DE102012005787A1

DE102012005787A1 - Halbleiter-Package

Info

Publication number: DE102012005787A1
Application number: DE102012005787A
Authority: DE
Inventors: Tae Hoon Kim; Seog Moon Choi
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-06-20
Also published as: CN103165587A; KR20130069108A; US20130154070A1; US8823153B2

Abstract

Es wird hier ein Halbleiter-Package offengelegt. Das Halbleiter-Package enthält: Halbleiterelemente, ein erstes Wärmeableitungssubstrat, das unter den Halbleiterelementen ausgebildet ist, einen ersten Systemträger, der die unteren Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem oberen Abschnitt des ersten Wärmeableitungssubstrats verbindet, ein zweites Wärmeableitungssubstrat, das über den Halbleiterelementen ausgebildet ist, einen zweiten Systemträger mit einem Vorsprung, der so ausgebildet ist, dass er von einer unteren Oberfläche davon vorsteht und die oberen Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem unteren Abschnitt des zweiten Wärmeableitungssubstrats verbindet.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorzug der am 16. Dezember 2011 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0136666 mit dem Titel „Semiconductor Package”, das hierdurch in seiner Gänze durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiter-Package.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Mit dem Fortschritt in der Elektronikindustrie wurde das Bereitstellen von kleinen und hochdichten Leistungshalbleitermodulen bei gleichzeitiger Reduzierung der Größe eines Halbleiterbauelements zum Hauptfokus und folglich wurde das Augenmerk auf das Reduzieren der Größe der Module verengt. Das Integrieren von Elementen in einem begrenzten Raum führt zu einer Zunahme der Wärmeerzeugung, und diese Wärmeerzeugung beeinflusst den Betrieb und die Lebensdauer von Leistungshalbleitermodulen stark, was somit ein wichtiges Problem geworden ist.
Diese Art von Leistungshalbleiter-Package ist so konfiguriert, dass sie eine Struktur besitzt, bei der mehrere Halbleiterelemente auf ein einzelnes Isoliersubstrat gelötet werden und ein Gehäusemantel daran gebondet wird. Außerdem werden das Halbleiterbauelement und das Substrat und das Substrat und die Anschlüsse, die in das Gehäuse eingesetzt sind, durch Drahtbonden oder Löten miteinander verbunden. Da eine Wärmeableitplatte für das Ableiten von Wärme des Halbleiter-Package nur an einem unteren Abschnitt des Package angeordnet ist, kann die Wärme nicht effektiv abgeleitet werden ( koreanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 10-2011-0014867 ).
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgte bei dem Bemühen, ein kompaktes Halbleiter-Package bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung erfolgte auch im Bemühen, ein Halbleiter-Package mit einem verbesserten Wärmeableitungseffekt bereitzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Halbleiter-Package bereitgestellt, das Folgendes enthält: mehrere Halbleiterelemente; ein erstes Wärmeableitungssubstrat, das unter den Halbleiterelementen ausgebildet ist; einen ersten Systemträger, der die unteren Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem oberen Abschnitt des ersten Wärmeableitungssubstrats verbindet; ein zweites Wärmeableitungssubstrat, das über den Halbleiterelementen ausgebildet ist; und einen zweiten Systemträger mit einem Vorsprung, der so ausgebildet ist, dass er von einer Oberfläche davon zu der Außenseite vorspringt und die oberen Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem unteren Abschnitt des zweiten Wärmeableitungssubstrats verbindet.
Das Halbleiter-Package kann weiterhin Folgendes enthalten: einen Abstandshalter, der in einem Raum zwischen dem ersten und zweiten Systemträger ausgebildet ist.
Das Halbleiter-Package kann weiterhin Folgendes enthalten: ein Gehäuse, das beide Seiten des ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrats bedeckt, um einen zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat ausgebildeten Innenraum gegenüber der Außenseite zu blockieren.
Mindestens einer des ersten und zweiten Systemträgers kann so ausgebildet sein, dass er von dem Gehäuse zur Außenseite vorsteht.
Das Halbleiter-Package kann weiterhin Folgendes enthalten: ein Isolierharz, das in den Innenraum zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat gefüllt ist.
Die Halbleiterelemente können ein Leistungselement und/oder ein Steuerelement enthalten.
Das Leistungselement kann ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) sein.
Das Steuerelement kann eine Diode sein.
Die Diode kann derart angeordnet sein, dass eine Gateelektrode davon mit dem ersten Systemträger in Kontakt steht.
Der erste und zweite Systemträger können die mehreren Halbleiterelemente in Serie oder parallel miteinander verbinden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiter-Package bereitgestellt, das Folgendes enthält: mehrere Halbleiterelemente jeweils mit der gleichen Dicke; ein erstes Wärmeableitungssubstrat, das unter den Halbleiterelementen ausgebildet ist; einen ersten Systemträger, der die unteren Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem oberen Abschnitt des ersten Wärmeableitungssubstrats verbindet; ein zweites Wärmeableitungssubstrat, das über den Halbleiterelementen ausgebildet ist; einen zweiten Systemträger, der die oberen Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem unteren Abschnitt des zweiten Wärmeableitungssubstrats verbindet.
