DE2729074C2 - Anordnung für ein gekapseltes Halbleiterschaltungsplättchen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Anordnung für ein gekapseltes Halbleiterschaltungsplättchen und Verfahren zu deren Herstellung

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DE2729074C2
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Paul Anthony Poughkeepsie N.Y. Totta
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Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein gekapseltes Halbleiterschaltungsplättchen mit einer aus schmiegsamen metallischem Werkstoff bestehejden Wärmebrücke zwischen einer Oberfläche des HaIbleiterschaltungsplättchens und einem den Kühlkörper bildenden Gehäuse für eine Zugentlastung zwischen dem über Lötverbindungen auf einem Substrat angebrachten Halbleiterschaltungsplättchen und dem Kühlkörper sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung.
Beim Bau elektronischer Geräte ist die Kühlung der Halbleiterbauteile ein wesentliches Problem.
So zeigt beispielsweise die DE-AS 10 42 762 einen Flächengleichrichter bzw. -Transistor, dessen außenliegende Elektroden über eine aus Indium bestehende Zwischenschicht mit einem der Wärmeableitung dienenden Kühlkörper verbunden sind. Dabei sind die Indiumschichten auf den Innenflächen der Kühlkörper aufgelötet Die gut wärmeleitende Verbindung ergibt sich dadurch, daß die Teile unter so hohem Druck aneinander gepreßt we/den, daß zwischen den Indiumschichten und den Elektroden praktisch eine Druckverschweißung an den Grenzflächen stattfindet Bei dieser bekannten Anordnung ist die Verbindung zwischen den einzelnen Teilen nach dem Zusammenbau starr, so daß sich bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffi-* zienten der einzelnen Teile durchaus Beschädigungen des Halbleiterbauelementes durch auftretende mechani sehe Spannungsbeanspruchung ergeben können. Je mehr Transistoren und andere Schaltelemente auf einem einzigen Halbleiterschaltungsplättchen hergestellt werden, desto mehr Wärme wird erzeugt. Die Wärme muß auf geeignete Weise ai" geführt werden. Bisher wurde dazu allgemein entweder Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung verwendet Zur letzteren v/ird
*5 das eingekapselte Halbleiterschaltungsplättchen in eine Flüssigkeit niedrigen Siedepunktes, z. B. einen Fluorkohlciistcff, eingetaucht. Die Schwierigkeit dieser an sich sehr wirksamen Kühlung liegt in der Verunreinigung der Bauteile durch die Flüssigkeit, in der Gefahr des Leckens von Behältern, was zur Zerstörung von Geräten führen kann, und bei den hohen Herstellkosten.
Zur Luftkühlung dagegen muß wenigstens eine
Oberfläche des Halbleiterschaltungspiättchens in gutem Kontakt mit einem wärmeleitenden Element z. B. aus Kupfer, stehen. Luftkühlung ist billiger, sauber und führt nicht so leicht zur Zerstörung der Geräte. Die Wirkung eines Kühlelementes kann wegen mangelhaften Kon-
».ι... .-,· * j_„ π. ii_i_:.» L~l*..— — —,Is^nUn .-» .-Λ.*
UlIIiCS Ulli UCIlI I latUlbllVluViiaitui^opitrtivnvii uiix.uivi chend sein. Außerdem können durch diesen Kontakt in dem Halbleiterschaltungsplättchen und dessen elektrischen Anschlüssen aufgrund der ungleichen Wärmeausdehnungen und anderer mechanischer Störungen mechanische Zug- oder Druckspannungen entstehen.
Für Luftkühlung werden die Halbleiterschaltungsplättchen bei der Kapselung meistens mit dem wärmeleitenden Gehäuse verlötet, wobei das Gehäuse auch gleich hermetisch verschlossen werden kann.
