DE102016107249B4 - Printed circuit board with a recess for an electrical component, system with the printed circuit board and method for manufacturing the printed circuit board - Google Patents

Printed circuit board with a recess for an electrical component, system with the printed circuit board and method for manufacturing the printed circuit board Download PDF

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Abstract

Leiterplatte (111), die umfasst:- eine erste Außenfläche (112),- eine der ersten Außenfläche (112) gegenüberliegende zweite Außenfläche (113),- eine Aussparung (121) mit einem Boden (122), wobei sich die Aussparung (121) weg von der ersten Außenfläche (112) und hin zu der zweiten Außenfläche (113) erstreckt,- Lötpads (191, 192), die auf dem Boden (122) der Aussparung (121) angeordnet sind und die geeignet sind, um eine Verbindung mit einem Bauelement (180) herzustellen, und- mindestens einen Dickmetall-Leiter (171), der in der Aussparung (121) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Dickmetall-Leiter (171) als Inlay der Leiterplatte (111) ausgebildet ist und eine Dicke von mehr als 250 um aufweist.Printed circuit board (111), which comprises: - a first outer surface (112), - a second outer surface (113) opposite the first outer surface (112), - a recess (121) with a base (122), the recess (121 ) extending away from the first outer surface (112) and towards the second outer surface (113),- soldering pads (191, 192) arranged on the bottom (122) of the recess (121) and suitable for making a connection to produce with a component (180), and- at least one thick metal conductor (171), which is arranged in the recess (121), wherein the at least one thick metal conductor (171) is designed as an inlay of the circuit board (111) and a thickness greater than 250 µm.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Leiterplatte, die eine Aussparung und Lötpads, die auf einem Boden der Aussparung angeordnet sind, umfasst.Various embodiments relate to a printed circuit board that includes a recess and solder pads that are arranged on a bottom of the recess.

Die US 5 615 087 A beschreibt eine mehrschichtige Leiterplatte mit einer Montagefläche, die ausgestaltet ist, um eine Wärmeableitung von einem elektrischen Bauelement hoher Leistung zu ermöglichen. Dabei ist eine Leiterplatte dargestellt, die eine Aussparung aufweist. Auf dem Boden der Aussparung befindet sich ein Halbleiter-Die und ein Pad.the U.S. 5,615,087 A describes a multilayer circuit board with a mounting surface configured to allow heat dissipation from a high power electrical component. In this case, a printed circuit board is shown which has a recess. At the bottom of the recess is a semiconductor die and a pad.

Die US 2008 / 0 149 373 A1 offenbart eine LED-Baueinheit auf einer Leiterplatte. Dabei wird eine von der LED-Baueinheit erzeugte Wärme u.a. über metallische Schichten der Leiterplatte abgeführt.the U.S. 2008/0 149 373 A1 discloses an LED package on a circuit board. In this case, heat generated by the LED assembly is dissipated, among other things, via metallic layers of the printed circuit board.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Typischerweise werden Halbleiterbauelemente durch Ausbilden von Halbleiterstrukturen, beispielsweise Schalter als Metalloxid Feldeffekttransistoren (MOSFET), auf einem Chip und anschließendes Anordnen des Chips in einem Gehäuse hergestellt. Das Halbleiterbauelement umfasst typischerweise ein oder mehrere Anschlüsse, die geeignet sind, um eine elektrische und / oder thermische Verbindung mit Leiterbahnen einer Leiterplatte herzustellen. Typischerweise werden solche Anschlüsse zumindest teilweise als Pins ausgestaltet.Typically, semiconductor devices are manufactured by forming semiconductor structures, such as metal oxide field effect transistors (MOSFET) switches, on a chip and then placing the chip in a package. The semiconductor component typically includes one or more terminals that are suitable for establishing an electrical and/or thermal connection with conductor tracks of a printed circuit board. Typically, such connections are designed at least partially as pins.

Je nach Typ des Halbleiterbauelements können vergleichsweise hohe Ströme fließen. Besonders hohe Ströme, zum Beispiel mehr als 10 A, können bei sog. Leistungs-Halbleiterbauelementen fließen. In einem solchen Zusammenhang kann es einerseits erstrebenswert sein, die Leiterplatte derart auszugestalten, dass niederohmige Stromzuführungen an die Anschlüsse des Halbleiterbauelements implementiert werden; andererseits kann es erstrebenswert sein, im Bereich des Halbleiterbauelements entstehende Wärme effizient abzuleiten.Depending on the type of semiconductor component, comparatively high currents can flow. Particularly high currents, for example more than 10 A, can flow in so-called power semiconductor components. In such a context, it can be desirable on the one hand to design the printed circuit board in such a way that low-impedance power supplies are implemented at the connections of the semiconductor component; on the other hand, it can be desirable to efficiently dissipate heat generated in the area of the semiconductor component.

Bei herkömmlichen Leiterplatten werden typischerweise Kühlkörper als Wärmesenken eingesetzt. Typischerweise sind die Kühlkörper in einem gewissen Abstand in Bezug auf das Halbleiterbauelement angeordnet. Zur besseren Wärmeleitung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper werden häufig metallische Durchleitungen, häufig als Vias bezeichnet, verwendet. Trotzdem können solche Architekturen eine Wärmeableitung von Halbleiterbauelement mit beschränkter Leistungsfähigkeit bereitstellen.In conventional printed circuit boards, heat sinks are typically used as heat sinks. Typically, the heatsinks are arranged at a certain distance in relation to the semiconductor device. Metallic passages, frequently referred to as vias, are often used to improve heat conduction between the semiconductor component and the heat sink. Nevertheless, such architectures can provide heat dissipation from semiconductor devices with limited performance.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur Wärmeableitung in Leiterplatten. Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.Therefore, there is a need for improved techniques for heat dissipation in printed circuit boards. This object is solved by the features of the independent patent claims. The dependent claims define embodiments.

In einem Beispiel umfasst eine Leiterplatte eine erste Außenfläche und eine zweite Außenfläche. Die zweite Außenfläche liegt gegenüber von der ersten Außenfläche. Die Leiterplatte umfasst auch eine Aussparung mit einem Boden. Die Aussparung erstreckt sich weg von der ersten Außenfläche und hin zu der zweiten Außenfläche. Die Leiterplatte umfasst auch Lötpads, die auf dem Boden der Aussparung angeordnet sind. Die Lötpads sind geeignet, um eine Verbindung mit einem Bauelement herzustellen. Beispielsweise kann das Bauelement ein elektrisches Bauelement, wie z.B. ein Halbleiterbauelement, sein. Z.B. kann eine elektrische Verbindung mit dem Bauelement hergestellt werden. Dabei umfasst die Leiterplatte auch mindestens einen Dickmetall-Leiter, der in der Aussparung angeordnet ist. Dieser mindestens eine Dickmetall-Leiter ist als Inlay der Leiterplatte ausgebildet und weist eine Dicke von mehr als 250 um auf.In one example, a circuit board includes a first face and a second face. The second exterior surface is opposite the first exterior surface. The circuit board also includes a cavity with a bottom. The recess extends away from the first exterior surface and toward the second exterior surface. The circuit board also includes solder pads located on the bottom of the recess. The solder pads are suitable for making a connection with a component. For example, the device may be an electrical device such as a semiconductor device. For example, an electrical connection can be made to the device. In this case, the printed circuit board also includes at least one thick metal conductor, which is arranged in the cutout. This at least one thick metal conductor is designed as an inlay of the printed circuit board and has a thickness of more than 250 μm.

In einem weiteren Beispiel umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte das Erzeugen eine Aussparung mit einem Boden. Die Aussparung erstreckt sich weg von einer ersten Außenfläche der Leiterplatte und hin zu einer zweiten Außenfläche. Die zweite Außenfläche liegt gegenüber von der ersten Außenfläche. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erzeugen von Lötpads auf einem Boden der Aussparung. Die Lötpads sind geeignet, um eine Verbindung mit einem Bauelement herzustellen. Dabei ist mindestens ein Dickmetall-Leiter der Leiterplatte in der Aussparung angeordnet. Dieser mindestens eine Dickmetall-Leiter ist als Inlay der Leiterplatte ausgebildet und weist eine Dicke von mehr als 250 um auf.In another example, a method of manufacturing a printed circuit board includes creating a cavity having a bottom. The recess extends away from a first exterior surface of the circuit board and toward a second exterior surface. The second exterior surface is opposite the first exterior surface. The method further includes creating solder pads on a bottom of the recess. The solder pads are suitable for making a connection with a component. At least one thick metal conductor of the printed circuit board is arranged in the recess. This at least one thick metal conductor is designed as an inlay of the printed circuit board and has a thickness of more than 250 μm.

Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The features set out above and features described below can be used not only in the corresponding combinations explicitly set out, but also in further combinations or in isolation without departing from the protective scope of the present invention.

Figurenlistecharacter list

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

  • 1 illustriert schematisch eine Leiterplatte und ein darauf angebrachtes Halbleiterbauelement gemäß verschiedener Referenzimplementierungen.
  • 2A ist eine schematische Aufsicht auf eine Leiterplatte gemäß verschiedener Ausführungsformen, die Aussparungen für Halbleiterbauelemente umfasst.
  • 2B ist eine schematische Schnittzeichnung der Leiterplatte gemäß 2A im Bereich einer Aussparung.
  • 3A ist eine schematische Schnittzeichnung einer Leiterplatte gemäß verschiedener Ausführungsformen, die eine Aussparung für ein Halbleiterbauelement umfasst.
  • 3B ist eine schematische Schnittzeichnung einer Leiterplatte gemäß verschiedener Ausführungsformen, die eine gestufte Aussparung für ein Halbleiterbauelement umfasst.
  • 4 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Leiterplatte gemäß verschiedener Ausführungsformen, die eine Aussparung für ein Halbleiterbauelement umfasst.
  • 5 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Leiterplatte gemäß verschiedener Ausführungsformen, die eine Aussparung für ein Halbleiterbauelement umfasst.
  • 6 ist eine perspektivische Aufsicht einer Leiterplatte gemäß verschiedener Ausführungsformen, die Aussparungen für Halbleiterbauelemente umfasst.
  • 7 ist eine rückwärtige perspektivische Ansicht der Leiterplatte der 6.
  • 8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.
  • 9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.
The characteristics, features, and advantages of this invention described above and the manner in which they are achieved are disclosed clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings.
  • 1 12 schematically illustrates a printed circuit board and a semiconductor device mounted thereon according to various reference implementations.
  • 2A 12 is a schematic plan view of a printed circuit board including recesses for semiconductor devices, according to various embodiments.
  • 2 B is a schematic sectional drawing of the printed circuit board according to FIG 2A in the area of a recess.
  • 3A 12 is a schematic sectional drawing of a printed circuit board including a recess for a semiconductor device, according to various embodiments.
  • 3B 12 is a schematic cross-sectional view of a printed circuit board including a stepped recess for a semiconductor device, according to various embodiments.
  • 4 12 is a schematic sectional drawing of a printed circuit board including a recess for a semiconductor device, according to various embodiments.
  • 5 12 is a schematic sectional drawing of a printed circuit board including a recess for a semiconductor device, according to various embodiments.
  • 6 12 is a top perspective view of a printed circuit board including recesses for semiconductor devices, according to various embodiments.
  • 7 12 is a rear perspective view of the circuit board of FIG 6 .
  • 8th 1 is a flow chart of a method according to various embodiments.
  • 9 1 is a flow chart of a method according to various embodiments.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.The present invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the drawings. In the figures, the same reference symbols designate the same or similar elements. The figures are schematic representations of various embodiments of the invention. Elements depicted in the figures are not necessarily drawn to scale. Rather, the various elements shown in the figures are presented in such a way that their function and general purpose can be understood by those skilled in the art. Connections and couplings between functional units and elements shown in the figures can also be implemented as an indirect connection or coupling. A connection or coupling can be implemented wired or wireless. Functional units can be implemented in hardware, software, or a combination of hardware and software.

