WO2021073985A1 - Semiconductor component and method for producing a semiconductor component - Google Patents
Semiconductor component and method for producing a semiconductor component Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021073985A1 WO2021073985A1 PCT/EP2020/078150 EP2020078150W WO2021073985A1 WO 2021073985 A1 WO2021073985 A1 WO 2021073985A1 EP 2020078150 W EP2020078150 W EP 2020078150W WO 2021073985 A1 WO2021073985 A1 WO 2021073985A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- semiconductor component
- base plate
- wiring substrate
- heat sink
- cooling
- Prior art date
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
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor component with a wiring substrate, in particular a power semiconductor component. It also relates to a method for producing such a semiconductor component.
- Power semiconductor components that have power components such as MOSFETs typically include a printed circuit board on which the power components are mounted and which at the same time serves as a heat sink and has the task of dissipating heat generated during operation as effectively as possible.
- the heat from the circuit board is transferred to the device housing via thermal bores and a thermal interface material (thermal paste).
- IMS insulated metal substrates
- a semiconductor component having a wiring substrate having a metallic base plate with an upper side and a lower side, a dielectric layer with conductor track structures formed thereon being arranged directly on the upper side, the base plate simultaneously being formed as a heat sink and on the underside has cooling structures that enlarge the surface.
- a semiconductor component is arranged on the top side of the wiring substrate.
- the wiring substrate has the advantage that the heat transfer from an upper side of the wiring substrate with conductor track structures formed thereon to the cooling structures is particularly good, because in particular interfaces between individual elements are omitted because the base plate also forms the heat sink.
- the heat dissipation is therefore particularly effective and can in particular also be optimally matched to the heat dissipation requirement of the respective semiconductor component.
- the heat sink is made of copper or a copper alloy, so that it is particularly good heat conductor.
- a heat sink that is also a good heat conductor but also particularly inexpensive, it can also be made of aluminum or an aluminum alloy.
- an epoxy-based plastic provided with ceramic fillers can be used as the dielectric material.
- Such a material ensures, on the one hand, the electrical insulation of the conductor track structures from the base plate, but on the other hand enables good heat transfer from the conductor track structure to the base plate.
- At least one semiconductor component for forming a semiconductor component is arranged on the top side of the wiring substrate.
- it can be a power component such as a power MOSFET.
- the semiconductor component can also comprise further components arranged on the top side of the wiring substrate.
- the semiconductor component also has liquid cooling, the heat sink forming a cover of a housing through which cooling liquid flows.
- the cooling body can be assigned in particular a suitable lower housing part which, together with the cooling body, forms a cavity through which a cooling liquid, for example water, can flow.
- a cooling liquid for example water
- an inlet and an outlet are provided in the housing formed.
- the cooling structures which increase the surface area, protrude into the cooling liquid on the underside of the cooling body and flow around them to dissipate the heat.
- the semiconductor component has the advantage that, on the one hand, it has a particularly simple structure and, on the other hand, enables particularly effective heat dissipation.
- a method for producing a wiring substrate for a semiconductor component comprises providing a metallic base plate with an upper side and an underside, which is simultaneously designed as a heat sink and has cooling structures on the underside that enlarge the surface.
- the method further includes Application of a dielectric layer directly on top of the base plate.
- the dielectric layer can be applied in a known manner, for example by gas phase deposition, printing, lamination or other methods.
- Conductor track structures can then be applied to the dielectric layer.
- the conductor track structures are made of metal, for example copper or a copper alloy or also aluminum or an aluminum alloy, and also include contact connection areas for contacting the semiconductor components.
- a multilayer structure made up of a plurality of conductor track layers separated from one another by dielectric layers can be provided on the top side of the base plate.
- Figure 1 shows in a sectional view a detail of a
- FIG. 2 shows an exploded view to illustrate the layer structure of the semiconductor component according to FIG. 1;
- FIG. 3 shows the base plate of the semiconductor component in accordance with FIGS.
- FIG. 4 shows a sectional view of a water-cooled housing with a wiring substrate according to an embodiment of the invention.
- FIG. 1 shows a semiconductor component 1 with a wiring substrate 2 on which at least one semiconductor component 3 is arranged.
- the semiconductor component 3 is designed as a power semiconductor component in the embodiment shown.