Das Halbleiter-Package kann weiterhin Folgendes enthalten: einen Abstandshalter, der in einem Raum zwischen dem ersten und zweiten Systemträger ausgebildet ist.
Das Halbleiter-Package kann weiterhin Folgendes enthalten: ein Gehäuse, das beide Seiten des ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrats bedeckt, um einen zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat ausgebildeten Innenraum gegenüber der Außenseite zu blockieren.
Mindestens einer des ersten und zweiten Systemträgers kann so ausgebildet sein, dass er von dem Gehäuse zur Außenseite vorsteht.
Das Halbleiter-Package kann weiterhin Folgendes enthalten: ein Isolierharz, das in den Innenraum zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat gefüllt ist.
Die Halbleiterelemente können ein Leistungselement und/oder ein Steuerelement enthalten.
Das Leistungselement kann ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) sein.
Das Steuerelement kann eine Diode sein.
Die Diode kann derart angeordnet sein, dass eine Gateelektrode davon mit dem ersten Systemträger in Kontakt steht.
Der erste und zweite Systemträger können die mehreren Halbleiterelemente in Serie oder parallel miteinander verbinden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die ein Halbleiter-Package gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die ein Halbleiter-Package zeigt, das von einem Gehäuse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekapselt ist;
3 ist ein Schaltplan mit einem Halbleiterelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Ansicht, die eine Verdrahtungsstruktur des Halbleiter-Package gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 ist eine Ansicht, die ein Halbleiter-Package gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Verschiedene Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher.
Die Ausdrücke und Wörter, die in der vorliegenden Patentschrift und den Ansprüchen verwendet werden, sollten nicht so ausgelegt werden, als wenn sie auf typische Bedeutungen oder Wörterbuchdefinitionen beschränken, sondern sollten so ausgelegt werden, dass sie Bedeutungen und Konzepte besitzen, die für den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung auf der Basis der Regel relevant sind, gemäß der ein Erfinder das Konzept des Ausdrucks entsprechend definieren kann, um das beste Verfahren, das er zum Ausführen der Erfindung kennt, am angemessendsten zu beschreiben.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstehen. In der Patentschrift ist beim Hinzufügen von Bezugszahlen zu Komponenten durch die Zeichnungen hindurch zu verstehen, dass gleiche Bezugszahlen gleiche Komponenten bezeichnen, obwohl Komponenten in verschiedenen Zeichnungen gezeigt sind. Beim Beschreiben der vorliegenden Erfindung entfällt eine detaillierte Beschreibung verwandter bekannter Funktionen oder Konfigurationen, um das Wesen der vorliegenden Erfindung nicht zu verdunkeln. In der Beschreibung werden die Ausdrücke „erster”, „zweiter” usw. verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Elemente werden nicht durch die obigen Ausdrücke definiert.
Im Folgenden wird ein Halbleiter-Package gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist eine Ansicht, die ein Halbleiter-Package gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Halbleiter-Package 100 ein Halbleiterelement 150, ein erstes Wärmeableitungssubstrat 110, ein zweites Wärmeableitungssubstrat 120, einen ersten Systemträger 130, einen zweiten Systemträger 140 und einen Abstandshalter 160 enthalten.
Das erste Wärmeableitungssubstrat 110 kann aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Beispielsweise kann das erste Wärmeableitungssubstrat 110 ein Kühlkörper sein, der Wärme zur Außenseite abstrahlt. Das erste Wärmeableitungssubstrat 110 kann aus Metall, einem Metallnitrid, einem Keramikharz oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt sein. Der erste Systemträger 130 kann auf dem ersten Wärmeableitungssubstrat 110 ausgebildet sein.
Das zweite Wärmeableitungssubstrat 120 kann aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Beispielsweise kann das zweite Wärmeableitungssubstrat 120 ein Kühlkörper sein, der Wärme zur Außenseite abstrahlt. Das zweite Wärmeableitungssubstrat 120 kann aus Metall, einem Metallnitrid, einem Keramikharz oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt sein. Der zweite Systemträger 140 kann unter dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120 ausgebildet sein.
Der erste Systemträger 130 kann auf dem ersten Wärmeableitungssubstrat 110 ausgebildet sein. Der erste Systemträger 130 kann elektrisch mit dem ersten Wärmeableitungssubstrat 110 verbunden sein. Außerdem kann der erste Systemträger 130 elektrisch mit dem Halbleiterelement 150 verbunden sein. Der erste Systemträger 130 kann nämlich elektrisch das erste Wärmeableitungssubstrat 110 mit dem Halbleiterelement 150 verbinden. Der erste Systemträger 130 kann aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt sein. Außerdem kann der erste Systemträger 130 aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt sein. Der erste Systemträger 130, der aus einem elektrisch leitenden Metall oder einem wärmeleitenden Metall hergestellt ist, leitet erzeugte Wärme von dem Halbleiterelement 150 zu dem ersten Wärmeableitungssubstrat 110, damit die Wärme nach außen abgeführt werden kann. Der erste Systemträger 130 kann so ausgebildet sein, dass er von dem ersten Wärmeableitungssubstrat 110 zur Außenseite vorsteht.
