Bauteile aus anderen Materialien wie etwa Kunststoff oder sonstigen Leiterplattenmaterialien verwendet werden können.
[29] Es ist vorgeschlagen, dass der Träger zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist. Eine Glasplatte kann beispielsweise durch eine Metallisierung der Oberfläche elektrisch leitfähig gemacht und darüber hinaus durch Strukturierung dieser Metalloberfläche als Leiterplatte verwendet werden.
[30] Damit auf dem Träger Informationen gezielt weitergeleitet werden können, ist es vorteilhaft, wenn der Träger Leiterbahnen aufweist. Verfügt der Träger über derartige Leiterbah- nen, ist der Anschluss des Halbleiterelements vorteilhafter Weise an weitere Bauelemente oder eine Spannungs- bzw. Stromversorgung besonders einfach möglich.
[31 ] Der Träger kann darüber hinaus über Bohrungen verfügen, die zur Etablierung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Leiterbahnen des Trägers verwendet werden, die auf entgegen gesetzten Oberflächen des Trägers oder auf inneren Lagen im Inneren Trä- gers angeordnet sind.
[32] Der Träger kann auf zumindest einer seiner Oberflächen über Kontaktflächen oder Anschlusspins verfügen, mit deren Hilfe das Halbleiter-Bauelement beispielsweise durch Lötverbindungen mit einer Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden werden kann. Alternativ dazu können die Kontaktflächen oder Anschlusspins verwendet werden, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Halbleiter-Bauteil und einer Aufnahme- Vorrichtung und über die Aufnahme- Vorrichtung zu weiteren Komponenten zu etablieren.
[33] Um einen Zugang zu der Kammer für das Kühlmittel des vorliegenden Halbleiter- Bauteils zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn an dem Träger zumindest ein Zulauf und/oder ein Ablauf zur Kammer für das Kühlmittel angeordnet ist. Vorliegend hat sich bewährt, an dem Träger zumindest eine Zulauf-Öffnung und zumindest eine Ablauf-Öffnung vorzusehen. Je nach Anwendungsfall können unterschiedliche Zahlenverhältnisse zwischen Zulauf- und Ablauf-Öffnungen vorteilhaft sein. Weiterhin ist es möglich, sowohl den Zulauf als auch den Ablauf des Kühlmittels durch eine gemeinsame Öffnung im Träger des Halbleiter-Bauteils zu erzielen.
[34] Vorteilhafter Weise können an dem Träger mehrere Halbleiterelemente angeordnet sein, so dass mehrere Halbleiterelemente mittels eines Kühlmittels gekühlt werden können. [35] Es versteht sich, dass das Halbleiter-Bauteil eine Vielzahl an unterschiedlichen Halbleiterelemente aufweisen kann. Insbesondere können unterschiedliche Arten von Prozessoren, wie Hauptprozessoren (CPUs), Grafikprozessoren (GPUs) und/oder Speicher-Elemente als Halbleiterelemente Anwendung finden.
[36] Sowohl auf dem Träger als auch auf dem Halbleiterelement kann vorteilhafter Weise zumindest ein Temperatursensor oder zumindest ein temperaturabhängiger Widerstand wie ein PTC- oder ein NTC-Element angeordnet sein mit dessen Hilfe die aktuelle Temperatur des Halbleiterelements bestimmt werden kann.
[37] Eine baulich bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass das Halbleiterelement an seiner dem Träger zugewandten Seite und/oder an seiner dem Träger abgewandten Seite Elektroden und Kontakt-Flächen aufweist. Mittels dieser Elektroden oder Kontaktflächen können elektrische Signale zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger über die zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordneten leitfähigen Materialdepots hinweg ausgetauscht werden.
[38] Die elektrische Kontaktierung der dem Träger abgewandten Oberfläche des Halblei- terelements erfolgt über Drähte, die beispielsweise aufgelötet oder gebondet sind. Derartige Drähte komplizieren den Aufbau des Halbleiter-Bauteils nicht wesentlich und beeinträchtigen darüber hinaus nicht die Kühlung des Halbleiterelements mit einem Kühlmittel das durch die zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnete Kammer geleitet wird.
[39] Für das vorliegende Halbleiter-Bauteil spielt die genaue Kontur des Trägers und des Halbleiterelements keine Rolle. Beide können sowohl rund, eckig als auch unregelmäßiger Form ausgeprägt sein. [40] Der Abstand des Halbleiterelements von dem Träger kann mittels der Bauhöhe der zwischen dem Träger und dem Halbleiterelement angeordneten Materialdepots variiert werden.
