DE102004021838A1 - Semiconductor component (SC) for operating a cooling device has a sliding bow and a chip carrier or semiconductor chip for making thermal contact in sections with a medium surrounding the SC - Google Patents

Semiconductor component (SC) for operating a cooling device has a sliding bow and a chip carrier or semiconductor chip for making thermal contact in sections with a medium surrounding the SC Download PDF

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DE102004021838A1
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semiconductor
semiconductor chip
chip
housing
heat sink
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Xaver Schlögel
Ralf Otremba
Franz Dr. Hirler
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Infineon Technologies AG
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Abstract

A semiconductor component (1) has a casing (7), a semiconductor chip (2), a connection leg (3a) protruding from the casing and a sliding bow (4). The semiconductor chip and the connection leg interlink electrically by means of the sliding bow so as to be conductive. The sliding bow maintains thermal contact with a heat sink (5) protruding from the casing in sections.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einer Kühlvorrichtung.The The invention relates to a semiconductor device with a cooling device.

Mit zunehmender Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen, die einen in einem Gehäuse angeordneten Halbleiterchip umfassen, stellt die Ableitung von Wärme aus dem Gehäuse ein immer dringlicheres Problem dar. Zur Kühlung von Halbleiterbauelementen ist es bekannt, den Halbleiterchip elektrisch leitend oder elektrisch isolierend auf einen Chipträger aufzubringen und diesen Chipträger auf einem Kühlkörper anzuordnen. Hiermit sind allerdings erhebliche Material- und Montage-Kosten verbunden. Außerdem ist diese Art der Montage insbesondere bei sehr kleinen Bauelementen, wie beispielsweise SMD-Bauelementen, schwierig.With Increasing miniaturization of semiconductor devices, the one in a housing arranged semiconductor chip, represents the dissipation of heat the housing an ever more urgent problem. For cooling semiconductor devices It is known, the semiconductor chip electrically conductive or electrically insulating on a chip carrier apply and this chip carrier to arrange on a heat sink. However, this involves considerable material and assembly costs connected. Furthermore is this type of assembly especially for very small components, such as SMD components, difficult.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterbauelement mit einer Kühlvorrichtung bereitzustellen, das einfach zu verbauen ist und gleichzeitig eine gute Wärmeableitung ermöglicht.It Therefore, the object of the present invention is a semiconductor device with a cooling device which is easy to install and at the same time one good heat dissipation allows.

Diese Aufgabe wird durch erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente gemäß den Ansprüchen 1, 6 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.These Task is achieved by semiconductor devices according to the invention according to claims 1, 6 and 8 solved. Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of dependent claims.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Gehäuse, einen Halbleiterchip, ein aus dem Gehäuse herausragendes Anschlussbein und einen Kontaktbügel auf, wobei der Halbleiterchip und das Anschlussbein mittels des Kontaktbügels elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Der Kontaktbügel steht mit einem Kühlkörper, der zumindest abschnittweise aus dem Gehäuse herausragt, in thermischem Kontakt.The inventive semiconductor device according to one First aspect of the invention comprises a housing, a semiconductor chip, one out of the case outstanding connection leg and a contact clip, wherein the semiconductor chip and the connecting leg by means of the contact clip electrically conductive with each other are connected. The contact clip stands with a heat sink, the at least partially protruding from the housing, in thermal Contact.

Bei diesem Bauelement übernimmt der Kontaktbügel nicht nur die Funktion der elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips mit dem Anschlussbein, sondern darüber hinaus auch noch eine Kühlfunktion. Ein Teil der im Halbleiterchip anfallenden Verlustwärme wird über den Kontaktbügel zum Kühlkörper geleitet und von dort an die Umgebung, bevorzugt Luft, abgegeben. Der Kontaktbügel ist im Gegensatz zu einem Bonddraht starr, beispielsweise als gestanzter Blechstreifen, ausgebildet. Wegen seines vergleichsweise massiven Aufbaus und seiner größeren Querschnittsfläche eignet er sich nicht nur zur elektrischen Kontaktierung sondern auch zur Ableitung von im Halbleiterchip anfallender Wärme.at takes over this component the contact clip not only the function of the electrical contacting of the semiconductor chip with the connecting leg, but also a cooling function. Part of the heat loss in the semiconductor chip is transferred via the contact bow directed to the heat sink and from there to the environment, preferably air, delivered. The contact clip is in contrast to a bonding wire rigid, for example as a punched Sheet metal strip, formed. Because of its comparatively massive Structure and its larger cross-sectional area is suitable he not only for electrical contact but also for Derivation of accumulating heat in the semiconductor chip.

Zumindest ein Abschnitt des Kühlkörpers ragt aus dem Gehäuse des Halbleiterbauelements heraus. Dieser zumindest eine Abschnitt kann beispielsweise als ebener oder gewinkelter Blechstreifen ausgebildet sein. Ebenso kann der wenigstens eine Abschnitt des Kühlkörpers eine Anzahl von Kühlrippen aufweisen.At least a section of the heat sink protrudes out of the case of the semiconductor device. This at least one section can for example be formed as a flat or angled metal strip be. Likewise, the at least one portion of the heat sink a Number of cooling fins exhibit.