Das Halbleiterelement 150 kann ein Leistungselement und ein Steuerelement enthalten. Das Halbleiterelement 150 kann auf dem ersten Systemträger 130 montiert sein. Wenn das Halbleiterelement 150 auf dem ersten Systemträger 130 montiert ist, kann es durch einen leitenden Kleber an den ersten Systemträger 130 gebondet sein. Der leitende Kleber kann ein Lot, ein leitendes Epoxid oder dergleichen sein. Der zweite Systemträger 140 kann auf dem Halbleiterelement 150 montiert sein.
Der zweite Systemträger 140 kann unter dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120 ausgebildet sein. Der zweite Systemträger 140 kann elektrisch mit dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120 verbunden sein. Außerdem kann der zweite Systemträger 140 elektrisch mit dem Halbleiterelement 150 verbunden sein. Der zweite Systemträger 140 kann nämlich elektrisch das zweite Wärmeableitungssubstrat 120 mit dem Halbleiterelemente 150 verbinden. Der zweite Systemträger 140 kann aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt sein. Außerdem kann der zweite Systemträger 140 aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt sein. Der zweite Systemträger 140, der aus einem elektrisch leitenden Metall oder einem wärmeleitenden Metall hergestellt ist, kann erzeugte Wärme von dem Halbleiterelement 150 zu dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120 leiten, damit die Wärme nach außen abgeführt werden kann. Der zweite Systemträger 140 kann so ausgebildet sein, dass er von dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120 zur Außenseite vorsteht. Ein Vorsprung 145 kann auf einer Oberfläche des zweiten Systemträgers 140 ausgebildet sein. Der Vorsprung 145 kann so ausgebildet sein, dass er von dem Körper des zweiten Systemträgers 140 zur Außenseite vorsteht. Der Vorsprung 145 dient dazu, einen Dickenunterschied zwischen einem Halbleiterelement mit einer größeren Dicke und einem Halbleiterelement mit einer kleineren Dicke unter den Halbleiterelementen 150 zu verringern. Beispielsweise weist ein Abschnitt des zweiten Systemträgers 140, der mit der Diode 152 in Kontakt steht, ein dickeres Halbleiterelement, den Vorsprung 145 nicht auf, und ein Abschnitt des zweiten Systemträgers 140, der mit einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 151 in Kontakt steht, einem dünneren Halbleiterelement, kann den Vorsprung 145 aufweisen. Die Dicke des Vorsprungs 145 dient dazu, den Dickenunterschied zwischen den auf dem gleichen Substrat 150 montierten Halbleiterelementen 150 zu reduzieren. Somit kann die Dicke des Vorsprungs 145 ein Dickenunterschied zwischen dem dicksten Halbleiterelement 150 bzw. den mit dem Vorsprung 145 in Kontakt stehenden Halbleiterelementen 150 sein. Wenn nämlich die Halbleiterelemente 150 verschiedene Dicken aufweisen, kann der daran gebondete Vorsprung 145 entsprechend unterschiedliche Dicken aufweisen.
Der Abstandshalter 160 kann in einem Raum zwischen dem ersten Systemträger 130 und dem zweiten Systemträger 140 ausgebildet sein. Um zu verhindern, dass die Form des Halbleiter-Package 100 durch den leeren Raum innerhalb des Halbleiter-Package 100 verändert wird, kann der Abstandshalter 160 in dem Raum zwischen dem ersten Systemträger 130 und dem zweiten Systemträger 140 ausgebildet sein. Der Abstandshalter 160 kann nämlich auf einem Gebiet ausgebildet sein, auf dem die Halbleiterelemente 150 nicht platziert werden. Der Abstandshalter 160 kann aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sein. Außerdem kann der Abstandshalter 160 aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt sein. Wenn jedoch der erste Systemträger 130 und der zweite Systemträger 140 elektrisch miteinander verbunden sein müssen, kann der Abstandshalter 160 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Zuverlässigkeit des Halbleiter-Package durch Implementieren einer elektrischen Verbindung zwischen dem Substrat und den Halbleiterelementen oder einer elektrischen Verbindung zwischen Halbleiterelementen durch die Systemträger anstatt durch Drahtbonden verbessert werden.
2 ist eine Ansicht, die ein Halbleiter-Package zeigt, das von einem Gehäuse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekapselt ist.
Unter Bezugnahme auf 2 kann das Halbleiter-Package 100 die Halbleiterelemente 150, das erste Wärmeableitungssubstrat 110, das zweite Wärmeableitungssubstrat 120, den ersten Systemträger 130, den zweiten Systemträger 140, den Abstandshalter 160 und ein Gehäuse 170 enthalten.
