DE102020127606B4 - Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Wärmeleiteinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Wärmeleiteinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102020127606B4
DE102020127606B4 DE102020127606.0A DE102020127606A DE102020127606B4 DE 102020127606 B4 DE102020127606 B4 DE 102020127606B4 DE 102020127606 A DE102020127606 A DE 102020127606A DE 102020127606 B4 DE102020127606 B4 DE 102020127606B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor component
power semiconductor
heat
substrate
designed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102020127606.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102020127606A1 (de
Inventor
Stefan Oehling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Original Assignee
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semikron Elektronik GmbH and Co KG filed Critical Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority to DE102020127606.0A priority Critical patent/DE102020127606B4/de
Priority to CN202111214252.0A priority patent/CN114388456A/zh
Publication of DE102020127606A1 publication Critical patent/DE102020127606A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102020127606B4 publication Critical patent/DE102020127606B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4885—Wire-like parts or pins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
    • H01L23/3185—Partial encapsulation or coating the coating covering also the sidewalls of the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/49—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions wire-like arrangements or pins or rods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/50—Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/4005—Shape
    • H01L2224/4009—Loop shape
    • H01L2224/40095—Kinked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/404—Connecting portions
    • H01L2224/40475—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/404—Connecting portions
    • H01L2224/40475—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas
    • H01L2224/40496—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas not being interposed between the connector and the bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/404—Connecting portions
    • H01L2224/40475—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas
    • H01L2224/40499—Material of the auxiliary connecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48475—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball
    • H01L2224/48496—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball not being interposed between the wire connector and the bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48475—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball
    • H01L2224/48499—Material of the auxiliary connecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8384—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/8484—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/84909—Post-treatment of the connector or bonding area
    • H01L2224/84951—Forming additional members, e.g. for reinforcing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85909—Post-treatment of the connector or wire bonding area
    • H01L2224/85951—Forming additional members, e.g. for reinforcing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details

Landscapes

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

Abstract

Leistungselektronische Schalteinrichtung (1) mit einem eine Normalenrichtung (N) aufweisenden Substrat (2) mit einer ersten und einer zweiten Leiterbahn (22,24), wobei auf der ersten Leiterbahn (22) ein Leistungshalbleiterbauelement (5) mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung (900) angeordnet ist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement 5 einen seitlich umlaufenden Rand (50) und auf seiner ersten, dem Substrat (2) abgewandten Hauptseite (500) einen Randbereich (52) und einen Kontaktbereich (54) aufweist, mit einer Verbindungseinrichtung (3), die mit einer Kontaktfläche (540) des Kontaktbereiches (54) elektrisch leitend verbunden ist, und mit einer Wärmeleiteinrichtung (4), die eine elektrisch isolierende, thermisch hoch leitfähige Verbindung zwischen der Verbindungseinrichtung (3) und dem Substrat (2) ausbildet, wobei die Verbindungseinrichtung (3) einerseits ausgebildet ist als eine elektrisch leitfähige, metallische Folie (320) und die Wärmeleiteinrichtung (4) ausgebildet ist als ein starrer Isolationsformkörper (42) mit einer ersten und dieser gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche oder wobei die Verbindungseinrichtung (3) andererseits ausgebildet ist als ein Bonddraht (34) oder als ein starrer Metallformkörper (30), wobei ein erster Isolationsstoff (80) am Rand (50) und teilweise auch an einem anschließenden Abschnitt des Randbereichs (52) des Leistungshalbleiterbauelements (5) angeordnet ist und die Wärmeleiteinrichtung (4) ausgebildet ist als ein zweiter, elastischer, vorzugsweise gelartiger, während seiner Anordnung zähflüssiger, Isolationsstoff (40), wobei der zweite Isolationsstoff (40) an den ersten Isolationsstoff (80) angrenzend oder von diesem beabstandet angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung beschreibt eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit einem Substrat mit einer ersten und einer zweiten Leiterbahn, wobei auf der ersten Leiterbahn ein Leistungshalbleiterbauelement mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung angeordnet ist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement einen seitlich umlaufenden Rand und auf seiner ersten, dem Substrat abgewandten Hauptseite einen Randbereich und einen Kontaktbereich aufweist, mit einer Verbindungseinrichtung, die mit einer Kontaktfläche des Kontaktbereichs elektrisch leitend verbunden ist, und mit einer Wärmeleiteinrichtung. Die Erfindung beschreibt ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schalteinrichtung.