[41] Im Zusammenhang mit der Fläche des Halbleiterelements und dem Abstand des Halb- leiterelements vom Träger kann die Kammer für das Kühlmittel ein Volumen im Mikroliter- Bereich (μΙ-Bereich) als auch im Milliliter-Bereich (ml-Bereich) aufweisen.
[42] Durch den vorstehend beschriebenen Aufbau des Halbleiter-Bauteils und des beschriebenen Verfahrens zum Herstellen des Halbleiter-Bauteils ist es möglich, das Halbleiterelement mit einem Abstand von wenigen Mikrometern bis zu mehreren Millimetern gegen- über dem Träger zu positionieren, so dass das Volumen der Kammer für das Kühlmittel in weitem Bereich variiert werden kann.
[43] Die Kammer für das Kühlmittel wird baulich besonders einfach bereitgestellt, wenn die Materialdepots im Randbereich des Halbleiterelements zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger angeordnet sind. [44] Die Kammer für das Kühlmittel wird in dem Bereich zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger besonders dicht verschlossen, wenn die Kammer zusätzlich zwischen dem Halbleiterelement und dem Träger durch ein Dichtmittel abgedichtet ist. Vorzugsweise wird das Dichtmittel im Randbereich des Halb leiterelements verwendet.
[45] Vorteilhafter Weise kann aufgrund der elektrisch leitfähigen Materialdepots auf zu- sätzliche elektrische Anschlüsse im Bereich der Kammer für das Kühlmittel verzichtet werden. Dies ist einer optimalen Durchströmung der Kammer mit einem Kühlmittel und damit einer effizienten Kühlung des Halbleiterelements förderlich.
[46] Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls von einer Aufnahme- Vorrichtung zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils nach einem der vorstehenden Ansprüche gelöst. [47] Leicht zu handhaben ist die Aufnahme- Vorrichtung, wenn diese sowohl über elektrische Anschlüsse oder Kontakte als auch über Zu- und Ablaufleitungen für ein Kühlmittel verfügt.
[48] Vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahme- Vorrichtung über zumindest je eine Öffnung zur Zuleitung und/oder Ableitung eines Kühlmittels verfügt, die mit den Öffnungen zur Zu- und Abführung des Kühlmittels im Träger des Halbleiter-Bauteils kommunizierend angeordnet ist.
[49] In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Dichtung aus einem elastischen Material zwischen der Aufnahme- Vorrichtung und dem Träger des Halbleiter- Bauteils angeordnet ist.
[50] Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Aufnahme- Vorrichtung über Öffnungen zur Aufnahme der am Träger des Halbleiter-Bauteils angeordneten Anschluss-Pins verfügt.
[51] Eine alternative Ausführung sieht vor, dass die Vorrichtung über Kontaktflächen oder Kontaktfedern verfügt, die mit den auf dem Träger des Halbleiter-Bauteils befindlichen Kon- taktflächen kommunizierend angeordnet sind.
[52] Auf diese Weise ist die Aufnahme- Vorrichtung dazu geeignet das Halbleiter-Bauteil sowohl elektrisch leitfähig als auch zum Zuführen und Ableiten des Kühlmittels zu anzubinden.
[53] Um das Halbleiter-Bauteil betriebssicher mit der Aufnahme- Vorrichtung zu verbin- den, ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme- Vorrichtung über einen Mechanismus verfügt, mit dessen Hilfe das Halbleiter-Bauteil in Richtung der Aufnahme- Vorrichtung gepresst wird.
[54] Um das in eine Aufnahme- Vorrichtung eingelegte Halbleiter-Bauteil mit einem Kühlmittel gut zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme- Vorrichtung eine Fluidik aufweist, welche eine Zulauf- und Ablaufeinrichtung für ein Kühlmittel aufweist. Mittels der Zulauf- und Ablaufeinrichtung ist die Kammer für das Kühlmittel des Halbleiter-Bauteils baulich besonders gut zu erreichen. [55] Vorteilhafterweise verfugt die Aufnahme- Vorrichtung über Kanäle durch die das Kühlmittel zum Halbleiter-Bauteil geleitet bzw. vom Halbleiter-Bauteil weg geleitet werden kann. Die Kanäle dienen weiterhin dazu, das Kühlmittel zu weiteren Komponenten abzuleiten bzw. von weiteren Komponenten hin zur Aufnahme- Vorrichtung zu leiten. [56] Vorteilhafterweise verfugt die Aufnahme- Vorrichtung über Anschlüsse für Schläuche, die mit den in der Aufnahme- Vorrichtung befindlichen Kanälen bzw. Leitungen für das Kühlmittel kommunizieren.