Das erste Wärmeableitungssubstrat 110 kann aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Beispielsweise kann das erste Wärmeableitungssubstrat 110 ein Kühlkörper sein, der Wärme zur Außenseite abstrahlt. Das erste Wärmeableitungssubstrat 110 kann aus Metall, einem Metallnitrid, einem Keramikharz oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt sein. Der erste Systemträger 130 kann auf dem ersten Wärmeableitungssubstrat 110 ausgebildet sein.
Das zweite Wärmeableitungssubstrat 120 kann aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Beispielsweise kann das zweite Wärmeableitungssubstrat 120 ein Kühlkörper sein, der Wärme zur Außenseite abstrahlt. Das zweite Wärmeableitungssubstrat 120 kann aus Metall, einem Metallnitrid, einem Keramikharz oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt sein. Der zweite Systemträger 140 kann unter dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120 ausgebildet sein.
Der erste Systemträger 130 kann auf dem ersten Wärmeableitungssubstrat 110 ausgebildet sein. Der erste Systemträger 130 kann elektrisch mit dem Wärmeableitungssubstrat 110 verbunden sein. Außerdem kann der erste Systemträger 130 elektrisch mit dem Halbleiterelement 150 verbunden sein. Der erste Systemträger 130 kann nämlich elektrisch das erste Wärmeableitungssubstrat 110 mit dem Halbleiterelement 150 verbinden. Der erste Systemträger 130 kann aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt sein. Außerdem kann der erste Systemträger 130 aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt sein. Der erste Systemträger 130, der aus einem elektrisch leitenden Metall oder einem wärmeleitenden Metall hergestellt ist, leitet erzeugte Wärme von dem Halbleiterelement 150 zu dem ersten Wärmeableitungssubstrat 110, damit die Wärme nach außen abgeführt werden kann. Der erste Systemträger 130 kann so ausgebildet sein, dass er von dem Gehäuse 170 zur Außenseite vorsteht.
Das Halbleiterelement 150 kann ein Leistungselement und ein Steuerelement enthalten. Das Halbleiterelement 150 kann auf dem ersten Systemträger 130 montiert sein. Wenn das Halbleiterelement 150 auf dem ersten Systemträger 130 montiert ist, kann es durch einen leitenden Kleber an den ersten Systemträger 130 gebondet sein. Der leitende Kleber kann ein Lot, ein leitendes Epoxid oder dergleichen sein. Der zweite Systemträger 140 kann auf dem Halbleiterelement 150 montiert sein.
Der zweite Systemträger 140 kann unter dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120 ausgebildet sein. Der zweite Systemträger 140 kann elektrisch mit dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120 verbunden sein. Außerdem kann der zweite Systemträger 140 elektrisch mit dem Halbleiterelement 150 verbunden sein. Der zweite Systemträger 140 kann nämlich elektrisch das zweite Wärmeableitungssubstrat 120 mit dem Halbleiterelement 150 verbinden. Der zweite Systemträger 140 kann aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt sein. Außerdem kann der zweite Systemträger 140 aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt sein. Der zweite Systemträger 140, der aus einem elektrisch leitenden Metall oder einem wärmeleitenden Metall hergestellt ist, leitet erzeugte Wärme von dem Halbleiterelement 150 zu dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 120, damit die Wärme nach außen abgeführt werden kann. Der zweite Systemträger 140 kann von dem Gehäuse 170 zur Außenseite vorstehen. Der Vorsprung 145 kann auf einer Oberfläche des Körpers des zweiten Systemträgers 140 ausgebildet sein. Der Vorsprung 145 kann so ausgebildet sein, dass er von dem Körper des zweiten Systemträgers 140 zur Außenseite vorsteht. Der Vorsprung 145 dient dazu, einen Dickenunterschied zwischen einem Halbleiterelement 150 mit einer größeren Dicke und einem Halbleiterelement 150 mit einer kleineren Dicke unter den Halbleiterelementen 150 zu verringern. Beispielsweise weist ein Abschnitt des zweiten Systemträgers 140, der mit der Diode 152 in Kontakt steht, ein dickeres Halbleiterelement, den Vorsprung 145 nicht auf, und ein Abschnitt des zweiten Systemträgers 140, der mit einem IGBT 151 in Kontakt steht, einem dünnen Halbleiterelement, kann den Vorsprung 145 aufweisen. Die Dicke des Vorsprungs 145 dient dazu, den Dickenunterschied zwischen den auf dem gleichen Substrat 150 montierten Halbleiterelementen 150 zu reduzieren. Somit kann die Dicke des Vorsprungs 145 ein Dickenunterschied zwischen dem dicksten Halbleiterelement 150 bzw. den mit dem Vorsprung 145 in Kontakt stehenden Halbleiterelementen 150 sein. Wenn nämlich die Halbleiterelemente 150 verschiedene Dicken aufweisen, kann der Vorsprung 145 entsprechend unterschiedliche Dicken aufweisen.
