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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.






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