  • Eine regelmäßige Anforderung an leistungselektronische Schalteinrichtungen und Leistungshalbleitermodule, die hiermit ausgebildet werden, ist, dass alle Komponenten, die sich im Betrieb erwärmen oder erwärmt werden, ausreichend, also insbesondere ohne negativen Einfluss auf die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit, gekühlt werden.
  • Die DE 10 2015 116 165 A1 offenbart als Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung. Hierbei wird ein Leistungshalbleiterbauelement auf einem ersten Bereich einer Leiterbahn eines Substrats angeordnet. Anschließend wird eine Isolationsfolie mit einer Aussparung bereitgestellt, wobei ein zu dieser Aussparung benachbarter Überlappungsbereich der Isolationsfolie dazu ausgebildet ist einen Randbereich des Leistungshalbleiterbauelements zu überdecken. Danach folgt das Anordnen der Isolationsfolie auf dem Substrat mit angeordnetem Leistungshalbleiterbauelement derart, dass das Leistungshalbleiterbauelement in seinem Randbereich allseits von dem Überdeckungsbereich der Isolationsfolie überdeckt wird, wobei ein weiterer Abschnitt der Isolationsfolie Teile einer der Leiterbahnen überdeckt. Abschließend wird die Verbindungseinrichtung angeordnet.
  • Die JP 2005 - 276 968 A offenbart eine Wärmeabstrahleinrichtung umfassend eine Wärmestrahlplatte, auf deren Vorderseite ein Halbleiterchip mittels einer Isolationseinrichtung und eine Hauptanschlusseinrichtung angeordnet sind. Die Wärmestrahlplatte umfasst einen ersten Wärmeabstrahlbereich mit dem der Halbleiterchip verbunden ist und einen zweiten Wärmeabstrahlbereich mit dem die Hauptanschlusseinrichtung verbunden ist. Durch diese räumliche Trennung trägt die Erwärmung des Halbleiterchips nicht zur Erwärmung der Hauptanschlusseinrichtung bei.
  • Die US 2008 / 0 042 142 A1 offenbart eine Bedeckung einer äußeren Oberfläche eines Halbleiterbauelements mit großer Bandlücke mit einer synthetischen Polymerverbindung. Die synthetische Polymerverbindung wird durch Verbinden einer Vielzahl von dritten Organosiliciumpolymeren durch kovalente Bindung gebildet, die durch Additionsreaktion gebildet wird, und weist eine dreidimensionale Struktur auf. Die dritten Organosiliciumpolymere werden erhalten, indem man eine oder mehrere Arten von ersten Organosiliciumpolymeren mit einer durch Siloxanbindungen (Si-O-Si-Bindungen) gebildeten Brückenstruktur mit einer oder mehreren Arten von zweiten Organosiliciumpolymeren mit einer durch Siloxanbindungen gebildeten linearen Struktur verbindet. Isolierende feine Keramikteilchen mit hoher Wärmeleitfähigkeit können mit der synthetischen Polymerverbindung vermischt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung der internen Verbindungseinrichtung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung, insbesondere in der unmittelbaren Nähe eines Leistungshalbleiterbauelements, zu verbessern und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen leistungselektronischen Schalteinrichtung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit einem eine Normalenrichtung aufweisenden Substrat mit einer ersten und einer zweiten Leiterbahn, wobei auf der ersten Leiterbahn ein Leistungshalbleiterbauelement mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung angeordnet ist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement einen seitlich umlaufenden Rand und auf seiner ersten, dem Substrat abgewandten Hauptseite einen Randbereich und einen Kontaktbereich aufweist, mit einer Verbindungseinrichtung, die mit einer Kontaktfläche des Kontaktbereichs elektrisch leitend verbunden ist, und mit einer Wärmeleiteinrichtung, die eine elektrisch isolierende, thermisch hoch leitfähige Verbindung zwischen der Verbindungseinrichtung und dem Substrat ausbildet, wobei die Verbindungseinrichtung einerseits ausgebildet ist als eine elektrisch leitfähige, metallische Folie und die Wärmeleiteinrichtung ausgebildet ist als ein starrer Isolationsformkörper mit einer ersten und dieser gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche oder wobei die Verbindungseinrichtung andererseits ausgebildet ist als ein Bonddraht oder als ein starrer Metallformkörper, wobei ein erster Isolationsstoff am Rand und teilweise auch an einem anschließenden Abschnitt des Randbereichs des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet ist und die Wärmeleiteinrichtung ausgebildet ist als ein zweiter, elastischer, vorzugsweise gelartiger, während seiner Anordnung zähflüssiger, Isolationsstoff, wobei der zweite Isolationsstoff an den ersten Isolationsstoff angrenzend oder von diesem beabstandet angeordnet ist.