Der Abstandshalter 160 kann in einem Raum zwischen dem ersten Systemträger 130 und dem zweiten Systemträger 140 ausgebildet sein. Um zu verhindern, dass die Form des Halbleiter-Package 100 durch den leeren Raum innerhalb des Halbleiter-Package 100 verändert wird, kann der Abstandshalter 160 in dem Raum zwischen dem ersten Systemträger 130 und dem zweiten Systemträger 140 ausgebildet sein. Der Abstandshalter 160 kann nämlich auf einem Gebiet ausgebildet sein, auf dem die Halbleiterelemente 150 nicht platziert werden. Der Abstandshalter 160 kann aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sein. Außerdem kann der Abstandshalter 160 aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt sein. Wenn jedoch der erste Systemträger 130 und der zweite Systemträger 140 elektrisch miteinander verbunden sein müssen, kann der Abstandshalter 160 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sein.
Das Gehäuse 170 kann ausgebildet sein zum Blockieren des internen Raums und der Bestandteile, die zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat 110 und 120 ausgebildet sind, von der Außenseite. Um die internen Bestandteile und die Außenseite zu blockieren, kann das Gehäuse 170 mit verschiedenen Formen ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 170 eine Struktur aufweisen, um die Seiten des ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrats 110 und 120 zu bedecken, um das Innere und das Äußere des Gehäuses 170 zu blockieren. Außerdem kann das Gehäuse 170 eine Struktur aufweisen, um alle Seiten des ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrats 110 und 120 zu bedecken, um das Innere und das Äußere des Gehäuses 170 zu blockieren. Das Gehäuse 170 kann aus einem Isoliermaterial hergestellt sein. Das Gehäuse 170 kann mit einem Isolierharz 180 wie etwa Silizium oder dergleichen beladen sein, um die darin befindlichen Bestandteile zu schützen.
3 ist ein Schaltplan mit einem Halbleiterelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 3 kann das Halbleiterelement 150 ein erstes, zweites, drittes und viertes Leistungselement 151, 153, 155 und 157 und erste bis vierte Steuerelemente 152, 154, 156 und 158 enthalten. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten, zweiten, dritten und vierten Leistungselement 151, 153, 155 und 157 um IGBTs handeln. Außerdem kann es sich bei dem ersten bis vierten Steuerelement 152, 154, 156 und 158 um Dioden handeln.
Unter Bezugnahme auf den Schaltplan von 3 sind das erste Leistungselement 151 und das erste Steuerelement 152 parallel zueinander geschaltet. Das zweite Leistungselement 153 und das zweite Steuerelement 154 sind parallel zueinander geschaltet. Das dritte Leistungselement 155 und das dritte Steuerelement 156 sind parallel zueinander geschaltet. Außerdem sind das vierte Leistungselement 157 und das vierte Steuerelement 158 parallel zueinander geschaltet.
Hier ist ersichtlich, dass das erste Leistungselement 151 und das erste Steuerelement 152 parallel zu dem dritten Leistungselement 155 und dem dritten Steuerelement 156 geschaltet sind.
4 ist eine Ansicht, die eine Verdrahtungsstruktur des Halbleiter-Package gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Ansicht, die ein Verdrahtungslayout des Schaltplans von 3 zeigt.
Unter Bezugnahme auf 4 können mehrere Halbleiterelemente 150 durch Systemträger 131, 132, 141, 142, 143 und 144 miteinander verbunden sein.
Die Halbleiterelemente 150 können das erste, zweite, dritte und vierte Halbleiterelement 151, 153, 155 und 157 und das erste, zweite, dritte und vierte Steuerelement 152, 154, 156 und 158 beinhalten. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten, zweiten, dritten und vierten Leistungselement 151, 153, 155 und 157 um IGBTs handeln. Außerdem kann es sich bei dem ersten bis vierten Steuerelement 152, 154, 156 und 158 um Dioden handeln.
Die Systemträger 131, 132, 141, 142, 143 und 144 können die Halbleiterelemente 150 elektrisch miteinander verbinden. Die Systemträger 131, 132, 141, 142, 143 und 144 können strukturiert sein, um durch Auslegung die Halbleiterelemente 150 miteinander elektrisch zu verbinden. Die Systemträger 131, 132, 141, 142, 143 und 144 können den an die unteren Abschnitte der Halbleiterelemente 150 gebondeten ersten Systemträger 130 und den an die oberen Abschnitte des Halbleiterelements 150 gebondeten zweiten Systemträger 140 beinhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können ein oder mehrere erste Systemträger 130 und zweite Systemträger 140 so strukturiert sein, dass sie unterschiedliche Gestalten aufweisen, um durch die Auslegung elektrisch mit den Halbleiterelementen 150 verbunden zu sein.
