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Dokumentenidentifikation DE102004043258A1 21.04.2005
Titel Halbleiteranordnung mit einem Paar von Wärmesenken und Verfahren zu deren Herstellung
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Teshima, Takanori, Kariya, Aichi, JP;
Nakazawa, Shusaku, Kariya, Aichi, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 07.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004043258
Offenlegungstag 21.04.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.04.2005
IPC-Hauptklasse H01L 23/36
IPC-Nebenklasse H01L 23/42   H01L 21/50   H01L 21/48   
Zusammenfassung Eine Halbleiteranordnung enthält ein Heizelement (10); eine erste Wärmesenke (30), welche auf einer Seite des Heizelements (10) angeordnet ist; eine zweite Wärmesenke (40), welche auf der anderen Seite des Heizelements (10) angeordnet ist; und eine Harzmasse (80) zum Vergießen des Heizelements (10) und der ersten und zweiten Wärmesenke (30, 40). Die erste Wärmesenke (30) enthält eine erste Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a), welche gegenüberliegend dem Heizelement (10) angeordnet und frei von der Harzmasse (80) ist. Die zweite Wärmesenke (40) enthält eine zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche (40a), welche gegenüberliegend dem Heizelement (10) angeordnet und frei von der Harzmasse (80) ist. Die erste und zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a, 40a) besitzen zueinander einen Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,2 mm.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung, welche ein Paar von Wärmesenken aufweist, und auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Eine Halbleiteranordnung enthält ein Heizelement und ein Paar von Wärmesenken, welche an beiden Seiten des Heizelements angeordnet sind. Das Heizelement und die Wärmesenken sind mit einem Harz (resin) versiegelt, d.h., sie sind mit einer Harzmasse (resin mold) vergossen. Eine Wärmeabstrahlungsoberfläche jeder Wärmesenke ist frei von der Harzmasse.

Die Wärmesenken setzen sich zusammen aus der ersten Wärmesenke und der zweiten Wärmesenke. Die erste Wärmesenke ist an einer Seite des Heizelements angeordnet und thermisch mit dem Heizelement verbunden. Die zweite Wärmesenke ist an der anderen Seite des Heizelements angeordnet und thermisch mit dem Heizelement verbunden. Diese Konstruktion ist als beidseitige Wärmesenkekonstruktion (both side heat sink construction) definiert.

Die Halbleiteranordnung mit der beidseitigen Wärmesenkekonstruktion ist in den japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungsschriften Nr. 2001-267469 und 2002-110893 (welche dem US-Patent Nr. 6,693,350 entspricht) offenbart. Die Anordnung wird wie folgt durch ein Preßspritzverfahren hergestellt. Ein Paar von Wärmesenken wird an beiden Seiten des Heizelements angebracht, und das Heizelement mit den Wärmesenken wird in einer Form, d.h. in einer Druckgießform, angebracht. Danach wird Harz in die Druckgießform derart gegossen, daß die Anordnung gebildet wird.

In der beidseitigen Wärmesenkekonstruktion wird in dem Heizelement erzeugte Wärme von beiden Seiten des Heizelements durch die Wärmesenken derart abgestrahlt, daß die Wärmeabstrahlungscharakteristik der Anordnung verbessert ist. Dabei besitzen die Wärmesenken Wärmeabstrahlungsoberflächen, welche frei von der Harzmasse sind. Jedoch kann ein Fehler beim Zusammenbau der Wärmesenken oder eine Schräge der Oberfläche der Wärmesenken verhindern, daß die Wärmeabstrahlungsoberfläche außen hinreichend freigelegt ist. Beispielsweise ist die auf der oberen Seite des Heizelements angeordnete Wärmesenke bezüglich der Oberfläche der Anordnung derart geneigt, daß die Wärmeabstrahlungsoberfläche nicht hinreichend von der Harzmasse freigelegt ist. Insbesondere kann die Wärmeabstrahlungsoberfläche mit der Harzmasse bedeckt sein. Im Hinblick auf diese Schwierigkeit enthielt früher die Wärmesenke einen deformierbaren Abschnitt, welcher auf dem äußeren Rand der Anordnung angeordnet war. Wenn das Heizelement und die Wärmesenken mit der Harzmasse unter Verwendung einer Druckgießform vergossen wurden, wurde der deformierbare Abschnitt derart gebildet, daß die Wärmeabstrahlungsoberfläche an der Gußform angebracht wurde. Somit wurde kein Zwischenraum zwischen der Wärmeabstrahlungsoberfläche und der Gußform gebildet, so daß verhindert wurde, daß die Harzmasse in den Zwischenraum eintreten konnte. Dementsprechend war die Wärmeabstrahlungsoberfläche hinreichend frei von der Harzmasse. Wenn jedoch die Wärmesenke in die Gußform gepreßt und eingesetzt wurde, konzentrierte sich der Druck in dem deformierbaren Abschnitt der Wärmesenke derart, daß die gesamten Oberflächen der Wärmesenke nicht gleichförmig unter Druck gesetzt wurden. Daher konnte ein Abschnitt der Wärmesenke, auf welchen der Druck vergleichsweise schwach aufgebracht wurde, durch den Druck der in die Druckgießform eingedrungenen Harzmasse ausgedehnt oder deformiert sein. Diese Deformierung der Wärmesenkung hatte eine Verringerung des Parallelitätsgrads zwischen den Wärmeabstrahlungsoberflächen der Wärmesenken derart zur Folge, daß der Zwischenraum zwischen den Wärmeabstrahlungsoberflächen und der Kühleinrichtung in einem Fall gebildet werden konnte, bei welchem die Anordnung an der Kühleinrichtung angebracht war. Somit war das Kühlvermögen der Anordnung verringert.

Im Hinblick auf die oben beschriebenen Schwierigkeiten ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einer beidseitigen Wärmesenkekonstruktion bereitzustellen. Die Wärmeabstrahlung der Anordnung ist derart verbessert, daß das Kühlvermögen verbessert ist. Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiteranordnung mit einer beidseitigen Wärmesenkekonstruktion und mit einem hervorragenden Kühlvermögen bereitzustellen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.

Eine Halbleiteranordnung enthält ein Heizelement; eine erste Wärmesenke, die an einer Seite des Heizelements derart angeordnet ist, daß die erste Wärmesenke thermisch mit dem Heizelement verbunden ist; eine zweite Wärmesenke, die an der anderen Seite des Wärmeelements derart angeordnet ist, daß die zweite Wärmesenke thermisch mit dem Heizelement verbunden ist; und eine Gußmasse zum Vergießen des Heizelements und der ersten und zweiten Wärmesenken. Die erste Wärmesenke enthält eine erste Wärmeabstrahlungsoberfläche, welche gegenüberliegend dem Heizelement angeordnet und frei von der Harzmasse ist. Die zweite Wärmesenke enthält eine zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche, welche gegenüberliegend dem Heizelement angeordnet und frei von der Harzmasse ist. Die ersten und zweiten Wärmeabstrahlungsoberflächen besitzen einen Parallelitätsgrad dazwischen, welcher gleich oder kleiner als 0,2 mm ist.