[57] Es versteht sich, dass zwischen allen separaten Bauteilen der Aufnahme- Vorrichtung als auch zwischen allen separaten Bauteilen des Halbleiter-Bauteils Dichtungen vorgesehen sein können, um diese Bauteile untereinander noch sicherer abzudichten.
[58] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand der nachfolgenden Erläuterung anliegender Zeichnungen beschrieben, in welchen beispielhaft ein Halbleiter-Bauteil mit Kühlmittelkammer und eine Aufnahme- Vorrichtung dargestellt sind.
[59] Es zeigt Figur 1 schematisch einen Querschnitt durch ein Halbleiter-Bauteil,
Figur 2 schematisch eine Aufsicht eines Halbleiter-Bauteils aus der Figur 1,
Figur 3 schematisch einen Querschnitt durch eine Aufnahme- Vorrichtung zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils aus Figur 1 bis Figur 2,
Figur 4 schematisch einen Querschnitt durch eine alternative Ausführung einer Aufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils aus Figur 1 bis Figur 2,
Figur 5 schematisch einen Querschnitt durch eine Aufnahmevorrichtung aus Figur 3 mit eingesetztem Halbleiter-Bauteil aus Figur 1 bis Figur 2 und Figur 6 schematisch einen Querschnitt durch eine Aumahmevorrichtung aus Figur 4 mit eingesetztem Halbleiter-Bauteil aus Figur 1 bis Figur 2.
[60] Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Halbleiter-Bauteil 1 besteht aus einem Träger 2 aus einer Leiterplatte und zumindest einem Halbleiterelement auf Silizium-Basis 3. Der Trä- ger 2 ist zumindest einseitig, das heißt im vorliegenden Beispiel, zumindest an der dem Halbleiterelement 3 zugewandten Seite mit Leiterbahnen 4 beschichtet. Zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Träger 2 sind eine Vielzahl an Bumps 5 (hier nur exemplarisch beziffert) aufgetragen. Vorzugsweise befinden sich diese Bumps 5 in den Randbereichen des Halbleiterelements 3, um zumindest einen Teil des Raums zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Träger 2 materialfrei zu gestalten.
[61] Mittels der Bumps 5 ist das Halbleiterelement 3 zum einen elektrisch mit dem Träger 2 und damit auch mit den Leiterbahnen 4 des Trägers 2 verbunden und zum anderen beabstandet von dem Träger 2 angeordnet, so dass zwischen dem Träger 2 und dem Halbleiterelement 3 eine Kammer für ein Kühlmittel 6 gebildet ist. Die Kammer 6 für das Kühlmittel 12 ist vorliegend an der unteren Seite 7 des Halbleiter-Bauteils 1 durch den Träger 2, an der oberen Seite 8 der Halbleiter-Bauteils 1 durch das Halbleiterelement 3 und sowohl an der rechten Seite 9 als auch an der linken Seite 10 des Halbleiter-Bauteils 1 durch die Vielzahl an gegebenenfalls miteinander verschmolzenen Bumps 5 begrenzt.
[62] Eine Ausführungsvariante sieht eine Beschichtung des Halbleiterelements 3 mit einem Dielektrikum 11 im Bereich der Kammer 6 für das Kühlmittel 12 vor, mit der ein direkter Kontakt des in der Kammer 6 befindlichen Kühlmittels 12 mit dem Halbleiterelement 3 vermieden wird. Vorteilhafterweise wird für die Bescbichtung ein Dielektrikum 11 gewählt, das elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.
[63] Um die Dichtheit der Kammer 6 für das Kühlmittel 12 im Bereich der Bumps 5 zu erhöhen, ist die Kammer 6 für das Kühlmittel 12 in diesen Bereichen zusätzlich durch eine Dichtmasse 13 ringsherum abgedichtet. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Dichtmasse 13 lediglich dichtende Funktionen und keine zusätzlichen Klebefunktionen um das Halbleiterelement 3 auf den Träger 2 zu kleben. Diese KJebefunktion, die einen sicheren Halt des Halb- leiterelements 3 auf dem Träger 2 sicher stellt, erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die Vielzahl an Bumps 5.