  • Unter dem Begriff Bonddraht soll auch ein Bondbändchen, insbesondere eines gemäß dem Stand der Technik, verstanden werden.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn die Wärmeleiteinrichtung einen thermisch leitenden Kontakt mit der zweiten Leiterbahn, und vorzugsweise auch mit der ersten Leiterbahn, aufweist.
  • Es kann bevorzugt sein, wenn aus Normalenrichtung betrachtet die Wärmeleiteinrichtung seitlich beabstandet vom Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist.
  • Grundsätzlich kann es bevorzugt sein, wenn die elektrisch leitfähige Folie als Teil eines Folienstapels, alternierend ausgebildet aus elektrisch leitfähigen und mindestens einer elektrisch isolierenden Folie ausgebildet ist.
  • Hierbei kann der starre Isolationsformkörper eine Dicke aufweisen, die von der des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements um nicht mehr als 25%, vorzugsweise nicht mehr als 10% abweicht oder er weist eine Dicke auf, die vom Dreifachen der Dicke des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements um nicht mehr als 25%, vorzugsweise nicht mehr als 10% abweicht.
  • Der starre Isolationsformkörper weist vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m-K, vorzugsweise von mehr als 140 W/m·K, auf und ist vorzugsweise aus Silizium oder Aluminiumnitrid oder Siliziumkarbid oder Bornitrid oder aus Zinkoxid oder Diamant ausgebildet, oder enthält diese Stoffe zu mehr als 30%, insbesondere mehr als 50%.
  • Der starre Isolationsformkörper ist weiterhin bevorzugt quaderförmig ausgebildet, wobei vorzugsweise seine größte Längsseite nicht länger ist als das 1 ,5-fache einer größten Längsseite des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements.
  • Der zweite Isolationsstoff weist vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 2,5 W/m.K, vorzugsweise von mehr als 5 W/m.K, auf und ist vorzugsweise aus einem Silikongel mit partikelförmigen Beimengungen aus Aluminiumnitrid oder Siliziumkarbid oder Bornitrid oder Zinkoxid oder Diamant ausgebildet.
  • Durch die beschriebene Ausgestaltung und ihrer Varianten wird die Kühlung der internen Verbindungseinrichtung der leistungselektronischen Schalteinrichtung, insbesondere in der unmittelbaren Nähe eines Leistungshalbleiterbauelements erheblich verbessert und damit entweder die Stromtragfähigkeit gesteigert oder die Belastung reduziert und somit die Lebensdauer der leistungselektronischen Schalteinrichtung gesteigert.
  • Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Verfahrensschritten, in der Reihenfolge a-b-c-d-e oder a-b-d-c-e:
    1. a) Bereitstellen des Substrats;
    2. b) Anordnen des Leistungshalbleiterbauelements und der Wärmeleiteinrichtung, ausgebildet als ein starrer Isolationsformkörper;
    3. c) Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung des Leistungshalbleiterbauelements mit einer zugeordneten Leiterbahn des Substrats und der Wärmeleiteinrichtung mit einer zugeordneten Leiterbahn des Substrats;
    4. d) Anordnen der Verbindungseinrichtung;
    5. e) Ausbilden jeweils einer kraft- oder stoffschlüssigen Verbindung des Leistungshalbleiterbauelements und der Wärmeleiteinrichtung jeweils mit der Verbindungseinrichtung.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn vor dem Verfahrensschritt d) folgender Verfahrensschritt ausgeführt wird: Anordnen eines ersten gelartigen Isolationsstoffs auf dem Randbereich des Leistungshalbleiterbauelements.
  • Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se oder explizit ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale, insbesondere die Wärmeleiteinrichtung oder das Leistungshalbleiterbauelement, auch mehrfach in der erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung vorhanden sein.
  • Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung, gleichgültig ob sie im Rahmen der Beschreibung der leistungselektronischen Schalteinrichtung oder des Verfahrens zu ihrer Herstellung offenbart sind, einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 9 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.