Abhängig davon, ob der Kühlkörper dasselbe elektrische Potential wie der Kontaktbügel aufweisen soll oder nicht, können der Kühlkörper und der Kontaktbügel elektrisch leitend miteinander verbunden oder voneinander elektrisch isoliert sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Kontaktbügel und der Kühlkörper einstückig ausgebildet, wenn eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Kontaktbügel und Kühlkörper gewünscht ist.Depending on whether the heat sink the same to have electrical potential like the contact clip or not, can the heat sink and the contact clip electrically connected to each other or electrically be isolated. According to one preferred embodiment The invention relates to the contact clip and the heat sink formed integrally, if an electrically conductive connection between the contact bracket and Heatsink is desired.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildungsform ist der Kontaktbügel zumindest abschnittweise zwischen dem Halbleiterchip und dem Kühlkörper angeordnet. Eine derartige Anordnung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Halbleiterchip und der Kontaktbügel bzw. der Kontaktbügel und der Kühlkörper jeweils flächig miteinander in thermischem Kontakt stehen, so dass einem vom Halbleiterchip über den Kontaktbügel zum Kühl körper fließenden Wärmestrom ein hoher Querschnitt der wärmeleitenden Verbindung zur Verfügung steht.According to one Another preferred embodiment is the contact clip at least arranged in sections between the semiconductor chip and the heat sink. Such an arrangement is especially advantageous when the Semiconductor chip and the contact clip or the contact clip and the heat sink respectively flat in thermal contact with each other so that one from the semiconductor chip over the contact bow to the cooling body flowing heat flow a high cross-section of the heat-conducting Connection available stands.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse, das einen Halbleiterchip, ein aus dem Gehäuse herausragendes Anschlussbein und einen Kontaktbügel aufweist. Der Halbleiterchip und das Anschlussbein sind mittels des Kontaktbügels elektrisch leitend miteinander verbunden. Erfindungsgemäß ragt bei dieser Anordnung der Kontaktbügel zumindest abschnittweise aus dem Gehäuse heraus.One Another aspect of the invention relates to a semiconductor device with a housing, the one semiconductor chip, a protruding from the housing connecting leg and a contact bar having. The semiconductor chip and the connection leg are by means of of the contact clip electrically connected to each other. In accordance with the invention this arrangement of the contact clip at least in sections out of the case.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse und einem Halbleiterchip, wobei der Halbleiterchip zumindest abschnittweise aus dem Gehäuse herausragt.One Another aspect of the invention relates to a semiconductor device with a housing and a semiconductor chip, wherein the semiconductor chip at least in sections out of the case protrudes.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Teil der im Halbleiterchip anfallenden Verlustwärme unmittelbar von diesem an die Umgebung, beispielsweise Luft, abgegeben.at this embodiment a part of the heat loss incurred in the semiconductor chip is instantaneous from this to the environment, such as air, delivered.

Um die Kühlwirkung zu vergrößern, ist es vorteilhaft, wenn das Halbleiterbauelement, beispielsweise auf dessen Rückseite, strukturiert ist, so dass die Strukturierung ähnlich den Kühlrippen eines Kühlkörpers ausgebildet ist.Around the cooling effect to enlarge is it is advantageous if the semiconductor device, for example its back, is structured so that the structuring similar to the cooling fins a heat sink formed is.

Zwischen den Kühlrippen entsprechenden Elementen der Strukturierung sind Vertiefungen ausgebildet, die bevorzugt an ihrer dem Halbleiterchip zugewandten Seite mit einer Spritz- oder Vergussmasse, bevorzugt der Masse, aus der das Gehäuse des Halbleiterbauelements gebildet ist, gefüllt sind.Recesses are formed between the elements of the structuring corresponding to the cooling ribs, which preferably have an injection or encapsulation on their side facing the semiconductor chip mass, preferably the mass from which the housing of the semiconductor device is formed, are filled.

Um den Halbleiterchip in den Bereichen, die nicht von dem Gehäuse des Halbleiterbauelements umschlossen sind, gegenüber schädigenden Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, zu schützen, ist es vorteilhaft, den Halbleiterchip zumindest in diesen Bereichen mit einer Schutzschicht, z.B. mit einer Metallisierung, zu versehen.Around the semiconductor chip in the areas not from the housing of the Semiconductor device are enclosed, against damaging environmental influences, such as For example, to protect moisture, it is advantageous to protect the Semiconductor chip at least in these areas with a protective layer, e.g. with a metallization, to provide.

Im Falle einer Metallisierung kann diese mit einem der Anschlusskontakte des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden sein. Es ist jedoch ebenso möglich, eine elektrisch isolierende und bevorzugt thermisch gut leitende Schutzschicht zu verwenden.in the In the case of metallization, this can be done with one of the connection contacts be electrically conductively connected to the semiconductor chip. However, it is just as possible an electrically insulating and preferably thermally highly conductive Protective layer to use.

Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das kühlende Element, das in unmittelbarem thermischen Kontakt mit der Umgebung des Halbleiterbauelements steht, also der Kühlkörper, der Kontaktbügel bzw. der Halbleiterchip, ein Bestandteil des Halbleiterbauelements und fest mit diesem verbunden.at all embodiments of the invention is the cooling Element that is in direct thermal contact with the environment is the semiconductor device, ie the heat sink, the contact bracket or the semiconductor chip, a component of the semiconductor device and firmly connected to this.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen dargestellt und in Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to preferred embodiments shown and closer in drawings described. Show it:

1 ein Halbleiterbauelement mit einem Kontaktbügel und einem Kühlkörper, wobei der Kühlkörper abschnittweise aus dem Gehäuse des Halbleiterbauelementes hervorragt, im Querschnitt, 1 a semiconductor component having a contact clip and a heat sink, wherein the heat sink projects in sections from the housing of the semiconductor component, in cross-section,

2 ein Halbleiterbauelement mit einem Kontaktbügel, der abschnittweise aus dem Gehäuse des Halbleiterbauelementes hervorragt, im Querschnitt, 2 a semiconductor device with a contact clip, which projects in sections from the housing of the semiconductor device, in cross-section,

3 ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip, der abschnittweise aus dem Gehäuse des Halbleiterbauelementes hervorragt, im Querschnitt, 3 a semiconductor device with a semiconductor chip, which projects in sections from the housing of the semiconductor device, in cross section,

4 ein Halbleiterbauelement mit einem Chipträger, der als Kühlkörper ausgebildet ist und abschnittweise aus dem Gehäuse des Halbleiterbauelementes hervorragt, im Querschnitt, 4 a semiconductor component with a chip carrier, which is designed as a heat sink and projects in sections from the housing of the semiconductor device, in cross-section,

5a ein Halbleiterbauelement, bei dem der Halbleiterchip mit einem Chipträger in thermischem Kontakt steht, wobei der Chipträger abschnittweise aus dem Gehäuse des Halbleiterbauelementes hervorragt, im Querschnitt, 5a a semiconductor device in which the semiconductor chip is in thermal contact with a chip carrier, wherein the chip carrier projects in sections from the housing of the semiconductor component, in cross-section,

5b ein Halbleiterbauelement gemäß 5a in einer Seitenansicht im Querschnitt, und 5b a semiconductor device according to 5a in a side view in cross section, and

5c ein Halbleiterbauelement gemäß den 5a und 5b in einer weiteren Seitenansicht im Querschnitt. 5c a semiconductor device according to the 5a and 5b in a further side view in cross section.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.In denote the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals same parts with the same meaning.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement 1. Der Halbleiterchip 2 ist in dem Ausführungsbeispiel auf einen Chipträger 3b aufgebracht, der ebenfalls aus dem Gehäuse 7 herausragt. Dieser Chipträger 3b kann dabei entweder elektrisch leitend oder elektrisch isolierend mit dem Halbleiterchip 2 verbunden sein. Der Chipträger 3b und der Kontaktbügel 4 sind in dem Ausführungsbeispiel an gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterchips 2 befestigt. Zur Kühlung des Halbleiterchips 2 ist ein Kühlkörper 5 vorgesehen, der in thermischem Kontakt mit dem Kontaktbügel 4 steht, und der abschnittsweise aus dem Gehäuse 7 herausragt. In dem Beispiel ragt der Kühlkörper 5 an einer Seite 7 aus dem Gehäuse heraus, die der Seite gegenüberliegt, an denen das Anschlussbein 3a und der Chipträger 3b von außen zugänglich sind. Sofern der Chipträger 3b elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip 2 verbunden ist, dient dieser Chipträger 3b neben dem Anschlussbein 3a als weiterer Anschlusskontakt für das Bauelement. 1 shows a cross section through a semiconductor device according to the invention 1 , The semiconductor chip 2 is in the embodiment on a chip carrier 3b applied, which also from the housing 7 protrudes. This chip carrier 3b can be either electrically conductive or electrically insulating with the semiconductor chip 2 be connected. The chip carrier 3b and the contact clip 4 are in the embodiment on opposite sides of the semiconductor chip 2 attached. For cooling the semiconductor chip 2 is a heat sink 5 provided in thermal contact with the contact clip 4 stands, and the sections of the housing 7 protrudes. In the example, the heat sink protrudes 5 on a side 7 out of the housing, which is opposite to the side where the connecting leg 3a and the chip carrier 3b are accessible from the outside. Unless the chip carrier 3b electrically conductive with the semiconductor chip 2 is connected, this chip carrier is used 3b next to the connecting leg 3a as a further connection contact for the component.

Das Gehäuse 7 ist beispielsweise aus einer Verguss- oder Pressmasse gebildet und umschließt den Halbleiterchip 2 und den Kontaktbügel 4 vollständig sowie den Kühlkörper 5, das Anschlussbein 3a und den Chipträger 3b teilweise.The housing 7 is formed, for example, from a casting or molding compound and surrounds the semiconductor chip 2 and the contact bracket 4 completely as well as the heat sink 5 , the connecting leg 3a and the chip carrier 3b partially.

