DE102023203781A1

DE102023203781A1 - Semiconductor device, semiconductor apparatus and method for manufacturing a semiconductor device

Info

Publication number: DE102023203781A1
Application number: DE102023203781.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Wilhelmi
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-04-25
Filing date: 2023-04-25
Publication date: 2024-10-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung (200), umfassend eine Diodeneinheit (100), die auf der Basis von Galliumoxid ausgeführt ist und eine Anodenseite und eine der Anodenseite gegenüberliegende Kathodenseite aufweist, und eine Anschlusseinheit (210) zum elektrisch leitfähigen Montieren der Halbleitereinrichtung (200) an einer Leiterplatte. Die Anschlusseinheit (210) umfasst eine Grundplatte (212) und mindestens zwei Anschlüsse (P1, P2, P3) zum Einstecken in Kontaktlöcher der Leiterplatte. Einer der Anschlüsse (P1, P2, P3) ist einstückig mit der Grundplatte (212) ausgeformt und mindestens ein weiterer der Anschlüsse (P1, P2, P3) ist elektrisch von der Grundplatte (212) isoliert. Die Diodeneinheit (100) ist an der Grundplatte (212) der Anschlusseinheit (210) angeordnet, wobei die Anodenseite der Diodeneinheit (100) der Grundplatte (212) zugewandt angeordnet und elektrisch mit der Grundplatte (212) verbunden ist. Die Kathodenseite der Diodeneinheit (100) ist von der Grundplatte (212) abgewandt angeordnet und elektrisch an einen elektrisch von der Grundplatte (212) isolierten Anschluss der Anschlüsse (P1, P2, P3) angeschlossen.

The present invention relates to a semiconductor device (200) comprising a diode unit (100) which is based on gallium oxide and has an anode side and a cathode side opposite the anode side, and a connection unit (210) for electrically conductive mounting of the semiconductor device (200) on a circuit board. The connection unit (210) comprises a base plate (212) and at least two connections (P1, P2, P3) for insertion into contact holes in the circuit board. One of the connections (P1, P2, P3) is formed in one piece with the base plate (212) and at least one further one of the connections (P1, P2, P3) is electrically insulated from the base plate (212). The diode unit (100) is arranged on the base plate (212) of the connection unit (210), wherein the anode side of the diode unit (100) is arranged facing the base plate (212) and is electrically connected to the base plate (212). The cathode side of the diode unit (100) is arranged facing away from the base plate (212) and is electrically connected to a connection of the connections (P1, P2, P3) that is electrically insulated from the base plate (212).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitereinrichtung, auf eine Halbleitervorrichtung und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung.The present invention relates to a semiconductor device, a semiconductor apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device.

Leistungsbauelemente auf Basis des Halbleiters Galliumoxid können eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Deshalb ist es eine Bestrebung, Galliumoxid-Bauelemente wie beispielsweise Dioden von der Anodenseite her und nicht wie üblicherweise besonders bei dem sogenannten TO247-Gehäuse von der Kathodenseite her zu kühlen, um die Wärme wirksam abzuführen und die Leistung und Strombelastbarkeit des Bauelements zu erhöhen.Power components based on the semiconductor gallium oxide can have a low thermal conductivity. Therefore, efforts are being made to cool gallium oxide components such as diodes from the anode side and not from the cathode side, as is usually the case, particularly with the so-called TO247 housing, in order to effectively dissipate the heat and increase the performance and current carrying capacity of the component.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Halbleitereinrichtung, eine verbesserte Halbleitervorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an improved semiconductor device, an improved semiconductor apparatus and an improved method for producing a semiconductor device according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims and the following description.

Gemäß Ausführungsformen kann insbesondere eine Halbleitereinrichtung mit einer Leistungsdiode auf Basis des Halbleiters Galliumoxid bereitgestellt werden, wobei das Galliumoxid-Bauelement von der Anodenseite her gekühlt werden kann. So kann die Wärme wirksam von der Diode abgeführt werden. Somit können insbesondere die hervorragenden elektrischen Eigenschaften einer als Galliumoxid-Bauelement ausgeführten Diode zuverlässig genutzt werden, wie beispielsweise hohe Leistung und Strombelastbarkeit. Ferner kann beispielsweise eine Anschlusskonfiguration der Halbleitereinrichtung derart modifiziert sein, dass eine herkömmliche Montage der Halbleitereinrichtung an einer Leiterplatte einer Halbleitervorrichtung, ohne dass ein Schaltungslayout der Leiterplatte geändert werden müsste. Auch können Standardherstellungsverfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung in Massenfertigung genutzt werden. Die Verwendung von sogenannten Wide-Bandgap-Materialien bzw. Materialien mit breitem Bandabstand, wie beispielsweise Galliumoxid, bietet gegenüber Halbleitern mit schmaleren Bandabständen verschiedene Vorteile, wie beispielsweise geringere Verluste bei Schaltreglern, Verarbeitung höherer Spannungen, Verarbeitung höherer Frequenzen und größere Zuverlässigkeit.According to embodiments, in particular, a semiconductor device with a power diode based on the semiconductor gallium oxide can be provided, wherein the gallium oxide component can be cooled from the anode side. In this way, the heat can be effectively dissipated from the diode. In particular, the excellent electrical properties of a diode designed as a gallium oxide component can thus be reliably used, such as high power and current carrying capacity. Furthermore, for example, a connection configuration of the semiconductor device can be modified in such a way that a conventional mounting of the semiconductor device on a circuit board of a semiconductor device is possible without having to change a circuit layout of the circuit board. Standard manufacturing processes can also be used to manufacture the semiconductor device in mass production. The use of so-called wide bandgap materials, such as gallium oxide, offers various advantages over semiconductors with narrower bandgaps, such as lower losses in switching regulators, processing higher voltages, processing higher frequencies and greater reliability.

Es wird eine Halbleitereinrichtung vorgestellt, die folgende Merkmale aufweist:

eine Diodeneinheit, die auf der Basis von Galliumoxid ausgeführt ist, wobei die Diodeneinheit eine Anodenseite und eine der Anodenseite gegenüberliegende Kathodenseite aufweist; und
eine Anschlusseinheit zum elektrisch leitfähigen Montieren der Halbleitereinrichtung an einer Leiterplatte, wobei die Anschlusseinheit eine Grundplatte und mindestens zwei Anschlüsse zum Einstecken in Kontaktlöcher der Leiterplatte aufweist, wobei einer der Anschlüsse einstückig mit der Grundplatte ausgeformt ist und mindestens ein weiterer der Anschlüsse elektrisch von der Grundplatte isoliert ist,
wobei die Diodeneinheit an der Grundplatte der Anschlusseinheit angeordnet ist, wobei die Anodenseite der Diodeneinheit der Grundplatte zugewandt angeordnet und elektrisch mit der Grundplatte verbunden ist, wobei die Kathodenseite der Diodeneinheit von der Grundplatte abgewandt angeordnet und elektrisch an einen elektrisch von der Grundplatte isolierten Anschluss der Anschlüsse angeschlossen ist.