Anordnungen dieser Art sind beschrieben in IBM
Technical Disclosure Bulettin, Band 12, Nr. 10, März 1970, Seite 1665. Eine ähnliche Anordnung ist im IBM Technical Disciosure Bulletin, Band 13, Nr. 2, Juli 1970, Seite 442, beschrieben. Beide Lösungen sind, was die Wärmeabführung anbetrifft, sehr günstig Sie weisen jedoch metallisch feste Verbindungen sowohl zwischen Kühlelement und Halbleiterchip als auch zwischen Kühlelement und dem leitenden Gehäuse auf. Dabei kann der Halbleiterchip infolge der verschiedenen thermischen Ausdehnung der Teile unzulässigen mechanischen Spannungen ausgesetzt sein.
In elektronischen Geräten werden häufig mehrere Haibleiterschaltungsplättchen, die auch Chips genannt werden, auf einem einzelnen Träger montiert und in einem gemeinsamen Gehäuse eingeschlossen. Wenn einer dieser Chips defekt wird, ist es bei gf-tetem Gehäuse nicht möglich, dieses zur Behebus.* ues Defekts zu öffnen.
Eine andere Möglichkeit, Chips zu ka;- ein, die sowohl gute thermische Leitfähigk-:- als auch die Möglichkeit, mechanische Spannung:..! auszugleichen, aufweist ist aus IBM Technik disclosure Bulletin, Band !4, Nr. 9, Februar 1972, Seite i689 bekannt Dort wird eine Wärmebrücke zwischen Chip und Kühlkörper vorgeschlagen, welche aus Dispersionsmatenai bes«eht das nicht aushärtet Ein solches Material hat aber eine zu geringe Wärmeleitfähigkeit und kann korrodierend sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlung von Halbleitefschaltungsplättchen in einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch zu verbessern, daß zwischen dem Chip und dem Kühlelement eine Wärmebrücke hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet wird, die einen ebensoguten Wärmeübergang zwischen Haibleiterschaltungsplättchen und dem Kühlkörper oder Gehäuse herstellt wie bei einer beidseitigen, metallisch festen Verbindung, dabei jedoch vermeidet, daß das Halbleiterschaltungsplättchen unzulässigen mechanischen Spannungen ausgesetzt wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine aus Indium oder einer Indium-Legierung bestehende Wärmebrücke mit einem Teil ihrer Oberfläche einseitig entweder mit dem Halbleiterschaltungsplättchen oder dem Kühlkörper metallisch fest verbunden ist während ein anderer Teil der Oberfläche der Wärmebrücke fest an dem Haibleiterschaltungsplättchen oder an der Innenwand des Kühlkörpers anliegt
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprücher zu entnehmen.
Die neue Anordnung hat zudem den Vorteil, daß sie demontierbar ist so daß Reparaturen innerhalb des Gehäuses, z. B. das Auswechseln einzelner Chips möglich ist
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand de' Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen
F i g. 1 Querschnitt durch die Anordnung eines
aplrnncpltpn inipariprti η Halhlpjtprcfhaltiinoenliittchens oder Chips, in welcher eine Wärmebrücke mit dem Gehäuse verlötet ist
F i g. 2 Querschnitt durch das gleiche Gehäuse, in dem die Wärmebrücke auf dem Halbleiterbauteil aufliegt
Fig.3 Querschnitt durch ein ähnliches Gehäuse, in dem die Wärmebrücke mit dem Chip verlötet ist,
F ig. 4 Querschnitt durch ein Gehäuse, in-dem auf dem Chip eine Kühlplatte aufliegt,
Fig.5 Querschnitt durch ein ähnliches Gehäuse, in dem eine vergrößerte Kühlplatte auf dem Chip aufliegt F i g. δ Querschnitt durch ein Gehäuse mit mehreren Haibleiterschaltungsplättchen oder integrierten Chips, deren jeder mit einer Wärmebrücke ausgerüstet ist
F ι g. 7 Querschnitt durch ein Gehäuse mit einer zur Anpassung vorbereiteten Wärmebrücke.
