| Dokumentenidentifikation |
DE102007021986A1 27.12.2007 |
| Titel |
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung |
| Anmelder |
National Cheng Kung University, Tainan, TW |
| Erfinder |
Su, Yan-Kuin, Tainan, TW; Chen, Kuan-Chun, Taichung, TW; Lin, Chun-Liang, Tainan, TW; Huang, Jin-Quan, Kaohsiung, TW; Hu, Shu-Kai, Kaohsiung, TW |
| Vertreter |
Viering, Jentschura & Partner, 81675 München |
| DE-Anmeldedatum |
10.05.2007 |
| DE-Aktenzeichen |
102007021986 |
| Offenlegungstag |
27.12.2007 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
27.12.2007 |
| IPC-Hauptklasse |
H01L 23/36(2006.01)A, F, I, 20070510, B, H, DE
|
| IPC-Nebenklasse |
H01L 33/00(2006.01)A, L, I, 20070510, B, H, DE
|
| Zusammenfassung |
Ein integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen desselben werden beschrieben. Der integrierte metallische Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung weist eine dünne Metallschicht, einen metallischen Kühlkörper und zwei Anschlussflächen auf. Die dünne Metallschicht weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, wobei die beiden Flächen auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, wobei die wenigstens eine Halbleitereinrichtung in die erste Fläche der dünnen Metallschicht eingebettet ist, und die dünne Metallschicht zwei Elektroden von unterschiedlichem Leitertypus aufweist. Der metallische Kühlkörper wird auf der zweiten Oberfläche der dünnen Metallschicht aufgebracht. Die Anschlussflächen werden auf der ersten Fläche der dünnen Metallschicht um die Halbleitereinrichtung angebracht und sind jeweiligen Elektroden zugeordnet, wobei die Elektroden elektrisch mit den jeweiligen zugehörigen der Anschlussflächen mittels zweier Drähte elektrisch verbunden sind und die Anschlussflächen elektrisch mit einem äußeren Schaltkreis verbindbar sind.
|
| Beschreibung[de] |
|
Die Erfindung betrifft einen metallischen Kühlkörper und
ein Verfahren zu dessen Herstellung, insbesondere zur Herstellung eines eingebetteten
metallischen Kühlkörpers für eine optoelektronische Einrichtung sowie
ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Wenn kleinere festkörper-optoelektronische Einrichtungen wie
Leuchtdioden (LCDs) oder Laserdioden (LDs) in einem großen oder kleinen Hintergrundlichtmodul
oder Beleuchtungsmodul angewendet werden, werden viele dieser optoelektronischen
Einrichtungen benötigt, um eine ausreichende Helligkeit oder Beleuchtung für
die Module zu erreichen. Wenn jedoch die optoelektronischen Einrichtungen mit zu
hoher Leistung betrieben werden, kann die Temperatur des Moduls steigen, welches
aus den optoelektronischen Einrichtungen zusammengesetzt ist, wodurch die Betriebsqualität
des Moduls leidet und die optoelektronischen Einrichtungen schließlich ausbrennen.
Um das Problem der hohen Temperaturen zu lösen, wird das aus
optoelektronischen Einrichtungen zusammengesetzte Modul üblicherweise durch
Ventilatoren gekühlt, welche in dem Modul angeordnet sind, oder durch eine
Vergrößerung der Wärmeableitfläche. In dem Modul angeordnete
Ventilatoren haben jedoch den Nachteil, dass diese auf Grund des Betriebs der Ventilatoren
Schwingungen erzeugen, was zu einem Lichtflackern führen kann, und überdies
verbrauchen die Ventilatoren zusätzliche Leistung. Was eine Vergrößerung
der Wärmeableitfläche angeht, obgleich diese Kühlkörper aus
Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden können, wird
Klebstoff in Verbindung mit dem Metall verwendet, um die optoelektronischen Einrichtungen
und die Kühlkörper miteinander zu verbinden, wobei die Wärmeleitfähigkeit
des Klebstoffes deutlich geringer als die des reinen Metalls ist. Daher staut sich
die Wärme, welche durch den Betrieb der optoelektronischen Einrichtung erzeugt
wird, großteils an der Verbindungsfläche, so dass die Kühlkörper
die Wärme nicht gut leiten können, wodurch die Kühlkörper in
ihrer Wirksamkeit beeinträchtigt werden, und es leicht zu einer Beschädigung
der optoelektronischen Einrichtungen während des Langzeitbetriebs kommen kann,
oder die optoelektronischen Einrichtungen schließlich mit einem höheren
Leistungsverbrauch an zugeführter Leistung betrieben werden müssen.