Nachfolgend werden Techniken in Bezug auf Leiterplatten beschrieben, die geeignet sind, um eine elektrische und/oder thermische Verbindung mit einem Bauelement, beispielsweise einem elektrischen Bauelement wie z.B. einem Halbleiterbauelement, herzustellen. Leiterplatten werden manchmal auch als printed circuit boards (PCB-Boards) bezeichnet. Dazu kann die Halbleiterplatte zum Beispiel ein oder mehrere Lötpads umfassen. Über die Lötpads kann eine Verbindung mit Pins und/oder einem Leadframe des Bauelements hergestellt werden. Nachfolgend werden verschiedene Aspekte beispielhaft in Bezug auf ein Halbleiterbauelement beschrieben; entsprechende Techniken können aber auch für andere Bauelemente angewendet werden.Techniques relating to circuit boards suitable for making an electrical and/or thermal connection to a device, for example an electrical device such as a semiconductor device, are described below. Printed circuit boards are sometimes also referred to as printed circuit boards (PCB boards). For this purpose, the semiconductor board can comprise one or more soldering pads, for example. A connection to pins and/or a leadframe of the component can be established via the soldering pads. Various aspects are described below by way of example in relation to a semiconductor component; however, corresponding techniques can also be used for other components.

Gemäß verschiedener hierin beschriebenen Techniken kann insbesondere eine besonders gute Wärmeableitung weg von dem Halbleiterbauelement erzielt werden. Zum Beispiel kann eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Halbleiterbauelements und einer Wärmesenke, wie beispielsweise einem Kühlkörper, implementiert werden. Deshalb können mittels hierin beschriebenen Techniken verschiedene Halbleiterbauelemente mit vergleichsweise hoher Leistungsaufnahme/Wärmeentwicklung betrieben werden. Insbesondere kann es gemäß verschiedener hierin beschriebenen Techniken möglich sein, Leistungs-Halbleiterbauelemente zu betreiben. Die Leiterplatte kann als Hochstrom-Leiterplatte ausgebildet sein.According to various techniques described herein, particularly good heat dissipation away from the semiconductor device can be achieved. For example, good thermal conductivity can be implemented between the semiconductor device and a heat sink, such as a heat sink. Therefore, using the techniques described herein, various semiconductor components can be operated with comparatively high power consumption/heat generation. In particular, it may be possible to operate power semiconductor devices according to various techniques described herein. The printed circuit board can be designed as a high-current printed circuit board.

Die hierin beschriebenen Techniken betreffen Leiterplatten, die eine Aussparung mit einem Boden umfassen. Die Aussparung kann eine lokale Vertiefung in der Topologie einer Außenfläche der Leiterplatte darstellen. Die Aussparung kann zum Beispiel auch als Kavität oder Sackloch bezeichnet werden. Die Aussparung kann Abmessungen aufweisen, die es ermöglichen, das Halbleiterbauelement in der Aussparung anzuordnen. Dazu können Lötpads auf dem Boden der Aussparung vorgesehen sein, die geeignet sind, um eine Verbindung mit dem Halbleiterbauelement herzustellen. Beispielsweise können die Lötpads eingerichtet sein, um eine elektrische und/oder thermische Verbindung mit dem Halbleiterbauelement herzustellen.The techniques described herein relate to printed circuit boards that include a cavity with a bottom. The recess can represent a local indentation in the topology of an outer surface of the printed circuit board. The recess can also be referred to as a cavity or a blind hole, for example. The recess can have dimensions that make it possible to arrange the semiconductor component in the recess. For this purpose, soldering pads can be provided on the bottom of the cutout, which are suitable for establishing a connection with the semiconductor component. For example, the soldering pads can be set up to provide an elec produce ric and / or thermal connection with the semiconductor device.

Verschiedenen hierin beschriebenen Techniken liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine besonders gute Wärmeableitung von dem Halbleiterbauelements erzielt werden kann, wenn eine Entfernung zwischen dem Halbleiterbauelement und einer Wärmesenke, beispielsweise einem Kühlkörper, vergleichsweise gering ist. Durch das Vorsehen der Aussparung und die Möglichkeit der Anordnung des Halbleiterbauelements in der Aussparung kann ein Abstand zwischen dem Halbleiterbauelement und einer Wärmesenke, beispielsweise einem Kühlkörper, vergleichsweise gering dimensioniert werden. Ein kleiner Abstand kann realisiert werden.Various techniques described herein are based on the knowledge that a particularly good heat dissipation from the semiconductor component can be achieved if a distance between the semiconductor component and a heat sink, for example a heat sink, is comparatively small. By providing the recess and the possibility of arranging the semiconductor component in the recess, a distance between the semiconductor component and a heat sink, for example a heat sink, can be dimensioned to be comparatively small. A small distance can be realized.

In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen kann die Aussparung flexibel ausgestaltet werden. Zum Beispiel können laterale Dimensionen der Aussparung, d.h. in einer Ebene parallel zu der entsprechenden Außenfläche der Leiterplatte, geeignet sein, um ein oder mehrere Halbleiterbauelemente aufzunehmen. Ein lateraler Querschnitt der Aussparung kann unterschiedlichste Formen aufweisen: zum Beispiel rechtecksförmig, quadratisch, kreisförmig, etc. Die Tiefe der Aussparung, d.h. senkrecht zu der entsprechenden Außenfläche der Leiterplatte, kann in verschiedenen Beispielen unterschiedliche Werte annehmen. Zum Beispiel könnte die Tiefe - relativ in Bezug auf die Dicke der Leiterplatte - signifikante Ausmessungen aufweisen, d.h. mehr als 10 % der Dicke der Leiterplatte betragen, oder mehr als 50 %, oder mehr als 80 %, oder mehr als 90 %. Die Aussparung kann ein oder mehrere Lagen der Leiterplatte, beispielsweise Metalllagen und/oder Isolatorlagen, ganz oder teilweise durchdringen. Es können unterhalb der Aussparung eine unterschiedliche Anzahl von Lagen der Leiterplatte stehen bleiben, z.B. eine Lage oder mehr als eine Lage oder drei Lagen, etc.In the various examples described herein, the recess can be configured flexibly. For example, lateral dimensions of the recess, i.e. in a plane parallel to the corresponding outer surface of the circuit board, may be suitable for receiving one or more semiconductor devices. A lateral cross-section of the recess can have the most varied of shapes: for example rectangular, square, circular, etc. The depth of the recess, i.e. perpendicular to the corresponding outer surface of the printed circuit board, can assume different values in different examples. For example, the depth - relative to the thickness of the circuit board - could have significant dimensions, i.e. be more than 10% of the thickness of the circuit board, or more than 50%, or more than 80%, or more than 90%. The recess can completely or partially penetrate one or more layers of the printed circuit board, for example metal layers and/or insulator layers. A different number of layers of the printed circuit board can remain below the recess, e.g. one layer or more than one layer or three layers, etc.

1 illustriert Aspekte in Bezug auf eine herkömmliche Leiterplatte 111. Die Leiterplatte 111 ist Teil eines Systems 100, welches die Leiterplatte 111, einen Kühlkörper 173, sowie Dickmetall-Leitungen 171, z.B. Dickmetall-Leitungen, umfasst. Insbesondere ist in 1 eine 4-Lagen Leiterplatte 111 mit zwei äußeren Metalllagen 151,154 (in dem Beispiel der 1 jeweils mit einer Dicke von 35 um), sowie 2 innenliegenden Metalllagen 152,153 (in dem Beispiel der 1 jeweils mit einer Dicke von 70 µm) dargestellt. Die Metalllagen 151-154 sind jeweils durch Isolatorlagen 161-163 getrennt. Allgemein können die Metalllagen unterschiedliche Dicken aufweisen, z.B. 35 µm, 70 µm, 105 µm, 140 µm, etc. 1 illustrates aspects relating to a conventional printed circuit board 111. The printed circuit board 111 is part of a system 100 which includes the printed circuit board 111, a heat sink 173 and thick metal lines 171, eg thick metal lines. In particular, in 1 a 4-layer circuit board 111 with two outer metal layers 151,154 (in the example of 1 each with a thickness of 35 µm), as well as 2 internal metal layers 152,153 (in the example of 1 each with a thickness of 70 µm). The metal layers 151-154 are separated by insulator layers 161-163, respectively. In general, the metal layers can have different thicknesses, e.g. 35 µm, 70 µm, 105 µm, 140 µm, etc.

Auch die Isolatorlagen 161-163 können unterschiedliche Dicken aufweisen. In dem Beispiel der 1 ist die Dicke der Isolatorlagen 161 und 163 ist 18 µm und die Dicke der Isolatorlage 162 ist z.B. 1254 pm.The insulator layers 161-163 can also have different thicknesses. In the example of 1 the thickness of the insulator layers 161 and 163 is 18 μm and the thickness of the insulator layer 162 is 1254 μm, for example.

In dem Beispiel der 1 ist der Dickmetall-Leiter angrenzend an eine untere Außenfläche (Unterseite) 113 der Leiterplatte 111 angeordnet. Der Kühlkörper 173 ist entlang und benachbart zu der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 angeordnet. Um eine solche Anordnung zu ermöglichen, kann es erstrebenswert sein, dass die Unterseite 113 planar ausgebildet ist.In the example of 1 the thick metal conductor is arranged adjacent to a lower outer surface (underside) 113 of the circuit board 111 . The heat sink 173 is arranged along and adjacent to the underside 113 of the circuit board 111 . To enable such an arrangement, it may be desirable for the underside 113 to be planar.