- the wiring substrate 2 comprises a metallic base plate 5 with an upper side 7 and an underside 9.
- a dielectric layer 11 is applied on the upper side 7, which is formed as a continuous layer in the embodiment shown.
- the conductor track structure 13 can in particular comprise conductor tracks and contact connection areas 17 for making electrical contact with the semiconductor component 3 via its contact connections 15.
- a single dielectric layer 11 and a single conductive layer are arranged on the top side 7 of the base plate 5.
- a multilayer structure made up of a plurality of dielectric and conductive layers can also be provided.
- the top layer, the conductor track structure 13 in the embodiment shown, forms the top side of the wiring substrate 2.
- the base plate 5 has cooling structures 19 on its underside 9 which increase the surface area. These can in particular be designed as elongated ribs or as pins.
- FIG. 2 shows a layer structure made up of the base plate 5, the dielectric layer 11 arranged thereon and the conductor track structure 13, which is shown schematically in FIG. 2 as a continuous layer.
- the base plate 5 as well as the dielectric layer 11 and the conductor track structure 13 together form the wiring substrate 2, on the upper side of which the at least one semiconductor component can be placed.
- a lower part 21 for forming a housing for liquid cooling is shown in FIG.
- the lower part 21 is shaped like a shell with side walls 22 which surround a flea space 27.
- the cooling structures 19 of the base plate 5 protrude into the flea space 27. In the embodiment shown in FIG. 2, these are designed as pins.
- FIG. 3 shows an alternative embodiment with cooling structures 19 designed as elongated ribs.
- FIG. 4 shows the housing 30 for liquid cooling in a sectional view.
- the housing 30 comprises the shell-shaped lower part 21 and the base plate 5, which is placed on the lower part 21 as a cover.
- the cooling structures 19 protrude into the flea space 27.
- the housing 30 has an inlet 23 and an outlet 25 through which liquid coolant can be passed through the housing 30 in the direction of the arrows 29 during operation in order to flow around the structures 19 and effectively dissipate heat generated during operation of the semiconductor component.
- the dielectric layer and conductor track structures are applied to the top side 7 of the base plate 5, but these are not shown in FIG.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
A semiconductor component (1) having a wiring substrate (2) is specified. The wiring substrate (2) has a metal base plate (5) having a top side (7) and a bottom side (9), a dielectric layer (11) being directly arranged on the top side (7), conductor structures (13) being formed on said dielectric layer. The base plate (5) is simultaneously designed as a heat sink and has, on the bottom side, cooling structures (19) that enlarge the surface. A semiconductor device (3) is arranged on the top side (7) of the wiring substrate (2). The semiconductor component (1) further has a liquid cooling, the heat sink forming a cover of a housing (30) through which cooling liquid flows. A method for producing a semiconductor component is also specified.
Description
Beschreibung description
Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils Semiconductor component and method for manufacturing a semiconductor component
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Verdrahtungssubstrat, insbesondere ein Leistungshalbleiterbauteil. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauteils. The present invention relates to a semiconductor component with a wiring substrate, in particular a power semiconductor component. It also relates to a method for producing such a semiconductor component.
Leistungshalbleiterbauteile, die Leistungsbauelemente wie beispielsweise MOSFETs aufweisen, umfassen typischerweise eine Leiterplatte, auf der die Leistungsbauelemente montiert sind und die gleichzeitig als Wärmesenke dient und die Aufgabe hat, im Betrieb entstehende Wärme möglichst wirksam abzuführen. Im Allgemeinen wird dabei die Wärme von der Leiterplatte über thermische Bohrungen und ein thermisches Interfacematerial (Wärmeleitpaste) an das Gerätegehäuse weitergeleitet. Power semiconductor components that have power components such as MOSFETs typically include a printed circuit board on which the power components are mounted and which at the same time serves as a heat sink and has the task of dissipating heat generated during operation as effectively as possible. In general, the heat from the circuit board is transferred to the device housing via thermal bores and a thermal interface material (thermal paste).