In der Anordnung wird ein thermischer Widerstandswert in einem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements durch Steuern des Parallelitätsgrads derart verringert, daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung verbessert ist. Somit ist das Kühlvermögen der Anordnung ebenfalls verbessert.

Des weiteren enthält ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung die Schritte: Anordnen beider Seiten eines Heizelements zwischen ersten und zweiten Wärmesenken in Sandwichbauart derart, daß die Wärmesenken und das Heizelement thermisch miteinander verbunden sind; Vergießen des Heizelements zusammen mit den ersten und zweiten Wärmesenken mit einer Harzmasse derart, daß wenigstens eine von der ersten und zweiten Wärmesenke in der Harzmasse eingebettet ist; und Entfernen eines Teils der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke zusammen mit der Harzmasse derart. daß die eingebettete erste und/oder zweite Wärmesenke von der Harzmasse freigelegt ist.

Das obige Verfahren liefert die Halbleiteranordnung. Bei der Anordnung sind sowohl die erste als auch die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche frei von der Harzmasse, so daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung verbessert ist. Somit ist ebenfalls das Kühlvermögen der Anordnung verbessert.

Vorzugsweise wird der Teil der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke zusammen mit der Harzmasse in dem Schritt des Entfernens durch ein Schneideverfahren oder ein Mahl- bzw. Zerreibeverfahren (grinding method) entfernt. Insbesondere wird vorzugsweise der Teil der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke zusammen mit der Harzmasse derart entfernt, daß eine erste Wärmeabstrahlungsoberfläche der ersten Wärmesenke und eine zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche der zweiten Wärmesenke einen Parallelitätsgrad zwischen der ersten und zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche gleich oder von weniger als 0,2 mm besitzen. Die erste und zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche sind frei von der Harzmasse. In diesem Fall ist ein thermischer Widerstandswert in dem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements durch Steuern des Parallelitätsgrads derart verringert, daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung verbessert ist. Somit ist ebenfalls das Kühlvermögen der Anordnung verbessert.

Des weiteren enthält ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung die Schritte: Anordnen beider Seiten eines Heizelements zwischen ersten und zweiten Wärmesenken in Sandwichbauart derart, daß die Wärmesenken und das Heizelement thermisch miteinander verbunden sind; Vergießen des Heizelements zusammen mit der ersten und zweiten Wärmesenke mit einer Harzmasse derart, daß wenigstens eine der ersten und zweiten Wärmesenke in der Harzmasse eingebettet ist; Entfernen eines Teils der auf der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke angeordneten Harzmasse derart, daß die eingebettete erste und/oder zweite Wärmesenke von der Harzmasse freigelegt ist; und Auffrischen (refreshing) einer Oberfläche der einen freigelegten ersten und/oder zweiten Wärmesenke.

Das obige Verfahren liefert die Halbleiteranordnung. Bei der Anordnung sind sowohl die erste als auch zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche frei von der Harzmasse, so daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung verbessert ist. Somit ist ebenfalls das Kühlvermögen der Anordnung verbessert.

Vorzugsweise wird der Schritt des Auffrischens durch Schneiden der einen freigelegten ersten oder zweiten Wärmesenke durchgeführt. Vorzugsweise wird der Schritt des Auffrischens durch Mahlen bzw. Zerreiben der Oberfläche der freigelegten ersten und/oder zweiten Wärmesenke durchgeführt. Vorzugsweise wird die Oberfläche der einen freigelegten ersten und/oder zweiten Wärmesenke in dem Schritt des Auffrischens derart aufgefrischt, daß eine erste Wärmeabstrahlungsoberfläche der ersten Wärmesenke und eine zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche der zweiten Wärmesenke einen Parallelitätsgrad zwischen den ersten und zweiten Wärmeabstrahlungsoberflächen gleich oder von weniger als 0,2 mm besitzen. Die ersten und zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche sind frei von der Harzmasse. In diesem Fall ist ein thermischer Widerstandswert in einem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements durch Steuern des Parallelitätsgrads derart verringert, daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung verbessert ist. Somit ist ebenfalls das Kühlvermögen der Anordnung verbessert.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

1 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

2 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung der ersten Ausführungsform erläutert;

3 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleitervorrichtung darstellt, welche die Anordnung der ersten Ausführungsform enthält;

4 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen einem thermischen Widerstandswert und einem Parallelitätsgrad bei der Anordnung der ersten Ausführungsform darstellt;

5 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung einer Modifizierung der ersten Ausführungsform darstellt;

6 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;

7 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleitervorrichtung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

8 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleitervorrichtung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

9A und 9B zeigen schematische Ansichten, welche ein Verfahren zum Schneiden und Mahlen einer Harzmasse einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern;

10 zeigt eine schematische Ansicht, welche ein Verfahren zum Entfernen einer Harzmasse durch einen Laserstrahl einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;

11 zeigt eine schematische Ansicht, welche ein Verfahren zum Entfernen der Harzmasse durch ein Wasserstrahlverfahren der sechsten Ausführungsform erläutert;

12 zeigt eine schematische Ansicht, welche ein Verfahren zum Entfernen der Harzmasse durch ein Kugel- bzw. Sandstrahlverfahren (shot blast method) der sechsten Ausführungsform darstellt;

13 zeigt eine schematische Ansicht, welche ein Verfahren zum Entfernen der Harzmasse durch ein Formtrennmittel (releasing agent) der sechsten Ausführungsform erläutert; und

14 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung im Vergleich zu der ersten Ausführungsform darstellt.

Erste Ausführungsform

Die Erfinder haben vorbereitend Studien bezüglich einer Halbleiteranordnung mit einer beidseitigen Wärmesenkekonstruktion durchgeführt. 14 stellt eine Halbleiteranordnung 500 dar, welche ein Heizelement 10 und die erste und die zweite Wärmesenke 30, 40 aufweist. Die erste und zweite Wärmesenke 30, 40 sind thermisch mit dem Heizelement 10 durch ein Verbindungsteil 50 und einen Elektrodenblock 20 verbunden. Das Heizelement 10 ist elektrisch mit einem Leitungsanschluß 60 durch einen Bonddraht 70 verbunden. Das Heizelement 10, die erste und zweite Wärmesenke 30, 40, ihre Verbindungsabschnitte, der Bonddraht 70 und ein Teil des Leitungsanschlusses 60 sind versiegelt, d.h., mit einer Harzmasse 80 vergossen.