Darüber hinaus sind herkömmliche Kühlkörper üblicherweise
mit einer Leiterplatte durch Klebstoff verbunden, um die optoelektronische Einrichtung
elektrisch mit einem äußeren Schaltkreis zu verbinden. Dementsprechend
staut sich die erzeugte Wärme während des Betriebs der Einrichtung an
dem Klebstoff, und die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte, welche aus
Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist gering, so dass die Wärmeleitrate gering
ist und die Wärmeleitwirksamkeit des Kühlkörpers stark verringert
wird.
Daher besteht insbesondere durch erhöhten Bedarf an optoelektronischen
Einrichtungen wie Leuchtdioden oder Laserdioden für Hintergrund-Beleuchtungsmodule
und Beleuchtungs-Module auch ein Bedarf, eine Herstellungstechnik für solche
optoelektronischen Einrichtungen zu schaffen, durch welches Kühlkörper
mit hoher Wärmeleitwirksamkeit verwirklicht werden können.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein
integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
geschaffen, in welchem der integrierte metallische Kühlkörper wenigstens
eine Anschlussfläche aufweist, welche als eine Anschlusselektrode zum elektrischen
Verbinden einer positiven oder einer negativen Elektrode der Halbleitereinrichtung
mit einem äußeren Schaltkreis dient, so dass die Halbleitereinrichtung
in den metallischen Kühlkörper eingebettet ist, aber dennoch erfolgreich
mit einem äußeren Schaltkreis verbunden werden kann.
Gemäß eines weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Herstellungsverfahren für einen integrierten Kühlkörper für
eine Halbleitereinrichtung geschaffen, in welchem der Kühlkörper direkt
auf einer Bodenfläche der Halbleitereinrichtung mit Hilfe eines Klebebands
und ohne die Verwendung von Klebstoff oder Kleistertechniken angeformt werden kann.
Darüber hinaus werden Anschlussflächen auf dem metallischen Kühlkörper
aufgebracht, welche am Außenumfang der Halbleitereinrichtung angebracht sind,
um eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden der Halbleitereinrichtung
und einem äußeren Schaltkreis herzustellen. Deshalb kann die Temperatur
der Betriebseinrichtung schnell und effektiv verringert werden, um die Betriebsqualität
der Einrichtung zu verbessern und die Lebensdauer der Einrichtung zu verbessern,
sowie um die positiven Elektroden und die negativen Elektroden der Halbleitereinrichtung
erfolgreich mit einem äußeren Schaltkreis verbinden zu können, ohne
dafür eine Leiterplatte zu benötigen.
Gemäß den vorstehend genannten Aspekten schafft die Erfindung
einen integrierten metallischen Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung,
mit einer dünnen Metallschicht, welche eine erste Fläche und eine zweite
Fläche aufweist, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet
sind, wobei wenigstens eine Halbleitereinrichtung in die erste Fläche der dünnen
Metallschicht eingebettet ist, und die Halbleitereinrichtung zwei Elektroden von
unterschiedlichem Leitertypus aufweist; einem metallischen Kühlkörper,
welcher auf der ersten Fläche der dünnen Metallschicht
aufgetragen ist; und zwei Anschlussflächen, welche auf der ersten Fläche
der dünnen Metallschicht um die Halbleitereinrichtung aufgetragen sind und
jeweils mit den beiden Elektroden verbunden sind, wobei die Elektroden jeweils mit
einer zugehörigen der Anschlussflächen verbunden sind, wozu wenigstens
zwei Drähte vorgesehen sind, und die Anschlussflächen elektrisch an einen
äußeren Schaltkreis anschließbar sind.
Gemäß den vorstehend genannten Aspekten schafft die Erfindung
darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen
Kühlkörpers für eine Halbleitereinrichtung, mit den Schritten: Bereitstellen
eines Klebebandes, wobei das Klebeband eine erste Oberfläche und eine zweite
Oberfläche aufweist, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind,
und die erste Oberfläche des Klebebandes an einer Oberfläche eines provisorischen
Substrats festgeklebt wird; Bereitstellen von wenigstens einer Halbleitereinrichtung,
wobei die wenigstens eine Halbleitereinrichtung eine erste Seite und eine zweite
Seite aufweist, welche einander gegenüberliegen, und die erste Seite der wenigstens
einen Halbleitereinrichtung in die Oberfläche eines Teils der zweiten Oberfläche
des Klebebandes hineingedrückt und in dieser fixiert ist, so dass die zweite
Seite der Halbleitereinrichtung freiliegt, und die Halbleitereinrichtung zwei Elektroden
von unterschiedlichem Leitertypus aufweist; Formen einer dünnen Metallschicht
auf der zweiten Seite der wenigstens einen Halbleitereinrichtung und dem freiliegenden
Teil der zweiten Oberfläche des Klebebandes, wobei ein Teil der Oberfläche
der dünnen Metallschicht mit der zweiten Seite der wenigstens einen Halbleitereinrichtung
in Kontakt steht; Formen eines metallischen Kühlkörpers auf der dünnen
Metallschicht; Entfernen des Klebebandes und des provisorischen Substrats, um die
wenigstens eine Halbleitereinrichtung und die Oberfläche der dünnen Metallschicht
freizulegen; und Aufbringen einer Mehrzahl von Anschlussflächen auf die freiliegenden
Teile der Oberfläche der dünne Metallschicht um die wenigstens eine Halbleitereinrichtung
herum, wobei die Anschlussflächen jeweils einer der Elektroden der wenigstens
einen Halbleitereinrichtung zugeordnet sind, wobei die Elektroden in elektrisch
leitendem Kontakt mit den jeweils zugehörigen Anschlussflächen mittels
wenigstens zweier Drähte stehen.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
ist das Material für den Kühlkörper eine Fe/Ni-Legierung, Cu, Ni,
Al, W, oder eine Legierung davon, und jede der Anschlussflächen ist versehen
mit einer Isolierschicht und einer auf der Isolierschicht aufgebrachten Leiterschicht,
wobei die Isolierschicht auf die erste Fläche der dünnen Metallschicht
aufgeklebt ist.