F i g. 1 und 2 zeigen die Einkapselung eines Haibleiterschaltungsplättchens bzw. Halbieiterchips oder kurz Chips 1, der auf ein Substrat 2 aus Keramik oder Tonerde montiert ist Das Substrat trägt Anschlußfiächen 3, die mit dem Chip durch Lötkontakte 4 verbunden sind. Ein wärmeleitfähiges Gehäuse bzw. Kühlkörper 5 umschließt zusammen mit dem Substrat 2 den Chip hermetisch. Das Substrat hat auf seiner Unterseite nicht gezeichnete Anschlußstifte, die mit den Anschlußflächen 3 elektrisch leitend verbunden sind.
Die Montage der Chips ist, soweit bisher beschrieben, bekannt vgl. DE-AS 16 40 467. Die Erfindung bezieht sich nur auf die Wärmebrücke 7 zwischen der Innenseite des Gehäuses 5 und dem Chip 1. Es ist dabei wesentlich, daß nur eine Fläche der Wärmebrücke 7 mit entweder dem Gehäuse 5 oder dem Chip 1 metallisch fest verbunden ist wogegen die andere Fläche lediglich aufliegt
Bevor die Wärmebrücke 7 mit de;.· Chip 1 in Berührung kommt, wird sie, wie Fig. 1 zeig;, mit dem Gehäuse 5 mittels der Schicht 6 verlötet Besteht beispielsweise das Gehäuse S aus Aluminium, so kann die Schkht 6 aus Kupfer bestehen, das auf das Aluminium aufgedampft ist damit dieses gelötet werden kann. Die Wärmebrücke 7, die vorzugsweise aus Indium besteht, wird auf die Schicht 6 aufgeschmolzen. Weil Indium mit Kupfer legiert, entsteht eine metallisch feste Verbindung zwischen Wärmebrücke und Gehäuse. Die Schicht 6 kann auch aus Nickel, Gold, Cr-Cu-Au oder anderen Metallen bestehen.
Die Wärmebrücke kann auch auf andere Weise mit dem Gehäuse verbunden werden. Das Gehäuse 5 kann dabei aus Kupfer oder Messing bestehen, mit dem das Indium sich ohne eine Schicht ö verlöten läßt. In diesem Fall muß aber dafür gesorgt werden, daß das Indium nicht zu weit zerfließt, was z. B. durch eine Chromschicht auf der ganzen Innenfläche des Gehäuses 5 mn Ausnahme der Fläche 6 geschehen kann. Praktisch wird das Chrom auf der Innenseite des Gehäuses aufge-
■J5 dampft und darauf durch Fräsen oder Ätzen an den Stellen entfernt, denen ein Chip gegenüber steht und das Indium dann durch F.rwärmen mit dem Messing oder Kupfer verbunden. Das Chrom verhindert das Zerfließen des Indiums.
Die angelötete Wärmebrücke 7 wird darauf oberhalb der großen oberen Fläche des Chips 1 angeordnet wie F i g. 1 zeigt. Das Gehäuse wird nun niedergepreßt, wodurch sich die aus dem weichen Metall bestehende Wärmebrücke 7 so verfc.-mt, wie dies F i g. 2 zeigt. Am einfachsten geschieht dies mittels eines Gewichts, das auf Jas Substrat gelegt wird, wenn das Gehäuse unten ist, oder das auf das Gehäuse gelegt wird, wenn das Substrat 'jntpn ict
Beim Aufpressen des Gehäuses auf das Substrat ist es wichtig, darauf zu achten, daß durch den Druck die Lötverbindungen 4 n^ht beschädigt werden. Dazu kann Indium für die Wärmebrücke 7 und Blei-Zinn- oder Blei-Indium-Lot für die Lötverbindungen 4 verwendet werden. Bei einem 5 · 5 mm großen Chip mit 240 oder mehr Lötverbindungen 4 ist die Auflagefläche der Wärmebrücke 7 etwa sechsmal so groß wie die Gesamtfläche der Lot /erbindungen 4. Die Bruchbelastung der Lötverbindungen ist bei Raumtemperatur
jedoch 13mal so groß als die der Wärmebrücke 7, weshalb diese zuerst nachgibt.