Dabei besitzt die erste Wärmesenke 30 die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, und es besitzt die zweite Wärmesenke 40 die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a. Die erste und zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a sind frei von der Harzmasse 80. Jedoch kann ein Fehler beim Zusammenbau der Wärmesenken 30, 40 oder eine Schräge der Wärmeabstrahlungsoberflächen der Wärmesenken 30, 40 verhindern, daß die Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a nach außen hinreichend freigelegt sind. Daher ist entsprechend 14 die auf der oberen Seite des Heizelements 10 angeordnete erste Wärmesenke 30 von der Oberfläche der Anordnung 500 derart geneigt, daß die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a von der Harzmasse 80 nicht hinreichend frei ist. Ein Teil der ersten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a ist mit der Harzmasse 80 bedeckt.

Die obigen Schwierigkeiten werden hervorgerufen durch eine Abweichung eines Abstands zwischen den Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a der Wärmesenken 30, 40, einer Abweichung der Dicke der Wärmesenken 30, 40, einer Abweichung einer Dicke des Heizelements 10 und/oder einen Fehler beim Zusammenbau der Wärmesenken 30, 40. Wegen dieser Abweichungen wird ein Zwischenraum zwischen den Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a der Wärmesenken 30, 40 und der Druckgießform gebildet, wenn die Teile mit dem Harz unter Verwendung der Druckgießform vergossen werden. Das Harz tritt derart in den Zwischenraum ein, daß die Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a mit der Harzmasse 80 bedeckt werden können. Wenn des weiteren die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a bezüglich der Oberfläche der Anordnung 500 geneigt ist, wird ein anderer Zwischenraum zwischen der Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a und einer (nicht dargestellten) Kühlvorrichtung in einem Fall gebildet, bei welchem die Anordnung 500 an der Kühlvorrichtung zur Verbesserung des Kühlvermögens angebracht ist. Somit wird die Anordnung 500 durch die Kühlvorrichtung nicht hinreichend gekühlt.

Im Hinblick auf die obigen Schwierigkeiten wird in 1 eine Halbleiteranordnung 100 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Anordnung 100 enthält ein Heizelement 10 wie einen Wärmeerzeugungshalbleiterchip. Das Heizelement 100 ist beispielsweise ein Transistor wie ein IGBF (integrated gate bipolar transistor, Bipolartransistor mit integrierter Gateelektrode) oder eine FWD (free wheel diode, Freilaufdiode), wobei Wärme erzeugt wird, wenn der Transistor arbeitet.

Die erste Wärmesenke 30 ist auf einer Seite des Heizelements 10 durch einen Elektrodenblock 20 angeordnet. Die zweite Wärmesenke 40 ist auf der anderen Seite des Heizelements 10 angeordnet. Ein Verbindungsteil 50 ist zwischen dem Heizelement 10 und dem Elektrodenblock 20, zwischen dem Elektrodenblock 20 und der ersten Wärmesenke 30 bzw. zwischen dem Heizelement 10 und der zweiten Wärmesenke 40 angeordnet. Der Elektrodenblock 20 ist aus einem hervorragend wärmeleitenden Material wie Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder dergleichen gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der Elektrodenblock 20 aus einer Kupferplatte gebildet, welche etwas kleiner als das Heizelement 10 ist.

Die erste und zweite Wärmesenke 30, 40 sind aus einem hervorragend wärmeleitenden Material wie Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder dergleichen gebildet. Bei dieser Ausführungsform sind die erste und zweite Wärmesenke 30, 40 aus einer Kupferplatte gebildet, welche etwas größer als das Heizelement 10 ist. Das Verbindungsteil 50 stellt eine elektrische und thermische Verbindung zwischen dem Heizelement 10 und dem Elektrodenblock 20, zwischen dem Elektrodenblock 20 und der ersten Wärmesenke 30 bzw. zwischen dem Heizelement 10 und der zweiten Wärmesenke 40 her. Das Verbindungsteil 50 ist beispielsweise aus einem Lötmittel oder einem leitenden Haftmittel gebildet. Dabei wird das leitende Haftmittel derart gebildet, daß ein metallischer Füllstoff in Harz feinst verteilt wird. Somit ist die erste Wärmesenke 30 thermisch mit dem Heizelement 10 durch das Verbindungsteil 50 und den Elektrodenblock 20 verbunden. Die zweite Wärmesenke 40 ist thermisch mit dem Heizelement 10 durch das Verbindungsteil 50 verbunden.

Ein Leitungsanschluß (lead terminal) 60 ist auf einer Seite der Anordnung 100 angeordnet. Insbesondere ist der Leitungsanschluß 60 nahe dem Heizelement 10 angeordnet. Der Leitungsanschluß ist aus einem leitenden metallischen Material wie Kupfer gebildet. Das Heizelement 10 und der Leitungsanschluß 60 sind mit einem Bonddraht 70 verbunden. Der Bonddraht 70 ist aus Aluminium, Gold oder dergleichen gebildet. Somit ist ein (nicht dargestellter) Signalanschluß des Heizelements 10 elektrisch mit dem Leitungsanschluß 60 durch den Bonddraht 70 verbunden. Der Signalanschluß ist beispielsweise ein Gateanschluß des IGBT. Das Heizelement 10, der Elektrodenblock 20, die erste Wärmesenke 30, die zweite Wärmesenke 40, der Bonddraht 70, ein Teil des Leitungsanschlusses 60 und ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Bonddraht 70 und dem Leitungsanschluß 60 sind mit einer Harzmasse 80 versiegelt, d.h. damit vergossen. Die Harzmasse 80 ist aus einer herkömmlichen Harzmasse wie Epoxidharz gebildet. Die herkömmliche Harzmasse wird für ein Gußgehäuse bzw. Gußbaustein (mold package) einer Halbleiteranordnung verwendet. Die erste und zweite Wärmesenke 30, 40 enthalten die obere bzw. untere Wärmeabstrahlungsoberfläche (d.h. die erste und zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche) 30a, 40a. Insbesondere ist die obere Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 auf einer Oberfläche der ersten Wärmesenke 30 angeordnet, welche gegenüberliegend dem Heizelement 10 befindlich ist. Die untere Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a der zweiten Wärmesenke 40 ist auf einer Oberfläche der zweiten Wärmesenke 40 angeordnet, welche gegenüberliegend dem Heizelement 10 befindlich ist. Die obere und untere Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a der ersten und zweiten Wärmesenke 30, 40 sind frei von der Harzmasse 80. Der Parallelitätsgrad zwischen der ersten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 und der zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a der zweiten Wärmesenke 40 ist gleich oder kleiner als 0,2 mm. Der Parallelitätsgrad ist in dem JIS (Japanese Industrial Standard) definiert. Insbesondere ist die Parallelität definiert in Nr. B-0621, JIS-Handbuch. Vorzugsweise ist der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,15 mm. Insbesondere ist der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,1 mm.