Der Kühlkörper 5 weist in dem Beispiel eine Anzahl Kühlrippen 5a auf, die aus dem Gehäuse 7 herausragen, um so einen Teil der beim Betrieb des Halbleiterbauelementes 1 im Halbleiterchip 2 anfallenden Verlustwärme über den Kontaktbügel 4 und den Kühlkörper 5 an die Umgebung des Halbleiterbauelementes 1, bevorzugt Luft, abzugeben.The heat sink 5 has a number of cooling fins in the example 5a on, coming out of the case 7 protrude, so as to a part of the operation of the semiconductor device 1 in the semiconductor chip 2 resulting heat loss via the contact clip 4 and the heat sink 5 to the environment of the semiconductor device 1 , preferably air, deliver.

Je nach Art des Bauelementes 1 können der Kontaktbügel 4 und der Kühlkörper 5 elektrisch leitend miteinander verbunden oder elektrisch voneinander isoliert sein. Sofern eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktbügel 4 und dem Kühlkörper 5 vorhanden sein soll, sind der Kontaktbügel 4 und der Kühlkörper 5 vorzugsweise einstückig ausgebildet oder mittels eines thermisch leitenden Klebers miteinander verklebt.Depending on the type of component 1 can the contact clip 4 and the heat sink 5 be electrically connected to each other or electrically isolated from each other. If an electrically conductive connection between the contact clip 4 and the heat sink 5 should be present, are the contact bracket 4 and the heat sink 5 preferably formed in one piece or glued together by means of a thermally conductive adhesive.

In dem Halbleiterchip 2 ist beispielsweise ein Leistungs-MOSFET oder Leistungs-IGBT integriert, dessen Drain-Anschluss über den Chipträger 3b und dessen Source-Anschluss über den Kontaktbügel 4 kontaktiert ist. Sofern der MOSFET oder IGBT in einer Schaltung eingesetzt werden soll, in der der Source-Anschluss des Bauelements ein elektrisches Potential aufweist, das sich nicht oder nur unwesentlich vom Massepotential unterscheidet, kann eine Bauelementvariante gewählt werden, bei der der Kühlkörper 5 elektrisch leitend mit dem Halbleiterbügel 4 verbunden ist, da am Kühlkörper 5 hierbei keine hohen elektrischen Spannungen zu erwarten sind, so dass keine besonderen Vorkehrungen hinsichtlich der Isolierung des Kühlkörpers 5 zu treffen sind.In the semiconductor chip 2 For example, a power MOSFET or power IGBT is integrated, its drain terminal via the chip carrier 3b and its source terminal via the contact clip 4 is contacted. If the MOSFET or IGBT is to be used in a circuit in which the Source terminal of the device has an electrical potential that is not or only slightly different from the ground potential, a component variant can be selected in which the heat sink 5 electrically conductive with the semiconductor strap 4 connected because on the heat sink 5 In this case, no high electrical voltages are expected, so no special precautions regarding the insulation of the heat sink 5 to meet.

Falls es bei einem Halbleiterbauelement 1 erforderlich ist, den Kontaktbügel 4 und den Kühlkörper 5 elektrisch voneinander zu isolieren, so kann dies z.B. mittels einer zwischen dem Kontaktbügel 4 und dem Kühlkörper 5 angeordneten Isolationsschicht 8 realisiert sein. Eine solche Isolationsschicht 8 kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Kleber bestehen. Generell können beliebige organische (z.B. Poly-Imide) und anorganische (z.B. Metall-Oxide) Beschichtungen mit guter Haftung und Isolationsfähigkeit genutzt werden.If it is in a semiconductor device 1 is required, the contact bracket 4 and the heat sink 5 electrically isolate from each other, this can for example by means of a between the contact bracket 4 and the heat sink 5 arranged insulation layer 8th be realized. Such an insulation layer 8th may for example consist of an electrically insulating adhesive. In general, any organic (eg poly-imides) and inorganic (eg metal oxides) coatings with good adhesion and insulating ability can be used.

Der Kontaktbügel 4 besteht bevorzugt aus einem thermisch und elektrisch gut leitenden Material, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung dieser Metalle. Entsprechend besteht der Kühlkörper 5 vorzugsweise aus zumindest thermisch gut leitenden Materialien. Neben den bereits genannten Metallen bzw. Legierungen eignen sich hier z.B. auch keramische Materialien.The contact clip 4 preferably consists of a thermally and electrically highly conductive material, such as copper, aluminum or an alloy of these metals. Accordingly, there is the heat sink 5 preferably made of at least thermally highly conductive materials. In addition to the metals or alloys already mentioned, ceramic materials are also suitable here, for example.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement 1 ist in 2 im Querschnitt dargestellt.Another inventive semiconductor device 1 is in 2 shown in cross section.

Dieses Bauelement weist entsprechend dem in 1 dargestellten Halbleiterbauelement einen Halbleiterchip 2, der an einem Gehäuse 7 angeordnet ist, sowie ein aus dem Gehäuse herausragendes Anschlussbein 3a auf. Der Halbleiterchip ist mit einem seiner Anschlüsse mittels eines Kontaktbügels 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussbein 3a verbunden. Der Halbleiterchip 2 sitzt auf einem Chipträger 3b, wobei Kontaktbügel 4 und Chipträger 3b in dem Beispiel auf gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterchips 2 angeordnet sind.This device has according to the in 1 shown semiconductor device a semiconductor chip 2 which is attached to a housing 7 is arranged, and a protruding from the housing connecting leg 3a on. The semiconductor chip is connected to one of its terminals by means of a contact clip 4 electrically conductive with the connecting leg 3a connected. The semiconductor chip 2 sits on a chip carrier 3b , where contact bracket 4 and chip carrier 3b in the example on opposite sides of the semiconductor chip 2 are arranged.