A semiconductor device is presented which has the following features:

a diode unit based on gallium oxide, the diode unit having an anode side and a cathode side opposite the anode side; and
a connection unit for electrically conductively mounting the semiconductor device on a circuit board, wherein the connection unit has a base plate and at least two connections for insertion into contact holes of the circuit board, wherein one of the connections is formed integrally with the base plate and at least one further of the connections is electrically insulated from the base plate,
wherein the diode unit is arranged on the base plate of the connection unit, wherein the anode side of the diode unit is arranged facing the base plate and is electrically connected to the base plate, wherein the cathode side of the diode unit is arranged facing away from the base plate and is electrically connected to a terminal of the terminals that is electrically insulated from the base plate.

Die Halbleitereinrichtung kann insbesondere als ein TO247-Gehäuse oder TO247-Package oder als eine ähnliche Halbleitereinrichtung ausgeführt sein. Die Diodeneinheit kann als ein Leistungsbauelement ausgeführt sein. Die Anschlusseinheit kann auch als ein Gehäuserahmen oder sogenannter Leadframe bezeichnet werden. Die Anschlusseinheit kann aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgeformt sein, wie beispielsweise aus Kupfer. Das Material der Anschlusseinheit, insbesondere der Grundplatte, kann thermisch leitfähig sein. Die Anschlüsse können als Anschlussstifte, sogenannte Leads oder Pins oder dergleichen ausgeformt sein.The semiconductor device can be designed in particular as a TO247 housing or TO247 package or as a similar semiconductor device. The diode unit can be designed as a power component. The connection unit can also be referred to as a housing frame or so-called lead frame. The connection unit can be formed from an electrically conductive material, such as copper. The material of the connection unit, in particular the base plate, can be thermally conductive. The connections can be formed as connection pins, so-called leads or pins or the like.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Diodeneinheit als ein Chip ausgeführt sein. Dabei kann die Diodeneinheit mittels Flip-Chip-Montage an der Grundplatte angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Diodeneinheit durch Löten und zusätzlich oder alternativ Sintern an der Grundplatte angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige Wärmeabfuhr von der Galliumoxid-Diodeneinheit ermöglicht werden kann.According to one embodiment, the diode unit can be designed as a chip. The diode unit can be arranged on the base plate by means of flip-chip mounting. Additionally or alternatively, the diode unit can be arranged on the base plate by soldering and additionally or alternatively sintering. Such an embodiment offers the advantage that reliable heat dissipation from the gallium oxide diode unit can be enabled.

Insbesondere kann die Kathodenseite der Diodeneinheit mittels mindestens eines Bonddrahtes elektrisch an den einen elektrisch von der Grundplatte isolierten Anschluss der Anschlüsse angeschlossen sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die elektrische Kontaktierung der Diodeneinheit auf einfache Weise mittels Standardprozessen erreicht werden kann, wobei die modifizierte Anschlusskonfiguration der Anschlusseinheit flexibel berücksichtigt werden kann.In particular, the cathode side of the diode unit can be electrically connected to the one connection of the connections that is electrically insulated from the base plate by means of at least one bonding wire. Such an embodiment offers the advantage that the electrical contacting of the diode unit can be achieved in a simple manner using standard processes, wherein the modified connection configuration of the connection unit can be flexibly taken into account.

Auch kann die Diodeneinheit thermisch mit der Grundplatte gekoppelt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine wirksame Wärmeabfuhr von der Diodeneinheit als Leistungsbauelement der Halbleitereinrichtung gestaltet werden kann.The diode unit can also be thermally coupled to the base plate. Such an embodiment offers the advantage that effective heat dissipation can be achieved from the diode unit as a power component of the semiconductor device.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Anschlusseinheit einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss aufweisen. Hierbei kann der zweite Anschluss zwischen dem ersten und dem dritten Anschluss angeordnet. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss können elektrisch von der Grundplatte der Anschlusseinheit isoliert sein. Der dritte Anschluss kann einstückig mit der Grundplatte ausgeformt sein. Die Kathodenseite der Diodeneinheit kann elektrisch an den zweiten Anschluss angeschlossen sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch diese modifizierte Anschlusskonfiguration der Halbleitereinrichtung eine häufige Variante insbesondere eines TO247-Package genutzt werden kann, ohne dass ein Schaltungslayout einer Leiterplatte, in welche die Halbleitereinrichtung eingesteckt werden soll, aufgrund der im Vergleich zur herkömmlichen Anordnung der Diodeneinheit umgekehrten Anordnung geändert werden müsste.According to one embodiment, the connection unit can have a first connection, a second connection and a third connection. The second connection can be arranged between the first and the third connection. The first connection and the second connection can be electrically insulated from the base plate of the connection unit. The third connection can be formed integrally with the base plate. The cathode side of the diode unit can be electrically connected to the second connection. Such an embodiment offers the advantage that this modified connection configuration of the semiconductor device allows a common variant, in particular of a TO247 package, to be used without the circuit layout of a printed circuit board into which the semiconductor device is to be plugged having to be changed due to the reverse arrangement compared to the conventional arrangement of the diode unit.

Ferner kann die Halbleitereinrichtung ein Gehäuse aufweisen. Hierbei kann die Halbleitereinrichtung zumindest teilweise von dem Gehäuse umschlossen sein. Der mindestens eine von der Grundplatte elektrisch isolierte Anschluss kann durch das Gehäuse fixiert sein. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Vergussmasse ausgeformt sein. Das Gehäuse kann als ein elektrischer Isolator fungieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Halbleitereinrichtung als eine robuste, diskrete Einheit bereitgestellt werden kann.Furthermore, the semiconductor device can have a housing. In this case, the semiconductor device can be at least partially enclosed by the housing. The at least one connection electrically insulated from the base plate can be fixed by the housing. The housing can be formed from potting compound, for example. The housing can function as an electrical insulator. Such an embodiment offers the advantage that the semiconductor device can be provided as a robust, discrete unit.

Zudem kann die Halbleitereinrichtung ein Wärmeabfuhrelement zum Abführen von Wärme von der Halbleitereinrichtung, insbesondere von der Diodeneinheit, aufweisen. Hierbei kann die Grundplatte der Anschlusseinheit zwischen dem Wärmeabfuhrelement und der Anodenseite der Diodeneinheit angeordnet sein. Insbesondere kann das Wärmeabfuhrelement an der Grundplatte der Anschlusseinheit oder an einem Gehäuse der Halbleitereinrichtung angebracht sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine besonders wirksame Wärmeabfuhr für die Halbleitereinrichtung realisiert werden kann.In addition, the semiconductor device can have a heat dissipation element for dissipating heat from the semiconductor device, in particular from the diode unit. In this case, the base plate of the connection unit can be arranged between the heat dissipation element and the anode side of the diode unit. In particular, the heat dissipation element can be attached to the base plate of the connection unit or to a housing of the semiconductor device. Such an embodiment offers the advantage that particularly effective heat dissipation for the semiconductor device can be realized.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Halbleitereinrichtung einen Abstandhalter aufweisen, der zwischen der Anodenseite der Diodeneinheit und der Grundplatte angeordnet ist oder durch Löten, Sintern oder Schweißen zwischen der Anodenseite der Diodeneinheit und der Grundplatte angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Abstand zwischen der Diodeneinheit und der Grundplatte erhöht werden kann, um die Montage zu erleichtern oder potentielle Einflüsse durch elektrische Felder zwischen der Diodeneinheit und der Grundplatte zu verringern.According to an embodiment, the semiconductor device may comprise a spacer arranged between the anode side of the diode unit and the base plate or arranged by soldering, sintering or welding between the anode side of the diode unit and the base plate. Such an embodiment offers the advantage that a distance between the diode unit and the base plate can be increased in order to facilitate assembly or to reduce potential influences by electric fields between the diode unit and the base plate.