Die Halbleiteranordnung 100 wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird das Heizelement 10 auf der zweiten Wärmesenke 40 durch das Verbindungsteil 50 angebracht und darauf gebondet. Danach wird der Elektrodenblock 20 auf dem Heizelement 10 durch das Verbindungsteil 50 gebondet. Es können jedoch der Elektrodenblock 20, das Verbindungsteil 50, das Heizelement 10, das Verbindungsteil 50 und die zweite Wärmesenke 40 zur selben Zeit gebondet werden.

Als nächstes wird der Leitungsanschluß 60 gleich neben dem Heizelement 10 angebracht. Das Heizelement 10 wird derart auf den Leitungsanschluß 60 durch das Drahtbondverfahren gebondet, daß der Bonddraht 70 gebildet wird. Somit werden der Signalanschluß des Heizelements 10 wie der Gateanschluß des IGBT und der Leitungsanschluß 60 mit dem Bonddraht 70 elektrisch verbunden. Danach wird die erste Wärmesenke 30 auf den Elektrodenblock 20 durch das Verbindungsteil 50 angebracht. Das Heizelement 10, der Elektrodenblock 20, die erste Wärmesenke 30, die zweite Wärmesenke 40, der Bonddraht 70 und der Leitungsanschluß 60 werden derart integriert, daß die obigen integrierten Teile (d.h. Werke (works)) gebildet werden. Die integrierten Teile werden in der Druckgießform, d.h., der Gußform, derart angebracht, daß die integrierten Teile mit dem Harz durch das Preßspritzverfahren vergossen werden. Somit werden die integrierten Teile mit der Harzmasse 80 vergossen und bedeckt.

Bei dem obigen Preßspritzprozeß wird wenigstens eine der ersten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 und der zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a der zweiten Wärmesenke 40 in der Harzmasse 80 wie in 2 dargestellt eingebettet. Bei der ersten Ausführungsform wird die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30, welche auf der oberen Seite des Heizelements 10 angeordnet ist, in der Harzmasse 80 eingebettet. Diese Konstruktion wird leicht durch Bilden eines Zwischenraums zwischen der ersten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a und der Druckgießform (d.h. einem oberen Abschnitt der Druckgießform) erzielt. Die zweite Wärmesenke 40, welche unter dem Heizelement 10 angebracht ist, wird derart auf die Druckgießform (d.h., einen unteren Abschnitt der Druckgießform) gedrückt und daran angebracht, daß die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a frei von der Harzmasse 80 ist. Der Parallelitätsgrad zwischen der ersten und zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a der Wärmesenken 30, 40 kann gleich oder kleiner als 0,2 mm sein. Jedoch kann der Parallelitätsgrad größer als 0,2 mm sein. Entsprechend 2 ist der Parallelitätsgrad größer als 0,2 mm, so daß die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 bezüglich der zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a der zweiten Wärmesenke 40 geneigt ist.

Als nächstes werden die vergossenen Teile, d.h. die integrierten Teile aus der Druckgießform wiedererlangt.

Danach wird die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30, welche in der Harzmasse 80 eingebettet ist, zusammen mit der Harzmasse 80 von der Außenseite der Harzmasse 80 aus poliert, geschliffen oder abgeschnitten, so daß die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a frei von der Harzmasse 80 ist. Insbesondere wird die erste Wärmesenke 30 mit der Harzmasse 80 von der Oberseite der Harzmasse 80 aus auf einen als gestrichelte Linie in 2 dargestellten Pegel K durch eine Schleifmaschine geschliffen oder durch eine Schneidemaschine geschnitten. Somit ist die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a auf einem Pegel K frei von der Harzmasse 80. Die freigelegte erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a wird durch Schleifen oder Schneiden eines Teils der ersten Wärmesenke 30 mit der Harzmasse 80 gebildet. Die freigelegte (d.h. die geschliffene oder geschnittene) erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a wird die neue erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 in der in 1 dargestellten Anordnung 100.

In dem Schleif- oder Schneideprozeß wird der Parallelitätsgrad zwischen der ersten und zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a gleich oder kleiner als 0,2 mm. Vorzugsweise ist der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,15 mm. Insbesondere ist der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,1 mm. Somit ist die Halbleiteranordnung 100 fertiggestellt.

Obwohl die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a in der Harzmasse 80 eingebettet ist, kann die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a anstelle der ersten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a in der Harzmasse 80 eingebettet sein. In diesem Fall wird die zweite Wärmesenke 40 mit der Harzmasse 80 derart geschliffen oder abgeschnitten, daß die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a frei von der Harzmasse 80 ist. Des weiteren können sowohl die erste als auch die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a der ersten und zweiten Wärmesenke 30, 40 in der Harzmasse 80 eingebettet sein. In diesem Fall werden sowohl die erste als auch die zweite Wärmesenke 30, 40 mit der Harzmasse 80 derart geschliffen oder geschnitten, daß sowohl die erste als auch die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a frei von der Harzmasse 80 sind.

Da bei der Anordnung 100 die erste und die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a von der Harzmasse 80 freigelegt sind und der Parallelitätsgrad zwischen der ersten und zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a gleich oder kleiner als 0,2 mm ist, ist der thermische Widerstandswert in dem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements 10 kleiner. Dieser Verringerungseffekt des thermischen Widerstandswerts wurde von den Erfindern in Experimenten studiert. Die experimentellen Ergebnisse des Verringerungseffekts werden im folgenden beschrieben. 3 stellt eine Halbleitervorrichtung 200 dar, welche die Halbleiteranordnung 100 enthält. Die Vorrichtung 200 enthält des weiteren ein Paar von Kühlblöcken 110 als Kühlteil, welches außerhalb der Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a der Wärmesenken 30, 40 jeweils angeordnet ist. Der Kühlblock 110 als Kühlvorrichtung kühlt die Wärmesenke 30, 40 von der Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a aus.

Insbesondere ist der Kühlblock 110 auf der Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a durch ein Isolierteil 120 derart angeordnet, daß der Kühlblock 110 und die Wärmesenke 30, 40 thermisch verbunden sind. Das Isolierteil 120 besitzt ein elektrisches Isoliervermögen und eine thermische Leitfähigkeit. Der Kühlblock 110 enthält einen Kühlmittelpfad 110a, in welchem ein Kühlmittel wie Kühlwasser fließt. Die in dem Heizelement 10 erzeugte und durch die Wärmesenken 30, 40 geleitete Wärme wird von dem Kühlwasser in dem Kühlmittelpfad 110a gekühlt. Somit wird die Wärme zwischen dem Kühlwasser und dem Heizelement 10 derart ausgetauscht, daß das Heizelement gekühlt wird.

Somit wird die Wärmeabstrahlung (d.h. das Kühlvermögen) der Anordnung 100 durch die Vorrichtung 200 stark verbessert. Das Isolierteil 120 ist beispielsweise aus einer elektrischen Isolierplatte wie Aluminiumnitrid (AlN) gebildet. Des weiteren kann ein wärmeleitendes Fett in einer elektrischen Isolierung zwischen der Isolierplatte 120 und dem Kühlblock 110 oder zwischen der Isolierplatte 120 und der Wärmesenke 30, 40 verwendet werden.