Der Halbleiterchip 2 ist mit einem seiner Anschlüsse mittels eines Kontaktbügels 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussbein 3a verbunden.The semiconductor chip 2 is with one of its connections by means of a contact clip 4 electrically conductive with the connecting leg 3a connected.

Der Kontaktbügel 4 ragt zumindest abschnittweise aus dem Gehäuse 7 des Halbleiterbauelementes 1 hervor. Somit steht der Kontaktbügel 4 mit dem das Halbleiterbauelement umgebende Medium, typischerweise Luft, in thermischem Kontakt. Die beim Betrieb des Halbleiterbauelementes 1 im Halbleiterchip 2 anfallende Verlustwärme kann damit über den Kontaktbügel 4 an die Umgebung des Halbleiterbauelementes 1 abgegeben werden.The contact clip 4 protrudes at least in sections from the housing 7 of the semiconductor device 1 out. Thus stands the contact clip 4 with the medium surrounding the semiconductor device, typically air, in thermal contact. The during operation of the semiconductor device 1 in the semiconductor chip 2 resulting heat loss can thus on the contact bracket 4 to the environment of the semiconductor device 1 be delivered.

Der Kontaktbügel 4 liegt auf demselben elektrischen Potential wie das Anschlussbein 3a. Daher eignet sich das Halbleiterbauelement 1 insbesondere zur Realisierung von Leistungs-MOSFETs oder Leistungs-IGBTs, bei denen das Anschlussbein 3a den Source-Anschluss darstellt, wenn der Leistungs- MOSFET oder Leistung-IGBT in einer Schaltung eingesetzt werden soll, bei der der Source-Anschluss des Bauelements auf Masse liegt.The contact clip 4 is at the same electrical potential as the connection leg 3a , Therefore, the semiconductor device is suitable 1 in particular for the realization of power MOSFETs or power IGBTs in which the connection leg 3a represents the source terminal when the power MOSFET or power IGBT is to be used in a circuit in which the source terminal of the device is grounded.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement 1 ist in 3 gezeigt. Es weist einen Halbleiterchip 2 auf, der zumindest einen Abschnitt 2a umfasst, welcher aus dem Gehäuse 7 des Halbleiterbauelementes 1 hervorragt. Dadurch wird ein Teil der im Halbleiterchip 2 anfallenden Verlustwärme unmittelbar von diesem an die Umgebung des Halbleiterbauelements 1, beispielsweise an Luft, abgegeben.Another inventive semiconductor device 1 is in 3 shown. It has a semiconductor chip 2 on, the at least one section 2a comprising, which from the housing 7 of the semiconductor device 1 protrudes. This will be a part of the semiconductor chip 2 resulting heat loss directly from this to the environment of the semiconductor device 1 , for example, in air.

Um die Kühlwirkung zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn das Halbleiterbauelement 1 strukturiert ist. Die Strukturierung ist bevorzugt ähnlich den Kühlrippen eines Kühlkörpers ausgebildet, um eine möglichst große Oberfläche des Halbleiterchips 2 zu erhalten, über die das Halbleiterbauelement 1 in thermischem Kontakt mit der Umgebung steht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen die Abschnitte 2a des Halbleiterchips 2 hinsichtlich Form und Funktion den Kühlrippen eines Kühlkörpers.In order to improve the cooling effect, it is advantageous if the semiconductor component 1 is structured. The structuring is preferably formed similar to the cooling fins of a heat sink to the largest possible surface of the semiconductor chip 2 to get over which the semiconductor device 1 is in thermal contact with the environment. In the present embodiment, the sections correspond 2a of the semiconductor chip 2 in terms of shape and function, the cooling fins of a heat sink.

Die Abschnitte 2a des Halbleiterchips 2 sind bevorzugt aus Halbleitermaterial gebildet und weisen besonders bevorzugt eine oder mehrere Schutzschichten auf, um eine Beschädigung des Halbleiterchips 2, beispielsweise durch eindringende Feuchtigkeit, zu vermeiden. Als Schutzschichten kommen beispielsweise Oxidschichten, Nitridschichten oder Metallisierungen in Betracht. Ebenso können auch organische Schichten (z.B. Poly-Imide oder Nano-Composites) eingesetzt werden. Ist insbesondere die oberste Schutzschicht elektrisch leitend, so kann sie entweder elektrisch gegenüber den Anschlüssen des Halbleiterchips isoliert sein oder aber auf dem elektrischen Potential eines der Anschlüsse des Halbleiterchips 2 liegen.The sections 2a of the semiconductor chip 2 are preferably formed of semiconductor material and more preferably have one or more protective layers to damage the semiconductor chip 2 To avoid, for example by penetrating moisture. Suitable protective layers are, for example, oxide layers, nitride layers or metallizations. Likewise, organic layers (eg poly-imides or nano-composites) can be used. In particular, if the uppermost protective layer is electrically conductive, then it can either be insulated electrically with respect to the terminals of the semiconductor chip or else at the electrical potential of one of the terminals of the semiconductor chip 2 lie.