Eine Leiterplatte 111, wie sie in Bezug auf 1 illustriert ist, dient typischerweise dazu, Halbleiterbauelemente 180 zu fixieren und miteinander zu verbinden. Halbleiterbauelemente 180, die Gegenstand von den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen sein können, können auf verschiedenste Arten und Weisen ausgebildet sein. Ein Beispiel eines Typs von Halbleiterbauelementen sind sogenannte oberflächenmontierte Bauelemente (engl. surface mount device; SMD). Ein Beispiel eines weiteren Typs von Halbleiterbauelement sind in der sogenannten Durchsteck-Montagetechnik (engl. through-hole technology; THT) ausgeführt; THT-Halbleiterbauelemente weisen typischerweise längere Pins auf, die zumindest teilweise durch die Leiterplatte 111 hindurchtreten können. Das in 1 dargestellte Halbleiterbauelement 180 ist in SMD-Technologie ausgeführt. Das Halbleiterbauelement 180 weist einen Chip 183 mit Halbleiter-Logikelementen (in 1 nicht dargestellt) auf, z.B. mit ein oder mehreren MOSFETs. Der Chip 183 ist auf einem Leadframe 182 angebracht, welches Wärmeableitung von dem Chip 183 hin zu einer Außenseite eines Gehäuses 181 des Halbleiterbauelements 180 gewährleistet. Das Gehäuse kann z.B. mittels Spritzgusstechnik hergestellt werden. Das Halbleiterbauelement 180 weist auch Pins 184 auf. Über die Pins 184 können Logiksignale und/oder Leistungssignale zwischen dem Chip 183 und der Leiterplatte 111 ausgetauscht werden. SMD-Halbleiterbauelemente haben typischerweise - im Vergleich zu THT-Halbleiterbauelementen - kurze Pins oder lediglich flache Anschlüsse, eine Matrix aus Lötkugeln (engl. ball grid array; BGA) oder andere Anschlüsse am Gehäuse.A circuit board 111, as in relation to 1 1, typically serves to fix and connect semiconductor devices 180 together. Semiconductor devices 180, which may be the subject of the various examples described herein, may be formed in a variety of ways. An example of one type of semiconductor device is a so-called surface mount device (SMD). An example of another type of semiconductor device is implemented in so-called through-hole technology (THT); THT semiconductor components typically have longer pins that can at least partially pass through the printed circuit board 111 . This in 1 The semiconductor component 180 shown is implemented using SMD technology. The semiconductor device 180 comprises a chip 183 with semiconductor logic elements (in 1 not shown), for example with one or more MOSFETs. The chip 183 is mounted on a leadframe 182 which ensures heat dissipation from the chip 183 to an outside of a housing 181 of the semiconductor component 180 . The housing can be produced, for example, using injection molding technology. The semiconductor device 180 also has pins 184 . Logic signals and/or power signals can be exchanged between the chip 183 and the circuit board 111 via the pins 184 . Compared to THT semiconductor devices, SMD semiconductor devices typically have short pins or only flat leads, a matrix of solder balls (ball grid array; BGA) or other leads on the package.

In dem Beispiel der 1 wird das Halbleiterbauelement 180 an der Metalllage 151, die eine obere Außenfläche (Oberseite) 112 der Leiterplatte 111 ausbildet, angebracht. Zum Beispiel kann das Halbleiterbauelement 180 durch Löten fixiert werden. Ein Lötpunkt kann dabei zwischen dem Leadframe 182 und der Leiterplatte 111 auf einem entsprechenden Lötpad 191 ausgebildet sein. Das Lötpad kann durch die Metalllage 151 ausgebildet sein. Ein weiterer Lötpunkt kann zwischen jedem der Pins 184 und der Leiterplatte 111 auf einem entsprechenden Lötpad 192 ausgebildet sein. Das Lötpad 192 kann auch durch die Metalllage 151 ausgebildet sein. Während in 1 nur ein Lötpad 192 dargestellt ist, können in anderen Beispielen mehrere Lötpads vorgesehen sein, um mehrere unabhängige Anschlüsse auszubilden.In the example of 1 For example, the semiconductor device 180 is attached to the metal sheet 151 forming an upper surface (upper side) 112 of the circuit board 111 . For example, the semiconductor device 180 can be fixed by soldering. In this case, a soldering point can be formed between the leadframe 182 and the circuit board 111 on a corresponding soldering pad 191 . The soldering pad can be formed by the metal layer 151 . Another solder point may be formed between each of the pins 184 and the circuit board 111 on a corresponding solder pad 192 . The solder pad 192 can also be formed by the metal layer 151. while in 1 In other examples, while only one solder pad 192 is shown, multiple solder pads may be provided to form multiple independent terminals.

Das Lötpad 191 kann einer Leiterbahn 157-1 zugeordnet sein, die durch laterale Strukturierung der Metalllage 151 auf der Oberseite 112 der Leiterplatte 111 ausgebildet ist. Zum Beispiel kann die Leiterbahn 157-1 über die Vias 176 mit dem in 1 rechtsseitig dargestellten Dickmetall-Leiter 171 verbunden sein. Zum Beispiel könnte über die Leiterbahn 157-1 ein Drainkontakt-Strom (engl. drain current) eines MOSFET-Logikelements, das auf dem Chip 183 ausgebildet ist, fließen.The soldering pad 191 can be associated with a conductor track 157 - 1 which is formed by lateral structuring of the metal layer 151 on the upper side 112 of the printed circuit board 111 . For example, trace 157-1 can be connected via vias 176 to the in 1 be connected thick metal conductor 171 shown on the right. For example, drain current of a MOSFET logic element formed on chip 183 could flow via trace 157 - 1 .

Das Lötpad 192 kann einer Leiterbahn 157-2 zugeordnet sein, die durch laterale Strukturierung der Metalllage 151 auf der Oberseite 112 der Leiterplatte 111 ausgebildet ist. Zum Beispiel könnte über die Leiterbahn 157-2 ein Gatekontakt-Strom eines MOSFET-Logikelement, das auf dem Chip 183 ausgebildet ist, fließen. Der Gatekontakt-Strom kann einem Logiksignal entsprechen und um viele Größenordnungen kleiner sein als der Quellenkontakt-Strom, der einem Leistungssignal entsprechen kann. Ein weiteres Lötpad (in 1 nicht dargestellt) kann einem Quellenkontakt-Strom (engl. source current) zugeordnet sein; dieses weitere Lötpad kann in der Bauform dem Lötpad 192 entsprechen. Der Quellenkontakt-Strom kann über eines der Vias 176 mit dem in 1 linksseitig dargestellten Dickmetallleiter 171 verbunden sein.The soldering pad 192 can be associated with a conductor track 157 - 2 which is formed by lateral structuring of the metal layer 151 on the upper side 112 of the printed circuit board 111 . For example, gate contact current of a MOSFET logic element formed on chip 183 could flow via trace 157-2. The gate contact current may correspond to a logic signal and be many orders of magnitude smaller than the source contact current, which may correspond to a power signal. Another solder pad (in 1 not shown) may be associated with a source contact current; this further soldering pad can correspond to the soldering pad 192 in terms of its design. The source contact current can be connected via one of the vias 176 to the in 1 thick metal conductor 171 shown on the left-hand side.

Die verschiedenen Lötpads 191, 192 können voneinander durch entsprechende Strukturierung der Metalllage 151 getrennt sein und eine sogenannte Inselstruktur ausbilden. Typischerweise hat das Lötpad 191, welches zur Kontaktierung des Leadframes 182 dient, eine vergleichsweise große laterale Ausmessung, zum Beispiel im Vergleich zu einem Lötpad 192, welches zur Kontaktierung eines Pins 184 des Halbleiterbauelements 180 dient.The various soldering pads 191, 192 can be separated from one another by appropriate structuring of the metal layer 151 and can form a so-called island structure. Typically, the soldering pad 191, which is used to contact the leadframe 182, has a comparatively large lateral dimension, for example in comparison to a soldering pad 192, which is used to contact a pin 184 of the semiconductor component 180.

Grundsätzlich ist es möglich, die Stromzuführung zu dem Halbleiterbauelement 180 zumindest teilweise durch ein oder mehrere der Metalllagen 151-154 zu implementieren. Bei vergleichsweise hohen Strömen - wie sie z.B. in Bezug auf Leistungssignale vorliegen können, die z.B. mehr als 100 A betragen können - kann dies jedoch wenig praxisgerecht sein, da eine Dicke der verschiedenen Metalllagen 151-154 begrenzt ist. Eine solche Situation kann für Hochstrom-Leiterplatten auftreten.In principle, it is possible to implement the power supply to the semiconductor component 180 at least partially by one or more of the metal layers 151-154. In the case of comparatively high currents--as can be the case, for example, in relation to power signals, which can be more than 100 A, for example--this can, however, not be practical, since the thickness of the various metal layers 151-154 is limited. Such a situation can occur for high current PCBs.

Typischerweise wird die Leiterplatte 111 als Hochstrom-Leiterplatte bezeichnet, wenn Ströme von zum Beispiel mehr als 10 A, mehr als 20 A oder mehr als 50 A fließen und/oder wenn zumindest eine Metalllage der Leiterplatte 111 eine Dicke aufweist, die mindestens 18 µm oder mindestens70 pm beträgt oder mindestens 105 pm beträgt oder mindestens 140 µm oder mehr beträgt.Circuit board 111 is typically referred to as a high-current circuit board if, for example, currents of more than 10 A, more than 20 A or more than 50 A flow and/or if at least one metal layer of circuit board 111 has a thickness of at least 18 µm or is at least 70 µm, or is at least 105 µm, or is at least 140 µm or more.

Um die Stromzuführung zu verbessern werden typischerweise ein oder mehrere Dickmetall-Leiter 171 an der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 angebracht. Zum Beispiel können Dickmetall-Leiter 171 an der Metalllage 154, die die Unterseite 113 ausbildet, durch Löten fixiert werden. Die Dickmetall-Leiter 171 können eine vergleichsweise große Dicke einer Metallschicht, z.B. Kupfer, aufweisen, zum Beispiel nicht weniger als 1 mm oder nicht weniger als 2 mm. Der Strom kann von den Dickmetall-Leitern 171 zu dem Halbleiterbauelement 180 durch Durchkontaktierungen, sogenannte Vias 176, zu dem Halbleiterbauelement 180 geleitet werden.One or more thick metal conductors 171 are typically attached to the underside 113 of the printed circuit board 111 in order to improve the power supply. For example, thick metal conductors 171 can be fixed to the metal sheet 154 forming the underside 113 by soldering. The thick metal conductors 171 may have a comparatively large thickness of a metal layer such as copper, for example not less than 1 mm or not less than 2 mm. The current can be conducted from the thick metal conductors 171 to the semiconductor component 180 through through contacts, so-called vias 176, to the semiconductor component 180.

Die Vias 176 verlaufen senkrecht zu den Außenflächen 112,113. Die Vias können z.B. durch mechanisches Bohren oder Laserbohren hergestellt werden. Mittels galvanischer Materialdeposition können metallische Hülsen in den Vias ausgebildet werden. Die Vias können z.B. einen Durchmesser von ca. 50 pm - 1 mm aufweisen. Vias mit besonders kleinem Durchmesser werden manchmal auch als pVias bezeichnet. Die Vias können in einem besonders engen Raster angeordnet sein; beispielsweise mit einem Abstand zwischen Nachbarn von 250 pm - 1 mm.The vias 176 run perpendicular to the outer surfaces 112,113. The vias can be made, for example, by mechanical drilling or laser drilling. Metallic sleeves can be formed in the vias by means of galvanic material deposition. The vias can, for example, have a diameter of approximately 50 μm - 1 mm. Vias with a particularly small diameter are sometimes also referred to as pVias. The vias can be arranged in a particularly tight grid; for example with a distance between neighbors of 250 pm - 1 mm.