Eine Halbleitereinrichtung ist direkt in einen metallischen Kühlkörper
durch unmittelbares Formen des metallischen Kühlkörpers auf der Halbleitereinrichtung
eingebettet. Dann werden die Anschlussflächen um die Halbleitereinrichtung
auf dem metallischen Kühlkörper aufgebracht, um eine elektrisch leitende
Verbindung zwischen den Elektroden der Halbleitereinrichtung und einem äußeren
Schaltkreis herzustellen. Im Ergebnis kann darauf verzichtet werden, den metallischen
Kühlkörper zusätzlich auf einer Leiterplatte anzuordnen, wodurch
die Wärmeleitungs-Effizienz deutlich verbessert wird, und damit der stabile
Betrieb der Einrichtung gewährleistet wird, sowie die Lebensdauer der Einrichtung
wirksam verlängert wird.
Die oben genannten Aspekte und viele weitere Vorteile der Erfindung
werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende detailliertere Beschreibung in Verbindung
mit der Zeichnung deutlich, in welcher 1A bis
8 schematische Darstellungen zeigen, welche den Herstellungsprozess
der integrierten Kühlkörper für Halbleitereinrichtungen gemäß
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulichen, wobei
die schematischen Darstellungen Querschnitte und zugehörige Draufsichten zeigen.
Die Erfindung betrifft einen integrierten Metall-Kühlkörper
für eine Halbleitereinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen des Metall-Kühlkörpers,
wobei Elektroden der Halbleitereinrichtung im Kontakt mit einem äußeren
Schaltkreis stehen und die Effizienz der Wärmeableitung des Metall-Kühlkörpers
verbessert ist, um das Problem der Wärmeableitung der Halbleitereinrichtung
besser zu bewältigen. Um eine Veranschaulichung der Erfindung deutlicher zu
machen, wird nachfolgend auf die 1A-8
Bezug genommen.
Die 1A-8
zeigen schematische Darstellungen, welche den Herstellungsprozess des integrierten
Metall-Kühlkörpers für die Halbleitereinrichtung gemäß
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung illustriert, wobei die
schematischen Darstellungen Querschnitte und zugehörige Draufsichten darstellen.
Während des Herstellungsprozesses eines integrierten Metall-Kühlkörpers
einer Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein
provisorisches Substrat 100 und ein Klebeband 102 zunächst
bereitgestellt, und das Klebeband 102 wird dann an dem provisorischen Substrat
100 angebracht, um eine Oberfläche 104 des Klebebands
102 in Kontakt mit dem provisorischen Substrat 100 zu bringen,
wie in den 1A und 1B dargestellt
ist, wobei 1A eine Draufsicht und 1B
die zugehörige Schnittdarstellung zeigt. Das Klebeband 102 weist eine
weitere Oberfläche 106 auf, welche der Oberfläche 104
gegenüber liegt. Das Klebeband 102 ist vorzugsweise aus einem säure-
und laugebeständigen Material hergestellt, und das Klebeband
102 hat eine Dicke von größer als 10 &mgr;m. Gemäß
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung weist das Klebeband
102 vorzugsweise eine Dicke von etwa 100 &mgr;m auf und ist ein doppelseitig
klebendes Klebeband, das heißt hat eine Oberfläche 104 und eine
Oberfläche 106, welche beide klebend sind. Wenn das Klebeband
102 jedoch aus einem weichen Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist es
auch möglich, dass nur die Oberfläche 104 klebend ist, während
die Oberfläche 106 nicht klebend ist.