[64] Damit in die Kammer 6 ein Kühlmittel 12 gelangen kann, ist in dem Träger 2 zumindest eine Öffnung 14 (hier nur exemplarisch beziffert) vorgesehen, über welche eine Zufuhr und/oder eine Abfuhr des Kühlmittels 12 in bzw. aus der Kammer 6 erzielt wird.
[65] An dem Halbleiterelement 3 sind an der dem Träger 2 zugewandten Seite 15 erste Kontaktflächen 16 angeordnet, mit deren Hilfe elektrische Signale oder eine Spannungsversorgung über die Bumps 5 vom Träger 2 an das Halbleiterelement 3 angebunden werden können. [66] Dadurch, dass das Halbleiterelement 3 mittels der Vielzahl an Bumps 5 auf dem Träger 2 befestigt ist, kann der Abstand zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Träger 2 sehr gering gestaltet werden, da keine weiteren Bauteile bzw. Bauteilgruppen zum Befestigen des Halbleiterelements 3 auf dem Träger 2 benötigt werden. Somit weist das Halbleiter- Bauteil 1 einen sehr übersichtlichen und unkomplizierten Aufbau auf, wodurch das Halblei- ter-Bauteil 1 sehr einfach und günstig hergestellt werden kann. Da die Bumps 5 elektrisch leitfahig sind, ist konstruktiv besonders einfach eine elektrisch leitfahige Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Träger 2 hergestellt, ohne zusätzlich elektrisch leitfähige Drähte im Bereich der Kammer 6 für das Kühlmittel 12 zwischen dem Halbleiterelement 3 und den Leiterbahnen 4 des Trägers 2 vorsehen zu müssen. [67] Optional verfügt der Träger 2 des Halbleiter-Bauteils 1 über Bohrungen zur Durch- kontaktierung 17 elektrischer Signale zwischen der oberen und unteren Seite des Trägers 2. Gegebenenfalls vorhandene Leiterbahnen im inneren des Trägers 2 (hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) können ebenfalls über derartige vom Fachmann als Vias bezeichnete Durchkontaktierungen elektrisch leitfähig angebunden werden. [68] Weiterhin kann das Halbleiter-Bauteil t am Träger 2 mit Anschluss-Pins 18 versehen werden, die zur Weiterleitung elektrischer Signale an eine Aufnahme-Vorrichtung genutzt werden können. [69] Optional am Träger 2 vorhandene Kontaktpads bzw. Kontaktflächen 19 ermöglichen es, das Halbleiter-Bauteil 1 zum Beispiel durch Verlöten mit einer Leiterplatte sowohl mechanisch als auch elektrisch leitfähig zu verbinden. Alternativ dazu können derartige Kontaktflächen 19 auch dazu genutzt werden, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zu Kontaktfe- dem zu etablieren, die in einer geeigneten Aufnahme- Vorrichtung angeordnet sind.
[70] Um das Halbleiter-Bauteil 1 schnell und effektiv mit einem Kühlmittel 12 beaufschlagen zu können, eignet sich die in der Figur 3 gezeigte Aufnahme- Vorrichtung 20 besonders gut. Die Aufnahme- Vorrichtung 20 besteht im wesentlichen aus einer Bodenplatte 21, mit integrierten Kanälen 22, zumindest einer elastischen Dichtung 23 (hier nur exemplarisch be- ziffert), sowie Öffnungen 24 zur Aufnahme der Kontakt-Pins 18 (hier nur exemplarisch beziffert) des Halbleiter-Bauteils 1.
[71] Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsvariante einer Aumahme-Vorrichtung 30 zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils 1. Bei dieser Aufnahme- Vorrichtung 30 wird auf Öffnungen zur Aufnahme von Kontakt-Pins verzichtet. Stattdessen kommen Kontaktfedern 35 (hier nur exemplarisch beziffert) zur Anwendung. Die übrigen Bestandteile entsprechen denen der in Figur 4 gezeigten Ausfuhrungsvariante.