Zusätzlich oder alternativ kann die Grundplatte der Anschlusseinheit, insbesondere durch mechanische Verfahren oder Laserätzverfahren, um die Diodeneinheit herum strukturiert sein und zusätzlich oder alternativ einen sich um die Diodeneinheit herum erstreckenden Graben aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Abstand zwischen der Diodeneinheit und der Grundplatte erhöht werden kann, um die Montage zu erleichtern oder potentielle Einflüsse durch elektrische Felder zwischen der Diodeneinheit und der Grundplatte zu verringern.Additionally or alternatively, the base plate of the connection unit can be structured around the diode unit, in particular by mechanical methods or laser etching methods, and additionally or alternatively have a trench extending around the diode unit. Such an embodiment offers the advantage that the distance between the diode unit and the base plate can be increased in order to facilitate assembly or to reduce potential influences due to electric fields between the diode unit and the base plate.

Es wird auch eine Halbleitervorrichtung mit einer Leiterplatte und mindestens einer an der Leiterplatte montierten Ausführungsform einer hierin genannten Halbleitereinrichtung vorgestellt.Also presented is a semiconductor device comprising a circuit board and at least one embodiment of a semiconductor device mentioned herein mounted on the circuit board.

Dabei kann die Leiterplatte außerhalb eines die Halbleitereinrichtung zumindest teilweise umschließenden Gehäuses angeordnet sein. Auch durch die hier vorgestellte Halbleitervorrichtung können alle zuvor genannten Vorteile optimal umgesetzt werden.The circuit board can be arranged outside a housing that at least partially encloses the semiconductor device. All of the aforementioned advantages can also be optimally implemented using the semiconductor device presented here.

Es wird zudem ein Verfahren zum Herstellen einer Ausführungsform einer hierin genannten Halbleitereinrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Bereitstellen der Diodeneinheit und der Anschlusseinheit;
Anordnen der Diodeneinheit an der Grundplatte der Anschlusseinheit; und
Anschließen der Kathodenseite der Diodeneinheit elektrisch an einen elektrisch von der Grundplatte isolierten Anschluss der Anschlüsse.

A method for manufacturing an embodiment of a semiconductor device mentioned herein is also presented, the method comprising the following steps:

Providing the diode unit and the connection unit;
Arranging the diode unit on the base plate of the connection unit; and
Connecting the cathode side of the diode unit electrically to a terminal of the terminals that is electrically isolated from the base plate.

Durch Ausführen des Verfahrens kann eine Ausführungsform einer hierin genannten Halbleitervorrichtung auf vorteilhafte Weise hergestellt werden. Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.By carrying out the method, an embodiment of a semiconductor device mentioned herein can be produced in an advantageous manner. This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Anordnens die Diodeneinheit mittels Flip-Chip-Montage an der Grundplatte angeordnet werden. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt des Anordnens die Diodeneinheit durch Löten und zusätzlich oder alternativ durch Sintern an der Grundplatte angeordnet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine sichere mechanische und elektrische Montage der Diodeneinheit der Grundplatte realisiert werden kann, wobei eine zuverlässige Kühlmöglichkeit auf der Anodenseite der Diodeneinheit geschaffen werden kann.According to one embodiment, in the step of arranging, the diode unit can be arranged on the base plate by means of flip-chip mounting. In addition or alternatively, in the step of arranging, the diode unit can be arranged on the base plate by soldering and in addition or alternatively by sintering. Such an embodiment offers the advantage that a secure mechanical and electrical assembly of the diode unit on the base plate can be realized, wherein a reliable cooling possibility can be created on the anode side of the diode unit.

Auch kann das Verfahren einen Schritt des Umschließens der Halbleitereinrichtung zumindest teilweise mit dem Gehäuse aufweisen. Hierbei kann die Halbleitereinrichtung zumindest teilweise mit Vergussmasse eingegossen werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine elektrische Isolation, ein Schutz vor mechanischer Belastung und eine erhöhte Robustheit der Halbleitereinrichtung erreicht werden können.The method can also include a step of at least partially enclosing the semiconductor device with the housing. In this case, the semiconductor device can be at least partially encapsulated with potting compound. Such an embodiment offers the advantage that electrical insulation, protection against mechanical stress and increased robustness of the semiconductor device can be achieved.

Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Anbringens des Wärmeabfuhrelements an der Halbleitereinrichtung aufweisen. Insbesondere kann dabei das Wärmeabfuhrelement an der Grundplatte der Anschlusseinheit oder an einem Gehäuse der Halbleitereinrichtung angebracht werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine besonders wirksame Wärmeabfuhr realisiert werden kann.Furthermore, the method can comprise a step of attaching the heat dissipation element to the semiconductor device. In particular, the heat dissipation element can be attached to the base plate of the connection unit or to a housing of the semiconductor device. Such an embodiment offers the advantage that particularly effective heat dissipation can be achieved.

Zudem kann das Verfahren einen Schritt des Strukturierens der Grundplatte um die Diodeneinheit herum aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt des Anordnens der Abstandhalter zwischen der Anodenseite der Diodeneinheit und der Grundplatte angeordnet werden. Der Schritt des Strukturierens kann unter Verwendung von mechanischen Verfahren oder Laserätzverfahren durchgeführt werden. Im Schritt des Anordnens kann der Abstandhalter durch Löten, Sintern oder Schweißen angeordnet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Abstand zwischen der Diodeneinheit und der Grundplatte erhöht werden kann, um die Montage zu erleichtern oder potentielle Einflüsse durch elektrische Felder zwischen der Diodeneinheit und der Grundplatte zu verringern.In addition, the method may comprise a step of structuring the base plate around the diode unit. Additionally or alternatively, in the step of arranging, the spacer may be arranged between the anode side of the diode unit and the base plate. The step of structuring may be carried out using mechanical methods or laser etching methods. In the step of arranging, the spacer may be arranged by soldering, sintering or welding. Such an embodiment offers the advantage that the distance between the diode unit and the base plate can be increased in order to facilitate assembly or to reduce potential influences by electric fields between the diode unit and the base plate.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Diodeneinheit einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung.