Die Vias 176 können neben der Funktionalität als Stromleiter weiterhin Funktionalität als Wärmeleiter aufweisen. Insbesondere können die Vias 176 Verlustwärme von dem Halbleiterbauelement 180 hin zu der Unterseite 113 und den Dickmetall-Leitungen 171 bzw. dem Kühlkörper 173 ableiten. Dies gilt besonders, wenn die metallische Hülse der Vias 176 komplett mit einem Metall wie beispielsweise Kupfer gefüllt ist.In addition to the functionality as a current conductor, the vias 176 can also have functionality as a heat conductor. In particular, the vias 176 can dissipate heat loss from the semiconductor component 180 to the underside 113 and the thick metal lines 171 or the heat sink 173 . This is especially true when the metal shell of the vias 176 is completely filled with a metal such as copper.

Der Kühlkörper 173 kann zum Beispiel mit einer Kammstruktur und/oder als Hohlkörper ausgebildet sein. Der Kühlkörper 173 kann über ein thermisch leitendes, elektrisch isolierendes Material, ein sogenanntes thermisches Zwischenphasen-Material 172 (engl. thermal interphase material, TIM) mit den Dickmetall-Leitungen 171 verbunden sein.The heat sink 173 can be designed, for example, with a comb structure and/or as a hollow body. The heat sink 173 can be connected to the thick metal lines 171 via a thermally conductive, electrically insulating material, a so-called thermal interphase material (TIM) 172 .

In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen können grundsätzlich Konzepte angewendet werden, die in Bezug auf eine Referenzimplementierung der Leiterplatte 111 bzw. des Systems 100 im Zusammenhang mit der 1 obenstehend beschrieben wurden. Solche Konzepte umfassen zum Beispiel die Ausbildung des Halbleiterbauelements 180, die Anordnung bzw. Verwendung von Dickmetall-Leitern 171, die Anordnung bzw. Verwendung von Kühlkörpern 173, die Herstellung, Anordnung bzw. Verwendung von Vias 176, die Strukturierung von Metalllagen 151-154 der Leiterplatte 111, die Anzahl und Anordnung von Lagen 151-154,161-163 der Leiterplatte 111, etc. Die verschiedenen hierin beschriebenen Beispiele können solche Konzepte ergänzen bzw. weiterentwickeln, insbesondere in Bezug auf eine Aussparung, die in der Leiterplatte 111 vorgesehen ist.In the various examples described herein, concepts can in principle be applied that relate to a reference implementation of the printed circuit board 111 or the system 100 in connection with the 1 have been described above. Such concepts include, for example, the formation of the semiconductor device 180, the arrangement or use of thick metal conductors 171, the arrangement or use of heat sinks 173, the manufacture, anord tion or use of vias 176, the structuring of metal layers 151-154 of the circuit board 111, the number and arrangement of layers 151-154, 161-163 of the circuit board 111, etc. The various examples described herein can supplement or further develop such concepts, in particular with respect to a recess provided in the circuit board 111 .

2A illustriert Aspekte in Bezug auf eine Aussparung 121 die in der Leiterplatte 111 vorgesehen ist. In dem Beispiel der 2A ist die Leiterplatte 111 eine Hochstrom-Leiterplatte. Z.B. kann die Leiterplatte 111 verschiedene Merkmale aufweisen, die obenstehend in Bezug auf 1 beschrieben wurden, wie beispielsweise Vias, Metalllagen, Isolatorlagen, usf. Die Leiterplatte 111 der 2A ist Teil eines Systems 100, das auch Dickmetall-Leiter 171 und einen Kühlkörper 173 umfasst, die z.B. vergleichbar mit denjenigen der 1 ausgebildet sind. Der Kühlkörper ist optional; z.B. kann in manchen Beispielen ein Dickmetall-Leiter als Wärmesenke betrieben werden. Der Kühlkörper ist entlang und benachbart zur Unterseite 113 der Leiterplatte 111 angeordnet. Die Dickmetall-Leiter sind angrenzend an die Unterseite 113 angeordnet. Das System umfasst auch Halbleiterbauelemente 180, die jeweils in einer Aussparung 121 angeordnet sind. 2A illustrates aspects related to a recess 121 provided in the circuit board 111 . In the example of 2A the circuit board 111 is a high-current circuit board. For example, circuit board 111 may include various features discussed above with respect to FIG 1 were described, such as vias, metal layers, insulator layers, etc. The printed circuit board 111 of 2A is part of a system 100, which also includes thick metal conductors 171 and a heat sink 173, for example comparable to those of FIG 1 are trained. The heatsink is optional; for example, in some examples, a thick metal conductor can be operated as a heat sink. The heatsink is arranged along and adjacent to the underside 113 of the circuit board 111 . The thick metal conductors are located adjacent to the bottom 113 . The system also includes semiconductor devices 180 each disposed in a cavity 121 .

2A ist eine Aufsicht auf die Oberseite 112 der Leiterplatte 111. Aus 2A ist ersichtlich, dass die Aussparung 121 rechtecksförmig ausgebildet ist. Die Aussparung 121 weist laterale Seitenlängen 121A, d.h. parallel zu der Oberseite 112 auf, die es ermöglichen, das Halbleiterbauelement 180 innerhalb der Aussparung 121 anzuordnen. Dazu können die lateralen Dimensionen 121A der Aussparung 121 größer dimensioniert sein, als die lateralen Dimensionen 180A des Halbleiterbauelements 180. 2A FIG. 11 is a plan view of the top 112 of the circuit board 111. FIG 2A it can be seen that the recess 121 is rectangular. The recess 121 has lateral side lengths 121A, ie parallel to the top 112, which allow the semiconductor device 180 to be arranged within the recess 121. FIG. For this purpose, the lateral dimensions 121A of the recess 121 can be dimensioned larger than the lateral dimensions 180A of the semiconductor component 180.

Zum Beispiel kann das Halbleiterbauelement 180 gemäß der Norm DPAK oder D2PAK ausgebildet sein. Typische Außenmaße 181A des Halbleiterbauelements 180 können zum Beispiel 10,5 mm x 10,4 mm betragen; typische Außenmaße inklusive Pins können zum Beispiel 15,5 mm x 10,4 mm betragen. Zum Beispiel können die lateralen Seitenlängen 121A der Aussparung 121 nicht kleiner als 5 mm sein, bevorzugt nicht kleiner als 10 mm, besonders bevorzugt nicht kleiner als 20 mm.For example, the semiconductor device 180 may be formed according to the DPAK or D2PAK standard. Typical external dimensions 181A of the semiconductor device 180 can be, for example, 10.5 mm×10.4 mm; typical external dimensions including pins can be 15.5 mm x 10.4 mm, for example. For example, the lateral side lengths 121A of the recess 121 may be no less than 5 mm, preferably no less than 10 mm, more preferably no less than 20 mm.

Wie in 2A illustriert, ist es möglich, dass pro Leiterplatte 111 mehrere Aussparungen 121 bzw. Halbleiterbauelemente 180 vorgesehen sind. Je nach Anwendung des Systems 100 kann es erstrebenswert sein, eine unterschiedliche Anzahl von Aussparungen 121 bzw. Halbleiterbauelemente in 180 zu implementieren.As in 2A illustrated, it is possible for a plurality of recesses 121 or semiconductor components 180 to be provided per printed circuit board 111 . Depending on the application of the system 100, it may be desirable to implement a different number of recesses 121 or semiconductor components in 180.

Diesbezüglich ist es zum Beispiel möglich, dass pro Aussparung 121 jeweils ein einzelnes Halbleiterbauelement 180 vorgesehen ist. Es wäre aber auch möglich, dass pro Aussparung 121 mehr als ein einzelnes Halbleiterbauelement 180, zum Beispiel zwei oder drei Halbleiterbauelemente 180, vorgesehen sind.In this regard, it is possible, for example, for a single semiconductor component 180 to be provided for each cutout 121 . However, it would also be possible for more than one individual semiconductor component 180, for example two or three semiconductor components 180, to be provided per recess 121.

2B illustriert Aspekte in Bezug auf die Aussparung 121. 2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie AA' der 2A. Aus einem Vergleich der 2B und 1 ist ersichtlich, dass der grundsätzliche Aufbau der Leiterplatten 111 dieser Implementierungen einander entspricht: Z.B. weisen beide Leiterplatten 111 Vias 176 auf, beide Leiterplatten 111 weisen dieselben Lagen 151-154, 161-163 auf, etc.. Die Metalllagen 151 und 154 weisen wiederum eine Dicke von jeweils 35 µm auf; die Metalllagen 152, 153 weisen wiederum eine Dicke von jeweils 70 µm auf. Jedoch ist in dem Beispiel der 2B das Halbleiterbauelement 180 nicht an der Metalllage 151, die die Oberseite 112 ausbildet, angebracht; vielmehr ist das Halbleiterbauelement 180 an Lötpads 191,192, die auf dem Boden 122 der Aussparung 121 angeordnet sind, angebracht. Der Boden 122 wird durch die Metalllage 153 ausgebildet. 2 B illustrates aspects related to recess 121. 2 B Fig. 13 is a sectional view taken along line AA' of Fig 2A . From a comparison of 2 B and 1 it can be seen that the basic structure of the printed circuit boards 111 of these implementations corresponds to one another: e.g. both printed circuit boards 111 have vias 176, both printed circuit boards 111 have the same layers 151-154, 161-163, etc.. The metal layers 151 and 154 in turn have one thickness of 35 µm each; the metal layers 152, 153 in turn have a thickness of 70 μm each. However, in the example, the 2 B the semiconductor device 180 is not attached to the metal sheet 151 forming the top surface 112; rather, the semiconductor component 180 is attached to soldering pads 191 , 192 which are arranged on the bottom 122 of the recess 121 . The bottom 122 is formed by the metal layer 153 .

Dadurch können verschiedene Effekte erzielt werden. Zum Beispiel kann eine besonders niederohmige Zuleitung von den Dickmetall-Leitern 171 zu dem Halbleiterbauelement 180 über die Vias 176 erreicht werden; dies ist der Fall, da die Entfernung zwischen dem Boden 122 der Aussparung 121 und der Unterseite 113 im Vergleich zu der Referenzimplementierung der 1 reduziert ist. In dem Beispiel der 2A beträgt diese Entfernung ca. 150 µm (wobei eine Dicke der Isolatorlage 163 von ca. 50 µm angenommen wird); während in dem Beispiel der 1 diese Entfernung 1,5 mm beträgt. Dies bedeutet, dass die Entfernung zwischen der Unterseite des Halbleiterbauelements 180 und der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 auf ca. 10 % des ursprünglichen Werts reduziert werden kann. Insbesondere beträgt also die Entfernung zwischen der Unterseite des Halbleiterbauelements 180 bzw. dem Boden 122 der Aussparung lediglich 10 % der Dicke der Leiterplatte 111.Various effects can be achieved in this way. For example, a particularly low-impedance feed from the thick metal conductors 171 to the semiconductor component 180 can be achieved via the vias 176; this is because the distance between the bottom 122 of the recess 121 and the bottom 113 is compared to the reference implementation of FIG 1 is reduced. In the example of 2A this distance is about 150 µm (assuming a thickness of the insulator layer 163 of about 50 µm); while in the example the 1 this distance is 1.5 mm. This means that the distance between the bottom of the semiconductor device 180 and the bottom 113 of the circuit board 111 can be reduced to about 10% of the original value. In particular, the distance between the underside of the semiconductor component 180 and the bottom 122 of the cutout is therefore only 10% of the thickness of the printed circuit board 111.