    • 1 zeigt eine seitliche Ansicht einer leistungselektronischen Schalteinrichtung nach dem Stand der Technik.
    • 2 bis 7 zeigen in seitlicher Ansicht jeweils eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung.
    • 8 zeigt zur weiteren Erläuterung eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Leistungshalbleiterbauelement.
    • 9 zeigt in Draufsicht eine Anordnung analog 6.
  • 1 zeigt eine seitliche Ansicht eines Teils einer leistungselektronischen Schalteinrichtung 1 nach dem Stand der Technik. Diese Schalteinrichtung 1 weist ein Substrat 2, mit einem Isolierstoffkörper 20 und hierauf angeordneten ersten und zweiten Leiterbahnen 22,24 auf. Auf der ersten Leiterbahn 22 des Substrats 2 ist ein Leistungshalbleiterbauelement 5 angeordnet und mit seiner der ersten Leiterbahn 22 zugewandten Kontaktfläche elektrisch leitend mit dieser verbunden. Diese elektrisch leitfähige Verbindung 900 ist hier, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, als eine stoffschlüssige Drucksinterverbindung ausgebildet.
  • Das Leistungshalbleiterbauelement 5, genauer eine seiner dem Substrat 2 in dessen Normalenrichtung N abgewandten Kontaktflächen, ist mit einer zweiten Leiterbahn 24 des Substrats 2 mittels einer Verbindungseinrichtung 3 verbunden. Diese Verbindungseinrichtung 3 ist ausgebildet als ein Folienverbund 32 aus einer, dem Substrat 2 zugewandten, ersten elektrisch leitfähigen Folie 320, einer im Folienverbund folgenden elektrisch isolierenden Folie 322 und einer im Folienverbund weiter folgenden zweiten elektrisch leitfähigen Folie 324.
  • Die leistungselektronische Schalteinrichtung 1 weist weiterhin Anschlusselemente 6, hier dargestellt als ein Hilfsanschlusselement zur Führung von Hilfspotentialen, wie beispielhaft Sensor- oder Ansteuersignalen, aber auch nicht dargestellte Lastanschlusselemente auf. Dieses dargestellte Anschlusselement 6 ist ausgebildet als ein fachübliches Press-Pin-Kontaktelement. Der Fuß dieses Anschlusselements 8 ist in einer Hülse angeordnet, die eine stoffschlüssige Verbindung zu einem Kontaktabschnitt auf der dem Substrat 2 abgewandten Oberfläche der ersten elektrisch leitfähigen Folie 320 aufweist. Fachüblich können die Anschlusselemente auch direkt auf einer der Leiterbahnen angeordnet sein. Das Anschlusselement reicht hier durch ein Gehäuse 7 eines Leistungshalbleitermoduls nach außen und bildet die externe Verbindung der leistungselektronischen Schalteinrichtung 1 im Inneren des Leistungshalbleitermoduls.
  • Die erste elektrisch leitfähige Folie 320 ist mit der zweiten Leiterbahn 24 des Substrats 2 mittels einer stoffschlüssigen und elektrisch leitfähigen Verbindung 900, hier ausgebildet als fachübliche Drucksinterverbindung, verbunden.
  • 2 bis 7 zeigen in seitlicher Detailansicht jeweils eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung 1. Das Substrat 2 samt hierauf angeordnetem und elektrisch leitend verbundenem Leistungshalbleiterbauelement 5 entsprechen dem Stand der Technik, wie unter 1 beschreiben. Das Leistungshalbleiterbauelement 5 weist, vergleiche auch 8, einen seitlich umlaufenden Rand 50 und auf seiner ersten, dem Substrat 2 abgewandten Hauptseite 500 einen Randbereich 52 und einen Kontaktbereich 54 auf. Die jeweilige, im Folgenden genannte, Verbindungseinrichtung 3 ist mit einer Kontaktfläche 540 des Kontaktbereichs 54 elektrisch leitend verbunden.
  • 2 zeigt weiterhin eine Verbindungseinrichtung 3, die ausgebildet ist als ein fachüblicher starrer Metallformkörper 30, wie er in Form von Kupferbügeln seit vielen Jahre in Leistungshalbleitermodulen und damit auch in diese ausbildende leistungselektronischen Schalteinrichtungen Verwendung findet. Weiterhin fachüblich ist ein erster Isolationsstoff 80 am Rand 50 und teilweise auch an einem daran anschließenden Abschnitt des Randbereichs 52 des Leistungshalbleiterbauelements 5 angeordnet. Die Aufgabe dieses ersten Isolationsstoffs 80 ist die interne elektrische Isolierung der Schalteinrichtung 1 gegen Spannungsüberschläge.