Bei Geräten jedoch, bei denen sehr hohe Verlustleistungen anfallen, wie beispielsweise Ladegeräten für Elektrofahrzeuge, ist diese bekannte Art der Abführung von Wärme häufig nicht ausreichend. Stattdessen kommen teilweise sogenannte IMS (insulated metal Substrate) als Verdrahtungssubstrate zum Einsatz, bei denen die Wärme durch eine verhältnismäßig massive Metallplatte abgeführt wird. However, in devices with very high power losses, such as chargers for electric vehicles, this known type of heat dissipation is often not sufficient. Instead, so-called IMS (insulated metal substrates) are sometimes used as wiring substrates, in which the heat is dissipated through a relatively massive metal plate.
Aus der DE 42 38417 A1 , der WO 2009/092851 A1 und der DE 102 30 712 A1 sind Halbleiterbauteile bekannt, bei denen derartige massive Metallplatten der Verdrahtungssubstrate für eine verbesserte Wärmeabfuhr Kühlrippen aufweisen. Semiconductor components are known from DE 42 38417 A1, WO 2009/092851 A1 and DE 102 30 712 A1 in which such massive metal plates of the wiring substrates have cooling fins for improved heat dissipation.
Sind die im Betrieb anfallenden Wärmemengen sehr hoch, so wird teilweise eine Flüssigkeitskühlung verwendet. If the amount of heat generated during operation is very high, liquid cooling is sometimes used.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterbauteil anzugeben, das eine besonders wirksame Entwärmung von auf dem Verdrahtungssubstrat angeordneten Bauelementen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. It is an object of the present invention to specify a semiconductor component which enables particularly effective heat dissipation from components arranged on the wiring substrate. This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments and developments are the subject of the subclaims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Halbleiterbauteil aufweisend ein Verdrahtungssubstrat angegeben, wobei das Verdrahtungssubstrat eine metallische Basisplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweist, wobei auf der Oberseite unmittelbar eine dielektrische Schicht mit darauf ausgebildeten Leiterbahnstrukturen angeordnet ist, wobei die Basisplatte gleichzeitig als Kühlkörper ausgebildet ist und auf der Unterseite die Oberfläche vergrößernde Kühlstrukturen aufweist. Auf der Oberseite des Verdrahtungssubstrats ist ein Halbleiterbauelement angeordnet. According to one aspect of the invention, a semiconductor component having a wiring substrate is specified, the wiring substrate having a metallic base plate with an upper side and a lower side, a dielectric layer with conductor track structures formed thereon being arranged directly on the upper side, the base plate simultaneously being formed as a heat sink and on the underside has cooling structures that enlarge the surface. A semiconductor component is arranged on the top side of the wiring substrate.
Das Verdrahtungssubstrat hat den Vorteil, dass der Wärmeübergang von einer Oberseite des Verdrahtungssubstrats mit darauf ausgebildeten Leiterbahnstrukturen zu den Kühlstrukturen besonders gut ist, weil insbesondere Grenzflächen zwischen einzelnen Elementen dadurch entfallen, dass die Basisplatte gleichzeitig den Kühlkörper bildet. Es entfällt somit der thermische Widerstand beispielsweise einer Grenzfläche zwischen einem Substrat und einem Kühlkörper, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Entwärmung ist somit besonders wirksam und kann insbesondere auch auf optimal auf den Entwärmungsbedarf des jeweiligen Halbleiterbauteils abgestimmt werden. The wiring substrate has the advantage that the heat transfer from an upper side of the wiring substrate with conductor track structures formed thereon to the cooling structures is particularly good, because in particular interfaces between individual elements are omitted because the base plate also forms the heat sink. The thermal resistance of, for example, an interface between a substrate and a heat sink, as is known from the prior art, is thus eliminated. The heat dissipation is therefore particularly effective and can in particular also be optimally matched to the heat dissipation requirement of the respective semiconductor component.
Durch das Aufbringen einer dielektrischen Schicht auf der Oberseite der Basisplatte wird diese elektrisch isoliert, sodass das Verdrahtungssubstrat auch konform ist mit den einschlägigen Industrienormen (insbesondere IEC60664-1 und IEC61000-4-5). Applying a dielectric layer to the top of the base plate insulates it electrically so that the wiring substrate also conforms to the relevant industrial standards (in particular IEC60664-1 and IEC61000-4-5).
Gemäß einer Ausführungsform ist der Kühlkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet, sodass er besonders gut wärmeleitend ist. Für einen ebenfalls gut wärmeleitenden, darüber hinaus jedoch auch besonders kostengünstigen Kühlkörper kann dieser auch aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein.