The invention is explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings. They show:

1 a schematic representation of a diode unit of a semiconductor device according to an embodiment;
2 a schematic representation of a semiconductor device according to an embodiment;
3 a schematic representation of a semiconductor device according to an embodiment;
4 a schematic representation of a semiconductor device according to an embodiment;
5 a schematic representation of a semiconductor device according to an embodiment;
6 a schematic representation of a semiconductor device according to an embodiment;
7 a schematic representation of a semiconductor device according to an embodiment; and
8 a flowchart of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, whereby a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Diodeneinheit 100 einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Diodeneinheit 100 ist auf der Basis von Galliumoxid ausgeführt. Die Diodeneinheit 100 ist als ein Leistungsbauelement bzw. eine Leistungsdiode ausgeführt. Somit kann die Diodeneinheit 100 auch als eine Galliumoxid-Diode bezeichnet werden. Die Diodeneinheit 100 weist eine Anodenseite 102 und eine der Anodenseite 102 gegenüberliegende Kathodenseite 106 auf. Auf der Anodenseite 102 weist die Diodeneinheit 100 eine Anode 104 auf. Die meiste Wärme wird auf dieser positiven Seite bzw. Anodenseite 102 der Diodeneinheit 100 erzeugt. Auf der Kathodenseite 106 bzw. negativen Seite weist die Diodeneinheit 100 eine Kathode 108 auf. Auf die Halbleitereinrichtung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren noch detaillierter eingegangen. 1 shows a schematic representation of a diode unit 100 of a semiconductor device according to an embodiment. The diode unit 100 is based on gallium oxide. The diode unit 100 is designed as a power component or a power diode. Thus, the diode unit 100 can also be referred to as a gallium oxide diode. The diode unit 100 has an anode side 102 and a cathode side 106 opposite the anode side 102. On the anode side 102, the diode unit 100 has an anode 104. Most of the heat is generated on this positive side or anode side 102 of the diode unit 100. On the cathode side 106 or negative side, the diode unit 100 has a cathode 108. The semiconductor device will be discussed in more detail with reference to the following figures.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Halbleitereinrichtung 200 ist als ein TO247-Gehäuse oder TO247-Package oder als eine ähnliche Halbleitereinrichtung ausgeführt. Die Halbleitereinrichtung 200 ist für Leistungselektronik vorgesehen, beispielsweise Leistungsmodule, Gleichspannungswandler, Inverter, Ladevorrichtungen auf der Platine, etc. In der Darstellung von 2 ist die Halbleitereinrichtung 200 in einer schematischen Draufsicht auf eine Vorderseite ohne Gehäuse gezeigt. 2 shows a schematic representation of a semiconductor device 200 according to an embodiment. The semiconductor device 200 is designed as a TO247 housing or TO247 package or as a similar semiconductor device. The semiconductor device 200 is intended for power electronics, for example power modules, DC-DC converters, inverters, on-board charging devices, etc. In the representation of 2 the semiconductor device 200 is shown in a schematic plan view of a front side without a housing.

Die Halbleitereinrichtung 200 umfasst eine Diodeneinheit 100 und eine Anschlusseinheit 210. Die Diodeneinheit 100 entspricht oder ähnelt hierbei der Diodeneinheit aus 1. Somit umfasst die Diodeneinheit 100, die auf der Basis von Galliumoxid ausgeführt ist, eine Anodenseite und eine der Anodenseite gegenüberliegende Kathodenseite. In der Darstellung von 2 ist von der Diodeneinheit 100 lediglich die Kathode 108 gezeigt. Die Anschlusseinheit 210 ist ausgeformt, um die Halbleitereinrichtung 200 elektrisch leitfähig und auch mechanisch an einer Leiterplatte zu montieren. Die Anschlusseinheit 210 umfasst eine Grundplatte 212 und mindestens zwei Anschlüsse P1, P2, P3 zum Einstecken in Kontaktlöcher der Leiterplatte. Dabei ist einer der Anschlüsse P1, P2, P3, hier P3, einstückig mit der Grundplatte 212 ausgeformt. Mindestens ein weiterer der Anschlüsse P1, P2, P3 ist elektrisch von der Grundplatte 212 isoliert.The semiconductor device 200 comprises a diode unit 100 and a connection unit 210. The diode unit 100 corresponds or is similar to the diode unit of 1 . Thus, the diode unit 100, which is based on gallium oxide, comprises an anode side and a cathode side opposite the anode side. In the illustration of 2 only the cathode 108 of the diode unit 100 is shown. The connection unit 210 is formed in order to mount the semiconductor device 200 in an electrically conductive and also mechanical manner on a circuit board. The connection unit 210 comprises a base plate 212 and at least two connections P1, P2, P3 for insertion into contact holes in the circuit board. One of the connections P1, P2, P3, here P3, is formed integrally with the base plate 212. At least one other of the connections P1, P2, P3 is electrically insulated from the base plate 212.

Die Diodeneinheit 100 ist an der Grundplatte 212. Anschlusseinheit 210 angeordnet. Hierbei ist die Kathodenseite mit der Kathode 108 von der Grundplatte 212 abgewandt angeordnet. Die Anodenseite der Diodeneinheit 100 ist dabei der Grundplatte 212 zugewandt angeordnet und elektrisch mit der Grundplatte 212 verbunden. Die Kathodenseite, genauer gesagt die Kathode 108, der Diodeneinheit 100 ist elektrisch an einen elektrisch von der Grundplatte 212 isolierten Anschluss, hier P2, der Anschlüsse P1, P2, P3 angeschlossen.The diode unit 100 is arranged on the base plate 212. connection unit 210. The cathode side with the cathode 108 is arranged facing away from the base plate 212. The anode side of the diode unit 100 is arranged facing the base plate 212 and is electrically connected to the base plate 212. The cathode side, more precisely the cathode 108, of the diode unit 100 is electrically connected to a connection, here P2, of the connections P1, P2, P3, which is electrically insulated from the base plate 212.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Anschlusseinheit 210 einen ersten Anschluss P1, einen zweiten Anschluss P2 und einen dritten Anschluss P3. Dabei ist der zweite Anschluss P2 zwischen dem ersten Anschluss P1 und dem dritten Anschluss P3 angeordnet. Der erste Anschluss P1 und der zweite Anschluss P2 sind elektrisch von der Grundplatte 212 der Anschlusseinheit 210 isoliert. Der dritte Anschluss P3 ist einstückig mit der Grundplatte 212 ausgeformt. Die Kathodenseite, genauer gesagt die Kathode 108, der Diodeneinheit 100 ist elektrisch an den zweiten Anschluss P2 angeschlossen. Ferner ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Kathodenseite, genauer gesagt die Kathode 108, der Diodeneinheit 100 mittels mindestens eines Bonddrahtes 220 elektrisch an den einen elektrisch von der Grundplatte 212 isolierten Anschluss der Anschlüsse P1, P2, P3 angeschlossen, hier an den zweiten Anschluss P2.According to the exemplary embodiment shown here, the connection unit 210 comprises a first connection P1, a second connection P2 and a third connection P3. The second connection P2 is arranged between the first connection P1 and the third connection P3. The first connection P1 and the second connection P2 are electrically insulated from the base plate 212 of the connection unit 210. The third connection P3 is formed integrally with the base plate 212. The cathode side, more precisely the cathode 108, of the diode unit 100 is electrically connected to the second connection P2. Furthermore, according to the exemplary embodiment shown here, the cathode side, more precisely the cathode 108, of the diode unit 100 is electrically connected by means of at least one bonding wire 220 to one of the connections P1, P2, P3 that is electrically insulated from the base plate 212, here to the second connection P2.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Halbleitereinrichtung 200 entspricht oder ähnelt hierbei der Halbleitereinrichtung aus 2 mit Ausnahme dessen, dass in 3 auch ein Gehäuse 330 und ein Wärmeabfuhrelement 340 der Halbleitereinrichtung 200 gezeigt sind, wobei verglichen mit der Darstellung in 2 eine Rückseite der Halbleitereinrichtung 200 gezeigt ist, sodass außer dem Gehäuse 330 und dem Wärmeabfuhrelement 340 von der Halbleitereinrichtung 200 ansonsten lediglich die Anschlüsse P1, P2, P3 gezeigt sind. 3 shows a schematic representation of a semiconductor device 200 according to an embodiment. The semiconductor device 200 corresponds or is similar to the semiconductor device from 2 with the exception that in 3 also a housing 330 and a heat dissipation element 340 of the semiconductor device 200 are shown, wherein compared with the illustration in 2 a rear side of the semiconductor device 200 is shown, so that apart from the housing 330 and the heat dissipation element 340 of the semiconductor device 200, only the terminals P1, P2, P3 are shown.