Dann werden eine oder mehrere Halbleitereinrichtungen bereitgestellt,
wobei die Halbleitereinrichtungen aus einer chemischen Verbindung von Halbleitermaterialien
zusammengesetzt sind, wie aus GaN-Basis-Material, AlGaInP-Basis-Material, PbS-Basis-Material,
oder SiC-Basis-Material, und die Halbleitereinrichtungen sind z.B. Transistoren,
monolithische integrierte Schaltkreise, oder optoelektronische Einrichtungen wie
Leuchtdioden oder Laserdioden. Jede Halbleitereinrichtung weist zwei Elektroden
von unterschiedlichem Leitungstyp auf, wobei die Elektroden auf der gleichen Seite
oder unterschiedlichen Seiten der Halbleitereinrichtung angeordnet sind, wie bei
den optoelektronischen Einrichtungen 108a und 108b, die in
2C dargestellt sind. Gemäß eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels sind zwei unterschiedliche Elektroden 110 und
112 der optoelektronischen Einrichtungen 108 auf der gleichen
Seite der optoelektronischen Einrichtungen 108a angeordnet, und zwei Elektroden
110 und 112 der optoelektronischen Einrichtungen 108b
sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten der optoelektronischen Einrichtungen
108b angeordnet. Wenn die Elektrode 110 vom N-Typ ist, ist die
Elektrode 112 vom P-Typ; und wenn die Elektrode 110 vom P-Typ
ist, ist die Elektrode 112 vom N-Typ. Gemäß diesem bevorzugten
Ausführungsbeispiel ist die optoelektronische Einrichtung 108 an die
Halbleitereinrichtung angepasst. Eine Seite der optoelektronischen Einrichtungen
108a ist nach unten auf die Oberfläche 106 des Klebebandes
102 gedrückt, um die optoelektronische Einrichtung 108a an
der Oberfläche 106 festzukleben oder darin einzubetten, und die der
festgeklebten Seite gegenüberliegende Seite der optoelektronischen Einrichtungen
108a ist frei zugänglich gehalten, wobei diejenige Seite der optoelektronischen
Einrichtungen 108a, welche in das Klebeband 102 gedrückt
ist, mit zwei Elektroden 110 und 112 ausgestattet ist, wie diese
in den 2A und 2B dargestellt
sind, wobei 2A eine Draufsicht und 2B
eine zugehörige Schnittdarstellung zeigen. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist die festgeklebte Seite der optoelektronischen
Einrichtung 108a, welche in das Klebeband 102 hineingepresst ist,
mindestens mit einer Elektrode versehen, um zu verhindern, dass die beiden Elektroden
in elektrischer Verbindung miteinander treten. Wenn viele optoelektronische Einrichtungen
108a zur gleichen Zeit verarbeitet werden, können diese optoelektronischen
Einrichtungen 108a entsprechend der Anforderungen an den Herstellungsprozess
angeordnet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die optoelektronischen
Einrichtungen 108a GaN-Basis-Leuchtdioden, AlGaInP-Basis-Leuchtdioden,
PbS-Basis-Leuchtdioden, oder SiC-Basis-Leuchtdioden sein. Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel können die optoelektronischen Einrichtungen
108a GaN-Basis-Laserdioden, AlGaInP-Basis-Laserdioden, PbS-Basis-Laserdioden,
oder SiC-Basis-Laserdioden sein.
Nachdem die optoelektronische Einrichtung 108a an dem Klebeband
102 fixiert ist, wird eine dünne Metallschicht 114 direkt
aufgeformt, um die freiliegende Oberfläche der optoelektronischen Einrichtung
108a und die freiliegenden Bereiche der Oberfläche 106 des
Klebebands 102 zu bedecken, beispielsweise durch Bedampfen, Besputtern
oder Elektroplattieren, wie in den 3A und
3B dargestellt ist, wobei die 3A
eine Draufsicht und die 3B einen entsprechenden Schnitt
darstellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die dünne Metallschicht
114 vorzugsweise aus metallischen Material mit guten Hafteigenschaften
ausgebildet, wie beispielsweise Ni, Cr, Ti, Au, Cu, Al, oder Legierungen davon,
welche die Beschichtung mit dem Metallmaterial erleichtern. Darüber hinaus
kann die dünne Metallschicht 114 aus hochreflektierendem Metallmaterial
bestehen, wie beispielsweise Ag, Pt, Al, Au, Ni, Ti oder Legierungen davon. Gemäß
der vorliegenden Erfindung kann die dünne Metallschicht 114 aus einer
einlagigen Metallstruktur bestehen, oder kann eine mehrlagige Metallstruktur sein.
Die Dicke der dünnen Metallschicht 114 beträgt vorzugsweise weniger
als etwa 10 &mgr;m. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Dicke der dünnen Metallschicht 114 etwa 10 nm.