Als dielektrisches Material kann insbesondere ein mit keramischen Füllstoffen versehener Kunststoff auf Epoxidbasis verwendet werden. Ein derartiges Material stellt einerseits die elektrische Isolation der Leiterbahnstrukturen gegenüber der Basisplatte sicher, ermöglicht andererseits jedoch einen guten Wärmeübergang von der Leiterbahnstruktur in die Basisplatte. According to one embodiment, the heat sink is made of copper or a copper alloy, so that it is particularly good heat conductor. For a heat sink that is also a good heat conductor but also particularly inexpensive, it can also be made of aluminum or an aluminum alloy. In particular, an epoxy-based plastic provided with ceramic fillers can be used as the dielectric material. Such a material ensures, on the one hand, the electrical insulation of the conductor track structures from the base plate, but on the other hand enables good heat transfer from the conductor track structure to the base plate.
Gemäß einer Ausführungsform ist auf der Oberseite des Verdrahtungssubstrats zumindest ein Halbleiterbauelement zur Bildung eines Halbleiterbauteils angeordnet. Insbesondere kann es sich dabei um ein Leistungsbauelement wie beispielsweise einen Leistungs-MOSFET handeln. Daneben kann das Halbleiterbauteil auch weitere auf der Oberseite des Verdrahtungssubstrats angeordnete Bauelemente umfassen. According to one embodiment, at least one semiconductor component for forming a semiconductor component is arranged on the top side of the wiring substrate. In particular, it can be a power component such as a power MOSFET. In addition, the semiconductor component can also comprise further components arranged on the top side of the wiring substrate.
Das Halbleiterbauteil weist ferner eine Flüssigkeitskühlung auf, wobei der Kühlkörper einen Deckel eines mit Kühlflüssigkeit durchströmten Gehäuses bildet. The semiconductor component also has liquid cooling, the heat sink forming a cover of a housing through which cooling liquid flows.
Dazu kann dem Kühlkörper insbesondere ein passendes Gehäuseunterteil zugeordnet sein, das zusammen mit dem Kühlkörper einen Hohlraum ausbildet, der von einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, durchströmt werden kann. Dazu sind in dem gebildeten Gehäuse ein Einlass und ein Auslass vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ragen die die Oberfläche vergrößernden Kühlstrukturen auf der Unterseite des Kühlkörpers in die Kühlflüssigkeit und werden von dieser zur Abführung der Wärme umströmt. For this purpose, the cooling body can be assigned in particular a suitable lower housing part which, together with the cooling body, forms a cavity through which a cooling liquid, for example water, can flow. For this purpose, an inlet and an outlet are provided in the housing formed. In this embodiment, the cooling structures, which increase the surface area, protrude into the cooling liquid on the underside of the cooling body and flow around them to dissipate the heat.
Das Halbleiterbauteil weist den Vorteil auf, dass es einerseits besonders einfach aufgebaut ist und andererseits eine besonders wirksame Wärmeabfuhr ermöglicht. The semiconductor component has the advantage that, on the one hand, it has a particularly simple structure and, on the other hand, enables particularly effective heat dissipation.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verdrahtungssubstrats für ein Halbleiterbauteil angegeben, das das Bereitstellen einer metallischen Basisplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite umfasst, die gleichzeitig als Kühlkörper ausgebildet ist und auf der Unterseite die Oberfläche vergrößernde Kühlstrukturen aufweist. Ferner umfasst das Verfahren das
Aufbringen einer dielektrischen Schicht unmittelbar auf die Oberseite der Basisplatte. Das Aufbringen der dielektrischen Schicht kann in bekannter Weise beispielsweise durch Gasphasenabscheidung, Drucken, Laminieren oder andere Verfahren erfolgen. According to one aspect of the invention, a method for producing a wiring substrate for a semiconductor component is specified, which comprises providing a metallic base plate with an upper side and an underside, which is simultaneously designed as a heat sink and has cooling structures on the underside that enlarge the surface. The method further includes Application of a dielectric layer directly on top of the base plate. The dielectric layer can be applied in a known manner, for example by gas phase deposition, printing, lamination or other methods.