[72] Figur 5 zeigt die Aufnahme-Vorrichtung gemäß Figur 3 mit eingelegtem Halbleiter- Bauteil 1. Die Kanäle 22 (hier nur exemplarisch beziffert) der Aufnahme-Vorrichtung 20 kommunizieren hierbei mit den Öffnungen 14 des Halbleiter-Bauteils 1. Zur Sicheren Abdichtung können zwischen der Aufnahme- Vorrichtung 20 und den Öffnungen 14 des Halbleiter-Bauteils 1 eine oder mehrere Dichtungen 23 angeordnet sein. Über die etablierte Verbindung kann die Kammer 6 für das Kühlmittel 12 des Halbleiter-Bauteils 1 über die Aufnahme- vorrichtung 20 mit einem Kühlmittel 12 beschickt werden. Hierzu wird zumindest einer der Kanäle 22 der Aufnahme Vorrichtung zur Zuleitung des Kühlmittels 12 und zumindest einer der übrigen Kanäle 22 zum Abführen des Kühlmittels 12 aus der Kammer 6 für das Kühlmittel 12 des Halbleiter-Bauteils 1 verwendet. Die Öffnungen zur Aufnahme der Kontaktpins 24 der Aufnahme Vorrichtung kommunizieren mit den Anschlusspins 18 des Halbleiter-Bauteils 1. [73] Die zumindest eine elastische Dichtung 23 besteht vorliegend aus einem Silikon. Zur Anwendung können jedoch auch Materialien wie Gummi oder gummi ähnlichen Materialien, wie beispielsweise Polydimethylsiloxan PDMS, kommen.
[74] Um einen festen Sitz und eine leckfreie Verbindung zwischen der Aufnahme- Vorrichtung 20 und dem Halbleiterbauelement 1 zu etablieren, ist es vorteilhaft, wenn das Halbleiter-Bauteil 1 durch geeignete Maßnahmen in Richtung der Aufnahmevorrichtung gedrückt wird. Hierzu kann eine oberhalb des Halbleiter-Bauteils 1 angeordnete Andruckplatte (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in den Figuren 1 bis 6 dargestellt) oder eine elastische Feder Anwendung finden. [75] Figur 6 zeigt die Aufnahme- Vorrichtung gemäß Figur 4 mit eingelegtem Halbleiter- Bauteil 1, das über keine Anschluss-Pins 18 verfugt. Stattdessen wird der elektrische Kontakt zwischen der Aumahmevorrichtung 30 und dem Halbleiter-Bauteil 1 über Kontaktfedern 35 etabliert, die mit den Kontaktflächen 19 des Halbleiter-Bauteils 1 kommunizierend angeordnet sind. Die übrigen Charakteristika entsprechen denen in Figur 5. [76] Es versteht sich, dass die hier gezeigten Ausfuhrungsbeispiele die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken, sondern lediglich Ausführungsbeispiele darstellen. Der Fachmann erkennt, dass die hier gezeigten Halbleiter-Bauteile und die gezeigte Aufhahrne- Vorrichtung beispielsweise in der Form und Gestalt variieren können.

Claims

Patentansprüche:
1. Halbleiter-Bauteil bestehend aus
(a) einem Träger,
(b) zumindest einem Halbleiterelement und
(c) zumindest einer dicht verschlossenen, zwischen dem zumindest einen Halblei terelement und dem Träger angeordneten Kühlmittel-Kammer für ein Kühlmedium zur Kühlung des zumindest einen Halbleiterelements,
dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Halbleiterelement mittels einzelner, zwischen dem Träger und dem zumindest einen Halbleiterelement vorhandenen Materialdepots, beabstandet an dem Träger angeordnet ist, wobei die Materialdepots Distanzhalter zwischen dem zumindest einen Halbleiterelement und dem Träger sind.
2. Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet) dass die Kühlmittel- Kammer des Halbleiter-Bauteils über zumindest eine Zulauf- Vorrichtung und zumindest eine Ablauf-Vorrichtung verfügt, die einen Zufluss des Kühlmediums in die Kühlmittel-Kammer bzw. einen Abfluss des Kühlmediums aus der Kühlmittel- Kammer heraus ermöglichen.
3. Halbleiter-Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Zulauf- Vorrichtung und die zumindest eine Ablauf- Vorrichtung über zumindest je eine im Träger angeordnete Öffnung oder Bohrung dargestellt sind.
4. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel-Kammer des Halbleiter-Bauteils an einen Kühlmittel-Kreislauf angebunden ist, der einen Abtransport der an dem zumindest einen Halbleiterelement entstehenden Wärme ermöglicht.
5. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel-Kammer des Halbeiter-Bauteils mit Hilfe des Kühlmittel-Kreislaufs über die Zulauf- Vorrichtung mit einem Kühlmedium beschickt werden kann, dass die an dem zumindest einen Halbleiterelement entstehende Wärme aufnimmt und an- schließend über die Ablauf- Vorrichtung aus der Kühlmittel-Kammer austreten kann, so dass eine kontinuierliche Erneuerung des in der Kühlmittel-Kammer befindlichen Kühlmediums stattfinden kann.
6. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdepots elektrisch leitfähig sind.
7. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdepots aus auf dem Träger durch ein Bondverfahren aufgebrachten Bumps bestehen.
8. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel-Kammer in einem Bereich zwischen dem Träger und dem zumindest einen Halbleiterelement durch ein Dichtungsmittel abgedichtet ist.
9. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungsmittel im Randbereich des zumindest einen Halbleiterlements zwischen dem zumindest einen Halbleiterelement und dem Träger angeordnet ist, mit dessen Hilfe die Kühlmittel-Kammer seitlich dicht verschlossen wird.
10. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist.
11. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger Leiterbahnen aufweist.
12. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger über Kontaktflächen oder Kontaktpins verfügt, die zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zu anderen Komponenten geeignet sind.
13. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zum Träger weisenden Oberfläche des Halbleiterelements im Bereich der Kühlmittel-Kammer zumindest teilweise ein Dielektrikum aufgebracht ist, dass das zumindest eine Halbleiterelement von der Kammer und deren Inhalt mechanisch abschirmt.
14. Halbleiter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zum Träger weisenden Oberfläche des Halbleiterelements im Bereich der Kühlmittel-Kammer zumindest teilweise ein Dielektrikum aufgebracht ist, dass das Halbleiterelement von der Kammer und deren Inhalt elektrisch abschirmt bzw. isoliert.
15. Aufnahme- Vorrichtung zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils gemäß der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese über Kanäle zur Zuführung und für den Abtransport eines Kühlmediums verfugt.
16. Aufnahme-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Aufnahme- Vorrichtung angeordneten Kanäle zur Zuführung bzw. für den Abtransport des Kühlmediums räumlich in der Art angeordnet sind, dass sie mit der Zulauf- Vorrichtung des Halbleiter-Bauteils, und/oder mit der Ablauf- Vorrichtung des Halbleiter-Bauteils korrespondieren.
17. Aufnahme-Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16 zur Aufnahme eines Halbleiter- Bauteils gemäß der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese über zumindest eine elastische Dichtung verfügt, die an den Austrittspunkten der zur Zufuhrung bzw. für den Abtransport des Kühlmediums dienlichen Kanäle angeordnet ist.
18. Aufnahme -Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils gemäß der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme -Vorrichtung über elektrische Kontakte verfügt.
19. Aufnahme- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18 zur Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils gemäß der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontakte der Aufnahme- Vorrichtung zumindest teilweise mit den elektrisch leitfähigen Teilen des Halbleiter-Bauteils korrespondieren.
PCT/DE2011/001376 2010-06-08 2011-06-07 Halbleiter-bauteil mit integrierter kammer für ein kühlmittel sowie methode zum herstellen eines halbleiter-bauteils mit integrierter kammer für ein kühlmittel und aufnahme-vorrichtung zur aufnahme eines derartigen halbleiter-bauteils WO2011157267A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010023003 DE102010023003A1 (de) 2010-06-08 2010-06-08 Halbleiter-Bauteil mit integrierter Kammer für ein Kühlmittel sowie Methode zum Herstellen eines Halbleiter-Bauteils mit integrierter Kammer für ein Kühlmittel und Aufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme eines derartigen Halbleiter-Bauteils
DE102010023003.0 2010-06-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011157267A1 true WO2011157267A1 (de) 2011-12-22

Family

ID=44583888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2011/001376 WO2011157267A1 (de) 2010-06-08 2011-06-07 Halbleiter-bauteil mit integrierter kammer für ein kühlmittel sowie methode zum herstellen eines halbleiter-bauteils mit integrierter kammer für ein kühlmittel und aufnahme-vorrichtung zur aufnahme eines derartigen halbleiter-bauteils