  • Erfindungsgemäß ist eine Wärmeleiteinrichtung 4, die hier als ein zweiter Isolationsstoff 40 ausgebildet ist, zwischen der Verbindungseinrichtung 3 und dem Substrat 2 angeordnet. Selbstverständlich steht dieser zweite Isolationsstoff 40 hier in thermisch leitendem Kontakt mit beiden. Dieser zweite Isolationsstoff 40 weist eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 10 W/m.K auf und ist ausgebildet aus einem Silikongel mit partikelförmigen Beimengungen, hier Beimengungen aus Siliziumkarbid.
  • Der zweite Isolationsstoff 40 wird bei der Herstellung nach dem ersten Isolationsstoff 80 angeordnet und überlappt dessen Oberfläche teilweise. Beide Isolationsstoffe 40,80 sind bei ihrer Anordnung zähflüssig und vernetzen nach ihrer Anordnung thermisch oder vorzugsweise optisch mittels UV-Licht zu ihrem gelartigen Endzustand.
  • 3 zeigt weiterhin eine leistungselektronische Schalteinrichtung 1, die grundsätzlich bis auf die Ausgestaltung der Wärmeleiteinrichtung 4 derjenigen gemäß 2 gleicht. Hier ist die Wärmeleiteinrichtung 4 allerdings ausgebildet als ein starrer Isolationsformkörper 42 mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 120 W/m·K, der aus Siliziumkarbid ausgebildet ist.
  • Der starre Isolationsformkörper 42 ist mittels seiner ersten und dieser gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche sowohl mit der Verbindungseinrichtung 3 wie auch mit der ersten Leiterbahn 22 stoffschlüssig und thermisch leitend verbunden. Die jeweilige Verbindung 900 ist hier als Lotverbindung ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung besteht, im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß 2, nur die thermisch leitfähige Verbindung zur ersten Leiterbahn 22, aber nicht zur zweiten Leiterbahn 24 des Substrats 2.
  • Der starre Isolationsformkörper 42 dieses Ausführungsbeispiels weist eine Dicke auf, die dem dreifachen der Dicke des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements 5 entspricht. Somit wird ein hervorragender Kompromiss aus dem Abstand der Verbindungseinrichtung 3 von der ersten Leiterbahn 22 und dem Wirkungsgrad der Wärmeableitung aus dieser Verbindungseinrichtung 3 erreicht.
  • 4 zeigt weiterhin eine leistungselektronische Schalteinrichtung 1, die grundsätzlich bis auf die Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung 3 derjenigen gemäß 2 gleicht. Die Verbindungseinrichtung 3 ist hier, ebenfalls fachüblich, ausgebildet als ein Folienstapel 32 mit zwei elektrisch leitenden und einer dazwischen angeordneten elektrisch isolierenden Folie. Die erste und zweite elektrisch leitfähige Folie 320,324 dieses Folienverbunds weisen jeweils eine Dicke von 200 µm auf, während die elektrisch isolierende Folie 322 eine Dicke von 80 µm aufweist.
  • Die Wärmeleiteinrichtung 4 ist wiederum ausgebildet als ein zweiter, elastischer, während seiner Anordnung zähflüssiger Isolationsstoff 40, der hier eine thermisch hoch leitfähige, aber elektrisch isolierende Verbindung zwischen der Verbindungseinrichtung 3, hier deren erster elektrisch leitfähigen Folie 320, und der ersten und zweiten Leiterbahn 22,24 und damit dem Substrat 2 ausbildet.
  • 5 zeigt weiterhin eine leistungselektronische Schalteinrichtung 1, die grundsätzlich bis auf die Ausgestaltung der Wärmeleiteinrichtung 4 derjenigen gemäß 4 gleicht. Hier ist die Wärmeleiteinrichtung 4 ausgebildet als ein starrer Isolationsformkörper 42 mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 180 W/m-K. Der starre Isolationsformkörper 42 ist sowohl mit der Verbindungseinrichtung 3 wie auch mit der ersten und zweiten Leiterbahn 22,24 stoffschlüssig, elektrisch isolierend und thermisch leitend verbunden. Die jeweilige Verbindung 900 ist hier als Drucksinterverbindung ausgebildet.