Auf die dielektrische Schicht können dann Leiterbahnstrukturen aufgebracht werden. Die Leiterbahnstrukturen sind aus Metall, beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung oder auch Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet und umfassen auch Kontaktanschlussflächen zur Kontaktierung der Halbleiterbauelemente. Conductor track structures can then be applied to the dielectric layer. The conductor track structures are made of metal, for example copper or a copper alloy or also aluminum or an aluminum alloy, and also include contact connection areas for contacting the semiconductor components.
Abhängig von der Art des zu bildenden Halbleiterbauteils kann auf der Oberseite der Basisplatte ein mehrschichtiger Aufbau aus mehreren, durch dielektrische Schichten voneinander getrennten Leiterbahnlagen vorgesehen sein. Depending on the type of semiconductor component to be formed, a multilayer structure made up of a plurality of conductor track layers separated from one another by dielectric layers can be provided on the top side of the base plate.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Embodiments of the invention are described below by way of example with reference to schematic drawings.
Figur 1 zeigt in einer Schnittansicht einen Ausschnitt aus einemFigure 1 shows in a sectional view a detail of a
Leistungshalbleiterbauteil mit einem Verdrahtungssubstrat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Power semiconductor component with a wiring substrate according to an embodiment of the invention;
Figur 2 zeigt eine Explosionsansicht zur Darstellung des Schichtaufbaus des Halbleiterbauteils gemäß Figur 1; FIG. 2 shows an exploded view to illustrate the layer structure of the semiconductor component according to FIG. 1;
Figur 3 zeigt die als Kühlkörper ausgebildete Basisplatte des Halbleiterbauteils gemäß Figur 2 und FIG. 3 shows the base plate of the semiconductor component in accordance with FIGS
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht eines wassergekühlten Gehäuses mit einem Verdrahtungssubstrat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. FIG. 4 shows a sectional view of a water-cooled housing with a wiring substrate according to an embodiment of the invention.
Figur 1 zeigt ein Halbleiterbauteil 1 mit einem Verdrahtungssubstrat 2, auf dem zumindest ein Halbleiterbauelement 3 angeordnet ist. Das Halbleiterbauelement 3
ist in der gezeigten Ausführungsform als Leistungshalbleiterbauelement ausgebildet. FIG. 1 shows a semiconductor component 1 with a wiring substrate 2 on which at least one semiconductor component 3 is arranged. The semiconductor component 3 is designed as a power semiconductor component in the embodiment shown.
Das Verdrahtungssubstrat 2 umfasst eine metallische Basisplatte 5 mit einer Oberseite 7 und einer Unterseite 9. Auf der Oberseite 7 ist eine dielektrische Schicht 11 aufgebracht, die in der gezeigten Ausführungsform als durchgehende Schicht ausgebildet ist. Darauf ist eine Leiterbahnstruktur 13 angeordnet, die aus einer strukturierten metallischen Schicht gebildet ist. Die Leiterbahnstruktur 13 kann insbesondere Leiterbahnen sowie Kontaktanschlussflächen 17 zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements 3 über dessen Kontaktanschlüsse 15 umfassen. The wiring substrate 2 comprises a metallic base plate 5 with an upper side 7 and an underside 9. A dielectric layer 11 is applied on the upper side 7, which is formed as a continuous layer in the embodiment shown. A conductor track structure 13, which is formed from a structured metallic layer, is arranged thereon. The conductor track structure 13 can in particular comprise conductor tracks and contact connection areas 17 for making electrical contact with the semiconductor component 3 via its contact connections 15.
In der gezeigten Ausführungsform sind auf der Oberseite 7 der Basisplatte 5 lediglich eine einzige dielektrische Schicht 11 und eine einzige leitende Lage angeordnet. Es kann jedoch in einer alternativen Ausführungsform auch ein mehrschichtiger Aufbau aus mehreren dielektrischen und leitenden Lagen vorgesehen sein. In the embodiment shown, only a single dielectric layer 11 and a single conductive layer are arranged on the top side 7 of the base plate 5. However, in an alternative embodiment, a multilayer structure made up of a plurality of dielectric and conductive layers can also be provided.
Die oberste Schicht, in der gezeigten Ausführungsform die Leiterbahnstruktur 13, bildet die Oberseite des Verdrahtungssubstrats 2. The top layer, the conductor track structure 13 in the embodiment shown, forms the top side of the wiring substrate 2.