Das Gehäuse 330, bei dem es sich beispielsweise um Vergussmasse oder dergleichen handelt, umschließt Halbleitereinrichtung 200 zumindest teilweise. Genauer gesagt deckt das Gehäuse 330 die Diodeneinheit vollständig ab und umschließt die Grundplatte der Anschlusseinheit vollständig und die Anschlüsse P1, P2, P3 partiell. Hierbei sind auch die von der Grundplatte der Anschlusseinheit elektrisch isolierten Anschlüsse P1 und P2 durch das Gehäuse 330 fixiert.The housing 330, which is for example a potting compound or the like, at least partially encloses the semiconductor device 200. More precisely, the housing 330 completely covers the diode unit and completely encloses the base plate of the connection unit and partially encloses the connections P1, P2, P3. The connections P1 and P2, which are electrically insulated from the base plate of the connection unit, are also fixed by the housing 330.

Das Wärmeabfuhrelement 340 ist an dem Gehäuse 330 oder alternativ an der Grundplatte der Anschlusseinheit angebracht. Hierbei ist die Grundplatte der Anschlusseinheit zwischen dem Wärmeabfuhrelement 340 und der Anodenseite der Diodeneinheit angeordnet. Das Wärmeabfuhrelement 340 ist ausgebildet, um Wärme von der Halbleitereinrichtung 200, genauer gesagt von der Diodeneinheit und insbesondere von der Anodenseite der Diodeneinheit abzuführen. Bei dem Wärmeabfuhrelement 340 handelt es sich Beispiel zweite um ein sogenanntes Kühlpad oder dergleichen.The heat dissipation element 340 is attached to the housing 330 or alternatively to the base plate of the connection unit. The base plate of the connection unit is arranged between the heat dissipation element 340 and the anode side of the diode unit. The heat dissipation element 340 is designed to dissipate heat from the semiconductor device 200, more precisely from the diode unit and in particular from the anode side of the diode unit. The heat dissipation element 340 is a so-called cooling pad or the like.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Halbleitereinrichtung 200 entspricht oder ähnelt der Halbleitereinrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. Insbesondere entspricht die Halbleitereinrichtung 200 der Halbleitereinrichtung aus 2, wobei die Halbleitereinrichtung 200 in 4 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt ist. Darstellungsbedingt sind hierbei von der Halbleitereinrichtung 200 die Diodeneinheit 100, die Grundplatte 212 und der dritte Anschluss P3 der Anschlusseinheit gezeigt. 4 shows a schematic representation of a semiconductor device 200 according to an embodiment. The semiconductor device 200 corresponds or is similar to the semiconductor device from one of the figures described above. In particular, the semiconductor device 200 corresponds to the semiconductor device from 2 , wherein the semiconductor device 200 in 4 is shown in a schematic side view. For reasons of illustration, the diode unit 100, the base plate 212 and the third connection P3 of the connection unit are shown here of the semiconductor device 200.

In 4 ist erkennbar, dass die Diodeneinheit 100 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Chip ausgeführt ist. Die Diodeneinheit 100 ist mittels Flip-Chip-Montage an der Grundplatte 212 der Anschlusseinheit angeordnet. Insbesondere ist die Diodeneinheit 100 durch Löten und/oder Sintern an der Grundplatte 212 angeordnet. Dabei ist die Diodeneinheit 100 auch thermisch mit der Grundplatte 212 gekoppelt.In 4 It can be seen that the diode unit 100 according to the embodiment shown here is designed as a chip. The diode unit 100 is arranged on the base plate 212 of the connection unit by means of flip-chip assembly. In particular, the diode unit 100 is arranged on the base plate 212 by soldering and/or sintering. The diode unit 100 is also thermally coupled to the base plate 212.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Halbleitereinrichtung 200 und die Darstellung in 5 entsprechen hierbei der Halbleitereinrichtung und der Darstellung aus 4 mit Ausnahme dessen, dass die Halbleitereinrichtung 200 zusätzlich einen Abstandhalter 550 aufweist. Der Abstandhalter 550 ist zwischen der Anodenseite 102 der Diodeneinheit 100 und der Grundplatte 212 der Anschlusseinheit angeordnet, insbesondere durch Löten, Sintern oder Schweißen. 5 shows a schematic representation of a semiconductor device 200 according to an embodiment. The semiconductor device 200 and the representation in 5 correspond to the semiconductor device and the representation from 4 with the exception that the semiconductor device 200 additionally has a spacer 550. The spacer 550 is arranged between the anode side 102 of the diode unit 100 and the base plate 212 of the connection unit, in particular by soldering, sintering or welding.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitereinrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Halbleitereinrichtung 200 und die Darstellung in 6 entsprechen hierbei der Halbleitereinrichtung und der Darstellung aus 4 mit Ausnahme dessen, dass die Grundplatte 212 der Anschlusseinheit um die Diodeneinheit 100 herum strukturiert ist, insbesondere durch mechanische Verfahren oder Laserätzverfahren. Insbesondere ist in der Grundplatte 212 ein sich um die Diodeneinheit 100 herum erstreckender Graben 614 ausgeformt. 6 shows a schematic representation of a semiconductor device 200 according to an embodiment. The semiconductor device 200 and the representation in 6 correspond to the semiconductor device and the representation from 4 with the exception that the base plate 212 of the Connection unit is structured around the diode unit 100, in particular by mechanical methods or laser etching methods. In particular, a trench 614 extending around the diode unit 100 is formed in the base plate 212.

Unter Bezugnahme auf 5 und 6 sei kurz erläutert, dass es bei Flip-Chip-Anordnungen wie der Anordnung der Diodeneinheit 100 innerhalb der Halbleitereinrichtung 200 vorteilhaft sein kann, den Abstand zwischen der Oberfläche des Chips bzw. der Diodeneinheit 100 und der Grundplatte 212 zu erhöhen. So kann Beispiel zweite die Montage erleichtert werden und/oder können potentielle Einflüsse durch elektrische Felder zwischen der Oberfläche des Chips bzw. der Diodeneinheit und der Grundplatte 212 verringert werden. Hierfür sind die Ausführungsbeispiele aus 5 und/oder 6 geeignet.With reference to 5 and 6 It should be briefly explained that in flip-chip arrangements such as the arrangement of the diode unit 100 within the semiconductor device 200, it can be advantageous to increase the distance between the surface of the chip or the diode unit 100 and the base plate 212. In this way, assembly can be made easier and/or potential influences due to electric fields between the surface of the chip or the diode unit and the base plate 212 can be reduced. The embodiments from 5 and/or 6 suitable.

7 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Halbleitervorrichtung 700 umfasst insbesondere Leistungselektronik und ist beispielsweise für Leistungsmodule, Gleichspannungswandler, Inverter, Ladevorrichtungen auf der Platine oder dergleichen vorgesehen oder Teil derselben. Die Halbleitervorrichtung 700 umfasst eine Leiterplatte 705 und mindestens eine Halbleitereinrichtung 200, die an der Leiterplatte 705 montiert ist. Die mindestens eine Halbleitereinrichtung 200 entspricht oder ähnelt hierbei der Halbleitereinrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. Zur Montage der mindestens einen Halbleitereinrichtung 200 an der Leiterplatte 705 sind oder werden die Anschlüsse der mindestens einen Halbleitereinrichtung 200 in Kontaktlöcher eingesteckt, die in der Leiterplatte 705 ausgeformt sind. 7 shows a schematic representation of a semiconductor device 700 according to an embodiment. The semiconductor device 700 comprises in particular power electronics and is provided for example for power modules, DC-DC converters, inverters, charging devices on the circuit board or the like or is part of the same. The semiconductor device 700 comprises a circuit board 705 and at least one semiconductor device 200 which is mounted on the circuit board 705. The at least one semiconductor device 200 corresponds to or is similar to the semiconductor device from one of the figures described above. In order to mount the at least one semiconductor device 200 on the circuit board 705, the connections of the at least one semiconductor device 200 are or will be inserted into contact holes which are formed in the circuit board 705.

8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 800 zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung. Durch Ausführen des Verfahrens 800 zum Herstellen ist die Halbleitereinrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren herstellbar. Das Verfahren 800 zum Herstellen umfasst einen Schritt 810 des Bereitstellens der Diodeneinheit und der Anschlusseinheit der Halbleitereinrichtung aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. Ferner umfasst das Verfahren 800 zum Herstellen einen Schritt 820 des Anordnens der Diodeneinheit an der Grundplatte der Anschlusseinheit. Zudem umfasst das Verfahren 800 zum Herstellen auch einen Schritt 830 des Anschließens der Kathodenseite der Diodeneinheit elektrisch an einen elektrisch von der Grundplatte isolierten Anschluss der Anschlüsse. 8 shows a flow chart of an embodiment of a method 800 for producing a semiconductor device. By carrying out the method 800 for producing, the semiconductor device from one of the figures described above can be produced. The method 800 for producing comprises a step 810 of providing the diode unit and the connection unit of the semiconductor device from one of the figures described above. Furthermore, the method 800 for producing comprises a step 820 of arranging the diode unit on the base plate of the connection unit. In addition, the method 800 for producing also comprises a step 830 of electrically connecting the cathode side of the diode unit to a connection of the connections that is electrically insulated from the base plate.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 800 zum Herstellen auch einen Schritt 805 des Strukturierens der Grundplatte um die Diodeneinheit herum. Hierbei wird die Grundplatte bzw. Kupfer-Grundplatte präzise strukturiert, bevor der Chip bzw. Diodeneinheit montiert wird, beispielsweise durch mechanische Verfahren oder Laserätzverfahren. Der Schritt 805 des Strukturierens ist hierbei nach dem Schritt 810 des Bereitstellens ausführbar.According to one embodiment, the method 800 for manufacturing also includes a step 805 of structuring the base plate around the diode unit. In this case, the base plate or copper base plate is precisely structured before the chip or diode unit is mounted, for example by mechanical methods or laser etching methods. The step 805 of structuring can be carried out after the step 810 of providing.

Insbesondere wird im Schritt 820 des Anordnens die Diodeneinheit mittels Flip-Chip-Montage und/oder durch Löten und/oder Sintern an der Grundplatte angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 820 des Anordnens ein Abstandhalter zwischen der Anodenseite der Diodeneinheit und der Grundplatte angeordnet.In particular, in step 820 of arranging, the diode unit is arranged on the base plate by means of flip-chip mounting and/or by soldering and/or sintering. According to one embodiment, in step 820 of arranging, a spacer is arranged between the anode side of the diode unit and the base plate.

Das Verfahren 800 zum Herstellen umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel auch einen Schritt 840 des Umschließens der Halbleitereinrichtung zumindest teilweise mit dem Gehäuse. Der Schritt 840 des Umschließens ist hierbei nach dem Schritt 830 des Anschließens ausführbar.According to one embodiment, the method 800 for manufacturing also includes a step 840 of at least partially enclosing the semiconductor device with the housing. The step 840 of enclosing can be carried out after the step 830 of connecting.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 800 zum Herstellen zu dem einen Schritt 815 des Anbringens des Wärmeabfuhrelements an der Halbleitereinrichtung. Der Schritt 815 des Anbringens ist hierbei entweder nach dem Schritt 810 des Bereitstellens, wobei das Wärmeabfuhrelement an der Grundplatte der Anschlusseinheit angebracht wird, oder nach dem Schritt 840 des Umschließens ausführbar, wobei das Wärmeabfuhrelement an dem Gehäuse angebracht wird.According to one embodiment, the method 800 for manufacturing includes the step 815 of attaching the heat dissipation element to the semiconductor device. The step 815 of attaching can be carried out either after the step 810 of providing, wherein the heat dissipation element is attached to the base plate of the connection unit, or after the step 840 of enclosing, wherein the heat dissipation element is attached to the housing.

Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren werden Ausführungsbeispiele und Vorteile von Ausführungsbeispielen nachfolgend zusammenfassend und mit anderen Worten nochmals erläutert.With reference to the figures described above, embodiments and advantages of embodiments are explained again below in summary and in other words.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist insbesondere eine Modifikation der Anschlusseinheit 210 bzw. eines TO247-Gehäuserahmens (Leadframe) zur Verbesserung der Wärmeableitung in Ga₂O₃-Leistungsbauelementen, hier der Diodeneinheit 100, vorgesehen. Es wird beispielsweise eine Flip-Chip-Montage einer Galliumoxid-Leistungsdiode bzw. der Diodeneinheit 100 in einem üblichen TO247-Gehäuse bzw. Package ermöglicht. Durch Modifizieren der Struktur des Gehäuserahmens bzw. der Anschlusseinheit 210 können die Wärmeableitung und somit die Leistung bzw. Nennleistung signifikant erhöht werden, ohne die Standardkonfiguration von Anschlussstiften bzw. Anschlüssen P1, P2, P3 zu ändern. Deshalb sind auch keine Änderungen an Schaltungslayouts der Leiterplatte 705 nötig.According to embodiments, a modification of the connection unit 210 or a TO247 housing frame (lead frame) is provided in particular to improve heat dissipation in Ga ₂ O ₃ power components, here the diode unit 100. For example, flip-chip assembly of a gallium oxide power diode or the diode unit 100 in a conventional TO247 housing or package is made possible. By modifying the structure of the housing frame or the connection unit 210, the heat dissipation and thus the power or rated power can be significantly increased without changing the standard configuration of connection pins or connections P1, P2, P3. Therefore, no changes to the circuit layout of the circuit board 705 are necessary.