Zwischen den Abschnitten 2a des Halbleiterchips 2 sind Vertiefungen 9 ausgebildet, die bevorzugt an ihrer dem Halbleiterchip zugewandten Seite mit einer Spritz- oder Vergussmasse, bevorzugt der Masse, aus der das Gehäuse 7 des Halbleiterbauelements 1 gebildet ist, teilweise ausgefüllt sind.Between the sections 2a of the semiconductor chip 2 are depressions 9 formed, which preferably on its semiconductor chip side facing with a spray or potting compound, preferably the mass from which the housing 7 of the semiconductor device 1 is formed, partially filled.

Auf seiner den Abschnitten 2a abgewandten Seite weist der Halbleiterchip 2 Anschlussbeine 3a, 3b und 3c auf. In dem Halbleiterchip 2 kann insbesondere ein MOSFET oder IGBT integriert sein, wobei die Anschlussbeine 3a, 3b, 3c dann die Drain-, Source- und Gate-Anschlüsse dieses MOSFETs bzw. IGBTs bilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Abschnitte 2a vollmetallisch ausgebildet oder mit einer Metallisierung versehen und liegen auf dem Drain-Potential eines p-Kanal oder dem Source-Potential eines n-Kanal MOSFETs bzw. IGBTs.On his sections 2a remote side, the semiconductor chip 2 connecting legs 3a . 3b and 3c on. In the semiconductor chip 2 In particular, a MOSFET or IGBT can be integrated, wherein the connecting legs 3a . 3b . 3c then the drain, source and gate terminals of this MOSFET or IGBTs form. According to a preferred embodiment, the sections are 2a formed fully metallized or provided with a metallization and are at the drain potential of a p-channel or the source potential of an n-channel MOSFETs or IGBTs.

Eine weitere Möglichkeit zur effizienten Kühlung eines Halbleiterbauelementes ist in 4 dargestellt. Das Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterchip 2, der an einem Gehäuse 7 angeordnet ist, ein aus dem Gehäuse 7 herausragendes Anschlussbein 3a, das elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip 2 verbunden ist, sowie einen Chipträger 3b, auf den der Halbleiterchip 2 aufgebracht ist. Der Halbleiterchip 2 ist auf einen Abschnitt des Chipträgers 3b aufgebracht, der an einer ersten Seite aus dem Gehäuse 7 herausragt. Der Chipträger 3b umfasst weiterhin einen Kühlkörperabschnitt 5 mit Kühlrippen 5a, die sich durch das Gehäuse 7 erstrecken, und die an einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 7 aus diesem herausragen. Die Kühlrippen 5a verlaufen in dem Beispiel senkrecht zu dem Trägerabschnitt, auf den der Halbleiterchip 2 aufgebracht ist.Another possibility for the efficient cooling of a semiconductor component is in 4 shown. The semiconductor device 1 includes a semiconductor chip 2 which is attached to a housing 7 is arranged, one from the housing 7 outstanding connection leg 3a that is electrically conductive with the semiconductor chip 2 connected, as well as a chip carrier 3b to which the semiconductor chip 2 is applied. The semiconductor chip 2 is on a section of the chip carrier 3b applied to the first side of the housing 7 protrudes. The chip carrier 3b further includes a heat sink section 5 with cooling fins 5a moving through the case 7 extend, and on one of the first side opposite side of the housing 7 stand out from this. The cooling fins 5a run in the example perpendicular to the support portion, to which the semiconductor chip 2 is applied.

Das Gehäuse 7 besteht beispielsweise aus einer Spritz- oder Vergussmasse und umgibt den Halbleiterchip 2 vollständig, sowie das Anschlussbein 3a und den Chipträger 3b mit den Kühlrippen 5a teilweise. Insbesondere der Raum zwischen den Kühlrippen 5a ist teilweise mit Vergussmasse aufgefüllt. Die.The housing 7 consists for example of a spray or potting compound and surrounds the semiconductor chip 2 completely, as well as the connecting leg 3a and the chip carrier 3b with the cooling fins 5a partially. In particular, the space between the cooling fins 5a is partially filled with potting compound. The.

Kühlrippen 5a erhöhen die Oberfläche des Chipträgers 3b der wie das Anschlussbein 3a zur Kontaktierung des Halbleiterchips dienen kann und der hierfür elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip 2 verbunden ist.cooling fins 5a increase the surface of the chip carrier 3b like the connecting leg 3a can serve for contacting the semiconductor chip and this for electrically conductive with the semiconductor chip 2 connected is.