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010023003A1 (de)
WO (1) WO2011157267A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0316159A (ja) * 1989-05-23 1991-01-24 Shinko Electric Ind Co Ltd 電子装置
US20040251530A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-16 Yasuhiro Yamaji Three-dimensionally mounted semiconductor module and three-dimensionally mounted semiconductor system
US20060057774A1 (en) * 2002-07-05 2006-03-16 Hiatt William M Microelectronic device packages and methods for controlling the disposition of non-conductive materials in such packages
US20090057881A1 (en) * 2007-08-27 2009-03-05 Arana Leonel R Microelectronic package and method of cooling same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6140144A (en) * 1996-08-08 2000-10-31 Integrated Sensing Systems, Inc. Method for packaging microsensors
DE19810060B4 (de) * 1997-05-07 2005-10-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Verbindung eines Bauelements mit einem Substrat und eine damit hergestellte elektrische Schaltung
KR100673380B1 (ko) * 2004-12-20 2007-01-24 삼성전자주식회사 냉매로가 형성된 반도체 칩과, 그를 이용한 반도체 패키지및 반도체 패키지 냉각 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0316159A (ja) * 1989-05-23 1991-01-24 Shinko Electric Ind Co Ltd 電子装置
US20060057774A1 (en) * 2002-07-05 2006-03-16 Hiatt William M Microelectronic device packages and methods for controlling the disposition of non-conductive materials in such packages
US20040251530A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-16 Yasuhiro Yamaji Three-dimensionally mounted semiconductor module and three-dimensionally mounted semiconductor system
US20090057881A1 (en) * 2007-08-27 2009-03-05 Arana Leonel R Microelectronic package and method of cooling same

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010023003A1 (de) 2012-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005001952B4 (de) Flüssigmetall-Wärmeschnittstelle für eine integrierte Schaltvorrichtung
DE69710248T2 (de) Bondverfahren für integrierte Schaltung
DE69026055T2 (de) Wärmeübertragungsapparat für eine integrierte Schaltungsanordnung
DE69014420T2 (de) Schaltungsmodul mit Konvektionskühlung mit einem fliessenden Kühlmittel zwischen einer wärmeproduzierenden Komponente und der Stirnseite eines Kolbens.
DE102013109589B3 (de) Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung
DE102011077543B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE69401137T2 (de) Kühlungsanordnung für elektrische Leistungsbauteile
WO2012072348A1 (de) Vorrichtung zum führen eines kühlfluids und kühlsystem zum kühlen einer elektrischen komponente
DE2107549A1 (de) Trager einer elektronischen Schaltung mit einem Sammelsystem mit Warmeleitungs eigenschaften fur alle Richtungen
DE2749848B2 (de) Wärmebrücke einer in einem Gehäuse eingekapselten integrierten Schaltung
DE102014214209B4 (de) Kühlvorrichtung zur zielgerichteten Kühlung von elektronischen und/oder elektrischen Bauelementen, Umrichter mit einer derartigen Kühlvorrichtung sowie Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem derartigen Umrichter
EP2962799B1 (de) Halbleitermodul mit Ultraschall geschweißten Anschlüssen
DE202008009218U1 (de) Wärmeübertragungsplatte in Art eines Kühlmoduls
DE102014106134A1 (de) Kühlsystem für gemoldete Module und entsprechende Herstellungsverfahren
DE102011000455A1 (de) Anordnen und Verfahren zum Kühlen eines Trägers
DE102018132143A1 (de) Leiterplatte, chip-kühlgehäuse, baugruppe und verfahren zum kühlen eines halbleiterchips
DE102016218420A1 (de) Leistungsmodul
DE4101205A1 (de) Gekuehltes hochleistungshalbleiterbauelement
DE102013211505A1 (de) Temperiervorrichtung
WO2011157267A1 (de) Halbleiter-bauteil mit integrierter kammer für ein kühlmittel sowie methode zum herstellen eines halbleiter-bauteils mit integrierter kammer für ein kühlmittel und aufnahme-vorrichtung zur aufnahme eines derartigen halbleiter-bauteils
DE102016211967B3 (de) Elektronisches Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauteils
DE102010007086B4 (de) Anordnung mit Leistungshalbleiterbaugruppen und einer Flüssigkeitskühleinrichtung
DE112004002172T5 (de) Mikropin-Wärmetauscher
DE102018222748B4 (de) Kühlvorrichtung
DE102020110937A1 (de) Kühleinrichtung zur Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls und Verfahren zur Herstellung einer Kühleinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11754611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11754611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120111042876

Country of ref document: DE