Der Verringerungseffekt des thermischen Widerstandswerts wird wie folgt getestet. Die Vorrichtung 200 wird auf einem Sockel 900 derart angebracht, daß eine Last G auf die Vorrichtung 200 von der oberen Seite der Vorrichtung 200 aus, d.h., von dem oberen Kühlblock 110 aus, aufgebracht wird. Die Last G beträgt beispielsweise 0 bis 1500 kgf (kp). Das Heizelement 10 erzeugt Wärme durch Betreiben (d.h. durch die Arbeit) des Heizelements 10. Entsprechend 3 beträgt die Leistung (heat) des Heizelements 10 65W. Die Isolierplatte 120 ist aus Aluminiumnitrid gebildet und besitzt eine Plattenform. Das Kühlwasser, welches durch den Kühlmittelpfad 110a fließt, besitzt eine Fließrate von 6 Litern pro Minute (L/min). Die Temperatur des Kühlwassers beträgt 40°C. Die Fläche jeder Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a beträgt 30 mm auf 15 mm (30 mm × 15 mm). Der Ebenheitsgrad jeder Oberfläche 30a, 40a beträgt etwa 50 &mgr;m. Der Ebenheitsgrad ist definiert in dem JIS (Japanese Industrial Standard). Insbesondere ist die Ebenheit definiert in Nr. B-0621, JIS-Handbuch. Dabei wird der in 3 dargestellte Parallelitätsgrad H zwischen den Oberflächen 30a, 40a durch eine Bezugsoberfläche als zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a der zweiten Wärmesenke 40 bestimmt. Der Parallelitätsgrad H besitzt die Einheit &mgr;m.

Der thermische Widerstandswert wird in einem Wärmeabstrahlungspfad von dem Heizelement 10 zu dem Kühlmittelpfad 110a in dem Kühlblock 110 durch die Wärmesenken 230, 40 und die Isolierplatte 120 bestimmt. Insbesondere wird die Temperatur des Heizelements 10 als TC definiert, wird die Temperatur des Kühlwassers als TW definiert und wird der Heizwert (Heizleistung) des Heizelements 10 als Q definiert. Somit wird der thermische Widerstandswert als (TC – TW)/Q dargestellt und besitzt die Einheit K/W, d.h., Kelvin pro Watt.

Die Beziehung zwischen dem Parallelitätsgrad H und dem thermischen Widerstand wurde in einem Fall untersucht, bei welchem die Last G der Vorrichtung 200 aufgebracht wurde. 4 stellt ein Ergebnis der Beziehung dar. Entsprechend 4 stellt X die Beziehung dar, bei welcher die Last G 50 kgf (kp) beträgt, Y stellt die Beziehung dar, bei welcher die Last G 300 kgf (kp) beträgt. und Z stellt die Beziehung dar, bei welcher die Last G 1000 kgf (kp) beträgt. Wenn der Parallelitätsgrad H gleich oder kleiner als 0,2 mm (200 &mgr;m) ist, ist der thermische Widerstandswert nahezu konstant und vergleichsweise niedrig. Wenn der Parallelitätsgrad H 0,2 mm überschreitet, steigt der thermische Widerstandswert an. Um den thermischen Widerstandswert zu verringern, wird es bevorzugt, daß der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,15 mm ist. Vorzugsweise ist der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,1 mm.

Wenn die Last G größer wird, wird der thermische Widerstandswert im allgemeinen kleiner. Dies liegt daran, daß die Dicke der Vorrichtung 200 kleiner wird, wenn die Last größer wird. Somit wird der Wärmeabstrahlungspfad kürzer, und des weiteren wird die Adhäsion an einer Schnittstelle zwischen Teilen in dem Wärmeabstrahlungspfad fester, so daß der thermische Widerstandswert kleiner wird.

Somit wird der thermische Widerstandswert in dem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements 10 durch Steuern des Parallelitätsgrads derart verringert, daß die Wärmeabstrahlung der Vorrichtung 200, d.h., die Vorrichtung 100, verbessert wird. Somit wird das Kühlvermögen der Vorrichtung 100 verbessert.

Des weiteren verbessert in der Vorrichtung 200 der außerhalb der Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a angeordnete Kühlblock 110 stark die Wärmeabstrahlung des Heizelements 10. Entsprechend 3 wird die Last G den Wärmesenken 30, 40 und dem Heizelement 10 durch die oberen und unteren Kühlblöcke 110 aufgebracht. Die Last G kann den Kühlblöcken 110 durch eine Feder oder dergleichen aufgebracht werden.

Bei dem obigen Verfahren zur Herstellung der Anordnung 100 kann der Parallelitätsgrad H geeignet durch Schneiden oder Schleifen der Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a gesteuert werden. D.h., ein Neigungswinkel der Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a kann auf einen vorbestimmten Winkel derart gesteuert werden, daß der Parallelitätsgrad H auf einen vorbestimmten Wert festgelegt ist.

Obwohl die Vorrichtung 100 ein Heizelement 10 enthält, kann die Vorrichtung 100 wie in 5 dargestellt viele Heizelemente 10 enthalten. Entsprechend 5 sind zwei Heizelemente 10, 11 zwischen der ersten und zweiten Wärmesenke 30, 40 angeordnet. Beispielsweise ist eines der Heizelemente 10, 11 der IGBT, und das andere Heizelement 10, 11 ist die FWD. Die integrierten Teile, welche aus dem Heizelement 10, dem Elektrodenblock 20, der ersten Wärmesenke 30 und der zweiten Wärmesenke 40 zusammengesetzt sind, werden in einer Druckgießform 910, d.h., einer Gußform, derart angebracht, daß die integrierten Teile mit dem Harz vergossen werden. In diesem Fall wird die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der erste Wärmesenke 30 in der Harzmasse 80 eingebettet. Die Druckgießform 910 enthält eine obere Druckgießform 911 und eine untere Druckgießform 912. Die obere Druckgießform 911 arbeitet als Halteteil zum Halten der unter den Heizelementen 10, 11 angeordneten zweiten Wärmesenke 40 derart, daß die zweite Wärmesenke 40 auf die untere Druckgießform 912 gedrückt und darauf angebracht wird. Daher gelangt kein Harz auf die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a der zweiten Wärmesenke 40, so daß die zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a hinreichend von der Harzmasse 80 frei ist. Die erste Wärmesenke 30 mit der Harzmasse 80 wird derart geschnitten oder geschliffen, daß die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a frei von der Harzmasse 80 ist. Somit werden viele Heizelemente 10, 11 durch die Wärmesenken 30, 40 in Sandwichbauart angeordnet.