Die 5a, 5b und 5c zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelementes 1, bei dem ein Halbleiterchip 2 auf einem Chipträger 3b angeordnet und thermisch mit diesem gekoppelt ist. Neben seiner den Halbleiterchip 2 tragenden Funktion übernimmt der Chipträger 3b auch eine Kühlfunktion zur Abgabe von Verlustwärme an die Umgebung des Halbleiterbauelementes 1.The 5a . 5b and 5c show an embodiment of a semiconductor device 1 in which a semiconductor chip 2 on a chip carrier 3b arranged and thermally coupled thereto. In addition to his the semiconductor chip 2 The chip carrier assumes the supporting function 3b also a cooling function for emitting heat loss to the environment of the semiconductor device 1 ,

5a stellt eine Seitenansicht des Halbleiterbauelementes 1 von der in 5b gezeigten Ebene A-A' dar, 5b einen Querschnitt in einer in 5a gezeigten Ebene B-B' und 5c einen Horizontalschnitt durch die Ebene C-C' aus 5a bzw. durch die Ebene D-D'aus 5b. 5a represents a side view of the semiconductor device 1 from the in 5b represented level AA ', 5b a cross section in an in 5a shown level BB 'and 5c a horizontal section through the plane CC 'from 5a or through the level D-D'aus 5b ,

Der Chipträger 10 ist als Anschlussbein 3a ausgebildet, elektrisch leitend mit einem Anschluss, bevorzugt einem Lastanschluss, des Halbleiterchips 2 verbunden und weist Abschnitte 10a auf, die aus dem Gehäuse 7 des Halbleiterbauelementes 1 herausragen und zur Abgabe von im Halbleiterchip 2 anfallender Verlustwärme an das das Halbleiterbauelement 1 umgebende Medium, insbesondere Luft, dienen.The chip carrier 10 is as a connecting leg 3a formed, electrically conductive with a terminal, preferably a load terminal of the semiconductor chip 2 connected and has sections 10a on, coming out of the case 7 of the semiconductor device 1 protrude and for delivery in the semiconductor chip 2 resulting loss of heat to the semiconductor device 1 surrounding medium, in particular air, serve.

Zwei weitere Anschlussbeine 3b und 3c sind beispielsweise als weiterer Lastanschluss bzw. als Steueranschluss ausgebildet. Ist das Halbleiterbauelementen 1 z.B. als n-Kanal MOSFET oder IGBT ausgebildet, so sind der Chipträger 10 und das Anschlussbein 3a bei einem n-Kanal MOSFET oder IGBT bevorzugt mit dessen Source-Anschluss, bei einem p-Kanal MOSFET oder IGBT bevorzugt mit dem Drain-Anschluss des Halbleiterchips 2 elektrisch verbunden.Two more connecting legs 3b and 3c are designed, for example, as a further load connection or as a control connection. Is this semiconductor devices 1 For example, formed as an n-channel MOSFET or IGBT, so are the chip carrier 10 and the connecting leg 3a in an n-channel MOSFET or IGBT preferably with its source terminal, in a p-channel MOSFET or IGBT preferably with the drain terminal of the semiconductor chip 2 electrically connected.

Bei allen erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementen 1 ist es vorteilhaft, wenn eine Komponente, die die Verlustwärme des Halbleiterchips 2 an die das Halbleiterbauelement 1 umgebende Medium abführt, also beispielsweise ein Kühlkörper 5, ein Kontaktbügel 4 oder die Metallisierung 2a eines Halbleiterchips 2, mit dem niedrigeren der elektrischen Potentiale der Lastanschlüsse des Halbleiterbauelementes 1 elektrisch leitend verbunden ist. Bei typischen Schaltungsanordnungen von MOSFETs oder IGBTs weist das niedrigste Lastpotential bei n-Kanal-Typen der Source-Anschluss bzw. bei p-Kanal-Typen der Drain-Anschluss auf.In all semiconductor devices according to the invention 1 It is advantageous if a component containing the heat loss of the semiconductor chip 2 to which the semiconductor device 1 surrounding medium dissipates, so for example a heat sink 5 , a contact clip 4 or the metallization 2a a semiconductor chip 2 , with the lower of the electrical potentials of the load terminals of the semiconductor device 1 is electrically connected. In typical circuit arrangements of MOSFETs or IGBTs, the lowest load potential has the source terminal for n-channel types or the drain terminal for p-channel types.

Jedes der in den obigen Ausführungsbeispielen dargestellten Anschlussbeine 3a, 3b, und 3c kann bei allen erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementen 1 beliebig geformt, beispielsweise stiftförmig, pinförmig, flächig, gerade oder gebogen ausgebildet sein.Each of the connection legs shown in the above embodiments 3a . 3b , and 3c can in all semiconductor devices according to the invention 1 be formed arbitrarily, for example, pin-shaped, pin-shaped, flat, straight or curved.