Der Sicherheitsfaktor wird noch größer, wenn Gehäuse oder Kappe und Substrat bei erhöhter Temperatur zusammengepreßt werden. Dadurch wird die Verformbarkeit von Iridium stärker erhöht als die des Blei-Zinn- oder des Blei-Indium-Lots, Bei 60"C z. B. ist das Verhältnis der Verformbarkeit von Blei-Zinn-Lot zu Indium größer als 20, d.h. wesentlich größer als der Grenzwert von 6, dei* mindestens erreicht sein muß. Die Widerständsfähigkeit der Lötverbindungen kann auch durch Vergießen, z. B. mit Poiyim'id-Amid erhöht werden.
Auch ist es möglich, blinde Lötverbindungen einzufügen, wodurch die Zahl der Lötverbinden erhöht und die einzelne Lötverbindung weniger belastet wird. Die Wärmebrücke 7 kleiner zu wählen hat den Nachteil geringerer Wärmeleitfähigkeit fn einem Gehäuse gemäß F ί g. 1 und 2 wurde ein Wärmewiderstand von 2,50CZW zwischen dem Chip und der Luft erreicht. Ohne eine aus indium bestehende Wärmebrücke 7 beträgt der Wärmewiderstand 14°C/W.
Es ist oft notwendig, den Chip 1 von dem Gehäuse elektrisch zu isolieren. Offenbar gibt es dazu verschiedene Möglichkeiten. So kann man zwischen der Innenfläche des Gehäuses 5 und der Schicht 6 eine isolierende Schicht anordnen. Auch kann eine dünne Isolationsschicht, wie Siliziumdioxid, Siliziumnitrid etc, auf der Oberfläche des Chips 1 aufgebracht sein. Ist der Chip ein Silizium-Halbleiterchip, so wird Siliziumdioxid normalerweise während der Fabrikation der integrierten Schaltung entstehen.
Das Gehäuse 5 kann auch aus einem elektrisch isolierenden, jedoch thermisch gut leitenden Material wie Beriüiumoxid bestehen.
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Chips beschrieben, die auf Lötverbindungen stehen. Sie kann jedoch ohne weiteres auch bei anderen Chipverbindungen, wie sie durch Thermokompression oder Ultraschall zwischen den Chipanschlüssen und den Anschlußflächen 3 hersteUbar sind, benutzt werden.
Um den Wärmekontakt zwischen Chip 1 und Wärmebrücke 7 zu verbessern, kann an der Trennfläche ein wärmeleitendes Materia] wie Siliconöl vorhanden sein.
F i g. 3 zeigt eine gekapselte Halbleitervorrichtung, bei der die Lötverbindung zwischen Chip 1 und Wärmebrücke 7 mittels der lötfähigen Schicht 8 hergestellt ist Das Gehäuse 5 ist mit der Wärmebrücke 7 nicht fest verbunden. Die Schicht 8 kann aus Cr-Cu-Au bestehen, mit dem Indium gut verlötbar ist und das gut auf Silizium oder dessen Isolatoren wie Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid haftet. Auch Cr-Cu-Au, Cr-Ni und Ti-Pd-Au stellen lötfähige Kontakte zwischen Silizium und Indium her.
Die Vorrichtung nach Fig.3 ist ähnlich derjenigen nach Fig. 1 oder 2 hergestellt Die Schicht 8 wird vorzugsweise auf die Oberfläche des Chips 1 aufgedampft Darauf wird die aus Indium bestehende Wärmebrücke 7 angeordnet und durch Erwärmen auf ihren Schmelzpunkt verlötet Wenn die Wärmebrücke erstarrt ist, wird das Substrat 2 wieder in das Gehäuse 5 gepreßt, damit sich die Wärmebrücke entsprechend verformt
In der Ausfährungsform nach Fig.4 ist eine Kühlplatte 9 zwischen der Wärmebrücke 7 und dem wärmeerzeagenden Chip ί eingesetzt Die Kühlplatte 9 liegt zum Kühlen gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche des Chips 1 auf. Die Kühlplatte könnte auch dazu dienen, den Chip von der Wärmebrücke elektrisch zu isolieren. In einer Anordnung mit mehreren Chips kann eine solche Platte elektrische Verbindungen zwischen den einzelnen Chips vermeiden, ohne die Wärmeableitung zu beeinflussen.