Wenn bei dem Stand der Technik viele Heizelemente durch die Wärmesenken in Sandwichbauart angeordnet sind, dehnt sich die Harzmasse zum Vergießen der Heizelemente derart aus, daß die Wärmesenken deformiert werden. Diese Deformierung, d.h. die Ausdehnung der Wärmesenken, kann den Parallelitätsgrad zwischen den Wärmeabstrahlungsoberflächen der Wärmesenken derart verschlechtern, daß ein Zwischenraum zwischen der Kühlvorrichtung und den Wärmeabstrahlungsoberflächen gebildet wird.

Jedoch wird bei diesem Verfahren der ersten Ausführungsform sogar dann, wenn die Wärmesenke deformiert oder ausgedehnt wird, der ausgedehnte Abschnitt der Wärmesenke derart geschnitten oder geschliffen, daß der Parallelitätsgrad verbessert wird. Insbesondere kann der ausgedehnte Abschnitt der Wärmesenke derart geschnitten oder geschliffen werden, daß eine ebene Oberfläche der Wärmesenke erzielt wird.

Zweite Ausführungsform

Ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung 100 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 6 dargestellt. Entsprechend 6 sind die integrierten Teile mit der Harzmasse 80 in dem Harzgießprozeß, d.h., in dem Preßspritzprozeß, vergossen worden. Die Harzmasse 80 besitzt die erste obere Oberflächen 80a und die zweite obere Oberflächen 80b. Die erste obere Oberfläche 80a bedeckt die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 derart, daß die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a in der Harzmasse 80 eingebettet ist. Die zweite obere Oberfläche 80b bedeckt nicht die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a. Die erste obere Oberfläche 80a der Harzmasse 80 und die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 ragen von der zweiten oberen Oberfläche 80b der Harzmasse 80 derart hervor, daß die erste obere Oberfläche 80a mit der zweiten oberen Oberfläche 80b eine Stufe bildet. Somit liefert der Harzgießprozeß die Harzmasse 80 mit der ersten und zweiten oberen Oberfläche 80a, 80b.

Dabei wirkt die erste obere Oberfläche 80a der Harzmasse 80 als vorspringende bzw. herausragende obere Oberfläche 80a, und die zweite obere Oberflächen 80b wirkt als obere Oberfläche einer Basis bzw. eines Sockels (d.h. als obere Oberfläche einer Stufe). In dem Schleif- oder Schneideprozeß wird die vorspringende obere Oberfläche 80a mit der Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a auf den Pegel K geschnitten oder geschliffen. Somit wird der Schleif- oder Schneideprozeß beendet, bevor die Schleifmaschine oder die Schneidevorrichtung die obere Oberfläche einer Stufe 80b erreicht hat. Somit wird der vorspringende Abschnitt derart entfernt, daß die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 frei von der Harzmasse 80 ist. Dementsprechend wird lediglich der vorspringende Abschnitt entfernt; und daher wird der Schleif- oder Schneideabschnitt kleiner, und die Schleif- oder Schneidezeit, d.h. die Prozeßzeit, wird verringert.

Somit wird der thermische Widerstandswert in dem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements 10 durch Steuern des Parallelitätsgrads derart verringert, daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung 100 verbessert wird. Demgemäß wird das Kühlvermögen der Anordnung 100 verbessert.

Dritte Ausführungsform

Eine Halbleitervorrichtung 300 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 7 dargestellt. Die Vorrichtung 300 enthält viele Halbleiteranordnungen 100, welche vertikal angeordnet sind. Der Kühlblock 110 ist zwischen den Anordnungen 100 derart angeordnet, daß die vielen Anordnungen 100 und die vielen Kühlblöcke 110 aufgeschichtet bzw. laminiert sind.

Bei der Vorrichtung 300 ist der Kühlblock 110 außerhalb der Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a der Wärmesenke 30, 40 durch das (nicht dargestellte) Isolierteil 120 derart angeordnet, daß die Wärmesenke 30, 40 und der Kühlblock 110 thermisch verbunden sind. Die Last wird der Vorrichtung 300 in einer Aufschichtungsrichtung, d.h. in einer vertikalen Richtung, derart aufgebracht, daß das Kühlvermögen der Vorrichtung 300 verbessert ist. Die Last kann durch eine Feder oder dergleichen aufgebracht werden, welche außerhalb des Kühlblocks 110 angeordnet ist.

Somit wird der thermische Widerstandswert in dem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements 10 durch Steuern des Parallelitätsgrads derart verringert, daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung 100, d.h. der Vorrichtung 300, verbessert ist.

Vierte Ausführungsform

Eine Halbleitervorrichtung 400 einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 8 dargestellt. Die Vorrichtung 400 enthält viele Halbleiteranordnungen 100, welche horizontal angeordnet sind. Somit sind viele Anordnungen 100 durch ein Paar von Kühlblöcken 110 in Sandwichbauart angeordnet. Die Anordnungen 100 sind auf derselben Ebene angeordnet.

Bei der Vorrichtung 400 ist der Kühlblock 110 außerhalb der Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a der Wärmesenke 30, 40 durch das (nicht dargestellte) Isolierteil 120 derart angeordnet, daß die Wärmesenke 30, 40 und der Kühlblock 110 thermisch verbunden sind. Somit umschließen die oberen und unteren Kühlblöcke 110 die vielen Anordnungen 100 und bilden damit eine Sandwichanordnung. Die Last wird den Anordnungen 100 durch ein Paar von Kühlblöcken 110 durch eine Feder oder dergleichen aufgebracht.

Somit wird der thermische Widerstandswert in dem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements 10 durch Steuern des Parallelitätsgrads derart verringert, daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung 100, d.h. die Vorrichtung 400, verbessert ist.

Des weiteren werden viele Anordnungen 100, welche parallel angeordnet sind, von einem Paar von Kühlblöcken 110 umschlossen und bilden damit eine Sandwichanordnung. Wenn in diesem Fall die Höhe, d.h. die Dicke, jeder Anordnung 100 unterschiedlich ist, kontaktiert der Kühlblock 110 nicht hinreichend die Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a. D.h., in einem Fall beispielsweise, bei welchem eine der Anordnungen 100 dünner als die andere Anordnung 100 ist, d.h., die Höhe der einen Anordnung 100 ist geringer als diejenige der anderen Anordnung 100, wird ein Zwischenraum zwischen der Wärmeabstrahlungsoberfläche der einen Anordnung 100 und dem Kühlblock 110 derart gebildet, daß sich die Wärmeabstrahlung der einen Anordnung verringert. Jedoch kann die Höhe, d.h. die Dicke, jeder Anordnung 100 durch Schneiden oder Schleifen der Wärmesenke 30, 40 mit der Harzmasse 80 in dem Schleif- oder Schneideprozeß gesteuert werden. Somit wird die Höhe der einen Anordnung 100 leicht an diejenige der anderen Anordnung 100 angeglichen. Demgemäß wird kein Zwischenraum zwischen den Anordnungen 100 und dem Kühlblock 110 gebildet, so daß das Kühlvermögen der Anordnung 100 verbessert ist.