11
HalbleiterbauelementSemiconductor device
22
HalbleiterchipSemiconductor chip
2a2a
Abschnitt des Halbleiterchipssection of the semiconductor chip
3a-c3a-c
Anschlussbeinconnecting leg
3b3b
Chipträgerchip carrier
44
Kontaktbügelcontact bow
55
Kühlkörperheatsink
5a5a
Abschnitt des Kühlkörperssection of the heat sink
66
Bonddrahtbonding wire
77
Gehäusecasing
88th
Isolationsschichtinsulation layer
99
Vertiefungdeepening
1010
Chipträgerchip carrier
10a10a
Abschnitt des Chipträgerssection of the chip carrier

Claims (15)

Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse (7), einem Halbleiterchip (2), einem aus dem Gehäuse (7) herausragendem Anschlussbein (3a) und mit einem Kontaktbügel (4), wobei – der Halbleiterchip (2) und das Anschlussbein (3a) mittels des Kontaktbügels (4) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und – der Kontaktbügel (4) mit einem Kühlkörper (5), der zumindest abschnittweise aus dem Gehäuse (7) herausragt, in thermischem Kontakt steht.Semiconductor device with a housing ( 7 ), a semiconductor chip ( 2 ), one out of the housing ( 7 ) outstanding connecting leg ( 3a ) and with egg nem contact bracket ( 4 ), wherein - the semiconductor chip ( 2 ) and the connecting leg ( 3a ) by means of the contact clip ( 4 ) are electrically conductively connected to each other, and - the contact clip ( 4 ) with a heat sink ( 5 ), at least in sections from the housing ( 7 protrudes, is in thermal contact. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der Kontaktbügel (4) und der Kühlkörper (5) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.Semiconductor component according to Claim 1, in which the contact clip ( 4 ) and the heat sink ( 5 ) are electrically connected to each other. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der Kontaktbügel (4) und der Kühlkörper (5) elektrisch voneinander isoliert sind.Semiconductor component according to Claim 1, in which the contact clip ( 4 ) and the heat sink ( 5 ) are electrically isolated from each other. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kontaktbügel (4) und der Kühlkörper (5) einstückig ausgebildet sind.Semiconductor component according to Claim 1 or 2, in which the contact clip ( 4 ) and the heat sink ( 5 ) are integrally formed. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kontaktbügel (4) zumindest abschnittweise zwischen dem Halbleiterchip (2) und dem Kühlkörper (5) angeordnet ist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, in which the contact clip ( 4 ) at least in sections between the semiconductor chip ( 2 ) and the heat sink ( 5 ) is arranged. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (5) zumindest abschnittweise Kühlrippen (5a) aufweist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, in which the heat sink ( 5 ) at least in sections cooling fins ( 5a ) having. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterchip (2) auf einen Chipträger (3b) aufgebracht ist, der aus dem Gehäuse (7) herausragt.Semiconductor component according to one of the preceding claims, in which the semiconductor chip ( 2 ) on a chip carrier ( 3b ) is applied, which from the housing ( 7 ) stands out. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Kontaktbügel (4) und der Chipträger (3b) auf gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterchips (2) angeordnet sind.Semiconductor component according to one of the preceding claims, in which the contact clip ( 4 ) and the chip carrier ( 3b ) on opposite sides of the semiconductor chip ( 2 ) are arranged. Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse (7), einem Halbleiterchip (2), einem aus dem Gehäuse (7) herausragenden Anschlussbein (3a) und mit einem Kontaktbügel (4), wobei – der Halbleiterchip (2) und das Anschlussbein (3a) mittels des Kontaktbügels (4) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und – der Kontaktbügel (4) wenigstens abschnittsweise aus dem Gehäuse (7) herausragt.Semiconductor device with a housing ( 7 ), a semiconductor chip ( 2 ), one out of the housing ( 7 ) outstanding connecting leg ( 3a ) and with a contact clip ( 4 ), wherein - the semiconductor chip ( 2 ) and the connecting leg ( 3a ) by means of the contact clip ( 4 ) are electrically conductively connected to each other, and - the contact clip ( 4 ) at least in sections from the housing ( 7 ) stands out. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, bei dem der aus dem Gehäuse (7) herausragende Abschnitt des Kontaktbügels (4) zumindest abschnittweise flächig ausgebildet ist.A semiconductor device according to claim 9, wherein the out of the housing ( 7 ) outstanding section of the contact clip ( 4 ) is formed at least in sections flat. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem der Halbleiterchip (2) auf einen Chipträger (3b) aufgebracht ist, der aus dem Gehäuse (7) herausragt.Semiconductor component according to one of Claims 9 or 10, in which the semiconductor chip ( 2 ) on a chip carrier ( 3b ) is applied, which from the housing ( 7 ) stands out. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, bei dem der Chipträger (3b) und der Kontaktbügel (4) auf gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterchips (2) angeordnet sind.Semiconductor component according to Claim 11, in which the chip carrier ( 3b ) and the contact clip ( 4 ) on opposite sides of the semiconductor chip ( 2 ) are arranged. Halbleiterbauelement mit einem Gehäuse (7) und einem Halbleiterchip (2), der zumindest einen Abschnitt (2a) aufweist, der aus dem Gehäuse (7) herausragt.Semiconductor device with a housing ( 7 ) and a semiconductor chip ( 2 ), at least one section ( 2a ), which from the housing ( 7 ) stands out. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, bei dem der zumindest eine aus dem Gehäuse (7) herausragende Abschnitt (2a) eine Metallisierung aufweist.Semiconductor component according to claim 13, wherein the at least one of the housing ( 7 ) outstanding section ( 2a ) has a metallization. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das als SMD-Halbleiterbauelement ausgebildet ist.Semiconductor component according to one of the preceding Claims, which is designed as an SMD semiconductor device.
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