Das erste Leistungselement 151, das zweite Leistungselement 153, das erste Steuerelement 152 und das zweite Steuerelement 154 können durch einen (1-1)ten Systemträger 131, (2-1-1)ten Systemträger 141 und einen (2-1-2)ten Systemträger 142 verbunden sein. Beispielsweise können ein Kollektor des ersten Leistungselements 151, eine Kathode des ersten Steuerelements 152, ein Kollektor des zweiten Leistungselements 153 und eine Kathode des zweiten Steuerelements 154 an den (1-1)ten Systemträger 131 gebondet und elektrisch mit ihm verbunden sein. Außerdem können ein Emitter des ersten Leistungselements 151, eine Anode des ersten Steuerelements 152, ein Emitter des zweiten Leistungselements 153 und eine Anode des zweiten Steuerelements 154 an den (2-1-1)ten Systemträger 141 gebondet und elektrisch mit ihm verbunden sein. Außerdem kann ein Gate des ersten Leistungselements 151 und das des zweiten Leistungselements 153 an den (2-1-2)ten Systemträger 142 gebondet und elektrisch mit ihm verbunden sein. Auf diese Weise kann bei dem Halbleiter-Package 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein existierender Lötkugelprozess für eine Verbindung durch Lötkugeln entfallen, da die Gates des ersten Leistungselements 151 und des zweiten Leistungselements 153 miteinander verbunden sind.
Auf diese Weise können das erste Leistungselement 151, das erste Steuerelement 152, das zweite Leistungselement 153 und das zweite Steuerelement 154 durch den (1-1)ten Systemträger 131, den (2-1-1)ten Systemträger 141 und den (2-1-2)ten Systemträger 142 parallel zueinander geschaltet sein.
Das dritte Leistungselement 155, das vierte Leistungselement 157, das dritte Steuerelement 156 und das vierte Steuerelement 158 können durch den (1-2)ten Systemträger 132, den (2-2-1)ten Systemträger 143 und den (2-2-2)ten Systemträger 144 verbunden sein. Beispielsweise können der Kollektor des dritten Leistungselements 155, die Kathode des dritten Steuerelements 156, der Kollektor des vierten Leistungselements 157 und die Kathode des vierten Steuerelements 158 an den (1-2)ten Systemträger 132 gebondet und elektrisch mit ihm verbunden sein. Außerdem können der Emitter des dritten Leistungselements 155, die Anode des dritten Steuerelements 156, der Emitter des vierten Leistungselements 157 und die Anode des vierten Steuerelements 158 an den (2-2-1)ten Systemträger 143 gebondet und elektrisch mit ihm verbunden sein. Außerdem können das Gate des dritten Leistungselements 155 und das des vierten Leistungselements 157 an den (2-1-2)ten Systemträger 142 gebondet und elektrisch mit ihm verbunden sein. Bei dem Halbleiter-Package 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein existierender Lötkugelprozess für eine Verbindung durch Lötkugeln entfallen, da die Gates des dritten Leistungselements 155 und des vierten Leistungselement 157 miteinander verbunden sind.
Auf diese Weise können das dritte Leistungselement 155, das dritte Steuerelement 156, das vierte Leistungselement 157 und das vierte Steuerelement 158 durch den (1-2)ten Systemträger 132, den (2-2-1)ten Systemträger 143 und den (2-2-2)ten Systemträger 144 parallel zueinander geschaltet sein.
Außerdem kann der (2-1-1)te Systemträger 141 mit dem (1-2)ten Systemträger 132 verbunden sein.
Somit können das erste, zweite, dritte und vierte Leistungselement 151, 153, 155 und 157 und das erste, zweite, dritte und vierte Steuerelement 152, 154, 156 und 158 durch den (2-1-1)ten Systemträger 141 und den (1-2)ten Systemträger 132 in Reihe zueinander geschaltet sein.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei Leistungselemente und zwei Steuerelemente dargestellt und beschrieben, doch ist die Anzahl der in dem Halbleiter-Package enthaltenen Halbleiterelemente nicht darauf beschränkt. Die Anzahl an in dem Halbleiter-Package enthaltenen Leistungselementen und Steuerelementen kann nämlich von einem Fachmann verändert werden. Außerdem kann das Design der Strukturierung der Systemträger von einem Fachmann verändert werden, wodurch Verbindungen in Reihe oder parallel zwischen mehreren Halbleiterelementen leicht verändert werden können.
5 ist eine Ansicht, die ein Halbleiter-Package gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 5 kann ein Halbleiter-Package 200 ein Halbleiterelement 250, ein erstes Wärmeableitungssubstrat 210, ein zweites Wärmeableitungssubstrat 220, einen ersten Systemträger 230, einen zweiten Systemträger 240, einen Abstandshalter 260 und ein Gehäuse 270 enthalten.
Das erste Wärmeableitungssubstrat 210 kann aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Beispielsweise kann das erste Wärmeableitungssubstrat 210 ein Kühlkörper sein, der Wärme zur Außenseite abstrahlt. Das erste Wärmeableitungssubstrat 210 kann aus Metall, einem Metallnitrid, einem Keramikharz oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt sein. Der erste Systemträger 230 kann auf dem ersten Wärmeableitungssubstrat 210 ausgebildet sein.