Fünfte Ausführungsform

Bei dem Schneide- oder Schleifprozeß wird die Wärmesenke 30, 40 mit der Harzmasse 80 durch eine Schneidevorrichtung oder Schleifmaschine derart geschnitten oder geschliffen, daß die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a frei von der Harzmasse 80 ist. Ein Verfahren zum Schneiden oder Schleifen einer fünften Ausführungsform ist in 9A und 9B dargestellt. Entsprechend 9A wird der Abschnitt der Wärmesenke 30 mit der Harzmasse 80, welche eine vorbestimmte Dicke besitzt, mit einem mal durch eine Schneidevorrichtung K1 entfernt. Entsprechend 9B wird der Abschnitt der Wärmesenke 30 mit der Harzmasse 80 allmählich durch die Schleifmaschine entfernt. Beispielsweise wird der Abschnitt Stufe um Stufe geschliffen, d.h. einige wenige Mikrometer pro Stufe. Somit ist die Anordnung 100 fertiggestellt. Die Anordnung 100 besitzt ein hervorragendes Kühlvermögen.

Sechste Ausführungsform

Ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung 100 einer sechsten Ausführungsform ist derart beschaffen, daß die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a geschnitten oder abgeschliffen wird, nachdem ein Teil der Harzmasse 80, welcher die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a der Wärmesenke 30, 40 bedeckt, entfernt worden ist.

Das Verfahren ist in 12 dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Zuerst wird bei dem Harzgießprozeß wenigstens eine der ersten Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 und der zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a der zweiten Wärmesenke 40 in der Harzmasse 80 eingebettet. Bei der sechsten Ausführungsform wird die erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der auf der oberen Seite des Heizelements 10 angeordneten ersten Wärmesenke 30 in der Harzmasse 80 eingebettet. Danach wird die Harzmasse 80 derart entfernt, daß die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der ersten Wärmesenke 30 frei von der Harzmasse 80 ist. Die Harzmasse 80 wird von einem Laserstrahl, Wasserstrahl oder einem Kugel- bzw. Sandstrahl (shot blast) entfernt.

Entsprechend 10 wird die Harzmasse 80 durch einen von einer Laservorrichtung K3 aus gesandten Laserstrahl K4 entfernt. Die Laservorrichtung K3 ist beispielsweise eine CO2-Laser-Vorrichtung (d.h. eine Kohlenstoffdioxidgas-Laser-Vorrichtung) oder eine YAG-Laser-Vorrichtung (d.h. eine Yttrium-Aluminium-Granat-Laser-Vorrichtung). Als nächstes wird die freigelegte erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a der Wärmesenke 30 durch die Schleifmaschine geschliffen oder durch die Schneidevorrichtung geschnitten. Da in diesem Fall die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a geschnitten oder geschliffen worden ist, nachdem der Teil der Harzmasse 80, welcher die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a bedeckt hat, entfernt worden ist, kann der Neigungswinkel der Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a geeignet gesteuert werden. Somit kann der Parallelitätsgrad zwischen den Wärmeabstrahlungsoberflächen 30a, 40a auf einen vorbestimmten Wert gesteuert werden. Somit wird der thermische Widerstandswert in dem Wärmeabstrahlungspfad des Heizelements 10 durch Steuern des Parallelitätsgrads verringert, so daß die Wärmeabstrahlung der Anordnung 100 verbessert ist.

Obwohl der Teil der Harzmasse 80 von dem Laserstrahl K4 entfernt worden ist, kann der Teil der Harzmasse 80 durch einen Wasserstrahl, einen Kugel- bzw. Sandstrahl oder ein Formtrennmittel entfernt werden. Entsprechend 11 wird der Teil der Harzmasse 80 durch ein Wasserstrahlverarbeitungsverfahren entfernt. Der Wasserstrahl K6 wird von einer Düse K5 derart ausgestoßen, daß der Teil der Harzmasse 80 entfernt wird. Entsprechend 12 wird der Teil der Harzmasse 80 durch ein Kugelstrahl- bzw. Sandstrahlverarbeitungsverfahren (vorzugsweise ein Sandstrahlverarbeitungsfahrverfahren) entfernt. Der Sandstrahl K8 wird aus einer Düse K7 derart ausgestoßen, daß der Teil der Harzmasse 80 entfernt wird. Entsprechend 13 wird der Teil der Harzmasse 80 durch das Formtrennmittel K9 entfernt. Das Formtrennmittel K9 ist eine Art Öl und wird im allgemeinen für ein Harzaufschäumungsverfahren (resin foaming method) verwendet. Insbesondere wird das Formtrennmittel K9 auf die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a aufgebracht. Danach wird der Harzgießprozeß derart durchgeführt, daß die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a von der Harzmasse 80 durch das Formtrennmittel K9 bedeckt wird. Dementsprechend wird die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a leicht von der Harzmasse 80 getrennt, da das Formtrennmittel K9 an der Schnittstelle zwischen der Harzmasse 80 und der Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a angeordnet wird. Somit ist die Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a frei von der Harzmasse 80.

Vorstehend wurden eine Halbleiteranordnung mit einem Paar von Wärmesenken und ein Verfahren zu deren Herstellung offenbart. Eine Halbleiteranordnung enthält ein Heizelement 10, 11; eine erste Wärmesenke 30, welche auf einer Seite des Heizelements 10, 11 angeordnet ist; eine zweite Wärmesenke 40, welche auf der anderen Seite des Heizelements 10, 11 angeordnet ist; und eine Harzmasse 80 zum Vergießen des Heizelements 10, 11 und der ersten und zweiten Wärmesenke 30, 40. Die erste Wärmesenke 30 enthält eine erste Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, welche gegenüberliegend dem Heizelement 10, 11 angeordnet und frei von der Harzmasse 80 ist. Die zweite Wärmesenke 40 enthält eine zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 40a, welche gegenüberliegend dem Heizelement 10, 11 angeordnet und frei von der Harzmasse 80 ist. Die erste und zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche 30a, 40a besitzen zueinander einen Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,2 mm.