Nachdem die dünne Metallschicht 114 geformt wurde, kann
ein Kühlkörper der Halbleitereinrichtung direkt geformt werden, oder eine
lichtreflektierende Struktur wird wahlweise auf der Halbleitereinrichtung entsprechend
den spezifischen Anforderungen an das Produkt angeformt, wenn die Halbleitereinrichtung
zum Beispiel eine optoelektronische Einrichtung ist, um die Lichtausbeute der optoelektronischen
Einrichtungen zu verbessern. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
kann eine reflektierende Schicht 120 geformt sein, um die dünne Metallschicht
114 der optoelektronischen Einrichtung 108a zu bedecken, beispielsweise
durch ein Bedampfungsverfahren, Besputtern, eine nichtelektrische Abscheidung, oder
Elektroplattieren hergestellt sein, wobei die reflektierende Schicht 120
vorzugsweise aus einem Material mit guten Reflexionseigenschaften zusammengesetzt
ist, wie Ag, Pt, Al, Au, Ni, Ti, oder eine Legierung davon, und
die reflektierende Schlicht 120 kann eine einlagige oder eine mehrlagige
Metallstruktur sein. Wie in den 4A und 4B
dargestellt ist, ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die reflektierende Schicht 120 aus einem Silberfilm 116 und einem
Goldfilm 118 zusammengesetzt, welche in dieser Reihenfolge auf die dünne
Metallschicht 114 aufgeschichtet sind, wobei eine Dicke des Silberfilms
116 etwa 300 nm beträgt, und eine Dicke des Goldfilms 118
etwa 150 nm beträgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Dicke
der reflektierenden Schicht 120 vorzugsweise geringer als 10 &mgr;m.
Wenn jedoch die dünne Metallschicht 114 aus einem hochreflektierendem
Metallmaterial hergestellt ist, kann die dünne Metallschicht 114 eine
lichtreflektierende Funktion übernehmen, und eine zusätzliche Reflexionsschicht
muss nicht geformt werden.
Dann wird ein metallischen Kühlkörper 122 geformt,
um die reflektierende Schicht 120 zu bedecken, beispielsweise durch ein
Elektroplattierverfahren oder ein nichtelektrisches Beschichtungsverfahren, wobei
der metallische Kühlkörper 122 aus einer dickeren Metallschicht
ausgebildet ist, um eine größere Wärmeleitkapazität zu haben,
wie in den 5A und 5B dargestellt
ist, wobei 5A eine Draufsicht und 5B
ein entsprechende Schnittdarstellung ist. Weil der metallische Kühlkörper
122 durch ein Elektroplattierverfahren oder ein nichtelektrisches Beschichtungsverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung geformt ist, kann der Kühlkörper
122 im Wesentlichen auf der reflektierenden Schicht 120 ausgebildet
sein. Der metallische Kühlkörper ist vorzugsweise aus einem Metall mit
guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt, wie beispielsweise einer Fe/Ni Legierung,
Cu, Ni, Al, W, oder Legierungen davon. Der metallischen Kühlkörper
122 ist grundsätzlich dicker und hat vorzugsweise eine Dicke größer
als 10 &mgr;m, um eine bessere Wärmeableitung zu gewährleisten. Gemäß
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist der metallischen Kühlkörper
122 vorzugsweise etwa 3 mm dick.
Eine Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass die dünne
Metallschicht zunächst durch eine Bedampfungs-Abscheidungsverfahren, eine Besputter-Abscheidungsverfahren,
oder ein nichtelektrisches Abscheidungsverfahren hergestellt wird und als Basis
zum elektrischen Beschichteten oder nichtelektrischen Beschichteten mit dem metallischen
Kühlkörpers dient, und eine reflektierende Schicht kann wahlweise entsprechend
den spezifischen Anforderungen an die Halbleitereinrichtung geformt werden, um die
Lichtausbeute der optoelektronischen Einrichtungen zu verbessern. Mit Hilfe nur
eines Klebebandes kann der metallische Kühlkörper an der Bodenfläche
der Halbleitereinrichtung ausgebildet sein. Im Ergebnis ist der vorliegende Herstellungsprozess
sehr einfach, und die Standard-Herstellungsausrüstung kann dazu weiter verwendet
werden, wodurch erhöhte Kosten im Herstellungsprozess verhindert werden. Darüber
hinaus ist die Halbleitereinrichtung in die Oberfläche des metallischen Kühlkörpers
eingebettet, ohne dass Klebstoff zwischen der Halbleitereinrichtung und dem metallischen
Kühlkörper erforderlich ist, wodurch die Wärmeaustauschfläche
und die Wärmeleitungsgeschwindigkeit der Halbleitereinrichtung deutlich verbessert
werden.
Nachdem der Kühlkörper 122 geformt wurde, werden
das Klebeband 102 und das provisorische Substrat 100 entfernt,
um eine Seite der optoelektronischen Einrichtung 108a freizulegen, und
die Elektroden 110 und 112, welche auf dieser Seite der optoelektronischen
Einrichtung 108a angeordnet sind, freizulegen, und die Oberfläche
auf der Seite der dünnen Metallschicht 114 freizulegen, wo die optoelektronische
Einrichtung 108a angeordnet ist, wie in 6
dargestellt ist. Weil die dünne Metallschicht 114 und die optoelektronische
Einrichtung 108a an dem provisorischen Substrat 100 mittels des
Klebebands 102 angeklebt sind, können der metallische Kühlkörper
122, die dünne Metallschicht 114 und die optoelektronische
Einrichtung 108a leicht von dem provisorischen Substrat 100 getrennt
werden.