Die Basisplatte 5 weist auf ihrer Unterseite 9 die Oberfläche vergrößernde Kühlstrukturen 19 auf. Diese können insbesondere als längliche Rippen oder als Pins ausgebildet sein. The base plate 5 has cooling structures 19 on its underside 9 which increase the surface area. These can in particular be designed as elongated ribs or as pins.
Figur 2 zeigt einen Schichtaufbau aus der Basisplatte 5, der darauf angeordneten dielektrischen Schicht 11 sowie der Leiterbahnstruktur 13, die in Figur 2 schematisch als durchgehende Schicht dargestellt ist. Die Basisplatte 5 sowie die dielektrische Schicht 11 und die Leiterbahnstruktur 13 bilden zusammen das Verdrahtungssubstrat 2, auf dessen Oberseite das zumindest eine Halbleiterbauelement aufgesetzt werden kann.
Ferner ist in Figur 2 ein Unterteil 21 zur Bildung eines Gehäuses für eine Flüssigkeitskühlung dargestellt. Das Unterteil 21 ist schalenförmig ausgeformt mit Seitenwänden 22, die einen Flohlraum 27 umgeben. In den Flohlraum 27 ragen bei dem fertig montierten Halbleiterbauteil die Kühlstrukturen 19 der Basisplatte 5. Diese sind in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform als Pins ausgebildet. FIG. 2 shows a layer structure made up of the base plate 5, the dielectric layer 11 arranged thereon and the conductor track structure 13, which is shown schematically in FIG. 2 as a continuous layer. The base plate 5 as well as the dielectric layer 11 and the conductor track structure 13 together form the wiring substrate 2, on the upper side of which the at least one semiconductor component can be placed. Furthermore, a lower part 21 for forming a housing for liquid cooling is shown in FIG. The lower part 21 is shaped like a shell with side walls 22 which surround a flea space 27. In the fully assembled semiconductor component, the cooling structures 19 of the base plate 5 protrude into the flea space 27. In the embodiment shown in FIG. 2, these are designed as pins.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform mit als langgestreckte Rippen ausgebildeten Kühlstrukturen 19. FIG. 3 shows an alternative embodiment with cooling structures 19 designed as elongated ribs.
Figur 4 zeigt das Gehäuse 30 für eine Flüssigkeitskühlung in einer Schnittansicht. Das Gehäuse 30 umfasst das schalenförmige Unterteil 21 sowie die Basisplatte 5, die als Deckel auf das Unterteil 21 aufgesetzt wird. Die Kühlstrukturen 19 ragen dabei in den Flohlraum 27. FIG. 4 shows the housing 30 for liquid cooling in a sectional view. The housing 30 comprises the shell-shaped lower part 21 and the base plate 5, which is placed on the lower part 21 as a cover. The cooling structures 19 protrude into the flea space 27.
Das Unterteil 21 bildet zusammen mit der Basisplatte 5 als Deckel einen geschlossenen Raum, der von einem flüssigen Kühlmittel, insbesondere Wasser, durchströmt werden kann. Dazu weist das Gehäuse 30 einen Einlass 23 sowie einen Auslass 25 auf, durch die im Betrieb flüssiges Kühlmittel in Richtung der Pfeile 29 durch das Gehäuse 30 geleitet werden kann, um die Strukturen 19 zu umströmen und im Betrieb des Halbleiterbauteils entstehende Wärme wirksam abzuführen. The lower part 21, together with the base plate 5 as a cover, forms a closed space through which a liquid coolant, in particular water, can flow. For this purpose, the housing 30 has an inlet 23 and an outlet 25 through which liquid coolant can be passed through the housing 30 in the direction of the arrows 29 during operation in order to flow around the structures 19 and effectively dissipate heat generated during operation of the semiconductor component.
Auf der Oberseite 7 der Basisplatte 5 sind zur Bildung eines Verdrahtungssubstrats die dielektrische Schicht sowie Leiterbahnstrukturen aufgebracht, die jedoch in Figur 4 nicht dargestellt sind.
To form a wiring substrate, the dielectric layer and conductor track structures are applied to the top side 7 of the base plate 5, but these are not shown in FIG.