Anspruch[de]
  1. Halbleiteranordnung mit:

    einem Heizelement (10, 11);

    einer ersten Wärmesenke (30), welche derart auf einer Seite des Heizelements (10, 11) angeordnet ist, daß die erste Wärmesenke (30) eine thermische Verbindung zu dem Heizelement (10, 11) bildet;

    einer zweiten Wärmesenke (40), welche auf der anderen Seite des Heizelements (10, 11) derart angeordnet ist, daß die zweite Wärmesenke (40) eine thermische Verbindung zu dem Heizelement (10, 11) bildet; und

    einer Harzmasse (80), mit welcher das Heizelement (10, 11) und die erste und zweite Wärmesenke (30, 40) vergossen sind,

    wobei die erste Wärmesenke (30) eine erste Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a) enthält, welche gegenüberliegend dem Heizelement (10, 11) angeordnet und frei von der Harzmasse (80) ist,

    wobei die zweite Wärmesenke (40) eine zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche (40a) enthält, welche gegenüberliegend dem Heizelement (10, 11) angeordnet und frei von der Harzmasse (80) ist, und

    wobei die erste und zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a, 40a) einen Parallelitätsgrad zueinander gleich oder kleiner als 0,2 mm aufweisen.
  2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,15 mm ist.
  3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,1 mm ist.
  4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Paar von Kühlteilen (110), welche außerhalb der ersten und zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a, 40a) derart angeordnet sind, daß die Kühlteile (110) mit dem Heizelement (10, 11) über die erste und zweite Wärmesenke (30, 40) eine Sandwichanordnung bilden.
  5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (10, 11) einen Halbleiterchip enthält und Wärme erzeugt, wenn der Chip arbeitet.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, mit den Schritten:

    Anordnen beider Seiten eines Heizelements (10, 11) zwischen einer ersten und zweiten Wärmesenke (30, 40) in Sandwichbauart derart, daß die Wärmesenken (30, 40) und das Heizelement (10, 11) thermisch verbunden sind;

    Vergießen des Heizelements (10, 11) und der ersten und zweiten Wärmesenke (30, 40) mit einer Harzmasse (80) derart, daß wenigstens eine von der ersten und zweiten Wärmesenke (30, 40) in der Harzmasse (80) eingebettet ist; und

    Entfernen eines Teils der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) zusammen mit der Harzmasse (80) derart, daß die eingebettete erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) von der Harzmasse (80) freigelegt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) zusammen mit der Harzmasse (80) in dem Schritt des Entfernens durch ein Schneide- oder ein Schleifverfahren entfernt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

    der Teil der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) zusammen mit der Harzmasse (80) derart entfernt wird, daß eine erste Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a) der ersten Wärmesenke (30) und eine zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche (40a) der zweiten Wärmesenke (40) einen Parallelitätsgrad zwischen der ersten und der zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a, 40a) gleich oder kleiner als 0,2 mm aufweisen und

    die erste und zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a, 40a) frei von der Harzmasse (80) sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0, 15 mm ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,1 mm ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

    der Schritt des Vergießens des Heizelements (10, 11) einen Schritt des Bildens einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche (80a, 80b) der Harzmasse (80) enthält,

    die erste Oberfläche (80a) der Harzmasse (80) die erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) derart bedeckt, daß die erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) eingebettet ist,

    die zweite Oberfläche (80b) der Harzmasse (80) nicht die erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) bedeckt,

    die erste Oberfläche (80a) der Harzmasse (80) aus der zweiten Oberfläche (80b) der Harzmasse (80) herausragt, um eine Stufe zwischen der ersten und zweiten Oberfläche (80a, 80b) der Harzmasse (80) zu bilden, und

    der Teil der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) zusammen mit der Harzmasse (80) lediglich von der ersten Oberfläche (80a) der Harzmasse (08) derart entfernt wird, daß die eingebettete erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) von der Harzmasse (80) freigelegt ist.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, mit den Schritten:

    Anordnen beider Seiten eines Heizelements (10, 11) zwischen einer ersten und einer zweiten Wärmesenke (30, 40) in Sandwichbauart derart, daß die Wärmesenken (30, 40) und das Heizelement (10, 11) thermisch verbunden sind;

    Vergießen des Heizelements (10, 11) und der ersten und zweiten Wärmesenke (30, 40) mit einem Harzmaterial (80) derart, daß wenigstens eine von der ersten und zweiten Wärmesenke (30, 40) in der Harzmasse (80) eingebettet ist;

    Entfernen eines Teils der auf der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) angeordneten Harzmasse (80) derart, daß die eingebettete erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) von der Harzmasse (80) freigelegt ist; und

    Auffrischen einer Oberfläche (30a, 40a) der freigelegten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auffrischens durch Schneiden der Oberfläche (30a, 40a) der freigelegten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auffrischens durch Schleifen der Oberfläche (30a, 40a) der freigelegten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) durchgeführt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß

    die Oberfläche (30a, 40a) der freigelegten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) in dem Schritt des Auffrischens derart aufgefrischt wird, daß eine erste Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a) der ersten Wärmesenke (30) und eine zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche (40a) der zweiten Wärmesenke (40) einen Parallelitätsgrad zwischen der ersten und der zweiten Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a, 40a) gleich oder kleiner als 0,2 mm aufweisen, und

    die erste und zweite Wärmeabstrahlungsoberfläche (30a, 40a) frei von der Harzmasse (80) sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,15 mm ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelitätsgrad gleich oder kleiner als 0,1 mm ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß

    der Schritt des Vergießens des Heizelements (10, 11) einen Schritt des Bildens einer ersten Oberfläche (80a) und einer zweiten Oberfläche (80b) der Harzmasse (80) enthält,

    die erste Oberfläche (80a) der Harzmasse (80) die erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) derart bedeckt, daß die erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) eingebettet ist,

    die zweite Oberfläche (80b) der Harzmasse (80) die erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) nicht bedeckt,

    die erste Oberfläche (80a) der Harzmasse (80) aus der zweiten Oberfläche (80b) der Harzmasse (80) herausragt, um eine Stufe zwischen der ersten und zweiten Oberfläche (80a, 80b) der Harzmasse (80) zu bilden, und

    der auf der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) angeordnete Teil der Harzmasse (80) lediglich von der ersten Oberfläche (80a) der Harzmasse (80) derart entfernt wird, daß die eingebettete erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) von der Harzmasse (80) freigelegt ist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) angeordnete Teil der Harzmasse (80) durch ein Laserstrahlschneideverfahren, ein Wasserstrahlschneideverfahren oder ein Kugel- bzw. Sandstrahlschneideverfahren entfernt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserstrahlschneideverfahren durch einen CO2-Laser oder einen YAG-Laser (K3) durchgeführt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstrahlschneideverfahren durch einen Wasserstrahl (K6) durchgeführt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelstrahlschneideverfahren durch einen Sandstrahl (K8) durchgeführt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

    der auf der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) angeordnete Teil der Harzmasse (80) durch ein Formtrennmittel (K9) entfernt wird

    und des weiteren die Schritte vorgesehen sind:

    Aufbringen des Formtrennmittels (K9) auf die erste und/oder zweite Wärmesenke (30, 40) vor dem Schritt des Vergießens des Heizelements (10, 11) mit der ersten und zweiten Wärmesenke (30, 40),

    wobei der auf der der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) angeordnete Teil der Harzmasse (80) durch das Formtrennmittel (K9) an einer Schnittstelle zwischen dem Teil der Harzmasse (80) und der eingebetteten ersten und/oder zweiten Wärmesenke (30, 40) entfernt wird.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






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