Nachfolgend wird eine Mehrzahl von Anschlussflächen
128 und 134 an der freiliegenden Oberfläche der dünnen
Metallschicht 114 um die optoelektronische Einrichtung 108a mittels
eines Klebstoffes 140 durch ein Klebeverfahren angebracht, wie in
7 dargestellt ist. Die Anschlussfläche
128 weist im Wesentlichen eine Isolierschicht 124 und einer Leiterschicht
126 auf, wobei die Isolierschicht 124 an der Oberfläche der
dünnen Metallschicht 114 mittels eines Klebstoffs 140 angebracht
ist, und die Leiterschicht 126 auf der Isolierschicht 124 aufgebracht.
In ähnlicher Weise weist die Anschlussfläche 134 im Wesentlichen
eine Isolierschicht 130 und eine Leiterschicht 132 auf, wobei
die Isolierschicht 130 auf der Oberfläche der dünne Metallschicht
114 mittels eines Klebstoffes 140 festgeklebt ist, und die Leiterschicht
132 auf der Isolierschicht 130 aufgebracht ist. Gemäß
der vorliegenden Erfindung weist die Halbleitereinrichtung mindestens zwei Elektroden
von unterschiedlichem Leitertyp auf, so dass die Halbleitereinrichtung vorzugsweise
zwei Anschlussflächen aufweist, das heißt, jede der Elektroden einer der
Anschlussflächen entspricht.
Danach werden wenigstens zwei Drähte 136 und
138 angeformt, um jeweils die Elektrode 110 der optoelektronischen
Einrichtungen 108a und die Leiterschicht 126 der Anschlussfläche
128 miteinander zu verbinden, und die Elektrode 112 mit der Leiterschicht
132 der Anschlussfläche 134 zu verbinden, um so die Elektrode
110 elektrisch mit der Anschlussfläche 128 zu verbinden,
und die Elektrode 112 mit der Anschlussfläche
134 elektrisch zu verbinden, wie in 8 dargestellt
ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Elektrode und die Anschlussfläche
vom selben Leitertyp und können mittels eines oder mehrerer Drähte miteinander
verbunden werden. Beispielsweise kann die positive Elektrode mit der positiven Anschlussfläche
mit vier Drähten verbunden sein, und die negative Elektrode kann mit der negativen
Anschlussfläche mittels dreier Drähte verbunden sein. Daher muss wenigstens
einer der Drähte zwischen der Elektrode eines bestimmten Leitertyps und der
Anschlussfläche vom gleichen Leitertyp verlaufen, und die Anzahl von Verbindungsdrähten
zwischen der Elektrode und der Anschlussfläche des selben Leitertyps kann entsprechend
den spezifischen Anforderungen an die Konstruktion modifiziert werden. Weil die
Drähte des äußeren Schaltkreises (nicht dargestellt) größer
sind, und die Größe der Elektroden 110 und 112 der Halbleitereinrichtung
wie beispielsweise der optoelektronischen Einrichtung 108a kleiner sind,
ist nachteilhaft, den äußeren Schaltkreise direkt mit den Elektroden
110 und 112 zu verbinden. Deshalb kann mittels der Anbringung
der Anschlussflächen 128 und 134, welche wesentlich größer
als die Elektroden 110 und 112 sind, der äußere Schaltkreise
leichter mit den Elektroden 110 und 112 verbunden werden. Durch
Anbringung der übertragenden Anschlussflächen 128 und
134 auf der Oberfläche der dünnen Metallschicht 114
um die optoelektronische Einrichtung 108a und Verwendung von Drahtlöt-Technik,
können die Elektroden 110 und 112 der optoelektronischen
Einrichtung 108a erfolgreich elektrisch mit dem äußeren Schaltkreis
verbunden werden, welcher mit den Anschlussflächen 128 und
134 mittels des Drahts 136 und der Anschlussfläche
128 bzw. dem Draht 138 und der Anschlussfläche
134 angeschlossen werden, ohne ein Leiterplatte zu verwenden.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die Anschlussflächen
auf dem metallischen Kühlkörper zur Übertragung angeordnet sind,
so dass es für die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden der Halbleitereinrichtung
und dem äußeren Schaltkreis von Vorteil ist, so dass eine Leiterplatte
überflüssig wird. Darüber hinaus kann die Wärmeableitfunktion
des metallischen Kühlkörpers voll zum Tragen kommen, weil der metallische
Kühlkörper nicht auf der Leiterplatte angeordnet werden muss.