Als weiterer Effekt kann aufgrund dieser reduzierten Entfernung auch eine bessere Ableitung von Wärme von dem Halbleiterbauelement 180 hin zu der Unterseite 113, den Dickmetall-Leitern 171 und dem Kühlkörper 173 erzielt werden.As a further effect, a better dissipation of heat from the semiconductor component 180 to the underside 113, the thick metal conductors 171 and the heat sink 173 can also be achieved due to this reduced distance.

Als weiterer Effekt kann eine verbesserte Wärmespreizung erzielt werden. Insbesondere kann aufgrund der kürzeren Vias 176 eine verbesserte Wärmespreizung erzielt werden. Dadurch kann die Wärmekapazität der Dickmetall-Leiter 171 verbessert wirksam werden.An improved heat spread can be achieved as a further effect. In particular, due to the shorter vias 176, improved heat spreading can be achieved. Thereby the heat capacity of the thick metal conductors 171 can be effectively improved.

In dem Beispiel der 2B ist ein Szenario dargestellt, bei dem die Aussparung 121 die obere Metalllage 151, welche die Oberseite 112 ausbildet, vollständig durchdringt. Weiterhin durchdringt die Aussparung 121 die Metalllage 152. Die Metalllage 153 bildet den Boden 122 der Aussparung 121 aus. In dem Beispiel der 2B durchdringt die Aussparung 121 die Isolatorlagen 161-163 teilweise. Insbesondere durchdringt die Aussparung 121 die Isolatorlagen 161,162 vollständig; die Aussparung 121 durchdringt die Isolatorlagen 163 nicht. Die Isolatorlagen 163 ist zwischen der Metalllage 153, welche den Boden 122 ausbildet, und der Metalllage 154, welche die Unterseite 113 der Leiterplatte 111 ausbildet, angeordnet. Im Bereich zwischen dem Boden 122 der Aussparung 121 und der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 sind Vias 176 angeordnet. Die Vias 176 erstrecken sich von der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 hin zu dem Boden 192 der Aussparung 121. In dem Beispiel der 2 erstrecken sich die Vias 176 bis hin zu dem Boden 122 der Aussparung 121; in anderen Beispielen wäre es möglich, dass sich die Vias 176 nur einen Teil der Strecke hin zu dem Boden 122 der Aussparung 121 erstrecken. Diese Vias 176 stellen eine elektrische Verbindung zwischen den Dickmetall-Leitern 171 und dem Halbleiterbauelement 180 her. Außerdem ermöglichen diese Vias 176 eine besonders gute Wärmekopplung zwischen dem Halbleiterbauelement 180 und dem Kühlkörper 173, z.B. im Vergleich mit der Wärmekopplung über die Isolatorschicht 163.In the example of 2 B a scenario is shown in which the recess 121 completely penetrates the upper metal layer 151, which forms the upper side 112. Furthermore, the cutout 121 penetrates through the metal layer 152. The metal layer 153 forms the bottom 122 of the cutout 121. FIG. In the example of 2 B the recess 121 partially penetrates the insulator layers 161-163. In particular, the recess 121 penetrates the insulator layers 161, 162 completely; the recess 121 does not penetrate the insulator layers 163. The insulator layer 163 is arranged between the metal layer 153, which forms the bottom 122, and the metal layer 154, which forms the underside 113 of the printed circuit board 111. Vias 176 are arranged in the area between the bottom 122 of the recess 121 and the underside 113 of the printed circuit board 111 . The vias 176 extend from the underside 113 of the circuit board 111 towards the bottom 192 of the recess 121. In the example of FIG 2 the vias 176 extend to the bottom 122 of the recess 121; in other examples, it would be possible for the vias 176 to extend only part of the way to the bottom 122 of the recess 121 . These vias 176 establish an electrical connection between the thick metal conductors 171 and the semiconductor component 180 . In addition, these vias 176 enable a particularly good thermal coupling between the semiconductor component 180 and the heat sink 173, for example in comparison with the thermal coupling via the insulator layer 163.

Durch eine solche Anordnung, bei welcher die Isolatorlage 163 durch die Aussparung 121 nicht durchdrungen wird und zwischen dem Boden 122 und der Unterseite 113 stehen bleibt, kann eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität gewährleistet werden. Insbesondere kann eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität während der Herstellung der Leiterplatte 111 bzw. der Herstellung des Systems 100, zum Beispiel während des Anbringens des Dickmetall-Leiters 171 und/oder des Kühlkörpers 173, gewährleistet werden.Such an arrangement, in which the insulator layer 163 is not penetrated by the recess 121 and remains between the base 122 and the underside 113, can ensure a comparatively high level of mechanical stability. In particular, a comparatively high mechanical stability can be ensured during the production of the printed circuit board 111 or the production of the system 100, for example during the attachment of the thick metal conductor 171 and/or the heat sink 173.

Eine solche Anordnung weist weiterhin die Möglichkeit auf, durch Strukturierung der Metalllage 153 eine flexible Kontaktierung des Halbleiterbauelements 180 zu gewährleisten. Zum Beispiel können durch Strukturierung der Metalllage 153 Logiksignale und/oder Leistungssignale ohne hohe Komplexität zu den Lötpads 191,192 geleitet werden. Insbesondere wird dadurch die Strukturierung der Metalllage 154, welche die Unterseite 113 der Leiterplatte 111 ausbildet, nicht durch Erfordernisse der Lötpads 191, 192 beeinträchtigt. Zum Beispiel kann dadurch eine einfache Gestaltung der Dickmetall-Leiter 171 gewährleistet werden; derart kann zum Beispiel ein Quellenkontakt-Anschluss (bitte Source und D arain) und/oder ein Gatekontakt-Anschluss des Halbleiterbauelements 180 besonders einfach kontaktiert werden.Such an arrangement also has the option of ensuring flexible contacting of the semiconductor component 180 by structuring the metal layer 153 . For example, by structuring the metal layer 153, logic signals and/or power signals can be routed to the solder pads 191, 192 without great complexity. In particular, the structuring of the metal layer 154, which forms the underside 113 of the printed circuit board 111, is not impaired by the requirements of the soldering pads 191, 192. For example, this can ensure a simple design of the thick metal conductors 171; in this way, for example, a source contact connection (please source and drain) and/or a gate contact connection of the semiconductor component 180 can be contacted in a particularly simple manner.

In verschiedenen Beispielen kann es möglich sein, die Entfernung zwischen dem Boden 122 der Aussparung 121 und der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 weiter zu reduzieren.In various examples, it may be possible to further reduce the distance between the bottom 122 of the recess 121 and the bottom 113 of the circuit board 111 .

3A illustriert Aspekte in Bezug auf eine Leiterplatte 111. In 3A ist eine 2-Schicht Leiterplatte 111 dargestellt, die die Metalllagen 151,152 und eine dazwischen angeordnete Isolatorlage 161 umfasst. Die Aussparung 121 durchdringt die Isolatorlage 161 vollständig. Die Metalllage 152, welche die Unterseite 113 der Leiterplatte 111 ausbildet, bildet auch den Boden 122 der Aussparung 121 aus. 3A illustrates aspects related to a circuit board 111. In 3A a 2-layer printed circuit board 111 is shown, which comprises the metal layers 151, 152 and an insulator layer 161 arranged between them. The recess 121 penetrates the insulator layer 161 completely. The metal layer 152, which forms the underside 113 of the printed circuit board 111, also forms the bottom 122 of the recess 121.

In dem Beispiel der 3A ist die Entfernung zwischen dem Boden 122 der Aussparung 121 und der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 im Vergleich zu dem Beispiel der 2 weiter reduziert. Dadurch können weiter verbesserte thermische Eigenschaften, zum Beispiel im Vergleich mit der Leiterplatte 111 der 2, erzielt werden. Die Wärmeableitung vom Halbleiterbauelement 180 kann besonders leistungsfähig implementiert sein.In the example of 3A is the distance between the bottom 122 of the recess 121 and the bottom 113 of the circuit board 111 compared to the example of FIG 2 further reduced. This allows further improved thermal properties, for example in comparison with the circuit board 111 of 2 , be achieved. The heat dissipation from the semiconductor device 180 can be implemented particularly efficiently.

Um in dem Beispiel der 3A bei Strukturierung der Metalllage 152 freistehende Strukturen wie zum Beispiel freistehende Lötpads 191,192 oder freistehende Leiterbahnen 157-1,157-2 zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, vor Strukturierung des Bodens 122 der Aussparung 121 die Dickmetall-Leiter 171 und/oder den Kühlkörper 173 an der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 anzubringen. Derart kann eine Stabilisierung von Strukturen in der Metalllage 152 erzielt werden. Damit es möglich ist, die Gatekontakt-Leiterbahn 157-2 zu implementieren, kann zum Beispiel ein entsprechender Dickmetall-Leiter 171 im Bereich des entsprechenden Pins 184 bzw. im Bereich des entsprechenden Lötpads 192 ausgespart werden. Es ist auch möglich, dass die Dickmetall-Leiter 171 gegenüber dem entsprechenden Pin 184 bzw. dem entsprechenden Lötpads 192 beabstandet angeordnet werden, um eine elektrische Verbindung mit dem Gatekontakt zu vermeiden. Zum Beispiel wäre es auch möglich, die Metalllage 152 im Bereich der Dickmetall-Leiter 171 dicker auszugestalten, als im Bereich des Lötpads 192 des Gatekontakts. Dadurch kann erreicht werden, dass zwischen den Dickmetall-Leitern 171 und dem Lötpads 192 ein vertikaler Abstand senkrecht zu der Unterseite 113 entsteht, welcher die beiden Anschlüsse elektrisch voneinander isoliert. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass die Isolation des Gatekontakt-Anschlusses durch Aufbringen einer isolierenden Zwischenschicht implementiert wird. Dazu kann z.B. ein Lötstopp-Lack verwendet werden.To in the example of 3A To avoid free-standing structures when structuring the metal layer 152, such as free-standing solder pads 191,192 or free-standing conductor tracks 157-1,157-2, it can be advantageous before structuring the base 122 of the recess 121 to attach the thick-metal conductors 171 and/or the heat sink 173 to the Underside 113 of the circuit board 111 to attach. In this way, structures in the metal layer 152 can be stabilized. So that it is possible to implement the gate contact conductor track 157-2, a corresponding thick metal conductor 171 can be cut out in the area of the corresponding pin 184 or in the area of the corresponding soldering pad 192, for example. It is also possible for the thick metal conductors 171 to be arranged at a distance from the corresponding pin 184 or the corresponding solder pad 192 in order to avoid an electrical connection with the gate contact. For example, it would also be possible to design the metal layer 152 to be thicker in the area of the thick metal conductors 171 than in the area of the soldering pad 192 of the gate contact. As a result, a vertical distance perpendicular to the underside 113 is created between the thick metal conductors 171 and the soldering pads 192, which distance electrically insulates the two connections from one another. Alternatively or additionally, it would also be possible for the gate contact connection to be insulated by applying an insulating intermediate layer animal. A solder resist can be used for this, for example.