Claims
1. Halbleiterbauteil (1 ) aufweisend ein Verdrahtungssubstrat (2), wobei das Verdrahtungssubstrat (2) eine metallische Basisplatte (5) mit einer Oberseite (7) und einer Unterseite (9) aufweist, wobei auf der Oberseite (7) unmittelbar eine dielektrische Schicht (11 ) mit darauf ausgebildeten Leiterbahnstrukturen (13) angeordnet ist, wobei die Basisplatte (5) gleichzeitig als Kühlkörper ausgebildet ist und auf der Unterseite die Oberfläche vergrößernde Kühlstrukturen (19) aufweist, wobei auf der Oberseite (7) des Verdrahtungssubstrats (2) ein Halbleiterbauelement (3) angeordnet ist und wobei das Halbleiterbauteil (1) ferner eine Flüssigkeitskühlung aufweist, wobei der Kühlkörper einen Deckel eines mit Kühlflüssigkeit durchströmten Gehäuses (30) bildet. 1. A semiconductor component (1) having a wiring substrate (2), the wiring substrate (2) having a metallic base plate (5) with an upper side (7) and an underside (9), with a dielectric layer directly on the upper side (7) (11) is arranged with conductor track structures (13) formed thereon, the base plate (5) being formed at the same time as a heat sink and having cooling structures (19) increasing the surface area on the underside, with a Semiconductor component (3) is arranged and wherein the semiconductor component (1) further has a liquid cooling, wherein the heat sink forms a cover of a housing (30) through which cooling liquid flows.
2. Halbleiterbauteil (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Kühlkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet ist. 2. The semiconductor component (1) according to claim 1, wherein the heat sink is formed from copper or a copper alloy.
3. Halbleiterbauteil (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Kühlkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist. 3. The semiconductor component (1) according to claim 1, wherein the heat sink is formed from aluminum or an aluminum alloy.
4. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das dielektrische Material ein mit keramischen Füllstoffen versehener Kunststoff auf Epoxidbasis ist. 4. Semiconductor component (1) according to one of claims 1 to 3, wherein the dielectric material is an epoxy-based plastic provided with ceramic fillers.
5. Verfahren zur Herstellung eines Verdrahtungssubstrats (2) für ein Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten 5. A method for producing a wiring substrate (2) for a semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, with the steps
- Bereitstellen einer metallischen Basisplatte (5) mit einer Oberseite (7) und einer Unterseite (9), die gleichzeitig als Kühlkörper ausgebildet ist und auf der Unterseite (9) die Oberfläche vergrößernde Kühlstrukturen (19) aufweist;
- Aufbringen einer dielektrischen Schicht (11 ) unmittelbar auf die Oberseite (7) der Basisplatte (5); - Provision of a metallic base plate (5) with an upper side (7) and an underside (9), which is simultaneously designed as a heat sink and on the underside (9) has cooling structures (19) increasing the surface area; - Application of a dielectric layer (11) directly to the top (7) of the base plate (5);
- Aufbringen von Leiterbahnstrukturen (13) auf die dielektrische Schicht (11 ).