  • Auch hier weist der starre Isolationsformkörper 42 eine Dicke auf, die ca. dem dreifachen der Dicke des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements 5 entspricht.
  • 6 zeigt weiterhin eine leistungselektronische Schalteinrichtung 1, die grundsätzlich bis auf die Anordnung und die geometrische Ausgestaltung der Wärmeleiteinrichtung 4 derjenigen gemäß 5 gleicht. Ebenfalls unterschiedlich, allerdings nicht erfindungsrelevant, ist die Ausdehnung der ersten Isolationsstoffs 80, der hier bis über den Rand der ersten Leiterbahn 22 hinaus bis an die zweite Leiterbahn 24 heranreicht.
  • Die Wärmeleiteinrichtung 4 ist wiederum als ein starrer Isolationsformkörper 42 mit einer ersten und dieser gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche ausgebildet und weist hier eine Dicke auf, die derjenigen des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements 5 entspricht. Der starre Isolationsformkörper 42 ist hier ausschließlich mit der zweiten Leiterbahn 24 des Substrats 2 und mit der Verbindungseinrichtung 3 thermisch leitend verbunden. Die jeweilige Verbindung 900 ist wiederum als Drucksinterverbindung ausgebildet. Alternativ kann zumindest eine der beiden Verbindungen auch als kraftschlüssige Verbindung ausgebildet sein. Hierbei würde ein gestrichelt dargestellter Druckkörper 70 aus der Normalenrichtung N auf die Verbindungseinrichtung 3 drücken und somit die kraftschlüssige Verbindung ausbilden.
  • 7 zeigt weiterhin eine leistungselektronische Schalteinrichtung 1, die grundsätzlich bis auf die Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung 3 derjenigen gemäß 2 gleicht. Die Verbindungseinrichtung 3 ist hier als ein fachüblicher Bonddraht, wegen der größeren Kontaktfläche bevorzugt als ein fachübliches Bondbändchen 34, ausgebildet.
  • Zudem überlappt hier der zweite Isolationsstoff 40 nicht nur den ersten Isolationsstoff 80, sondern in Projektion betrachtet auch das Leistungshalbleiterbauelement 5 und ist somit, wiederum in Projektion, also aus Normalenrichtung N betrachtet, nicht wie in den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen von diesem lateral, also seitlich beabstandet.
  • 8 zeigt zur weiteren Erläuterung eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Leistungshalbleiterbauelement 5. Dieses Leistungshalbleiterbauelement 5 weist einen seitlich umlaufenden Rand 50 und auf seiner ersten, dem Substrat 2 abgewandten Hauptseite 500 einen Randbereich 52 und einen Kontaktbereich 54 auf. Der Kontaktbereich weist hier zwei Kontaktflächen 540,542 auf. Eine dieser Kontaktflächen bildet die Lastanschlusskontaktfläche und eine die Steueranschlusskontaktfläche aus.
  • Im Randbereich 52 und umgeben um den Kontaktbereich 54 des Leistungshalbleiterbauelements 5 ist dessen Randstruktur dargestellt. Der Randbereich 52 und damit auch diese Randstruktur wird bevorzugt zumindest teilweise von dem ersten Isolationsstoff 80, vgl. 9, überlappt. Es kann vorteilhaft sein, dass der erste Isolationsstoff 80 auch einen schmalen Randabschnitt des Kontaktbereichs 54 überlappt.
  • 9 zeigt in Draufsicht eine Anordnung analog 6. Dargestellt ist hier ein Leistungshalbleiterbauelement 5 gemäß 8 mit angeordnetem ersten Isolationsstoff 80 und seitlich beabstandet hiervon ein quaderförmig ausgebildeter, starrer Isolationsformkörper 42. Der seitliche Abstand 420 beträgt bevorzugt maximal das 3-fache der Länge der größeren Längsseite 502 des Leistungshalbleiterbauelements 5. Die größere der beiden Längsseiten 422 dieses Isolationsformkörpers 42 weist eine Länge auf, die dem 1 ,4-fachen der Länge des hier quadratischen Leistungshalbleiterbauelements 5 entspricht.