Das zweite Wärmeableitungssubstrat 220 kann aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Beispielsweise kann das zweite Wärmeableitungssubstrat 220 ein Kühlkörper sein, der Wärme zur Außenseite abstrahlt. Das zweite Wärmeableitungssubstrat 220 kann aus Metall, einem Metallnitrid, einem Keramikharz oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt sein. Der zweite Systemträger 240 kann unter dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 220 ausgebildet sein.
Der erste Systemträger 230 kann auf dem ersten Wärmeableitungssubstrat 210 ausgebildet sein. Der erste Systemträger 230 kann elektrisch mit dem ersten Wärmeableitungssubstrat 210 verbunden sein. Außerdem kann der erste Systemträger 230 elektrisch mit dem Halbleiterelement 250 verbunden sein. Der erste Systemträger 230 kann nämlich elektrisch das erste Wärmeableitungssubstrat 210 mit dem Halbleiterelement 250 verbinden. Der erste Systemträger 230 kann aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt sein. Außerdem kann der erste Systemträger 230 aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt sein. Der erste Systemträger 230, der aus einem elektrisch leitenden Metall oder einem wärmeleitenden Metall hergestellt ist, leitet erzeugte Wärme von dem Halbleiterelement 250 zu dem ersten Wärmeableitungssubstrat 210, damit die Wärme nach außen abgeführt werden kann. Der erste Systemträger 230 kann so ausgebildet sein, dass er von dem Gehäuse 270 zur Außenseite vorsteht.
Das Halbleiterelement 250 kann ein Leistungselement und ein Steuerelement enthalten. Hier können alle Halbleiterelemente 250 die gleiche Dicke aufweisen. Beispielsweise kann unter den Halbleiterelementen 250 das Steuerelement ein IGBT 251 sein. Außerdem kann unter dem Halbleiterelement 250 das Steuerelement eine Diode 252 sein. Die Diode 252 kann eine Dicke aufweisen, die größer ist als die des IGBT 251. Die Diode 252, die dicker ist als der IGBT 251, kann durch einen Verdünnungsprozess die gleiche Dicke wie die des IGBT 251 aufweisen. Die Halbleiterelemente 250 mit der gleichen Dicke können auf dem ersten Systemträger 230 montiert sein. Wenn das Halbleiterelement 250 auf dem ersten Systemträger 230 montiert ist, kann es durch einen leitenden Kleber an den ersten Systemträger 230 gebondet sein. Der leitende Kleber kann ein Lot, ein leitendes Epoxid oder dergleichen sein. Der zweite Systemträger kann auf dem Halbleiterelement 250 montiert sein.
Der zweite Systemträger 240 kann unter dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 220 ausgebildet sein. Der zweite Systemträger 240 kann elektrisch mit dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 220 verbunden sein. Außerdem kann der zweite Systemträger 240 elektrisch mit dem Halbleiterelement 250 verbunden sein. Der zweite Systemträger 240 kann nämlich elektrisch das zweite Wärmeableitungssubstrat 220 mit dem Halbleiterelement 250 verbinden. Der zweite Systemträger 240 kann aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt sein. Außerdem kann der zweite Systemträger 240 aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt sein. Der zweite Systemträger 240, der aus einem elektrisch leitenden Metall oder einem wärmeleitenden Metall hergestellt ist, kann erzeugte Wärme von dem Halbleiterelement 250 zu dem zweiten Wärmeableitungssubstrat 220 leiten, damit die Wärme nach außen abgeführt werden kann. Der zweite Systemträger 240 kann von dem Gehäuse 270 zur Außenseite vorstehen.
Der Abstandshalter 260 kann in einem Raum zwischen dem ersten Systemträger 230 und dem zweiten Systemträger 240 ausgebildet sein. Um zu verhindern, dass die Form des Halbleiter-Package 200 durch den leeren Raum innerhalb des Halbleiter-Package 200 verändert wird, kann der Abstandshalter 260 in dem Raum zwischen dem ersten Systemträger 230 und dem zweiten Systemträger 240 ausgebildet sein. Der Abstandshalter 260 kann nämlich auf einem Gebiet ausgebildet sein, auf dem die Halbleiterelemente 250 nicht platziert werden. Der Abstandshalter 260 kann aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sein. Außerdem kann der Abstandshalter 260 aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt sein. Wenn jedoch der erste Systemträger 230 und der zweite Systemträger 240 elektrisch miteinander verbunden sein müssen, kann der Abstandshalter 260 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sein.
Das Gehäuse 270 kann ausgebildet sein zum Blockieren des internen Raums und der Bestandteile, die zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat 210 und 220 ausgebildet sind, von der Außenseite. Um die internen Bestandteile und die Außenseite zu blockieren, kann das Gehäuse 270 mit verschiedenen Formen ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 270 eine Struktur aufweisen, um die Seiten des ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrats 210 und 220 zu bedecken, um das Innere und das Äußere des Gehäuses 270 zu blockieren. Außerdem kann das Gehäuse 270 eine Struktur aufweisen, um alle Seiten des ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrats 210 und 220 zu bedecken, um das Innere und das Äußere des Gehäuses 270 zu blockieren. Das Gehäuse 270 kann aus einem Isoliermaterial hergestellt sein. Das Gehäuse 270 kann mit einem Isolierharz 280 wie etwa Silizium oder dergleichen beladen (oder gefüllt) sein, um die darin befindlichen Bestandteile zu schützen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Halbleiter-Package so ausgebildet sein, dass es eine kleine Größe aufweist.