Die Kühlplatte 9 besteht vorzugsweise aus Silizium, dessen beide Seiten mit Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid belegt sind Ihre Oberfläche kann auch aus anodisiertem Aluminium oder aus Berilliumoxid bestehen. Letzteres Material hat den Vorteil, ein guter elektrischer Isolator und trotzdem ein guter Wärmeleiter zu sein. In pulverisiertem Zustand ist es jedoch sehr giftig und im großen und ganzen dürfte beim heutigen Stand der Technik eine isolierte Siliziumscheibe vorteilhafter sein.
Die Kühlplatte 9 kann auch eine Kupferschicht aufweisen. Dadurch würde Oberflächenkorrosion der Wärmebrücke 7 vermieden, welche bei reinem Indium vorkommen kann. Zudem würde sie das Kleben des Indiums am Chip f vermeiden.
Wie F i g. 4 zeigt, ist die Wärmebrücke 7 sowohl mit dem Gehäuse 5 ais auch der Kühlplatte 9 metallisch fest verbunden. Die Fläche zwischen Chip 1 und Kühlplatte 9 ist jedoch nur eine Berührungsfläche. Durch Zusammenpressen der Wärmebrücke wird erreicht, daß sich Chip und Kühlplatte so innig als möglich berühren, v/omit für optimale Wärmeübertragung vom Chip 1 auf das Gehäuse 5 gesorgt ist Die Kühlplatte 9 der Fig.4 eröffnet die Möglichkeit, zahlreiche kleine Wärmebrükken anstelle der einen Wärmebrücke 7 zu verwenden. Dadurch können Schwierigkeiten vermieden werden, die möglicherweise bei der Verformung eines einzelnen großen Metallkörpers auftreten. Die Wärmeübertragung ist trotzdem problemlos, da der unverlötete Wärmekontakt dieser einen höheren Widerstand bietet als die Wärmebrücken. Solche Mehrfach-Wärmebrükken sind besonders vorteilhaft bei Verwendung großer Halbleiterchips, etwa der Größe 1 cmz.
Zur Kühlung ungleichmäßiger Bauteile oder von Bauteilen mit nichtplanaren Oberflächen bietet sich ebenfalls die Verwendung einer Kühlplatte an. Das Bauteil bzw. der Chip 10 in F i g. 5 beispielsweise könnte zylindrisch sein. Es kann trotzdem mit der Kühlplatte 11 verlötet werden, die dann so herzustellen ist, daß sie auf das Bauteil 10 paßt Die flache Oberfläche der Kühlplatte steht dann in Berührung, aber nicht in metallischer Verbindung mit der Kontaktplatte 12, die ihrerseits mit der Wärmebrücke 13 verlötet ist Die Wärmebrücke ist wiederum über die Lötschicht 14 mit dem Gehäuse 15 verlötet. Die elektrischen Anschlüsse des Chips 10 sind durch das Substrat 16 hindurch m.c den Kontaktstiften 17 verbunden.
F i g. 6 zeigt den Querschnitt durch einen mit vielen Chips ausgerüsteten ModuL Solche Module, die 100 oder mehr integrierte Halbleiterchips enthalten, wurden schon vorgeschlagen, jedoch, soweit bekannt, nicht praktisch hergestellt Sie sollten mit einer siedenden Flüssigkeit gekühlt werden, wodurch jedoch die weiter oben erwähnten Schwierigkeiten entstehen. Jeder Chip 18 ist thermisch über eine Wärmebrücke 19 mit dem Kühlkörper 20 verbunden. Die Verbindung kann auf jede der vorstehend beschriebenen Arten hergestellt sein. Vorzugsweise wird der Kühlkörper 20 aus Molybdän oder Berilliumoxid hergestellt, die beide genügend niedrige Ausdehnungskoeffizienten haben, daß sie mit dem keramischen Substrat 21 verbunden werden können, das die Steckerstifte 22 trägt Wegen
der Bearbeitungsschwierigkeiten des Molybdäns und der Giftigkeit des Berilliumoxids wird man praktisch Aluminium oder Kupfer verwenden. Die Rippe 23 begrenzt den Druck auf die Chips 18 beim Anpressen der Wärmebrücken *9.