3B illustriert Aspekte in Bezug auf eine Leiterplatte 111. Dabei entspricht das Beispiel der 3B grundsätzlich dem Beispiel der 3A. In 3B ist die Aussparung 121 gestuft ausgestaltet. Die Leiterplatte 111 umfasst dabei vier Metalllagen 151-154, wobei die Metalllage 153 und die Isolatorlage 163 die Stufe der Aussparung 121 ausbilden. 3B illustrates aspects relating to a printed circuit board 111. The example corresponds to FIG 3B basically the example of 3A . In 3B the recess 121 is designed in a stepped manner. The printed circuit board 111 includes four metal layers 151-154, the metal layer 153 and the insulator layer 163 forming the step of the recess 121.

Dadurch kann ein weiterer Pin 184 mit der Metalllage 153 über ein entsprechendes Lötpad 192 verbunden werden. Derart kann eine besonders einfache elektrische Trennung des Gatekontakt-Anschlusses gegenüber den weiteren Anschlüssen erreicht werden.As a result, a further pin 184 can be connected to the metal layer 153 via a corresponding soldering pad 192. A particularly simple electrical isolation of the gate contact connection from the further connections can be achieved in this way.

4 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Leiterplatte 111. In 4 ist eine 4-Schicht Leiterplatte 111 dargestellt, die der Leiterplatte 111 gemäß dem Beispiel der 2B entspricht. In dem Beispiel der 4 umfasst das entsprechende System 100 keine Dickmetall-Leiter. Das Leistungssignal wird dabei über die Metalllage 153 zu dem Halbleiterbauelement 180 geleitet. Entsprechend wird weiterhin das Logiksignal, zum Beispiel zur Ansteuerung des Gatekontakt eines MOSFETs des Halbleiterbauelements 180, über die Metalllage 153 geleitet. Der Kühlkörper 173 wird direkt angrenzend auf die Metalllage 154, die die Unterseite 113 der Leiterplatte 111 ausbildet, aufgebracht, zum Beispiel durch Löten. Zur Verbesserung des thermischen Übergangs zwischen dem Boden 122 und der Unterseite 113 ist es möglich, dass die Isolatorlage 163 als hochleitfähiges Material ausgeführt wird. 4 illustrates aspects related to a circuit board 111. In 4 a 4-layer circuit board 111 is shown, which is the circuit board 111 according to the example of FIG 2 B is equivalent to. In the example of 4 the corresponding system 100 does not include thick metal conductors. In this case, the power signal is conducted via the metal layer 153 to the semiconductor component 180 . Correspondingly, the logic signal, for example for driving the gate contact of a MOSFET of the semiconductor component 180, continues to be routed via the metal layer 153. The heat sink 173 is applied directly adjacent to the metal layer 154 that forms the underside 113 of the printed circuit board 111, for example by soldering. In order to improve the thermal transition between the base 122 and the underside 113, it is possible for the insulator layer 163 to be in the form of a highly conductive material.

In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen können grundsätzlich unterschiedlichste Typen von Isolatorlagen 161-163 eingesetzt werden. Beispiele von Isolatorlagen umfassen: einen Glasfaser-Harz und ein Gewebe-Epoxid-Laminat. Manchmal werden entsprechende Isolatorlagen auch als Prepreg-Lage bezeichnet.In principle, the most varied types of insulator layers 161-163 can be used in the various examples described herein. Examples of insulator sheets include: a fiberglass resin and a fabric epoxy laminate. Corresponding insulator layers are sometimes also referred to as prepreg layers.

5 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Leiterplatte 111. In 5 ist eine 4-Schicht Leiterplatte 111 dargestellt, die der Leiterplatte 111 gemäß den Beispielen der 2B und 4 entspricht. In dem Beispiel der 5 umfasst das System 100 Dickmetall-Leiter 171, die in der Aussparung 121 angeordnet sind. Ein Dickmetall-Leiter 171 für den Quellenkontakt-Anschluss eines MOSFETs des Halbleiterbauelements 180 befindet sich knapp unter dem entsprechenden Pin 184 des Halbleiterbauelements 180. Ein Dickmetall-Leiter 171 für den Drainkontakt-Anschluss eines MOSFETs des Halbleiterbauelements 180 befindet sich benachbart zu dem Halbleiterbauelement 180. Es wäre alternativ auch möglich, einen Dickmetall-Leiter 171 zwischen dem Leadframe 182 des Halbleiterbauelements 180 und der Metalllage 153 der Leiterplatte 111 anzuordnen. Derart kann es möglich sein, die thermische Kapazität und die Wärmespreizung unter dem Drainkontakt-Anschluss weiter zu verbessern. 5 illustrates aspects related to a circuit board 111. In 5 a 4-layer printed circuit board 111 is shown, which corresponds to the printed circuit board 111 according to the examples of FIG 2 B and 4 is equivalent to. In the example of 5 System 100 includes thick metal conductors 171 disposed in recess 121. A thick metal conductor 171 for the source contact connection of a MOSFET of the semiconductor device 180 is located just below the corresponding pin 184 of the semiconductor device 180. A thick metal conductor 171 for the drain contact connection of a MOSFET of the semiconductor device 180 is located adjacent to the semiconductor device 180. Alternatively, it would also be possible to arrange a thick metal conductor 171 between the leadframe 182 of the semiconductor component 180 and the metal layer 153 of the circuit board 111 . Thus, it may be possible to further improve thermal capacity and heat spread under the drain contact terminal.

Die Dickmetall-Leiter 171 sind gemäß dem Beispiel der 5 als Einbettung oder Inlay der Leiterplatte 111 ausgebildet. Ein solches Inlay kann zum Beispiel zwischen den äußeren Metalllagen 151, 154 integriert sein und eine besonders große Dicke von zum Beispiel bis zu 2 mm aufweisen. Dadurch ist es möglich, ein Leistungssignal direkt über die Dickmetall-Leiter zuzuführen, und diese gleichzeitig als Wärmesenke und Wärmekapazität zu verwenden.The thick metal conductors 171 are according to the example of FIG 5 formed as an embedding or inlay of the circuit board 111. Such an inlay can, for example, be integrated between the outer metal layers 151, 154 and have a particularly large thickness of, for example, up to 2 mm. This makes it possible to feed a power signal directly through the thick metal conductors, and at the same time use them as a heat sink and thermal capacity.

6 ist eine perspektivische Ansicht eines Systems 100, welches eine Leiterplatte 111 und mehrere Halbleiterbauelemente 180 umfasst. Die Leiterplatte 111 umfasst Aussparungen 121. Die Leiterplatte 111 und die Aussparungen 121 können z.B. gemäß einem der Beispiele aus 2A - 5 ausgebildet sein. In 6 umfasst das System 106 Halbleiterbauelemente 180 (wobei zur Illustration eines der Halbleiterbauelemente 180 in 6 ausgeblendet ist). Aus 6 ist ersichtlich, dass die Halbleiterbauelemente 180 eine Dicke aufweisen können, welche so groß ist, dass die Halbleiterbauelemente 180 über die Oberkante der Aussparung 121 bzw. über die Oberseite 112 der Leiterplatte 111 hinausragen (dies ist in den schematischen Ansichten der 2B, 3-5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Entsprechend wäre es in einem Szenario, in dem die Dickmetall-Leiter 171 in der Aussparung 121 angeordnet sind, möglich, dass die Dickmetall-Leiter 171 über die Oberkante der Aussparung 121 bzw. über die Oberseite 112 der Leiterplatte 111 hinausragen (dies ist in der schematischen Ansicht der 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). 6 FIG. 1 is a perspective view of a system 100 that includes a printed circuit board 111 and a plurality of semiconductor devices 180. FIG. The printed circuit board 111 includes cutouts 121. The printed circuit board 111 and the cutouts 121 can be made, for example, according to one of the examples 2A - 5 be trained. In 6 the system comprises 106 semiconductor devices 180 (illustrating one of the semiconductor devices 180 in 6 is hidden). Out of 6 it can be seen that the semiconductor components 180 can have a thickness which is so great that the semiconductor components 180 protrude beyond the top edge of the recess 121 or the top side 112 of the printed circuit board 111 (this is shown in the schematic views of Figs 2 B , 3-5 not shown for reasons of clarity). Accordingly, in a scenario in which the thick metal conductors 171 are arranged in the recess 121, it would be possible for the thick metal conductors 171 to protrude over the top edge of the recess 121 or over the top side 112 of the circuit board 111 (this is shown in Fig schematic view of 5 not shown for reasons of clarity).

7 ist eine perspektivische, rückwärtige Ansicht des Systems 100 gemäß 6. In 7 ist dargestellt, wie die Dickmetall-Leiter 171 angrenzend an die Unterseite 113 der Leiterplatte 111 angeordnet sind. 7 12 is a perspective rear view of system 100 of FIG 6 . In 7 1 is shown how the thick metal conductors 171 are arranged adjacent to the underside 113 of the printed circuit board 111. FIG.

8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen. Zunächst erfolgt das Erzeugen der Aussparung 121. Zum Beispiel kann die Aussparung 121 gefräst und/oder geätzt werden. Die Aussparung 121 könnte alternativ oder zusätzlich durch einen Laser abgetragen werden. 8th 1 is a flow chart of a method according to various embodiments. First, the recess 121 is produced. For example, the recess 121 can be milled and/or etched. Alternatively or additionally, the recess 121 could be removed by a laser.

Anschließend werden auf dem Boden 122 der Aussparung 121 die Lötpads 191,192, zum Beispiel als Inselstruktur, erzeugt. Diese Lötpads 191, 192 können eine elektrische Verbindung mit dem Halbleiterbauelement 180 herstellen, z.B. mit ein oder mehreren Pins 184 und / oder dem Leadframe 182. Z.B. können die Lötpads 191, 192 mittels Litographie-Techniken hergestellt werden, die z.B. ein oder mehrere der folgenden Elemente umfassen: Beschichten mit einem Fotolack; Belichten; Entwickeln; Ätzen; Reinigen; Fräsen; Schneiden; Stanzen; etc..The soldering pads 191, 192 are then produced on the bottom 122 of the recess 121, for example as an island structure. These soldering pads 191, 192 can establish an electrical connection with the semiconductor component 180, for example with a or a plurality of pins 184 and/or the leadframe 182. For example, the soldering pads 191, 192 can be produced using lithography techniques, which include, for example, one or more of the following elements: coating with a photoresist; Expose; Develop; Etching; To clean; milling; Cut; stamping; Etc..

9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen. Zunächst erfolgt das Strukturieren von ein oder mehreren Lagen 151-154,161-163 der Leiterplatte 111, 1011. 1011 kann zum Beispiel ein oder mehrere der folgenden Techniken umfassen: Beschichten mit einem Fotolack; Belichten; Entwickeln; Ätzen; Reinigen; Fräsen; Schneiden; Stanzen; etc.. Derart können Leiterbahnen 157-1, 157-2 ausgebildet werden. Dann wird die Leiterplatte 111 mit verschiedenen Bauelementen bestückt, 1012. Dann wird der Dickmetall-Leiter 171 zum Beispiel auf der Unterseite 113 der Leiterplatte 111 angebracht, 1013. 1012 sowie 1013 können Techniken wie zum Beispiel Löten, Verschrauben, Kleben, etc. umfassen. 9 1 is a flow chart of a method according to various embodiments. First, one or more layers 151-154, 161-163 of the printed circuit board 111, 1011 are structured. 1011 can, for example, comprise one or more of the following techniques: coating with a photoresist; Expose; Develop; Etching; To clean; milling; Cut; stamping; etc. Conductor tracks 157-1, 157-2 can be formed in this way. Then the circuit board 111 is fitted with various components, 1012. Then the thick metal conductor 171 is attached, for example, to the underside 113 of the circuit board 111, 1013. 1012 and 1013 can include techniques such as soldering, screwing, gluing, etc.