Gemäß der obigen Beschreibung liegt ein Vorteil der Erfindung
darin, dass der eingebettete metallische Kühlkörper für die Halbleitereinrichtung
gemäß der Erfindung wenigstens ein Anschlussfläche aufweist, und
das wenigstens eine Anschlussfläche als eine Verbindungselektrode zum elektrischen
Verbinden einer positiven Elektrode oder einer negativen Elektrode der Halbleitereinrichtung
mit einem äußeren Schaltkreis dienen kann, so dass die in den metallischen
Kühlkörper eingebettete Halbleitereinrichtung erfolgreich mit einem äußeren
Schaltkreis verbunden werden kann, und ein gesonderter Schaltkreis kann weggelassen
werden.
Gemäß der obigen Beschreibung liegt ein weiterer Vorteil
der vorliegenden Erfindung darin, dass die Halbleitereinrichtung gemäß
der Erfindung erfolgreich elektrisch mit einem äußeren Schaltkreis verbunden
werden kann, ohne dass ein Verkleben des eingebetteten metallischen Kühlkörpers
für die Halbleitereinrichtung an einer Leiterplatte erforderlich ist, so dass
der Kühlkörper eine maximale Wärmeableiteffizienz verwirklicht.
Noch ein weiterer Vorteil in der vorliegenden Erfindung gemäß
der obigen Beschreibung liegt darin, dass gemäß des Herstellungsverfahrens
ein eingebetteter metallischer Kühlkörper für die Halbleitereinrichtung
hergestellt werden kann, wobei dieser Kühlkörper direkt an einer Bodenfläche
der Halbleitereinrichtung mit Hilfe eines Klebebandes und ohne die Anwendung von
Klebetechnik mit Hilfe einer Klebemasse angeformt werden kann, so dass der Herstellungsprozess
einfach und mit hoher Zuverlässigkeit verwirklicht werden kann, wobei die Temperatur
schnell und effektiv gesenkt werden kann, um die Betriebsqualität der Einrichtung
zu verbessern und die Lebensdauer der Einrichtung zu verlängern.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die vorstehenden bevorzugten
Ausführungsbeispiele der Erfindung die vorliegende Erfindung veranschaulichen,
nicht aber beschränken. Es wird beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und
ähnliche Anordnungen im Sinne des Umfangs der nachfolgenden Patentansprüche
mit abzudecken, wobei der Schutzumfang seine breiteste Interpretation gegeben werden
soll, um all solche Modifikationen und ähnliche Strukturen mit abzudecken.
|
| Anspruch[de] |
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung,
mit:
einer dünnen Metallschicht (114), welche eine erste Fläche und
eine zweite Fläche aufweist, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten
angeordnet sind, wobei wenigstens eine Halbleitereinrichtung (108a) in
die erste Fläche der dünnen Metallschicht (114) eingebettet ist,
und die Halbleitereinrichtung zwei Elektroden (110, 112) von unterschiedlichem
Leitertypus aufweist;
einem metallischen Kühlkörper (122), welcher auf der ersten Fläche
der dünnen Metallschicht (114) aufgetragen ist; und
zwei Anschlussflächen (128, 134), welche auf der ersten Fläche
der dünnen Metallschicht (114) um die Halbleitereinrichtung (108a)
aufgetragen sind und jeweils mit den beiden Elektroden (110,
112) verbunden sind, wobei die Elektroden (110,
112) jeweils mit einer zugehörigen der Anschlussflächen (128,
134) verbunden sind, wozu wenigstens zwei Drähte (136,
138) vorgesehen sind, und die Anschlussflächen (128,
134) elektrisch an einen äußeren Schaltkreis anschließbar
sind.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Halbleitereinrichtung (108a)
aus einer Halbleiterverbindung besteht, welche auf GaN-Basis, AlGaInP-Basis, PbS-Basis
oder SiC-Basis ist.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, wobei die dünne Metallschicht (114) aus einem Metallmaterial
mit guten Hafteigenschaften oder einem Metallmaterial mit hoher Reflexion hergestellt
ist, wobei das Metallmaterial mit guten Hafteigenschaften Ni, Cr, Ti, Au, Cu, Al,
oder eine Legierung davon ist, und das Metallmaterial mit hoher Reflexion Ag, Pt,
Al, Au, Ni, Ti, oder eine Legierung davon ist.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der dünnen Metallschicht (114) weniger
als etwa 10 &mgr;m beträgt.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, wobei ein Material für den Kühlkörper (122)
ein Fe/Ni-Legierung, Cu, Ni, Al, W, oder eine Legierung davon ist.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, wobei eine Dicke des metallischen Kühlkörpers (122)
größer als etwa 10 &mgr;m ist.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, wobei der metallische Kühlkörper (122) eine
elektroplattierte Metallschicht, oder eine nichtelektrisch abgeschiedene Metallschicht
ist.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, wobei jede der Anschlussflächen (128, 134)
versehen ist mit:
einer Isolierschicht (124, 130), welche auf die erste Fläche
der dünnen Metallschicht (114) aufgeklebt ist; und
einer Leiterschicht (126, 132), welche auf der Isolierschicht
(124, 130) aufgebracht ist.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, weiter versehen mit einer reflektierenden Schicht (120),
welche zwischen dem metallischen Kühlkörper (122) und der dünnen
Metallschicht (114) angeordnet ist.