- Applying conductor track structures (13) to the dielectric layer (11).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102019215793.9A DE102019215793A1 (en) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Wiring substrate for a semiconductor device and method for manufacturing a wiring substrate |
| DE102019215793.9 | 2019-10-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021073985A1 true WO2021073985A1 (en) | 2021-04-22 |
Family
ID=72811840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2020/078150 WO2021073985A1 (en) | 2019-10-14 | 2020-10-07 | Semiconductor component and method for producing a semiconductor component |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102019215793A1 (en) |
| WO (1) | WO2021073985A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4238417A1 (en) | 1991-11-14 | 1993-05-19 | Mitsubishi Electric Corp | |
| DE10230712A1 (en) | 2002-07-08 | 2004-02-12 | Siemens Ag | Electronic unit used in precision electronics comprises a strip conductor system with power components arranged on an insulating layer made from a sintered electrically insulating polymer layer on a low melting metallic support |
| WO2009092851A1 (en) | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Method for arranging cooling for a component and a cooling element |
| EP2988329A1 (en) * | 2013-04-16 | 2016-02-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cooling device for heat-generating element |
| US20160079155A1 (en) * | 2013-05-09 | 2016-03-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor module and semiconductor device |
| JP2017054842A (en) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | 株式会社東芝 | Wiring board, semiconductor device, and semiconductor package |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004058806B4 (en) * | 2004-12-07 | 2013-09-05 | Robert Bosch Gmbh | A method of fabricating circuit patterns on a heat sink and circuit structure on a heat sink |
| JP4595665B2 (en) * | 2005-05-13 | 2010-12-08 | 富士電機システムズ株式会社 | Wiring board manufacturing method |
| DE102007050405B4 (en) * | 2007-10-22 | 2010-09-09 | Continental Automotive Gmbh | Electrical power component, in particular power semiconductor module, with a cooling device and method for surface and heat-conducting bonding of a cooling device to an electrical power component |
| KR101184508B1 (en) * | 2011-02-08 | 2012-09-19 | 삼성전기주식회사 | Printed circuit board |
| DE102016125348B4 (en) * | 2016-12-22 | 2020-06-25 | Rogers Germany Gmbh | Carrier substrate for electrical components and method for producing a carrier substrate |
-
2019
- 2019-10-14 DE DE102019215793.9A patent/DE102019215793A1/en not_active Ceased
-
2020
- 2020-10-07 WO PCT/EP2020/078150 patent/WO2021073985A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4238417A1 (en) | 1991-11-14 | 1993-05-19 | Mitsubishi Electric Corp | |
| DE10230712A1 (en) | 2002-07-08 | 2004-02-12 | Siemens Ag | Electronic unit used in precision electronics comprises a strip conductor system with power components arranged on an insulating layer made from a sintered electrically insulating polymer layer on a low melting metallic support |
| WO2009092851A1 (en) | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Method for arranging cooling for a component and a cooling element |
| EP2988329A1 (en) * | 2013-04-16 | 2016-02-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cooling device for heat-generating element |
| US20160079155A1 (en) * | 2013-05-09 | 2016-03-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor module and semiconductor device |
| JP2017054842A (en) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | 株式会社東芝 | Wiring board, semiconductor device, and semiconductor package |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102019215793A1 (en) | 2021-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1969624B1 (en) | Integrated electronic device and cooling device for an integrated electronic device | |
| EP2308274B1 (en) | Printed circuit board with electronic component | |
| DE2554965C2 (en) | ||
| DE112015000446B4 (en) | Waterproof electronic device and method for its manufacture | |
| DE2536316C2 (en) | Circuit card for integrated semiconductor circuits | |
| DE102013226544B4 (en) | Semiconductor device | |
| DE102006018161A1 (en) | Electronic component module | |
| DE112014005694T5 (en) | Semiconductor module | |
| EP4026166A1 (en) | Electronic module comprising a pulsating heat pipe | |
| DE102014213490C5 (en) | Cooling device, method for producing a cooling device and power circuit | |
| DE102014000126A1 (en) | Printed circuit board, circuit and method for producing a circuit | |
| EP0531984A1 (en) | Electronic circuit for semi-conductor power components | |
| DE102011089886A1 (en) | Circuit carrier e.g. direct bonded copper substrate, for fixing power transistors in e.g. circuit device of power-electronic system of vehicle, has cooling structure formed of heat conductive layer applied on surface of carrier layer | |
| DE102011078806B4 (en) | Manufacturing method for a power electronic system with a cooling device | |
| WO2018001883A1 (en) | Power module | |
| WO2021073985A1 (en) | Semiconductor component and method for producing a semiconductor component | |
| DE102016211967B3 (en) | Electronic component and method for manufacturing an electronic component | |
| DE10217214B4 (en) | Cooling arrangement for a circuit arrangement | |
| EP3867949A1 (en) | Semiconductor component arrangement, method for fabrication thereof and heat dissipation device | |
| DE102006001188A1 (en) | Arrangement for cooling power components on printed circuit boards and method for producing the same | |
| DE102014203310A1 (en) | electronic module | |
| DE102020132689B4 (en) | Power electronic system with a switching device and with a liquid cooling device | |
| DE102016224232A1 (en) | PCB device | |
| DE102012205240B4 (en) | Method for producing a substrate for at least one power semiconductor component, method for producing a power semiconductor module and power semiconductor module | |
| WO2020221864A1 (en) | Power electronics module with improved cooling |
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: 20789064 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20789064 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |