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    Ein Halbleiterbauelement umfaßt: eine Leiterplatte mit einem Substrat mit einem ersten Leitermuster auf einer ersten Hauptfläche und einem zweiten Leitermuster auf der zweiten Hauptfläche, einen Halbleiterchip, der über das erste Leitermuster mit der ersten Hauptfläche der Leiterplatte verbunden ist, und eine Radiatorbasis, die über eine Lotschicht und das zweite Leitermuster mit der zweiten Hauptfläche der Leiterplatte verbunden ist, um in dem Halbleiterchip erzeugte Wärme an eine Wärmeableiteinrichtung auf der dem zweiten Leitermuster abgewandten Seite der Radiatorbasis abzuleiten. Die Radiatorbasis besteht aus einem Stoff mit anisotroper thermischer Leitfähigkeit, derart, daß die thermische Leitfähigkeit der Radiatorbasis senkrecht zur Verbindungsebene zwischen ihr und der Leiterplatte größer ist als längs der Verbindungsebene. Der Unterschied zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Radiatorbasis längs der Verbindungsebene und dem des Substrats längs der Verbindungsebene ist gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert und niedrig genug, um einen Bruch der Lotschicht aufgrund zwischen der Radiatorbasis und der Leiterplatte auftretender thermischer Spannung zu verhindern.
    公开号:DE102004021075A1
    申请号:DE102004021075
    申请日:2004-04-29
    公开日:2004-12-02
    发明作者:Eiji Mochizuki；Yoshitaka Nishimura
    申请人:Fuji Electric Device Technology Co Ltd；
    IPC主号:H01L23-36
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einerLeiterplatte, einem Halbleiterchip auf einer Seite der Leiterplatteund einer Radiatorbasis auf der anderen Seite der Halbleiterplattezur Abführungder in dem Halbleiterchip erzeugten Wärme. Die vorliegende Erfindungbezieht sich feiner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchenHalbleiterbauelements. Insbesondere bezieht sich die Erfindung aufein Halbleiterbauelement, bei dem die Leiterplatte und die Radiatorbasisdurch Lötenmiteinander verbunden sind, sowie auf ein Verfahren zur Herstellungeines derartigen Halbleiterbauelements.
    [0002] InVerbindung mit in der letzten Zeit erfolgen Verbesserungen der Leistungsfähigkeitvon Halbleiterbauelementen in elektronischen Geräten, nimmt die von den Halbleiterbauelementenerzeugte Wärmezu. Zur Abführungder erzeugen Wärmeverwendet man Kühlkörper unddergleichen externe Wärmeabführeinrichtungen. 8 zeigt eine Querschnittsansichteines herkömmlichenHalbleiterbauelements mit solch einer Wärmeabführungseinrichtung.
    [0003] Gemäß 8 enthält das dort gezeigte herkömmlicheHalbleiterbauelement 101 eine Leiterplatte 110, einenWärme erzeugendenChip 102 (nachfolgen auch "Siliziumchip" oder "Halbleiterchip" genannt), etwa einen IGBT mit einerFWD (Freilaufdiode), der auf die eine Hauptfläche der Leiterplatte 110 aufgelötet ist,und eine Radiatorbasis 103 zur Wärmeableitung, die auf die andereHauptflächeder Leiterplatte 110 aufgelötet ist. Die Leiterplatte 110 enthält ein isolierendesSubstrat 111, auf dem Leitermuster (Schaltungsmuster) 112 und 113 auseiner Kupfer- oder Aluminiumfolie ausgebildet sind. Die Radiatorbasis 103 bestehtaus einer Kupferplatte oder dergleichen Metallplatte. Der Begriff "Radiatorbasis", wie er in diesemText verwendet wird, bezeichnet nicht etwa ein selbst wärmeabstrahlendesElement, sondern vielmehr ein Verbindungsglied zwischen der Wärmequelle(Leiterplatte bzw. Chip) und einem Kühlkörper (Radiator) oder eineranderen Wärmeabführeinrichtung.
    [0004] DieLeiterplatte 110 wird dadurch hergestellt, daß die Leitermuster 112 und 113 mitden Hauptflächen desSubstrats 111 durch sogenanntes direktes Bonden oder aktivesMetallbonden verbunden werden. Der Halbleiterchip 102 wirdauf das Leitermuster 112 auf der ersten Hauptfläche desSubstrats 111 aufgelötet.Die Radiatorbasis 103 wird auf das Leitermuster 113 aufder zweiten Hauptflächedes Substrats 111 aufgelötet. Daher befindet sich eineLotschicht 114 zwischen dem Halbleiterchip 102 undder Leiterplatte 110. Eine Lotschicht 115 befindetsich zwischen der Leiterplatte 110 und der Radiatorbasis 103.
    [0005] Wieoben beschrieben, besitzt das herkömmliche Halbleiterbauelement 101 einenLaminataufbau, bei dem ein isolierendes Substrat (genauer gesagteine Leiterplatte) und eine Radiatorbasis, deren thermische Ausdehnungskoeffizientenverschieden sind, miteinander verlötet sind. Infolge des Unterschiedsder thermischen Ausdehnung zwischen den verschiedenen Bestandteilengemäß Darstellungin Tabelle 1 ergibt sich bei der Radiatorbasis 103 einekonvexe Wölbung,wie in 9 gezeigt, unmittelbarnach Zusammenbau des Halbleiterbauelements oder Montage desselbenin einem elektronischen Gerät. Tabelle1
    [0006] 11 zeigt zwei Kurven imVergleich die Größe der Wölbung Δt (μm) über derZeit (h) fürden Fall einer Radiatorbasis, die mittels eines bleihaltigen Lotsmit einer Leiterplatte verbunden ist, und den Fall einer Radiatorbasis,die mittels eines bleifreien Lots mit einer Leiterplatte verbundenist. Das bleihaltige Lot enthält alsBasis Zinn (Sn) und 60 Gewichts-% Blei (Pb). Das bleifreie Lot enthält als BasisZinn (Sn) und 5 Gewichts-% Antimon (Sb).
    [0007] Wieaus 11 ersichtlich,nimmt im Fall des bleihaltigen Lots die Wölbung nach geraumer Zeit wieder abweil das bleihaltige Lot kriecht und die darin gebildete thermischeSpannung entlastet.
    [0008] Wennein starres bleifreies Sn-Lot zwischen der Leiterplatte und derRadiatorbasis verwendet wird, um die modernen Forderungen des Umweltschutzeszu erfüllen,bleibt die durch das Lötenin der Radiatorbasis verursachte Wölbung als konvexe Deformationerhalten, da sich das Lot kaum durch Kriechen verformt. Die vonden Erfindern durchgeführtenExperimente haben bestätigt,daß dieGröße (Δt in 9) der Wölbung bei einer Radiatorbasis 103 bestehendaus einer Kupferplatte mit einer Länge zwischen 90 mm und 110mm, einer Breite zwischen 43 mm und 60 mm und einer Dicke von 3mm zwischen 0,3 mm und 0,7 mm liegt, was sehr groß ist.
    [0009] Beieiner so starken Wölbungist es unmöglich,bei den Montageschritten nach dem Lötschritt die gewünschte Montagepräzision zuerzielen. Beim Einsatz des Halbleiterbauelements 101 wirddie Radiatorbasis 103 mit einer Wärmeableiteinrichtung 120 etwain Form eines Kühlkörpers mitKühlrippenverbunden. Wenn die Radiatorbasis konvex gekrümmt ist, ergibt sich ein Spaltzwischen dem Halbleiterbauelement 101 und der Wärmeableiteinrichtung 120,wodurch die Kontaktflächezwischen beiden verringert wird. Als Folge davon nimmt der thermischeKontaktwiderstand zu, womit die Ableitung der im Halbleiterchip 102 erzeugtenWärme verschlechtertwird und schließlichder Halbleiterchip 102 infolge zu hoher Temperatur beschädigt werden kann.
    [0010] DieAnforderungen an die Zuverlässigkeitvon Halbleiterbauelementen fürden Einsatz in Fahrzeugen in Wärmzyklustestssind gestiegen. Die Lebensdauer des Halbleiterbauelements in den Wärmezyklustests wirdwesentlich von der Lebensdauer der Lotschicht zwischen der Leiterplatteund der Radiatorbasis bestimmt, da der Unterschied der thermischenAusdehnung zwischen den verlötetenElementen (der Leiterplatte und der Radiatorbasis) eine thermischeSpannung in der Lotschicht hervorruft, was diese letztlich beschädigt. Daher istes wünschenswert,derartige thermische Spannung zu vermeiden und den Wirkungsgradder thermischen Leitung zu verbessern.
    [0011] Esist andererseits unvermeidlich, das Gewicht von Halbleiterbauelementenfür dieVerwendung in Fahrzeugen zu verringern, so daß die Anforderungen nach leichtgewichtigenHalbleiterbauelementen fürFahrzeugeinsatz eingehalten werden müssen.
    [0012] Umdiese Bedingungen zu erfüllenist aus der JP 2001-58255 A eine Technik bekannt, die plattenförmige Metallverbundformkörper aufKarbonbasis dadurch herstellt, daß die Schmelze von Aluminium,Kupfer, Silber oder einer Legierung dieser Metalle unter Druck zurImprägnierungeines Karbonformkörpers,der Karbonpartikel oder Karbonfasern mit Graphitkristallen enthält, verwendetwird, und diese Verbundkörperdann auf die Leiterplatte aufgelötetwerden, auf der Schaltungsteile und Komponenten montiert sind. DieseTechnik verhindert einen Bruch der Verbindungsstellen aufgrund vonthermischer Spannung durch Benutzung eines Substrats mit geringemGewicht, hoher thermischer Leitfähigkeit,geringer Elastizitätsenkrecht zur Hauptfläche undausgezeichneter mechanischer Bearbeitbarkeit.
    [0013] Alternativist aus der JP 11-54677 (1999) A eine Technik bekannt, die die thermischeLeitfähigkeiteines Wärmeableit-Karbonverbundkörpers unddessen Festigkeit dadurch verbessert, daß ein plattenförmiger Karbonverbundkörper, derKarbonfasern enthält,die in Dickenrichtung der Karbonmatrix ausgerichtet sind, mit einemflüssigenHärtungsmittelimprägniertwird.
    [0014] EineRadiatorbasis aus einem mit kurzen Karbonfasern verstärkten Karbonverbundkörper, dereine Anisotropie der thermischen Leitfähigkeit besitzt, ist in derJP 2001-39777 A offenbart.
    [0015] Diegenannten Druckschritten offenbaren jedoch keinerlei Einzelheitender Technik, die die Verbesserung der Wärmeableitung ermöglicht,eine Deformation infolge thermischer Spannung in den Verbindungsstellenverhindert und ein Halbleiterbauelement mit ausgezeichneten Leistungswertenbereitstellt.
    [0016] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement zu schaffen,bei dem die Wärmeableitungverbessert ist, eine Deformation infolge einer thermischen Spannungin seinen Verbindungsstellen verhindert ist, eine bestimmte Montagepräzision über dengesamten Herstellungsprozeß gewährleistetist, die Zuverlässigkeitverbessert ist und dessen Gewicht vorzugsweise verringert ist. Aufgabeder Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Herstellung solcheines Halbleiterbauelements zu schaffen.
    [0017] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß durchein Halbleiterbauelement gemäß Patentanspruch1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß Patentanspruch 7 gelöst. VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
    [0018] Dasisolierende Substrat sowie das erste und das zweite Leitermusterauf der einen bzw. der anderen Hauptfläche des Substrats bilden zusammeneine Leiterplatte. Der Halbleiterchip ist mit der Leiterplatte durch Löten verbunden.Alternativ kann der Halbleiterchip direkt durch Verschweißen einesTeiles desselben mit der Leiterplatte verbunden werden.
    [0019] Für die Radiatorbasiswird ein Stoff mit anisotroper thermischer Leitfähigkeit eingesetzt. Durch Ausrichtungdieses Stoffs fürdie Radiatorbasis in einer solchen Weise, daß deren thermische Leitfähigkeitsenkrecht zur Verbindungsebene zwischen der Radiatorbasis und derLeiterplatte (das heißtin Dickenrichtung der Radiatorbasis) größer ist als längs derVerbindungsebene, wird die in der Leiterplatte erzeugte Wärme wirksam zurexternen Wärmeableiteinrichtunggeleitet.
    [0020] DurchEinstellen des Unterschieds zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizientender Radiatorbasis längsder Verbindungsebene zwischen ihr und der Leiterplatte und dem thermischenAusdehnungskoeffizienten des isolierenden Substrats längs derVerbindungsebene derart, daß ergleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird verhindert,daß dieLotschicht infolge der thermischen Spannung beschädigt wird, diezwischen der Radiatorbasis und der Leiterplatte auftritt.
    [0021] AlsErgebnis wird eine Deformation des Verbindungsabschnitts infolgethermischer Spannung vermindert oder verhindert. Daher wird dasWärmeableitvermögen desHalbleiterbauelements verbessert, die Montagepräzision beim Herstellungsprozeß wird verbessert,und die Zuverlässigkeitdes Halbleiterbauelements wird ebenfalls verbessert.
    [0022] Somitwird verhindert, daß einBrechen oder eine Beschädigungder Lotschicht zwischen der Radiatorbasis und der Leiterplatte auftrittund die Aufgabe der Erfindung gelöst. Durch Verhindern einerDeformation der Lotschicht zwischen der Radiatorbasis und der Leiterplatte,wird zugleich verhindert, daß derVerbindungsabschnitt zwischen dem Halbleiterchip und der Leiterplattebricht.
    [0023] ZurVerbesserung des Wärmeableitwirkungsgradsdes oben beschriebnen Aufbaus ist es günstig, die von der Leiterplattekommende Wärmelängs derVerbindungsebene vor der Radiatorbasis zu verteilen, um die Leitfläche für von derRadiatorbasis geleitete Wärmezur externen Wärmeableiteinrichtungzu vergrößern. Bei derWeiterbildung gemäß Anspruch5 wird die vom Halbleiterchip erzeugte Wärme vor Erreichen der Radiatorbasislängs derVerbindungsebene verteilt, und die Wärmeableitfläche in der Radiatorbasis erweitert.Durch Ausnutzung der anisotropen thermischen Leitung der Radiatorbasiswird die Wärmerasch von der Radiatorbasis zur externen Wärmeableiteinrichtung geleitet.Als Folge davon wird der Ableitwirkungsgrad für die in dem Halbleiterchiperzeugte Wärmeverbessert.
    [0024] Gemäß dem beanspruchtenHerstellungsverfahren werden der Halbleiterchip und die Radiatorbasis gleichzeitig über dasauf der Leiterplatte ausgebildete erste bzw. das zweite Leitermustermit der Leiterplatte verlötet.Beim Stand der Technik wird ein Halbleiterchip mit einer Leiterplatteverbunden und dann eine Radiatorbasis mit der Leiterplatte verbunden,die bereits mit dem Halbleiterchip verbunden ist, und zwar wegendes oben beschriebenen Problems der Zerstörung des Verbindungs abschnittsinfolge der thermisch bedingten Deformation. Dadurch, daß das Halbleiterbauelementmit einer Struktur versehen wird, durch die eine solche Deformationverhindert wird, wird es möglich,den Halbleiterchip und die Radiatorbasis gleichzeitig mit der Leiterplattezu verlöten.
    [0025] Daserfindungsgemäße Herstellungsverfahrenist daher insbesondere nützlichzur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung mit einem hohenHerstellungswirkungsgrad.
    [0026] BevorzugteAusführungsbeispieleder Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Eszeigen:
    [0027] 1 eine schematische Querschnittsansichteines Halbleiterbauelements gemäß einemAusführungsbeispielder Erfindung,
    [0028] 2 eine graphische Darstellungdes Temperaturanstiegs des Halbleiterchips in Abhängigkeitvon der Dicke des Kupferleitermusters auf einem isolierenden Substrataus Aluminiumoxid mit einer Dicke von 0,25 mm,
    [0029] 3 eine graphische Darstellungdes Temperaturanstiegs des Halbleiterchips in Abhängigkeitvon der Dicke des Kupferleitermusters auf einem Substrat aus Aluminiumoxidmit einer Dicke von 0,32 mm,
    [0030] 4 eine graphische Darstellungdes Temperaturanstiegs des Halbleiterchips in Abhängigkeitvon der Dicke des Kupferleitermusters auf einem Substrat aus Aluminiumoxidmit einer Dicke von 0,635 mm,
    [0031] 5 eine graphische Darstellungder Dicke des Kupferleitermusters über der Dicke des Aluminiumoxid-Substratszum Erhalt der Leitermusterdicke, bei der der Temperaturanstiegim Halbleiterchip so niedrig ist wie beim herkömmlichen Aufbau,
    [0032] 6 eine graphische Darstellungdes Temperaturanstiegs des Halbleiterchips in Abhängigkeitvon der Dicke des Kupferleitermusters auf einem Substrat aus Aluminiumnitridmit einer Dicke von 0,635 mm,
    [0033] 7 eine graphische Darstellungdes Temperaturanstiegs des Halbleiterchips in Abhängigkeitvon der Dicke des Kupferleitermusters auf einem Substrat aus Siliziumnitridmit einer Dicke von 0,635 mm,
    [0034] 8 eine Querschnittsansichteines herkömmlichenHalbleiterbauelements mit einer externen Wärmeableiteinrichtung,
    [0035] 9 eine Querschnittsansichtzur Erläuterungvon Problemen, die bei dem herkömmlichenHalbleiterbauelement auftreten,
    [0036] 10 eine andere Querschnittsansichtzur Erläuterungvon Problemen, die bei dem herkömmlichen Halbleiterbauelementauftreten, und
    [0037] 11 Kurven zur Erläuterungder Probleme, die bei dem herkömmlichenHalbleiterbauelement auftreten.
    [0038] Dasin 1 gezeigte Ausführungsbeispieleines Halbleiterbauelements 1 enthält eine Leiterplatte 10, einenHalbleiterchip 2 auf einer ersten Hauptfläche derLeiterplatte 10 und eine Radiatorbasis 3 auf derzweiten Hauptflächeder Leiterplatte 10. Bei Montage des Halbleiterbauelements 1 ineinem elektronischen Gerätwird die Radiatorbasis 3 an einem nicht gezeigten Kühlkörper (einerexternen Wärmeableiteinrichtung)mit Kühlrippenangebracht. Beim Betrieb des elektronischen Geräts wird die von dem Halbleiterchip 2 erzeugteWärme vonder Leiterplatte 10 überdie Radiatorbasis 3 zum Kühlkörper geleitet und von diesemabgeführt.
    [0039] DieLeiterplatte 10 enthältein isolierendes Substrat 11 aus Aluminiumoxid (Keramiksubstrat),ein Leitermuster 12 auf der ersten Hauptfläche desSubstrats 11 und ein Leitermuster 13 auf der zweitenHauptfläche desSubstrats 11. Die Leitermuster 12 und 13 bestehenaus jeweiligen Kupferschichten, die mit dem Substrat 11 durchdirektes Bonden oder aktives Metallbonden verbunden sind. Bei einemspeziellen Ausführungsbeispieldes Halbleiterbauelements war das Substrat 11 62 mm lang,37 mm breit und 0,25 mm dick, und die Leitermuster 12 und 13 hatteneine Dicke von 0,25 mm.
    [0040] DerHalbleiterchip 2 ist mit dem Leitermuster 12 aufder ersten Hauptflächeder Leiterplatte 10 über eineSn-Ag-Lotschicht 14 verbunden, und die Radiatorbasis 3 istmit dem Leitermuster 13 auf der zweiten Hauptschicht derLeiterplatte 10 übereine Sn-Sb-Lotschicht 15 verbunden. Der Halbleiterchip 2 istein Siliziumchip, bei dem beispielsweise ein IGBT und/oder FWD ausgebildetsind. Die Radiatorbasis 3 besteht aus einem Karbonfaserverbundstoffoder einem Karbonverbundstoff (nachfolgend als ein "C/C-Stoff" bezeichnet), wieer in der JP 06-128063/1994 A beschrieben wird und durch Imprägnierenvon Karbon (eines porösenKarbonstoffs mit Aluminium, Kupfer oder dergleichen Metall hergestelltwird.
    [0041] Derthermische Ausdehnungskoeffizient des C/C-Stoffs kann durch Änderungdes Imprägnierungsverhältnisses(Gehalts) des Metalls eingestellt werden. Durch Vergrößern desMetallanteils wird der thermische Ausdehnungskoeffizient des CIC-Stoffsgrößer, dasheißtnäher andenjenigen des Metalls herangeführt. DurchErhöhendes Kohlenstoffanteils wird der thermische Ausdehnungskoeffizientdes C/C-Stoffs kleiner, das heißter kommt näheran denjenigen von Kohlenstoff. Damit die im Halbleiterchip 2 erzeugteWärme wirksam über dieLeiterplatte 10 zum Kühlkörper geleitetwird, wird fürdie Radiatorbasis ein C/C-Stoff eingesetzt, der eine anisotropethermische Leitfähigkeitbesitzt. Die Materialien des C/C-Stoffs sind so ausgerichtet, daß die thermischeLeitfähigkeitin Dickenrichtung der Radiatorbasis 3, das heißt in Richtungder Verbindung der Radiatorbasis 3 mit dem Substrat 11,größer istals die thermische Leitfähigkeitder Radiatorbasis 3 längsder Verbindungsebene zwischen ihr und der Leiterplatte 10.Bei dem zuvor schon erwähntenspeziellen Ausfüh rungsbeispielwar die Radiatorbasis 3 90 mm lang, 43 mm breit und 3 mmdick. Die thermische Leitfähigkeitder Radiatorbasis in ihrer Verbindungsrichtung mit der Leiterplatte 10 istzu 320 W/m·Kausgelegt. Die thermische Leitfähigkeitder Radiatorbasis 3 längsder Verbindungsebene zwischen ihr und der Leiterplatte 10 (derRichtung senkrecht zur Verbindungsrichtung) ist auf 172 W/m·K ausgelegt.Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel derErfindung ist auf der Radiatorbasis 3 eine Nickelplattierung(Ni-P-Plattierung) mit einer Dicke von 5 μm ausgebildet.
    [0042] ZurMinimierung der Wölbungoder Krümmung,die in der Radiatorbasis 3 unmittelbar nach ihrem Verlöten mitder Leiterplatte 10 auftritt, sind die Materialien für die Radiatorbasis 3 soausgewählt,daß derUnterschied zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten derRadiatorbasis 3 längsder Verbindungsebene zwischen ihr und dem Substrat 11 sowiedem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte 10 (genauergesagt dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 11)längs derVerbindungsebene unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt, ausreichendum zu verhindern, daß dieLotschicht 15 aufgrund thermischer Spannung, verursachtzwischen der Radiatorbasis 3 und der Leiterplatte 10,bricht. Anders ausgedrückt,der thermische Ausdehnungskoeffizient der Radiatorbasis 3 wirddurch Wahl ihres Metallgehalts so eingestellt, daß die obenbeschriebene bevorzugte Relation zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizientenrealisiert werden kann.
    [0043] Obwohlder genannte vorbestimmte Differenzwert möglichst nahe bei Null liegensollte, wird er empirisch durch Experimente auf einen geeignetenWert gesetzt, wobei die Experimente den praktischen und wählbarenBereich oder den Sicherheitsfaktor für die Auslegung berücksichtigen.Da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Substrats 11 ausAluminiumoxid des genannten speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung etwa7,8 ppm/K beträgt,wird der thermische Ausdehnungskoeffizient der Radiatorbasis 3 ausdem C/C-Stoff in Verbindungsrichtung zur Leiterplatte 10 aufetwa 4 ppm/K gesetzt und der thermische Ausdehnungskoeffizient derRadiatorbasis 3 längsder Verbindungsebene zwischen ihr und der Leiterplatte 10 aufetwa 7 ppm/K.
    [0044] Beimgenannten Ausführungsbeispielwird die überdie Leiterplatte 10 geführteWärme längs derVerbindungsebene zwischen der Leiterplatte 10 und der Radiatorbasis 3 verteiltund dann zur Radiatorbasis geleitet. Um dies zu ermöglichen,ist die Dicke des Leitermusters 13, das sich zwischen demSubstrat 11 und der Radiatorbasis 3 befindet aufeinen Wert gleich oder größer alsein vorbestimmter Wert eingestellt.
    [0045] DieRadiatorbasis 3 des Ausführungsbeispiels besitzt eineanisotrope thermische Leitfähigkeitderart, daß diethermische Leitfähigkeitin ihrer Dickenrichtung, das heißt in der Richtung senkrechtzur Verbindungsebene zwischen Leiterplatte 10 und Radiatorbasis 3 höher istals die thermische Leitfähigkeitlängs derVerbindungsebene. Wenn das Leitermuster 13 dünn ist,wird die im Halbleiterchip erzeugte Wärme ohne Änderung der Wärmeleitfläche (derFläche über diedie Wärmegeleitet wird) überdie Leiterplatte 10 auf die Radiatorbasis 3 undweiter auf den Kühlkörper geleitet.
    [0046] Daherwird die überdas Substrat 11 geführteWärme vorherlängs derVerbindungsebene zwischen dem Substrat 11 und der Radiatorbasis 3 dadurchverteilt, daß einLeitermuster 13 mit isotroper thermischer Leitfähigkeit(oder gering anisotroper thermischer Leitfähigkeit) mit einer gewissenDicke vorgesehen wird, um die thermische Leitfläche darin zu vergrößern. Durchdiese Ausgestaltung wird die Fläche, über diedie Radiatorbasis 3 die Wärme empfängt, vergrößert. Zusätzlich wird durch Ausnutzungder Anisotropie der thermische Leitfähigkeit der Radiatorbasis 3 (höhere thermischeLeitfähigkeitsenkrecht zur Verbindungsebene) die Wärme schnell von der Radiatorbasis 3 zumKühlkörper geführt.
    [0047] Eineeffiziente Herstellung des Halbleiterbauelements 1 wirddadurch ermöglicht,daß dessenWärmeableitvermögen verbessertwird und eine Struktur zur Verminderung oder Verhinderung einerDeformation gewähltwird, die durch thermische Spannung in den Verbindungsabschnitteninfolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten auftretenkönnte.
    [0048] DasHalbleiterbauelement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ermöglicht dieVerminderung oder Verhinderung der Deformation, die durch das Auflöten derRadiatorbasis 3 auf die Leiterplatte 10 auftretenkönnte. Wenndaher der Halbleiterchip 2 und die Radiatorbasis 3 gleichzeitigmit der Substrat 11 verbunden werden, und zwar über dieauf dem Substrat ausgebildeten Leitermuster 12 und 13,werden die Verbindungsabschnitte nicht aufgrund thermischer Spannungbrechen oder sonstwie beschädigtwerden.
    [0049] Beider Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung werden dieLeitermuster 12 und 13 auf den jeweiligen Hauptflächen desSubstrats 11 ausgebildet und dann der Halbleiterchip 2 unddie Radiatorbasis 3 gleichzeitig über diese Leitermuster mitdem Substrat 11 verbunden.
    [0050] ZurBestätigungder Wirkungen der Erfindung wird der Aufbau des beschriebenen Ausführungsbeispielsmit dem herkömmlichenAufbau durch Wärmezyklustestsim Hinblick auf die Größe der Wölbung, diein der Radiatorbasis auftritt, den Temperaturanstieg in dem Halbleiterchipund die Ermüdungslebensdauerder Lotschicht verglichen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2bis 4 sowie den 2 bis 7 dargestellt.
    [0051] Tabelle2 zeigt die Änderungder Größe der Wölbung derRadiatorbasis nach deren Auflötenabhängig vonder Art der Radiatorbasis und der Art des Lots. Eine Radiatorbasisgemäß einemBeispiel der Erfindung verwendet den vorgenannten C/C-Stoff (undwird nachfolgend als "C/C-Radiatorbasis" bezeichnet). DieVergleichsradiatorbasis verwendet die herkömmliche Kupferplatte (und wirdnachfolgend als "Kupfer-Radiatorbasis" bezeichnet). Diesebeiden Radiatorbasen werden mit einem bleihaltigen Lot sowie miteinem bleifreien Lot an der Leiterplatte befestigt, und die Größe der Wölbung dermit der Leiterplatte befestigen Radiatorbasis wird gemessen.
    [0052] Diebei dem Test verwendeten Radiatorbasen hatten eine Länge von90 mm, eine Breite von 43 mm und eine Dicke von 3 mm. Die bei demTest verwendeten Substrate 11 maßen 62 mm × 37 mm × 0,25 mm. Das Löten erfolgtebei 300°Cfür 6 Minuten.Tabelle2
    [0053] Wieaus Tabelle 2 hervorgeht beträgtdie Größe der Wölbung derKupfer-Radiatorbasis 90 μmbei Verwendung des bleihaltigen Lots. Bei der C/C-Radiatorbasisbeträgtder entsprechende Wert 0 μm(man beachte, daß inTabelle 2 die gemäß Darstellungin 4 nach oben gerichteteWölbungmit einem negativen Wert angegeben ist). Bei Verwendung des bleifreienLots beträgtdie Größe der Wölbung beider Kupfer-Radiatorbasis 350 μmund bei der C/C-Radiatorbasis 0 μm.
    [0054] Wenndas bleihaltige Lot verwendet wird, ist das Ausmaß der Wölbung sowohlbei der C/C-Radiatorbasis als auch bei der Kupfer-Radiatorbasiswegen des Kriechphänomens,das in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben wurde, klein.Selbst wenn jedoch bleifreies Lot verwendet wird, ist die Größe der Wölbung beider C/C-Radiatorbasis 0 μm,und zwar wahrscheinlich weil der thermische Ausdehnungskoeffizient derRadiatorbasis längsder Verbindungsebene zwischen der Radiatorbasis und der Leiterplattenäher beidem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte längs derVerbindungsebene liegt, und zwar durch die Verwendung des C/C-Stoffs.Deshalb wird das Auftreten einer Deformation der Radiatorbasis infolgevon thermischer Spannung verhindert. Da Halbleiterbauelemente unterEinsatz bleifreien Lots hergestellt werden können, lassen sich gemäß dem Ausführungsbeispielder Erfindung Halbleiterbauelemente mit bleifreiem Aufbau erzielen,die die Anforderungen an den Umweltschutz erfüllen.
    [0055] Tabelle3 vergleicht die Wärmeableitungseffektein Abhängigkeitvon der Art des Substrats 11. Die C/C-Radiatorbasis gemäß dem Ausführungsbeispielund die herkömmlicheKupfer-Radiatorbasis wurden jeweils mit einem Substrat aus Aluminiumoxidsowie einem Substrat aus Aluminiumnitrid kombiniert und der Temperaturanstiegdem Halbleiterchip auf dem jeweiligen Substrat gemessen.
    [0056] DieC/C-Radiatorbasis und die Kupfer-Radiatorbasis, die bei diesem Temperaturanstiegstestverwendet wurden, sind die gleichen, wie die bei dem zuvor beschriebenenWölbungstestverwendeten. Der bei diesem Temperaturanstiegstest verwendete Halbleiterchiphatte Abmessungen von 9,8 mm × 9,8mm × 0,15mm. Die Dicke des Substrats aus Aluminiumoxid betrug 0,25 mm unddie Dicke des Substrats aus Aluminiumnitrid betrug 0,635 mm. Kupfer-Leitermusterwurden auf den beiden Hauptflächender Substrate mit einer Dicke von 0,25 mm ausgebildet. Nach Speisungdes jeweiligen Halbleiterchips mit 160 Watt elektrischer Leistungfür 5 Minutenwurde der Temperaturanstieg in den einzelnen Halbleiterchips gemessen.Tabelle3
    [0057] Wieaus Tabelle 3 hervorgeht wird bei Verwendung von Aluminiumnitridals Material fürdas isolierende Substrat der Temperaturanstieg im Halbleiterchipauch bei Einsatz einer C/C-Radiatorbasis genauso wirkungsvoll odergar noch wirkungsvoller unterdrücktwie beim herkömmlichenAufbau. Anders ausgedrückt,selbst bei Einsatz des C/C-Stoffs mit geringerer thermischer Leitfähigkeitals Kupfer werden ähnlicheWärmeableiteffekte erreicht.Obwohl in Tabelle 3 nicht angegeben, ergab sich, daß die gleichenEffekte wie im Fall von Aluminiumnitrid bei Einsatz von Siliziumnitridals Substrat erreicht werden.
    [0058] UnterBezug auf die 2 bis 7 wird nachfolgend die Abhängigkeitder Wärmeableitwirkungvon den Leitermustern auf den jeweiligen Hauptflächen des Substrats beschrieben.Bei den Temperaturanstiegstests wird der C/C-Stoff für die Radiatorbasisverwendet, und der Temperaturanstieg im Halbleiterchip wird im Fall desSubstrats aus Aluminiumoxid, des Substrats aus Aluminiumnitrid unddes Substrats aus Siliziumnitrid gemessen.
    [0059] Inden Figuren sind die Ergebnisse, die mittels der C/C-Radiatorbasiserzielt wurden, mit ausgezogenen Linien dargestellt. Als Vergleichsreferenzist der Temperaturanstieg eines Vergleichsbeispiels (herkömmlicherAufbau) unter Verwendung der herkömmlichen Kupfer-Radiatorbasisgestrichelt dargestellt. Das Vergleichsbeispiel verwendet Aluminiumoxidkeramikfür dasSubstrat und thermisch isotropes Kupfer für die Leitermuster auf denjeweiligen Hauptflächendes Substrats. Die Kupferleitermuster bei dem Vergleichsbeispiel waren0,25 mm dick. Der Temperaturanstieg im Halbleiterchip des Vergleichsbeispielsbetrug 125°C.
    [0060] Beiden 2 bis 4 ist Aluminiumoxid für das Substratverwendet, in gleicher Weise wie bei dem Vergleichsbeispiel, unddie Dicke des Substrats beträgtbei 2 0,25 mm, bei 3 0,32 mm und bei 4 0,635 mm. Die gleicheRadiatorbasis und der gleiche Halbleiterchip wie oben beschriebenwurde bei den 2 bis 4 eingesetzt.
    [0061] Wiesich aus den 2 bis 4 ergibt, wurden fünf Leiterplattenmit Leitermusterdicken von 0,25 mm, 0,35 mm, 0,40 mm, 0,50 mm bzw.0,60 mm hergestellt. Nach kontinuierlicher Speisung des Halbleiterchipsauf den jeweiligen Leiterplatten mit 160 Watt elektrischer Leistungfür 5 Minutenwurden der Temperaturanstieg im Halbleiterchip gemessen.
    [0062] Wiedie 2 bis 4 zeigen, wird der Temperaturanstiegim Halbleiterchip mit zunehmender Dicke des Leitermusters geringer,was auf eine bessere Wärmeableitunghinweist. Die Figuren geben außerdeman, daß derTemperaturanstieg im Halbleiterchip mit zunehmender Dicke des Substrats(Aluminiumoxid) zunimmt.
    [0063] DieRelationen zwischen der Substratdicke x (Aluminiumoxidsubstrat)und der Leitermusterdicke y (Kupfer-Leitermuster) zur Erreichungeiner Chiptemperatur gleich oder geringer als diejenige beim Vergleichsbeispiel,die sich aus den Daten der 2 bis 4 ergeben, sind in 5 dargestellt und lassensich durch die folgende Beziehung (1) ausdrücken: y ≥ 0,6886x + 0,218 (1)
    [0064] Dadurch,daß mandie Leitermuster mit einer Dicke y innerhalb des oben angegebenenBereichs versieht, erreicht man eine Wärmeableitung, die wirkungsvollerals diejenige ist, die mit dem herkömmlichen Aufbau erreichbarist.
    [0065] Dadurch,daß manLeitermusterdicke auf den oben beschriebenen Bereich begrenzt, wirddie Wärme unterdem Halbleiterchip und unter dem Substrat seitlich (längs derVerbindungsebene) verteilt, weshalb der Temperaturanstieg im Halbleiterchipunterdrücktbzw. vermindert wird. Dadurch, daß also die Dicke der Leitermusterin gewissem Ausmaß erhöht wird,wird der Temperaturanstieg im Halbleiterchip genauso wirkungsvoll odernoch wirkungsvoller als beim herkömmlichen Aufbau unterdrückt, selbstwenn der C/C-Stoff mit anisotroper thermischer Leitfähigkeitverwendet wird. Anders ausgedrückt,die Nachteile die von der anisotropen thermischen Leitfähigkeitdes C/C-Stoffs herrührenwerden unabhängigvon der thermischen Leitfähigkeitdes Substrats kompensiert.
    [0066] Bei 6 wird Aluminiumnitrid alsSubstrat verwendet und bei 7 Siliziumnitrid,beides mit einer Dicke von 0,635 mm. Die gleiche Radiatorbasis undder gleiche Halbleiterchip wie oben beschrieben sind bei den 6 und 7 eingesetzt.
    [0067] Wiesich aus den 6 und 7 ergibt, wurden fünf Artenvon Leiterplatten vorbereitet, deren Leitermusterdicke 0,25 mm,0,35 mm, 0,40 mm, 0,50 mm bzw. 0,60 mm betrug. Nach kontinuierlicherSpeisung des Halbleiterchips mit 160 W elektrischer Leistung für 5 Minutenwurde der Temperaturanstieg des Halbleiterchips auf den jeweiligenLeiterplatten gemessen. Das Vergleichsbeispiel und der Temperaturanstiegin dessen Halbleiterchip wurden bereits oben beschrieben.
    [0068] Wiedie 6 und 7 zeigen, wird der Temperaturanstiegim Halbleiterchip mit zunehmender Leitermusterdicke geringer, wasstärkereWärmeableiteffekteanzeigt. Bei den 6 und 7 ist der Temperaturanstieg beijeder Leitermusterdicke geringer als derjenige bei dem Halbleiterchipdes Vergleichsbeispiels.
    [0069] Eszeigt sich somit, daß thermischeAbleitwirkungen besser als die mit dem herkömmlichen Aufbau erzielbarenunabhängigvon der Dicke des Substrats erreichbar sind, wenn Aluminiumnitridoder Siliziumnitrid als Material für dieses Substrat verwendetwird.
    [0070] Dadas Substrat aus Aluminiumoxid allgemein billiger als das aus Aluminiumnitridoder Siliziumnitrid ist, ist es jedoch sehr wichtig, Aluminiumoxidfür dasisolierende Substrat in dem vorgenannten Dickenbereich einzusetzen.
    [0071] Tabelle4 gibt den Unterschied der Lebensdauer der Lotschicht zwischen derRadiatorbasis und dem isolierenden Substrat abhängig von der Art der Radiatorbasisan. Bei dem Test wurden die in der Lotschicht auftretende Spannungund die Lebensdauer der Lotschicht auf der C/C Radiatorbasis gemäß der Erfindung bzw.der herkömmlichenKupfer-Radiatorbasis des Vergleichsbeispiels gemessen.
    [0072] DieRadiatorbasis und der Halbleiterchip waren sowohl bei dem Beispielder Erfindung als auch bei dem Vergleichsbeispiel jeweils die gleichenwie oben beschrieben. Die Dicke des Substrats aus Aluminiumoxid inder Leiterplatte betrug 0,25 mm, und die Kupfer-Leitermuster, dieauf den beiden Hauptflächendes isolierenden Substrats ausgebildet waren, waren jeweils 0,25mm dick. Die Lebensdauer (Zyklen) bis zum Bruch der Lotschicht wurdedadurch gemessen, daß dasHalbleiterbauelement in einem ersten Gefäß bei –40°C für die Dauer einer Stunde, ineinem zweiten Gefäß bei Raumtemperatur(25°C) für die Dauervon 30 Minuten und in einem dritten Gefäß bei 125°C für die Dauer von einer Stundegehalten wurde und dieser Wärmezykluswiederholt wurde. Die Spannungen in der Lotschicht wurden gemessen,nachdem die Halbleiterbauelemente in dem dritten Gefäß bei 125°C gehaltenund dann wieder aus dem Gefäß herausgenommenwurden. Tabelle4
    [0073] Wieaus Tabelle 4 hervorgeht beträgtdie in der Lotschicht des Vergleichsbeispiels auftretende Spannung1,28 % und die in der Lotschicht des Ausführungsbeispiels auftretendeSpannung 0,73 %. Durch Einsatz des C/C-Stoffs für die Radiatorbasis wird somitdas Ausmaß derSpannung vermindert. Die Lebensdauer der Lotschicht wurde beim Vergleichsbeispielmit 2000 Zyklen gemessen, währendsie beim Ausführungsbeispiel derErfindung zu 1500 Zyklen auf der Basis der Spannungs-Lebensdauer-Kurveberechnet wurde. Das bedeutet, daß die Lebensdauer der Lotschichtdurch Einsatz des C/C-Stoffs fürdie Radiatorbasis erheblich verlängertwird.
    [0074] Wievoranstehend beschrieben, wird die Lebensdauer der Lotschicht verlängert undihre Zuverlässigkeitverbessert, und zwar dadurch daß alsRadiatorbasis eine solche eingesetzt wird, deren thermischer Ausdehnungskoeffizientnahe bei demjenigen des isolierenden Substrats liegt. Die Beeinträchtigungder Lotschicht durch Ermüdungwird durch die Wirkung der Scherspannungen schlimmer, die infolgedes Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischendem Substrat einerseits und der mit ihm über die Lotschicht verbundenenRadiatorbasis andererseits auf die Lotschicht ausgeübt wird.Man kann daher davon ausgehen, daß die Beeinträchtigungdurch Ermüdungdurch Minimierung der Differenz zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizientenunterdrücktwird.
    [0075] Dahervorragende Eigenschaften und Wirkungen durch Verwendung von Aluminiumoxidfür das Substraterreicht werden, das billiger als Aluminiumnitrid und Siliziumnitridist, wird es möglichdas Halbleiterbauelement gemäß dem Ausführungsbeispielder Erfindung mit geringen Kosten herzustellen.
    [0076] Dader C/C-Stoff fürdie Radiatorbasis verwendet wird, ist diese leichter als die herkömmlicheKupfer-Radiatorbasis (tatsächlichbeträgtihr Gewicht ¼ desjenigender herkömmlichenKupfer-Radiatorbasis).Als Folge davon wird es möglich,das Gesamtgewicht des Halbleiterbauelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindungzu verringern.
    [0077] Dievorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die voranstehenden inVerbindung mit einem Ausführungsbeispielbeschriebenen Einzelheiten beschränkt. Vielmehr sind die obenangegebenen Materialien und Abmessungen für die Leiterplatte, die Leitermuster,den Halbleiterchip und die Radiatorbasis lediglich als beispielhaftzu verstehen. Andere Materialien können zur Erzielung der Wirkungender Erfindung gewähltwerden. Obwohl beim beschriebenen Ausführungsbeispiel für die Radiatorbasisbeispielsweise der C/C-Stoff verwendet wird, kann statt dessen einmehrfach laminierter Mantelstoff aus Cu-36 Ni·Fe-Cu eingesetzt werden,der anisotrope thermische Leitfähigkeitund anisotrope thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Weiteralternativ könnenfür dieRadiatorbasis Materialien mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizientwie Cu-SiC, Cu-Cu2O, Al-SiC, Cu-W, Cu-Mo,Cu-Mo-Cu und Cu-Cu·Mo-Cuausgewähltwerden.
    [0078] Obwohlder Halbleiterchip und die Radiatorbasis durch Löten (soldering = Weichlöten) mitdem isolierenden Substrat verbunden sind, könnten sie statt dessen auchdurch Hartlöten(brazing) verbunden werden.
    [0079] Obwohlein Keramiksubstrat, etwa ein Aluminiumoxidsubstrat, bei dem Ausführungsbeispielder Erfindung eingesetzt wird, kann ein Harzsubstrat zum Aufbaueiner sogenannten gedruckten Leiterplatte alternativ eingesetztwerden.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Halbleiterbauelement, umfassend: eine Leiterplatte(10) mit einem isolierenden Substrat (11) miteiner ersten Hauptflächeund einer zweiten Hauptfläche,einem ersten Leitermuster (12) auf der ersten Hauptfläche undeinem zweiten Leitermuster (13) auf der zweiten Hauptfläche, einenHalbleiterchip (2), der über das erste Leitermuster(12) mit der ersten Hauptfläche der Leiterplatte (10) verbundenist, eine Radiatorbasis (3), die über eine Lotschicht (15)und das zweite Leitermuster (13) mit der zweiten Hauptfläche derLeiterplatte (10) verbunden ist, um in dem Halbleiterchip(2) erzeugte Wärmean eine Wärmeableiteinrichtungauf der dem zweiten Leitermuster abgewandten Seite der Radiatorbasis(3) abzuleiten, wobei die Radiatorbasis (3)aus einem anisotrope thermische Leitfähigkeit aufweisenden Stoffhergestellt ist, der so ausgerichtet ist, daß die thermische Leitfähigkeitder Radiatorbasis (3) senkrecht zur Verbindungsebene zwischender Radiatorbasis (3) und der Leiterplatte (10)größer istals längsder Verbindungsebene; und der Stoff für die Radiatorbasis (3)so ausgewähltist, daß derUnterschied zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten derRadiatorbasis längsder Verbindungsebne zwischen ihr und der Leiterplatte (10)und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Substrats (11)längs derVerbindungsebene gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wertist, der niedrig genug ist, um einen Bruch der Lotschicht (15)aufgrund zwischen der Radiatorbasis (3) und der Leiterplatte(10) auftretender thermischer Spannung zu verhindern.
    [2] Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem dieRadiatorbasis aus einem Karbonfaserverbundstoff hergestellt ist,der aus einem porösenKarbonmaterial, welches mit einem vorbestimmten Metall imprägniert ist,besteht, oder aus einem Karbonverbundstoff, der ein poröses Karbonmaterialenthält,welches mit einem vorbestimmten Metall imprägniert ist.
    [3] Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, bei dem derAnteil des Metalls so eingestellt ist, daß der thermische Ausdehnungskoeffizientder Radiatorbasis (3) längsder Verbindungsebene zwischen ihr und der Leiterplatte (10)und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Substrats (11)längs derVerbindungsebene einander nahezu gleich sind.
    [4] Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem dasSubstrat (11) aus einem Keramikmaterial enthaltend Aluminiumnitridoder Siliziumnitrid hergestellt ist.
    [5] Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem dieDicke des zweiten Leitermusters (13) senkrecht zur Verbindungsebeneso eingestellt ist, daß siegleich oder größer alsein vorbestimmter Wert ist, um den Grad der Verteilung der im Halbleiterchip(2) erzeugten Wärmelängs derVerbindungsebene gleich oder größer als einenvorbestimmten Grad einzustellen.
    [6] Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem dasSubstrat (11) ein Aluminiumoxid-Keramikmaterial umfaßt, daszweite Leitermuster (13) zwischen der Radiatorbasis (3)und dem isolierenden Substrat (11) ein Kupfermuster umfaßt, und dieDicke y des zweiten Leitermusters (13) senkrecht zur Verbindungsebeneund die Dicke x des isolierenden Substrats (11) in folgenderBeziehung zueinander stehen: y ≥ 0,6886x + 0,218.
    [7] Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementsmit dem in Patentanspruch 1 angegebenen Aufbau, umfassend die Schritte: Herstellender Radiatorbasis (3) aus dem anisotrope thermische Leitfähigkeitaufweisenden Stoff, wobei der Stoff – derart ausgerichtet ist,daß diethermische Leitfähigkeitder Radiatorbasis senkrecht zur Verbindungsebene zwischen der Radiatorbasis(3) und der Leiterplatte (10) größer istals längsder Verbindungsebene, und – soauswähltist, daß derUnterschied zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten derRadiatorbasis (3) längsder Verbindungsebene zwischen der Radiatorbasis (3) undder Leiterplatte (10) und der thermische Ausdehnungskoeffizientdes Substrats (11) längsder Verbindungsebene gleich oder geringer als ein vorbestimmterWert ist, welcher niedrig genug ist, um zu verhindern, daß die Lotschicht(15) infolge von zwischen der Radiatorbasis (3)und der Leiterplatte (10) auftretender thermischer Spannungbricht; und gleichzeitiges Verbinden des Halbleiterchips (2) über daserste Leitermuster (12) und der Radiatorbasis (3) über daszweite Leitermuster (13) mit der Leiterplatte (10).
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt: Einstellender Dicke des zweiten Leitermusters (13) zwischen dem Substrat(11) und der Radiatorbasis (3) auf einen Wertgleich oder größer alsein vorbestimmter Wert derart, daß der Grad der Verteilung derin dem Halbleiterchip (2) erzeugten Wärme längs der Verbindungsebene gleichoder größer alsein vorbestimmter Grad wird.
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    同族专利:
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