Dann kann die Aussparung 121 erzeugt werden, 1014. 1014 entspricht 1001. Anschließend werden die Lötpads 191, 192 auf dem Boden 122 der Aussparung 121 erzeugt, 1015. 1015 entspricht 1002.Then the recess 121 can be created, 1014. 1014 corresponds to 1001. Then the soldering pads 191, 192 are created on the bottom 122 of the recess 121, 1015. 1015 corresponds to 1002.

Anschließend wird das Halbleiterbauelement 180 auf die Lötpads 191,192 aufgebracht, zum Beispiel mittels Löten, 1016.The semiconductor component 180 is then applied to the soldering pads 191, 192, for example by means of soldering, 1016.

In dem Beispiel der 9 wird die Leiterplatte 111 strukturiert und bestückt, bevor die Aussparung 121 erzeugt wird. In anderen Beispielen wäre es möglich, dass die Leiterplatte 111 erst nach dem Erzeugen der Aussparung 121 strukturiert und bestückt wird. Dies bedeutet, dass 1011 und/oder 1012 nach 1014 oder 1015 ausgeführt werden kann.In the example of 9 the printed circuit board 111 is structured and populated before the recess 121 is produced. In other examples, it would be possible for the printed circuit board 111 to be structured and populated only after the cutout 121 has been produced. This means that 1011 and/or 1012 can be executed after 1014 or 1015.

In dem Beispiel der 9 wird weiterhin der Dickmetall-Leiter 171 vor dem Erzeugen der Aussparung 121 aufgebracht. Dies kann vorteilhaft sein, wenn dadurch eine Stabilisierung im Zusammenhang mit der Aussparung 121 erzielt wird. In anderen Beispielen ist es aber auch möglich, dass der Dickmetall-Leiter 171 erst nach dem Erzeugen der Aussparung 121 aufgebracht wird. Dies bedeutet, dass 1013 nach 1014 oder 1015 ausgeführt werden kann.In the example of 9 the thick metal conductor 171 is also applied before the recess 121 is created. This can be advantageous if stabilization in connection with the recess 121 is achieved as a result. In other examples, however, it is also possible for the thick metal conductor 171 to be applied only after the cutout 121 has been produced. This means that 1013 can run after 1014 or 1015.

Optional kann auch ein Kühlkörper 173 angebracht werden (in 9 nicht dargestellt). Zum Beispiel kann der Kühlkörper 173 vor dem Erzeugen der Aussparung in 1014 angebracht werden. Es wäre alternativ auch möglich, dass der Kühlkörper 173 nach dem Erzeugen der Aussparung in 1014 angebracht wird. Optionally, a heat sink 173 can also be attached (in 9 not shown). For example, the heat sink 173 can be attached in 1014 prior to creating the recess. Alternatively, it would also be possible for the heat sink 173 to be attached after the recess has been created in 1014 .

Zusammenfassend wurden obenstehend Techniken beschrieben, die es ermöglichen, einen Abstand zwischen einem Leadframe eines Halbleiterbauelements und einer Wärmesenke vergleichsweise gering zu dimensionieren. Dies wird erzielt durch eine Aussparung, die in einer Leiterplatte vorgesehen wird. Dadurch kann die Entfernung zwischen einem Boden der Leiterplatte und einer Unterseite der Leiterplatte, an welche der Kühlkörper direkt oder indirekt gekoppelt wird, vergleichsweise gering dimensioniert werden. Zum Beispiel kann die Entfernung zwischen dem Boden der Aussparung und der Unterseite der Leiterplatte auf eine einzige Metalllage von zum Beispiel 35 µm oder 70 µm Dicke reduziert werden. In verschiedenen Beispielen beträgt die Entfernung zwischen dem Boden der Aussparung und der Unterseite der Leiterplatte nicht mehr als 500 pm, bevorzugt nicht mehr als 200 µm, besonders bevorzugt nicht mehr als 100 pm.In summary, techniques have been described above which make it possible to dimension a distance between a leadframe of a semiconductor component and a heat sink to be comparatively small. This is achieved by a recess provided in a printed circuit board. As a result, the distance between a base of the printed circuit board and an underside of the printed circuit board, to which the heat sink is coupled directly or indirectly, can be dimensioned to be comparatively small. For example, the distance between the bottom of the recess and the underside of the circuit board can be reduced to a single sheet of metal, for example 35 µm or 70 µm thick. In various examples, the distance between the bottom of the recess and the underside of the printed circuit board is no more than 500 μm, preferably no more than 200 μm, particularly preferably no more than 100 μm.

Über den Boden der Aussparung kann es möglich sein, Strom zu dem Halbleiterbauelement zuzuführen und/oder von dem Halbleiterbauelement abzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann es über den Boden der Aussparung möglich sein, Wärme von dem Halbleiterbauelement abzuführen. Zum Beispiel kann eine Isolatorlage, die zwischen dem Boden der Aussparung und der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist, eine elektrische Isolation zwischen dem Halbleiterbauelement und einem Kühlkörper bereitstellen.It may be possible to supply current to the semiconductor component and/or to draw current away from the semiconductor component via the bottom of the cutout. Alternatively or additionally, it may be possible to dissipate heat from the semiconductor component via the bottom of the cutout. For example, an insulator layer placed between the bottom of the recess and the underside of the circuit board can provide electrical isolation between the semiconductor device and a heat sink.

Mittels solcher Techniken kann eine besonders gute Zuführung von Strom zum Beispiel von Dickmetall-Leitern zum Halbleiterbauelement erreicht werden. Außerdem kann eine besonders gute Wärmespreizung durch einen besonders engen Kontakt des Halbleiterbauelements zu den Dickmetall-Leitern erreicht werden. Außerdem kann die Wärmekapazität der Dickmetall-Leiter und/oder eines Kühlkörpers durch den besonders engen Kontakt des Halbleiterbauelements zu den Dickmetall-Leitern und/oder den Kühlkörpern erzielt werden. A particularly good supply of current, for example from thick metal conductors to the semiconductor component, can be achieved by means of such techniques. In addition, particularly good heat spreading can be achieved by particularly close contact between the semiconductor component and the thick-metal conductors. In addition, the thermal capacity of the thick-metal conductors and/or a heat sink can be achieved by the particularly close contact of the semiconductor component with the thick-metal conductors and/or the heat sinks.

Leiterplatten, die gemäß solcher Techniken hergestellt werden, können eine besonders gute mechanische Stabilität aufweisen; dies kann durch den Verbund der Leiterplatte mit Dickmetall-Leitern erzielt werden.Printed circuit boards manufactured according to such techniques can have particularly good mechanical stability; this can be achieved by connecting the printed circuit board with thick metal conductors.

Leiterplatten, die gemäß solcher Techniken hergestellt werden, können besonders gute thermische Eigenschaften aufweisen.Printed circuit boards made according to such techniques can exhibit particularly good thermal properties.

Mittels der hierin beschriebenen Techniken kann auch eine definierte Platzierung und Lötung eines Halbleiterbauelements auf Lötpads, die auf einem Boden der Aussparung vorgesehen sind, erzielt werden. Insbesondere können standardisierte Gehäuse für die Halbleiterbauelemente verwendet werden. Es wäre aber auch möglich, ein ungehäustes Bauelement, z.B. auf einem Chip, in der Aussparung anzuordnen.A defined placement and soldering of a semiconductor component on soldering pads provided on a bottom of the recess can also be achieved by means of the techniques described herein. In particular, standardized housings can be used for the semiconductor components will. However, it would also be possible to arrange an unhoused component, for example on a chip, in the recess.

Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen die Bereitstellung der Aussparung in der Leiterplatte mittels Standardprozessen, wie sie in Bezug auf Referenzimplementierungen zur Herstellung von Leiterplatten bereits etabliert sind. Zum Beispiel können solche Standardprozess umfassen: Löten und Platzieren, sowie Positionieren.The techniques described herein allow for the provision of the cavity in the printed circuit board using standard processes already established with respect to reference implementations for manufacturing printed circuit boards. For example, such standard processes may include: soldering and placement, and positioning.

Mittels der hierin beschriebenen Techniken kann eine besonders variable und flexible Anpassung der verwendeten Materialien ermöglicht werden. Insbesondere kann es möglich sein, die verwendeten Materialien hinsichtlich deren thermischer Ausdehnung bzw. Wärmeleitfähigkeit auszuwählen.Using the techniques described herein, a particularly variable and flexible adaptation of the materials used can be made possible. In particular, it may be possible to select the materials used with regard to their thermal expansion or thermal conductivity.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen. Of course, the features of the embodiments and aspects of the invention described above can be combined with one another. In particular, the features can be used not only in the combinations described, but also in other combinations or taken on their own, without departing from the field of the invention.

Während voranstehend z.B. verschiedene Variationen in Bezug auf den Kühlkörper beschrieben wurden, kann es möglich sein, in weiteren Beispielen weitere Variationen in Bezug auf den Kühlkörper zu implementieren. Zum Beispiel wäre es möglich, dass der Kühlkörper und/oder ein Dickmetallleiter innerhalb der Aussparung angeordnet ist.For example, while various variations related to the heat sink have been described above, in other examples it may be possible to implement further variations related to the heat sink. For example, it would be possible for the heat sink and/or a thick metal conductor to be arranged within the recess.

Während voranstehend verschiedene Aspekte in Bezug auf ein Halbleiterbauelement beschrieben wurden, kann es in anderen Beispielen auch möglich sein, dass die hierin beschriebenen Techniken in Bezug auf ein nicht-halbleiterbasiertes Bauelement eingesetzt werden. Zum Beispiel könnten die verschiedenen hierin beschriebenen Techniken in Bezug auf passive Komponenten, wie beispielsweise Spulen oder Kondensatoren, eingesetzt werden. Die verschiedenen Bauelemente, die im Zusammenhang mit den hierin beschriebenen Techniken verwendet werden können, können z.B. in SMD-Technik oder in THT-Technik ausgebildet sein.While various aspects have been described above in relation to a semiconductor device, in other examples it may also be possible for the techniques described herein to be employed in relation to a non-semiconductor-based device. For example, the various techniques described herein could be used with respect to passive components such as inductors or capacitors. The various components that can be used in connection with the techniques described herein can be implemented, for example, in SMD technology or in THT technology.