Das sogenannte TO247-Package ist eines der am häufigsten verwendeten Packages für Leistungselektronikchips (Dioden, Transistoren). Der Chip wird jedoch in diesen Gehäusen herkömmlicherweise von der Unterseite her gekühlt. Für neue Halbleiterbauelemente mit breitem Bandabstand auf der Basis von Galliumoxid (Ga₂O₃), wie die Diodeneinheit 100, ist jedoch das Kühlen des Chips von der Oberseite, d. h. von der Anodenseite 102 (junction side) her, signifikant wirksamer. Es wird insbesondere eine neue Art von TO247-Gehäusestruktur beschrieben, die eine Kühlung des Chips bzw. der Diodeneinheit 100 von der Anodenseite 102 ohne Änderung des Schaltungslayouts der Leiterplatte 705 ermöglicht.The so-called TO247 package is one of the most commonly used packages for power electronics chips (diodes, transistors). The However, in these packages, the chip is conventionally cooled from the bottom. However, for new wide bandgap semiconductor devices based on gallium oxide (Ga ₂ O ₃ ), such as the diode device 100, cooling the chip from the top, ie from the anode side 102 (junction side), is significantly more effective. In particular, a new type of TO247 package structure is described which enables cooling of the chip or diode device 100 from the anode side 102 without changing the circuit layout of the printed circuit board 705.

Das TO247-Package ist eines der am häufigsten verwendeten Packages für Leistungselektronikchips, da es kostengünstig, einfach zu handhaben und wirksam kühlbar ist. Das Package weist in seiner gängigsten Konfiguration drei Kupferanschlüsse (P1, P2, P3) auf. Mit diesen Anschlüssen kann das Bauelement bzw. die Halbleitereinrichtung 200 und somit die Diodeneinheit 100 elektrisch mit einer Schaltungsplatine beziehen zweite Leiterplatte 705 verbunden sein. Falls ein Transistor, z. B. IGBT, MOSFET, in einem Package bzw. einer Halbleitereinrichtung montiert ist, so werden alle drei Anschlüsse genutzt, Gate, Source oder Emitter, Drain oder Collector. Eine Diode weist lediglich zwei Kontakte auf, Anode und Katode. Daher werden lediglich zwei Anschlussstifte bzw. Anschlüsse genutzt und der dritte ist nicht angeschlossen. Dies erfolgt bei herkömmlichen Halbleitereinrichtungen beispielsweise folgendermaßen: Die Kathode der Diode ist elektrisch und thermisch an der Grundplatte angebracht, z. B. durch Löten oder Sintern). Die Grundplatte und der Anschluss P2 sind einstückig, somit liegt der Anschluss P2 auf Kathodenpotenzial. Die Anode ist Beispiel zweite mittels Bonddrähten mit dem Anschluss P3 verbunden, somit liegt der Anschluss P3 auf Anodenpotenzial. Alle Anschlüsse sind durch einen nachfolgenden Vergussprozess sicher in Position gehalten und mechanisch stabilisiert.The TO247 package is one of the most commonly used packages for power electronic chips because it is inexpensive, easy to handle and can be cooled effectively. In its most common configuration, the package has three copper terminals (P1, P2, P3). With these terminals, the component or semiconductor device 200 and thus the diode unit 100 can be electrically connected to a circuit board or second circuit board 705. If a transistor, e.g. IGBT, MOSFET, is mounted in a package or semiconductor device, all three terminals are used, gate, source or emitter, drain or collector. A diode has only two contacts, anode and cathode. Therefore, only two connection pins or terminals are used and the third is not connected. In conventional semiconductor devices, for example, this is done as follows: The cathode of the diode is electrically and thermally attached to the base plate, e.g. by soldering or sintering). The base plate and the P2 connection are one piece, so the P2 connection is at cathode potential. The anode is connected to the P3 connection using bonding wires, so the P3 connection is at anode potential. All connections are held securely in position and mechanically stabilized by a subsequent potting process.

Gemäß dem Vorschlag hierin wird anstelle der Standardmontage die Ga₂O₃-Diode bzw. Diodeneinheit 100 in dem Package umgedreht bzw. geflippt, wobei die Anode 104 der Grundplatte 212 zugewandt ist und die Kathode 208 nach oben bzw. von der Grundplatte 212 weg gewandt ist. Damit ist eine wirksame Kühlung möglich und die Leistung von Ga₂O₃-Dioden ist gesteigert.According to the proposal herein, instead of the standard mounting, the Ga ₂ O ₃ diode or diode unit 100 is flipped in the package, with the anode 104 facing the base plate 212 and the cathode 208 facing upwards or away from the base plate 212. This enables effective cooling and increases the performance of Ga ₂ O ₃ diodes.

Wenn die Diodeneinheit 100 jedoch lediglich umgedreht würde, läge der zweite Anschluss P2 auf Anodenpotenzial und läge der dritte Anschluss P3 auf Kathodenpotenzial. Bei vielen Anwendungen würde dies bedeuten, dass Änderungen der Layouts von Schaltungsplatinen bzw. Leiterplatten 705 nötig wären und übliche Strukturen von Schaltungsplatinen beziehen zweite Leiterplatten 705 nicht ohne weiteres verwendet werden könnten.However, if the diode unit 100 were simply turned over, the second terminal P2 would be at anode potential and the third terminal P3 would be at cathode potential. In many applications, this would mean that changes to the layouts of circuit boards or printed circuit boards 705 would be necessary and common circuit board structures could not be used without further ado.