Integrierter metallischer Kühlkörper für eine Halbleitereinrichtung
nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der reflektierenden Schicht (120) geringer
als etwa 10 &mgr;m ist.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Klebebandes (102), wobei das Klebeband (102)
eine erste Oberfläche (104) und eine zweite Oberfläche (106)
aufweist, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, und die erste Oberfläche
(104) des Klebebandes (102) an einer Oberfläche eines provisorischen
Substrats (100) festgeklebt wird;
Bereitstellen von wenigstens einer Halbleitereinrichtung, wobei die wenigstens eine
Halbleitereinrichtung eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, welche einander
gegenüberliegen, und die erste Seite der wenigstens einen Halbleitereinrichtung
in die Oberfläche eines Teils der zweiten Oberfläche (106) des
Klebebandes (102) hineingedrückt und in dieser fixiert ist, so dass
die zweite Seite der Halbleitereinrichtung (108a) freigelegt ist, und die
Halbleitereinrichtung weist zwei Elektroden (110, 112) von unterschiedlichem
Leitertypus auf;
Formen einer dünnen Metallschicht (114) auf der zweiten Seite der
wenigstens einen Halbleitereinrichtung (108a) und dem freiliegenden Teil
der zweiten Oberfläche (106) des Klebebandes (102), wobei
ein Teil der Oberfläche der dünnen Metallschicht (114) mit der
zweiten Seite der wenigstens einen Halbleitereinrichtung (108a) in Kontakt
steht;
Formen eines metallischen Kühlkörpers (122) auf der dünnen
Metallschicht (114);
Entfernen des Klebebandes (102) und des provisorischen Substrats (100),
um die wenigstens eine Halbleitereinrichtung (108a) und die Oberfläche
der dünnen Metallschicht (114) freizulegen; und
Aufbringen einer Mehrzahl von Anschlussflächen (128, 132)
auf den freiliegenden Teilen der Oberfläche der dünne Metallschicht (114)
um die wenigstens eine Halbleitereinrichtung (108a) herum, wobei die Anschlussflächen
(128, 134) jeweils eine der Elektroden (110,
112) der wenigstens einen Halbleitereinrichtung (108a) zugeordnet
ist, wobei die Elektroden (110, 112) in elektrisch leitendem Kontakt
mit den jeweils zugehörigen Anschlussflächen mittels wenigstens zweier
Drähte (136, 138) stehen.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Oberfläche
(104) und die zweite Oberfläche (106) des Klebebandes (102)
beide klebend sind.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei das Klebeband (102)
aus einem säure- und laugebeständigen Material besteht.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei die dünne Metallschicht
(114) aus einem Metallmaterial mit guten Hafteigenschaften oder einem Metallmaterial
mit hoher Reflexion hergestellt ist, wobei das Metallmaterial mit guten Hafteigenschaften
Ni, Cr, Ti, Au, Cu, Al, oder eine Legierung davon ist, und das Metallmaterial mit
hoher Reflexion Ag, Pt, Al, Au, Ni, Ti, oder eine Legierung davon ist.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörper
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Dicke der dünnen
Metallschicht (114) weniger als etwa 10 &mgr;m beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei der Verfahrensschritt
des Formens der dünnen Metallschicht (114) durch ein Bedampfungs-Abscheideverfahren,
ein Sputter-Abscheideverfahren oder ein nichtelektrisches Abscheideverfahren verwirklicht
wird.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei ein Material für
den metallischen Kühlkörper (122) eine Fe/Ni-Legierung, Cu, Ni,
Al, W oder eine Legierung davon sind.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei der Verfahrensschritt
des Formens des metallischen Kühlkörpers (122) durch Elektroplattieren
oder ein nichtelektrisches Abscheideverfahren verwirklicht wird.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei jede der Anschlussflächen
(128, 134) versehen ist mit:
einer Isolierschicht (124, 130), welche auf die erste Fläche
der dünnen Metallschicht (114) aufgeklebt ist; und
einer Leiterschicht (126, 132), welche auf der Isolierschicht
(124, 130) aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten metallischen Kühlkörpers
für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei eine reflektierende
Schicht (120) auf der dünnen Metallschicht (114) zwischen
dem Verfahrensschritt des Formens der dünnen Metallschicht (114) und
dem Verfahrensschritt des Formens des metallischen Kühlkörpers (122)
ausgebildet wird.
|
|
|