Das Halbleiter-Package kann einen verbesserten Wärmeableitungseffekt besitzen.
Wenngleich die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken offenbart worden sind, sollen sie die vorliegende Erfindung spezifisch erläutern, und somit ist ein Halbleiter-Package gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, aber der Fachmann versteht, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Substitutionen möglich sind, ohne von dem Schutzbereich und Gedanken der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen offenbart, abzuweichen.
Dementsprechend sollten jegliche und alle Modifikationen, Variationen oder äquivalente Anordnungen so betrachtet werden, dass sie innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen, und der detaillierte Schutzbereich der Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche offenbart.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2011-0136666 [0001]
KR 10-2011-0014867 [0004]

Claims

Halbleiter-Package, umfassend: mehrere Halbleiterelemente; ein erstes Wärmeableitungssubstrat, das unter den Halbleiterelementen ausgebildet ist; einen ersten Systemträger, der die unteren Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem oberen Abschnitt des ersten Wärmeableitungssubstrats verbindet; ein zweites Wärmeableitungssubstrat, das über den Halbleiterelementen ausgebildet ist; einen zweiten Systemträger mit einem Vorsprung, der so ausgebildet ist, dass er von einer Oberfläche davon zu der Außenseite vorspringt und die oberen Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem unteren Abschnitt des zweiten Wärmeableitungssubstrats verbindet.
Halbleiter-Package nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen Abstandshalter, der in einem Raum zwischen den ersten und zweiten Systemträger ausgebildet ist.
Halbleiter-Package nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein Gehäuse, das beide Seiten des ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrats bedeckt, um einen zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat ausgebildeten Innenraum gegenüber der Außenseite zu blockieren.
Halbleiter-Package nach Anspruch 3, wobei mindestens einer des ersten und zweiten Systemträgers so ausgebildet ist, dass er von dem Gehäuse zur Außenseite vorsteht.
Halbleiter-Package nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein Isolierharz, das in den Innenraum zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat gefüllt ist.
Halbleiter-Package nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterelemente ein Leistungselement und/oder ein Steuerelement enthalten.
Halbleiter-Package nach Anspruch 6, wobei das Leistungselement ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist.
Halbleiter-Package nach Anspruch 6, wobei das Steuerelement eine Diode ist.
Halbleiter-Package nach Anspruch 8, wobei die Diode derart angeordnet ist, dass eine Gateelektrode davon mit dem ersten Systemträger in Kontakt steht.
Halbleiter-Package nach Anspruch 1, wobei der erste und zweite Systemträger die mehreren Halbleiterelemente in Serie oder parallel miteinander verbinden.
Halbleiter-Package, umfassend: mehrere Halbleiterelemente jeweils mit der gleichen Dicke; ein erstes Wärmeableitungssubstrat, das unter den Halbleiterelementen ausgebildet ist; einen ersten Systemträger, der die unteren Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem oberen Abschnitt des ersten Wärmeableitungssubstrats verbindet; ein zweites Wärmeableitungssubstrat, das über den Halbleiterelementen ausgebildet ist; und einen zweiten Systemträger, der die oberen Abschnitte der Halbleiterelemente elektrisch mit einem unteren Abschnitt des zweiten Wärmeableitungssubstrats verbindet.
Halbleiter-Package nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: einen Abstandshalter, der in einem Raum zwischen dem ersten und zweiten Systemträger ausgebildet ist.
Halbleiter-Package nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: ein Gehäuse, das beide Seiten des ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrats bedeckt, um einen zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat ausgebildeten Innenraum gegenüber der Außenseite zu blockieren.
Halbleiter-Package nach Anspruch 13, wobei mindestens einer des ersten und zweiten Systemträgers so ausgebildet ist, dass er von dem Gehäuse zur Außenseite vorsteht.
Halbleiter-Package nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: ein Isolierharz, das in den Innenraum zwischen dem ersten und zweiten Wärmeableitungssubstrat gefüllt ist.
Halbleiter-Package nach Anspruch 11, wobei die Halbleiterelemente ein Leistungselement und/oder ein Steuerelement enthalten.
Halbleiter-Package nach Anspruch 16, wobei das Leistungselement ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist.
Halbleiter-Package nach Anspruch 16, wobei das Steuerelement eine Diode ist.
Halbleiter-Package nach Anspruch 18, wobei die Diode derart angeordnet ist, dass eine Gateelektrode davon mit dem ersten Systemträger in Kontakt steht.
Halbleiter-Package nach Anspruch 11, wobei der erste und zweite Systemträger die mehreren Halbleiterelemente in Serie oder parallel miteinander verbinden.