Während voranstehend verschiedene Beispielen Bezug auf eine 2-lagen und eine 4-Lagen Leiterplatte beschrieben wurden, können entsprechende Techniken auch angewendet werden auf Leiterplatten mit einer anderen Anzahl von Lagen. Z.B. können Metalllagen unterschiedlichster Dicke verwendet werden. Beispielsweise kann die Dicke der Metalllagen aus der Gruppe ausgewählt werden, die umfasst: mindestens 18 µm; mindestens 55 µm; mindestens 70 µm; mindestens 100 µm; mindestens 105 µm; mindestens 130 µm; und mindestens 140 pm.While various examples have been described above with reference to a 2-layer and a 4-layer printed circuit board, corresponding techniques can also be applied to printed circuit boards with a different number of layers. For example, metal layers of different thicknesses can be used. For example, the thickness of the metal layers can be selected from the group consisting of: at least 18 µm; at least 55 µm; at least 70 µm; at least 100 µm; at least 105 µm; at least 130 µm; and at least 140 pm.

Claims (18)

Leiterplatte (111), die umfasst: - eine erste Außenfläche (112), - eine der ersten Außenfläche (112) gegenüberliegende zweite Außenfläche (113), - eine Aussparung (121) mit einem Boden (122), wobei sich die Aussparung (121) weg von der ersten Außenfläche (112) und hin zu der zweiten Außenfläche (113) erstreckt, - Lötpads (191, 192), die auf dem Boden (122) der Aussparung (121) angeordnet sind und die geeignet sind, um eine Verbindung mit einem Bauelement (180) herzustellen, und - mindestens einen Dickmetall-Leiter (171), der in der Aussparung (121) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Dickmetall-Leiter (171) als Inlay der Leiterplatte (111) ausgebildet ist und eine Dicke von mehr als 250 um aufweist.Printed circuit board (111) comprising: - a first outer surface (112), - a second outer surface (113) opposite the first outer surface (112), - a recess (121) with a bottom (122), the recess (121) extending away from the first outer surface (112) and towards the second outer surface (113), - Soldering pads (191, 192) which are arranged on the bottom (122) of the recess (121) and which are suitable for establishing a connection with a component (180), and - at least one thick metal conductor (171), which is arranged in the recess (121), wherein the at least one thick metal conductor (171) is formed as an inlay of the circuit board (111) and has a thickness of more than 250 µm. Leiterplatte (111) nach Anspruch 1, die weiterhin umfasst: - eine Metalllage (151), die die erste Außenfläche (112) ausbildet, - mindestens eine Isolatorlage (161-163), die zwischen der ersten Außenfläche (112) und der zweiten Außenfläche (113) angeordnet ist, wobei die Aussparung (121) die Metalllage (151) durchdringt und die mindestens eine Isolatorlage (161-163) zumindest teilweise durchdringt.Circuit board (111) after claim 1 , which further comprises: - a metal layer (151) forming the first outer surface (112), - at least one insulator layer (161-163) arranged between the first outer surface (112) and the second outer surface (113), wherein the recess (121) penetrates the metal layer (151) and at least partially penetrates the at least one insulator layer (161-163). Leiterplatte (111) nach Anspruch 2, die weiterhin umfasst: - eine erste weitere Metalllage (154), die die zweite Außenfläche (113) ausbildet, - eine zweite weitere Metalllage (153), die den Boden (122) der Aussparung (121) ausbildet, wobei die Aussparung (121) die mindestens eine Isolatorlage (161-163) teilweise durchdringt, wobei mindestens eine der mindestens einen Isolatorlage (161-163) zwischen der ersten weiteren Metalllage (154) und der zweiten weiteren Metalllage (153) angeordnet ist.Circuit board (111) after claim 2 , which further comprises: - a first additional metal layer (154), which forms the second outer surface (113), - a second additional metal layer (153), which forms the bottom (122) of the recess (121), the recess (121 ) the at least one insulator layer (161-163) partially penetrates, at least one of the at least one insulator layer (161-163) being arranged between the first further metal layer (154) and the second further metal layer (153). Leiterplatte (111) nach Anspruch 3, wobei die Dicke zumindest einer der Metalllage (151), der ersten weiteren Metalllage (154) und der zweiten weiteren Metalllage (153) aus der Gruppe ausgewählt ist, die umfasst: mindestens 70 µm; mindestens 105 µm; mindestens 140 pm.Circuit board (111) after claim 3 , wherein the thickness of at least one of the metal layer (151), the first further metal layer (154) and the second further metal layer (153) is selected from the group comprising: at least 70 µm; at least 105 µm; at least 140 pm. Leiterplatte (111) nach Anspruch 2, die weiterhin umfasst: - eine weitere Metalllage (152), die die zweite Außenfläche (113) und den Boden (122) der Aussparung (121) ausbildet, wobei die Aussparung (121) die mindestens eine Isolatorlage (161-163) vollständig durchdringt.Circuit board (111) after claim 2 , which further comprises: - a further metal layer (152), which forms the second outer surface (113) and the bottom (122) of the recess (121), the recess (121) which completely penetrates at least one insulator layer (161-163). Leiterplatte (111) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst: - mindestens ein Via (176), das sich von der zweiten Außenfläche (113) hin zu dem Boden (122) der Aussparung (121) erstreckt.Circuit board (111) according to any one of the preceding claims, further comprising: - at least one via (176) extending from the second outer surface (113) towards the bottom (122) of the recess (121). Leiterplatte (111) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Leiterplatte (111) zwischen der ersten Außenfläche (112) und der zweiten Außenfläche (113) mindestens 0,8 mm, bevorzugt mindestens 1,2 mm, besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm beträgt, wobei eine Entfernung zwischen dem Boden (122) der Aussparung (121) und der zweiten Außenfläche (113) nicht mehr als 50 % der Dicke der Leiterplatte (111) beträgt, bevorzugt nicht mehr als 20 %, besonders bevorzugt nicht mehr als 10 %.Printed circuit board (111) according to one of the preceding claims, wherein a thickness of the circuit board (111) between the first outer surface (112) and the second outer surface (113) is at least 0.8 mm, preferably at least 1.2 mm, particularly preferably at least 1.5 mm, wherein a distance between the bottom (122) of the recess (121) and the second outer surface (113) is no more than 50% of the thickness of the printed circuit board (111), preferably no more than 20%, particularly preferably no more than 10%. Leiterplatte (111) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Entfernung zwischen dem Boden (122) der Aussparung (121) und der zweiten Außenfläche (113) nicht mehr als 500 pm beträgt, bevorzugt nicht mehr als 200 µm, besonders bevorzugt nicht mehr als 100 pm.Circuit board (111) according to one of the preceding claims, wherein a distance between the bottom (122) of the recess (121) and the second outer surface (113) is no more than 500 μm, preferably no more than 200 μm, particularly preferably no more than 100pm. Leiterplatte (111) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (121) eine laterale Seitenlänge (121A) aufweist, die nicht kleiner als 5 mm ist, bevorzugt nicht kleiner als 10 mm, besonders bevorzugt nicht kleiner als 20 mm.Circuit board (111) according to one of the preceding claims, wherein the recess (121) has a lateral side length (121A) which is not less than 5 mm, preferably not less than 10 mm, particularly preferably not less than 20 mm. Leiterplatte (111) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (111) eine Hochstrom-Leiterplatte (111) ist.Circuit board (111) according to any one of the preceding claims, wherein the circuit board (111) is a high-current circuit board (111). System (100), das umfasst: - eine Leiterplatte (111) nach einem der voranstehenden Ansprüche, - das in der Aussparung (121) angeordnete Bauelement (180) mit einem Leadframe (182) und Pins (184), wobei der Leadframe (182) und die Pins (184) geeignet sind, die Verbindung mit den Lötpads (191, 192) herzustellen.System (100) which includes: - a circuit board (111) according to any one of the preceding claims, - The component (180) arranged in the recess (121) with a leadframe (182) and pins (184), the leadframe (182) and the pins (184) being suitable for the connection with the soldering pads (191, 192) to manufacture. System (100) nach Anspruch 11, das weiterhin umfasst: - einen Kühlkörper (173), der entlang und benachbart zu der zweiten Außenfläche (113) oder in der Aussparung (121) angeordnet ist.system (100) after claim 11 , further comprising: - a heat sink (173) arranged along and adjacent to the second outer surface (113) or in the recess (121). System (100) nach Anspruch 11 oder 12, das weiterhin umfasst: - mindestens einen weiteren Dickmetall-Leiter (171), der angrenzend an die zweite Außenfläche (113) angeordnet ist.system (100) after claim 11 or 12 and further comprising: - at least one further thick metal conductor (171) located adjacent to the second outer surface (113). Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (111), das umfasst: - Erzeugen einer Aussparung (121) mit einem Boden (122), wobei sich die Aussparung (121) weg von einer ersten Außenfläche (112) der Leiterplatte (111) und hin zu einer der ersten Außenfläche (112) gegenüberliegenden zweiten Außenfläche (113) der Leiterplatte (111) erstreckt, wobei mindestens ein Dickmetall-Leiter (171) in der Aussparung (121) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Dickmetall-Leiter (171) als Inlay der Leiterplatte (111) ausgebildet ist und eine Dicke von mehr als 250 um aufweist, - Erzeugen von Lötpads (191, 192) auf dem Boden (122) der Aussparung (121), wobei die Lötpads (191, 192) geeignet sind, um eine Verbindung mit einem Bauelement (180) herzustellen.A method of manufacturing a printed circuit board (111), comprising: - Creating a recess (121) with a bottom (122), wherein the recess (121) away from a first outer surface (112) of the printed circuit board (111) and towards a second outer surface (113) opposite the first outer surface (112) of the printed circuit board (111), at least one thick metal conductor (171) being arranged in the recess (121), the at least one thick metal conductor (171) being designed as an inlay of the printed circuit board (111) and having a thickness of more than has 250 µm, - Creating soldering pads (191, 192) on the bottom (122) of the recess (121), the soldering pads (191, 192) being suitable for establishing a connection with a component (180). Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin umfasst: - Anbringen von mindestens einem weiteren Dickmetall-Leiter (171) angrenzend zu der zweiten Außenfläche (113), wobei das Anbringen des mindestens einen weiteren Dickmetall-Leiters (171) vor dem Erzeugen der Aussparung (121) geschieht.procedure after Claim 14 The further comprising: - attaching at least one further thick metal conductor (171) adjacent to the second outer surface (113), wherein the attaching of the at least one further thick metal conductor (171) occurs prior to creating the recess (121). Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Erzeugen der Aussparung (121) das Ausfräsen der Aussparung (121) umfasst.procedure after Claim 14 or 15 , wherein the creation of the recess (121) comprises milling out the recess (121). Verfahren nach einem der Ansprüche 14-16, das weiterhin umfasst: - Strukturieren mindestens einer Metalllage (151-154) der Leiterplatte (111), - Bestücken der Leiterplatte (111), wobei das Strukturieren und / oder das Bestücken zumindest teilweise vor dem Erzeugen der Aussparung (121) ausgeführt wird.Procedure according to one of Claims 14 - 16 , which further comprises: - structuring at least one metal layer (151-154) of the printed circuit board (111), - assembling the printed circuit board (111), the structuring and/or the assembling being carried out at least partially before the recess (121) is produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-17, wobei das Verfahren eine Leiterplatte (111) nach einem der Ansprüche 1-10 herstellt.Procedure according to one of Claims 14 - 17 , The method comprising a printed circuit board (111) according to any one of Claims 1 - 10 manufactures.
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