Wenn das Gehäuse auf das Substrat aufgepreßt ist, ist dasselbe durch einen O-Ring24und eine Verschlußkammer 28 hermetisch verschlossen. Über den Zuführstutzen 25 kaT< der Innenraum mit einem Gas, z. B. Helium, gefüllt werdin, das einen größeren Wärmeleitungskoeffizienten als Luft hat und die Wärmeübertragung verbessert Der Kühlkörper 20 enthält in der Kammer 26 eine Kühlflüssigkeit Dabei kann Wasser, Freon oder ein anderes Kühlmittel verwendet werden, das von der Oberfläche her durch die Anschlüsse 27 einströmt und zu einem nicht dargestellten äußeren Kühler zurückfließt
Bei den bisherigen Ausführungsarten wurde davon ausgegangen, daß die Wärmebrücke, die zur Wärmeübertagung zwischen dem wärmeerzeugenden Bauteil und dem Wärmeableitenden Gehäuse angeordnet ist, als kugelförmiger Körper eingebracht und danach zwischen Chip und Gehäuse auf die richtige Dicke gequetscht wird. Anhand der F i g. 7 soll nun eine andere Möglichkeit beschrieben werden, die dort vorteilhaft ist, wo der Halbleiterchip 1 bzw. die ihn tragenden Lötverbindungen 4 nicht imstande sind, den zum Quetschen des Indiums nötigen Druck aufzunehmen.
Das Indiumkügelchen wird auf der an der Innenseite des Gehäuses 3 angebrachten Lötschicht 6 befestigt und danach in die Form 28, Fig.7, verförmt bzw. flachgeartckt Das ist leicht möglich, da das Indium ein ziemlich weiches Metall ist Es kann dazu ein Stempel mit konkaver Stirnfläche benutzt werden. Wird anstelle des Indiums z. B. eutektisches Pb-Sn verwendet, so kann die Formgebung auch in der flüssigen Phase vorgenommen werden. Das Gehäuse wird dann in Bezug auf Chip 1 so angeordnet, daß der Abstand zwischen Chipoberfläche und der Unterseite der Wärmebrücke etwa 20 bis 40 μπι beträgt. Danach wird das Indium durch Erwärmen auf etwa 1600C verflüssigt. Infolge der 5 Oberflächenspannung hat das flüssige Indium die Tendenz, eine Kugel zu bilden und diese Tendenz kann durch richtige Plazierung der Vorrichtung noch durch die Schwerkraft verstärkt werden. Dadurch nimmt die aus Indium bestehende Wärmebrücke 7 die in F i g. 2
ίο gezeigte Form an, obwohl es sich mit dem Chip 1 nicht metallisch verbindet Vielmehr bleibt zwischen dem Chi' d der Wärmebrücke 7 ein Zwischenraum, der aufgiu - von Kapazitätsmessungen etwa 1 μΐη oder weniger beträgt Die Abmessung des Zwischenraums
is hängt von den Herstellungstoleranzen und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen verwendeten Materialien ab. Die Berührung zwischen Wärmebrücke und Chip ist vergleichbar einer »kalten« Lötstelle. Sie führt jedenfalls dazu, mechanische Spannungen, die bei der wechselnden Wärme im Chip oder den Lötverbindungen auftreten würden, zu vermeiden. Sie erlaubt außerdem, das Gehäuse abzunehmen, um am Chip oder den Schaltungen Reparaturen durchzuführen.