Zusätzlich zu der Flip-Chip-Montage wird daher eine Modifikation der Anschlusseinheit 210 beispielsweise eines TO247-Package vorgeschlagen. Wie es insbesondere in 3 gezeigt ist, ist der dritte Anschluss P3 nun einstückig mit der Grundplatte 212 ausgeformt und sind der erste Anschluss P1 und der zweite Anschluss P2 elektrisch von der Grundplatte 212 isoliert. Ferner ist der zweite Anschluss P2 elektrisch mit der Kathode 106 der Diodeneinheit 100 verbunden, z. B. unter Verwendung von Bonddrähten 220. Das Bauelement kann dann in derselben Weise eingegossen werden wie das standardmäßige TO247-Package. Auf diese Weise liegt bei der Montage der Diodeneinheit in einer Flip-Chip-Anordnung an der Grundplatte 212 der dritte Anschluss P3 immer noch auf Anodenpotenzial, liegt der zweite Anschluss P2 immer noch auf Kathodenpotenzial und ist der erste Anschluss P1 immer noch nicht elektrisch angeschlossen. Dies bedeutet, dass das Bauelement bzw. die Halbleitereinrichtung 200 direkt in Standardschaltungen platziert werden kann, ohne dass weitere Modifikationen nötig sind. Zudem wird der Chip bzw. die Diodeneinheit 100 von der Anodenseite 102 her wirksam gekühlt, um die Nennleistung zu erhöhen. Auch können die gleichen Verarbeitungsschritte wie für das „übliche“ TO247-Package verwendet werden, sodass das Package in standardmäßiger Massenfertigung kostengünstig bleiben kann.In addition to the flip-chip assembly, a modification of the connection unit 210, for example of a TO247 package, is therefore proposed. As is particularly the case in 3 As shown, the third terminal P3 is now integrally molded with the base plate 212 and the first terminal P1 and the second terminal P2 are electrically isolated from the base plate 212. Furthermore, the second terminal P2 is electrically connected to the cathode 106 of the diode unit 100, e.g. using bonding wires 220. The device can then be molded in the same manner as the standard TO247 package. In this way, when the diode unit is mounted in a flip-chip arrangement on the base plate 212, the third terminal P3 is still at anode potential, the second terminal P2 is still at cathode potential, and the first terminal P1 is still not electrically connected. This means that the device or semiconductor device 200 can be placed directly in standard circuits without further modifications being necessary. In addition, the chip or diode unit 100 is effectively cooled from the anode side 102 to increase the rated power. The same processing steps as for the "usual" TO247 package can also be used, so that the package can remain cost-effective in standard mass production.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.The embodiments described and shown in the figures are selected only as examples. Different embodiments can be combined with each other completely or with regard to individual features. An embodiment can also be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.Furthermore, method steps according to the invention can be repeated and carried out in a different order than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an embodiment includes an “and/or” link between a first feature and a second feature, this can be read as meaning that the embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to another embodiment has either only the first feature or only the second feature.

Bezugszeichenreference sign

100100: Diodeneinheitdiode unit
102102: Anodenseiteanode side
104104: Anodeanode
106106: Kathodenseitecathode side
108108: Kathodecathode
200200: Halbleitereinrichtungsemiconductor device
210210: Anschlusseinheitconnection unit
212212: Grundplattebase plate
220220: Bonddrahtbonding wire
P1P1: erster Anschlussfirst connection
P2P2: zweiter Anschlusssecond connection
P3P3: dritter Anschlussthird connection
330330: GehäuseHousing
340340: Wärmeabfuhrelementheat dissipation element
550550: Abstandhalterspacers
614614: GrabenDig
700700: Halbleitervorrichtungsemiconductor device
705705: Leiterplattecircuit board
800800: Verfahren zum Herstellen der HalbleitereinrichtungMethod for manufacturing the semiconductor device
805805: Schritt des Strukturierensstep of structuring
810810: Schritt des Bereitstellensstep of deployment
815815: Schritt des Anbringensstep of installation
820820: Schritt des Anordnensstep of arranging
830830: Schritt des Anschließensstep of connecting
840840: Schritt des Umschließensstep of enclosing

Claims

Semiconductor device (200) having the following features: a diode unit (100) which is based on gallium oxide, wherein the diode unit (100) has an anode side (102) and a cathode side (106) opposite the anode side (102), and a connection unit (210) for electrically conductive mounting of the semiconductor device (200) on a circuit board (705), wherein the connection unit (210) has a base plate (212) and at least two connections (P1, P2, P3) for insertion into contact holes in the circuit board (705), wherein one of the connections (P1, P2, P3) is formed in one piece with the base plate (212) and at least one further one of the connections (P1, P2, P3) is electrically insulated from the base plate (212), wherein the diode unit (100) is attached to the base plate (212) the connection unit (210), wherein the anode side (102) of the diode unit (100) is arranged facing the base plate (212) and is electrically connected to the base plate (212), wherein the cathode side (106) of the diode unit (100) is arranged facing away from the base plate (212) and is electrically connected to a connection of the connections (P1, P2, P3) that is electrically insulated from the base plate (212).

Semiconductor device (200) according to claim 1 , wherein the diode unit (100) is designed as a chip, wherein the diode unit (100) is arranged on the base plate (212) by means of flip-chip mounting and/or by soldering and/or sintering.

Semiconductor device (200) according to one of the preceding claims, wherein the cathode side (106) of the diode unit (100) is electrically connected to the one of the terminals (P1, P2, P3) that is electrically insulated from the base plate (212) by means of at least one bonding wire (220).

Semiconductor device (200) according to one of the preceding claims, wherein the diode unit (100) is thermally coupled to the base plate (212).

Semiconductor device (200) according to one of the preceding claims, wherein the connection unit (210) has a first connection (P1), a second connection (P2) and a third connection (P3), wherein the second connection (P2) is arranged between the first connection (P1) and the third connection (P3), wherein the first connection (P1) and the second connection (P2) are electrically insulated from the base plate (212) of the connection unit (210) and the third connection (P3) is formed integrally with the base plate (212), wherein the cathode side (106) of the diode unit (100) is electrically connected to the second connection (P2).

Semiconductor device (200) according to one of the preceding claims, comprising a housing (330), wherein the semiconductor device (200) is at least partially enclosed by the housing (330), wherein the at least one terminal (P1, P2) electrically insulated from the base plate (212) is fixed by the housing (330).

Semiconductor device (200) according to one of the preceding claims, with a heat dissipation element (340) for dissipating heat from the semiconductor device (200), in particular from the diode unit (100), wherein the base plate (212) of the connection unit (210) is arranged between the heat dissipation element (340) and the anode side (102) of the diode unit (100).

Semiconductor device (200) according to one of the preceding claims, comprising a spacer (550) arranged between the anode side (102) the diode unit (100) and the base plate (212) or is arranged by soldering, sintering or welding between the anode side (102) of the diode unit (100) and the base plate (212).

Semiconductor device (200) according to one of the preceding claims, wherein the base plate (212) is structured around the diode unit (100), in particular by mechanical methods or laser etching methods, and/or has a trench (614) extending around the diode unit (100).

Semiconductor device (700) comprising a circuit board (705) and at least one semiconductor device (200) according to one of the preceding claims mounted on the circuit board (705).

Method (800) for manufacturing a semiconductor device (200) according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the method (800) comprises the following steps: providing (810) the diode unit (100) and the connection unit (210); arranging (820) the diode unit (100) on the base plate (212) of the connection unit (210); and connecting (830) the cathode side (106) of the diode unit (100) electrically to a connection of the connections (P1, P2, P3) that is electrically insulated from the base plate (212).

Procedure (800) according to claim 11 , wherein in the step (820) of arranging the diode unit (100) is arranged on the base plate (212) by means of flip-chip mounting and/or by soldering and/or sintering.

Method (800) according to one of the Claims 11 until 12 , with a step (840) of at least partially enclosing the semiconductor device (200) with the housing (330).

Method (800) according to one of the Claims 11 until 13 , comprising a step (815) of attaching the heat dissipation element (340) to the semiconductor device (200).

Method (800) according to one of the Claims 11 until 14 , with a step (805) of structuring the base plate (212) around the diode unit (100) and/or wherein in the step (820) of arranging the spacers (550) are arranged between the anode side (102) of the diode unit (100) and the base plate (212).