Claims (10)

  1. Leistungselektronische Schalteinrichtung (1) mit einem eine Normalenrichtung (N) aufweisenden Substrat (2) mit einer ersten und einer zweiten Leiterbahn (22,24), wobei auf der ersten Leiterbahn (22) ein Leistungshalbleiterbauelement (5) mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung (900) angeordnet ist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement 5 einen seitlich umlaufenden Rand (50) und auf seiner ersten, dem Substrat (2) abgewandten Hauptseite (500) einen Randbereich (52) und einen Kontaktbereich (54) aufweist, mit einer Verbindungseinrichtung (3), die mit einer Kontaktfläche (540) des Kontaktbereiches (54) elektrisch leitend verbunden ist, und mit einer Wärmeleiteinrichtung (4), die eine elektrisch isolierende, thermisch hoch leitfähige Verbindung zwischen der Verbindungseinrichtung (3) und dem Substrat (2) ausbildet, wobei die Verbindungseinrichtung (3) einerseits ausgebildet ist als eine elektrisch leitfähige, metallische Folie (320) und die Wärmeleiteinrichtung (4) ausgebildet ist als ein starrer Isolationsformkörper (42) mit einer ersten und dieser gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche oder wobei die Verbindungseinrichtung (3) andererseits ausgebildet ist als ein Bonddraht (34) oder als ein starrer Metallformkörper (30), wobei ein erster Isolationsstoff (80) am Rand (50) und teilweise auch an einem anschließenden Abschnitt des Randbereichs (52) des Leistungshalbleiterbauelements (5) angeordnet ist und die Wärmeleiteinrichtung (4) ausgebildet ist als ein zweiter, elastischer, vorzugsweise gelartiger, während seiner Anordnung zähflüssiger, Isolationsstoff (40), wobei der zweite Isolationsstoff (40) an den ersten Isolationsstoff (80) angrenzend oder von diesem beabstandet angeordnet ist.
  2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeleiteinrichtung (4) einen thermisch leitenden Kontakt mit der zweiten Leiterbahn (24), und vorzugsweise auch mit der ersten Leiterbahn (22), aufweist.
  3. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus Normalenrichtung (N) betrachtet die Wärmeleiteinrichtung (4) seitlich beabstandet vom Leistungshalbleiterbauelement (5) angeordnet ist.
  4. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähige Folie (320) als Teil eines Folienstapels (32) alternierend ausgebildet aus elektrisch leitfähigen und mindestens einer elektrisch isolierenden Folie (320,322,324) ausgebildet ist.
  5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, wobei der starre Isolationsformkörper (42) eine Dicke aufweist, die von der des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements (5) um nicht mehr als 25%, vorzugsweise nicht mehr als 10%, abweicht oder er eine Dicke aufweist die vom Dreifachen der Dicke des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements (5) um nicht mehr als 25%, vorzugsweise nicht mehr als 10%, abweicht.
  6. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 5, wobei der starre Isolationsformkörper (42) eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m-K, vorzugsweise von mehr als 140 W/m-K aufweist und vorzugsweise aus Silizium oder Aluminiumnitrid oder Siliziumkarbid oder Bornitrid oder aus Zinkoxid oder Diamant ausgebildet ist, oder diese Stoffe zu mehr als 30%, insbesondere mehr als 50% enthält.
  7. Schalteinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der starre Isolationsformkörper (42) quaderförmig ausgebildet ist und vorzugsweise seine größte Längsseite (422) nicht länger ist als das 1,5-fache einer größten Längsseite (502) des benachbarten Leistungshalbleiterbauelements (5).
  8. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Isolationsstoff (40) eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 2,5 W/m.K, vorzugsweise von mehr als 5 W/m-K, aufweist und vorzugsweise aus einem Silikongel mit partikelförmigen Beimengungen aus Aluminiumnitrid oder Siliziumkarbid oder Bornitrid oder Zinkoxid oder Diamant ausgebildet ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Verfahrensschritten, in der Reihenfolge a-b-c-d-e oder a-b-d-c-e: a) Bereitstellen des Substrats (2); b) Anordnen des Leistungshalbleiterbauelements (5) und der Wärmeleiteinrichtung (4), ausgebildet als ein starrer Isolationsformkörper (42); c) Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung des Leistungshalbleiterbauelements (5) mit einer zugeordneten Leiterbahn (22,24) des Substrats (2) und der Wärmeleiteinrichtung (4) mit einer zugeordneten Leiterbahn (22,24) des Substrats (2); d) Anordnen der Verbindungseinrichtung (3); e) Ausbilden jeweils einer kraft- oder stoffschlüssigen Verbindung des Leistungshalbleiterbauelements (5) und der Wärmeleiteinrichtung (4) jeweils mit der Verbindungseinrichtung (3).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei vor dem Verfahrensschritt d) folgender Verfahrensschritt ausgeführt wird: Anordnen eines ersten gelartigen Isolationsstoffs (80) auf dem Randbereich (52) des Leistungshalbleiterbauelements (5).