Außer Indium kann, wie bereits erwähnt, eutektisches Blei-Zinn oder auch reines Zinn verwendet werden. Wie ebenfalls erwähnt, kann der Wärmewiderstand zwischen Chip und Kapsel durch eine Heliumatmosphäre innerhalb des Gehäuses weiter verringert werden, da die Wärmeleitfähigkeit von Helium sechsmal größer ist als die von Luft Zudem ist Helium ein inertes Gas. Andererseits kann, wie ebenfalls erwähnt, die Chipoberfläche mit Siliconöl befeuchtet werden, wodurch ebenfalls die Wärmeleitfähigkeit wesentlich verbessert
wird. Es ist dabei vorteilhaft, das öl erst nachträglich, nach der Anpassung der Wärmebrücke, anzubringen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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Claims (8)

Patentansprüche:
1. Anordnung für ein gekapseltes Halbleiterschaltungsplättchen mit einer aus schmiegsamen metallischem Werkstoff bestehenden Wärmebrücke zwischen einer Oberfläche des Halbleiterschaltungsplättchens und einem den Kühlkörper bildenden Gehäuse für eine Zugentlastung zwischen dem über Lötverbindungen auf einem Substrat angebrachten Halbleiterschaltungsplättchen und dem Kühikörpergehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Indium oder einer Indium-Legierung bestehende Wärmebrücke (7) mit einem Teil ihrer Oberfläche einseitig entweder mit dem Halblei.terschaltungsplättchen (1) oder dem Kühlkörper (3) metallisch fest verbunden ist während ein anderer Teil der Oberfläche der Wärmebrücke fest an dem Halbleiterschaltungsplättchen oder an der Innenwand des Kühlkörpers anliegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Kühlkörper aus nicht lötfähigem Material besteht, gekennzeichnet durch eine auf seiher Oberfläche angebrachte Schicht (6, 14) aus einem lötfähigen Metall.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine auf der Oberfläche des Halbleiterschaltungspiättchens angebrachte Schicht (8) aus lötfähigem Metall.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet daß die Wärmebrücke (7) die mit einer Seite metallisch fest mit dem Kühlkörper (5) bzw. dem Halbleiterschaltungsplättchen fest verbunden ist, auf ihrer anderen Seite eine Kühlplatte (9) trägt die wiederum auf dem Halbleiterschaltungsplättchen aufliegt oder fest an der innenfläche des Kühlkörpers iß) anliegt
5. Anordnung nach Anspruch -t, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Kühlplatte (9) und dem Kühlkörper (5) mehrere Wärmebrücken angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß sie mehrere Bauteile (18) aufweist deren jedes über eine Wärmebrücke (19) wärmeleitend mit dem Kühlkörper (20) in Verbindung steht
7. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung für ein gekapseltes Halbleiterschaltungsplättchen mit Wärmeableitung von Haibieiterschsiiüngsplättchen über eine Wärmebrücke nach einem Kühlkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß zunächst ein aus einem niedrigschmelzenden Metali oder einer ebensolchen Legierung bestehendes Kügelchen als Wärmebriikke einseitig mit einer Hauptfiäche des Halbleiterschaltungsplättchens oder des Kühlkörpers bzw. Gehäuses fest verbunden wird, worauf das Kügelchen gegenüber der Hauptfläche des Kühlkörpers bzw. des Halbleiterschaltungspiättchens angeordnet wird, und daß das Kugeichen dann soiaiigc su weit erwärmt wird, daß das Kügelchen, ohne mit der anderen Hauptfiäche eine feste Verbindung einzugehen, an dieser Hauptfläche praktisch anliegt, den Zwischenraum zwischen den beiden Hauptflächen ausfüllt und damit eine wärmeleitende Wärmebrükke bildet
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Kühlkörper aus einem Material besteht, mit dem das Kügelchen keine metallische Verbindung einzugehen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfläche des Kühlkörpers zunächst mit einer mit dem Kügeldien verlötbaren oder verschweißbaren metallischen Schicht überzogen wird, und daß dann das Kügelchen mit dieser so vorbereiteten Hauptfiäche fest verbunden wird.
DE2729074A 1976-09-03 1977-06-28 Anordnung für ein gekapseltes Halbleiterschaltungsplättchen und Verfahren zu deren Herstellung Expired DE2729074C2 (de)

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