DE102020127606.0A 2020-10-20 2020-10-20 Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Wärmeleiteinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Active DE102020127606B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020127606.0A DE102020127606B4 (de) 2020-10-20 2020-10-20 Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Wärmeleiteinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN202111214252.0A CN114388456A (zh) 2020-10-20 2021-10-19 具有导热装置的功率电子开关装置及其生产方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020127606.0A DE102020127606B4 (de) 2020-10-20 2020-10-20 Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Wärmeleiteinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102020127606A1 DE102020127606A1 (de) 2022-04-21
DE102020127606B4 true DE102020127606B4 (de) 2023-11-02

Family

ID=80929434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020127606.0A Active DE102020127606B4 (de) 2020-10-20 2020-10-20 Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Wärmeleiteinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114388456A (de)
DE (1) DE102020127606B4 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022213482A1 (de) 2022-12-12 2024-06-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit dichten Anschlüssen

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005276968A (ja) 2004-03-24 2005-10-06 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体装置
US20080042142A1 (en) 2005-01-27 2008-02-21 The Kansai Electric Power Co., Inc. Highly Heat-Resistant Synthetic Polymer Compound and High Withstand Voltage Semiconductor Device
DE102015116165A1 (de) 2015-09-24 2017-03-30 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung und leistungselektronische Schalteinrichtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005276968A (ja) 2004-03-24 2005-10-06 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体装置
US20080042142A1 (en) 2005-01-27 2008-02-21 The Kansai Electric Power Co., Inc. Highly Heat-Resistant Synthetic Polymer Compound and High Withstand Voltage Semiconductor Device
DE102015116165A1 (de) 2015-09-24 2017-03-30 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung und leistungselektronische Schalteinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN114388456A (zh) 2022-04-22
DE102020127606A1 (de) 2022-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014116383B4 (de) Halbleitergehäuse umfassend ein transistor-chip-modul und ein treiber-chip-modul sowie verfahren zu dessen herstellung
DE102009033321B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE102017115883B4 (de) Leistungselektronisches Submodul mit Gleich- und Wechselspannungsanschlusselementen und Anordnung hiermit
DE102017200256B4 (de) Elektrodenanschluss, Halbleitervorrichtung und Leistungswandlungsvorrichtung
DE102008046728B4 (de) Elektronikbauelement und Verfahren zur Herstellung
DE102009011213A1 (de) Halbleitermodul und Verfahren zum Herstellen desselben
DE112016000877B4 (de) Vorrichtung zum Umsetzen elektrischer Leistung
DE112015000446B4 (de) Wasserdichte elektronische Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102013213205A1 (de) Halbleitereinheit
DE102011084803A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE102012219791A1 (de) Niederinduktives leistungsmodul
DE102006059501A1 (de) Halbleitervorrichtung mit Halbleiterelement, Isolationssubstrat und Metallelektrode
EP2804213A1 (de) Leistungshalbleitermodul und Anordung hiermit
DE112017001646T5 (de) Leistungsmodul und verfahren zum herstellen desselben, sowie leistungselektronik-vorrichtung und verfahren zum herstellen derselben
DE112020006116T5 (de) Körper einer elektrischen schaltung, leistungsumsetzungsvorrichtung und herstellungsverfahren für körper einer elektrischen schaltung
EP3273473A1 (de) Leistungselektronische schalteinrichtung, anordnung hiermit und verfahren zur herstellung der schalteinrichtung
DE69027724T2 (de) Leistungshalbleiteranordnung mit Plastikumhüllung
DE102020127606B4 (de) Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Wärmeleiteinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102016223651A1 (de) Halbleitermodul und halbleitervorrichtung
DE102015223300B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102018109996B4 (de) Leistungselektronische Schalteinrichtung
DE102009022221A1 (de) Halbleitervorrichtung mit beidseitiger Wärmeabstrahlungsstruktur und Verfahren zur Fertigung der Vorrichtung
EP1220314B1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102012204159A1 (de) Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung desselben
EP2728627A1 (de) Verbindungseinrichtung und Anordnung hiermit und mit einem Photovoltaikmodul

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division