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DE102011083224A1 - Wärmeleitpaste, Leistungshalbleiteranordnung mit Wärmeleitpaste und Verfahren zum Aufbringen eines Wärmeleitmediums auf eine Wärmeableitfläche - Google Patents

Wärmeleitpaste, Leistungshalbleiteranordnung mit Wärmeleitpaste und Verfahren zum Aufbringen eines Wärmeleitmediums auf eine Wärmeableitfläche Download PDF

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DE102011083224A1
DE102011083224A1 DE102011083224A DE102011083224A DE102011083224A1 DE 102011083224 A1 DE102011083224 A1 DE 102011083224A1 DE 102011083224 A DE102011083224 A DE 102011083224A DE 102011083224 A DE102011083224 A DE 102011083224A DE 102011083224 A1 DE102011083224 A1 DE 102011083224A1
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DE
Germany
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color
temperature
power semiconductor
thermal
semiconductor module
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102011083224A
Other languages
English (en)
Inventor
Martin Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102011083224A priority Critical patent/DE102011083224A1/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeleitpaste (5) mit thermochromen Eigenschaften, die durch thermochrome Farbbestandteile in der Wärmeleitpaste (5) erreicht werden. Je nach Art der thermochromen Farbbestandteile verändert sich die Farbe der Wärmeleitpaste (5) bei einer Temperaturänderung reversibel oder irreversibel. Hierdurch können die Temperatur und die Wärmeverteilung in der Wärmeleitpaste (5) mit Hilfe der Farbe bzw. der Farbverteilung ermittelt werden. Durch die Verwendung von Farbbestandteilen, die irreversibel thermochrome Eigenschaften aufweisen, lassen sich so außerdem Aussagen über die bei einem vorangehenden Betrieb erreichten Temperaturen einer mit der Wärmeleitpaste (5) versehenen Anordnung (100) treffen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmeleitpaste. Insbesondere in der Leistungselektronik ist es häufig erforderlich, Baugruppen wie z.B. Leistungshalbleitermodule großflächig über einen Kühlkörper zu kühlen. Hierbei muss eine Wärmeableitkontaktfläche der Baugruppe mit einem möglichst niedrigen Wärmeübergangswiderstand mit einer Kontaktfläche des Kühlkörpers thermisch gekoppelt werden.
  • Um unvermeidliche Unebenheiten der beteiligten Kontaktflächen des Leistungshalbleitermoduls und des Kühlkörpers auszugleichen, wird zwischen diese häufige eine Wärmeleitpaste eingebracht. Gleichwohl kann es im Bereich der Wärmekontaktflächen lokal zu einem schlechten Wärmekontakt und damit einhergehend zu einer Überhitzung der in diesem Bereich befindlichen Halbleiterchips des Leistungshalbleitermoduls kommen. Im günstigsten Fall reduziert sich hierdurch die Lebensdauer dieser Halbleiterchips, im ungünstigsten Fall kommt es sogar zum quasi-sofortigen Totalausfall. Daher dürfen solche Leistungshalbleitermodule nur mit herstellerseitig vorgeschriebenen Maximaltemperaturen betrieben werden. Nach einem eventuellen Ausfall eines Leistungshalbleitermoduls ist es jedoch häufig kaum festzustellen, ob die vorgeschriebenen Temperaturobergrenzen eingehalten wurden.
  • Dieses Problem soll mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden. Hierzu stellt die Erfindung eine Wärmeleitpaste gemäß Patentanspruch 1, eine Leistungshalbleiteranordnung gemäß Patentanspruch 8, sowie Verfahren zum Ermitteln der beim Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls erreichten Betriebstemperatur gemäß den Patentansprüchen 13 und 14 bereit. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Die Erfindung sieht unter anderem eine Wärmeleitpaste vor, die zumindest einen thermochromen Farbbestandteil enthält, dessen Farbe sich mit der Temperatur der Wärmeleitpaste kontinuierlich oder aber sprunghaft bei einer bestimmten Umschlagtemperatur ändert. Solche Farbänderungen können reversibel oder irreversibel sein. Der Farbumschlag kann dabei von farbig nach farblos, von farblos nach farbig und von einer Farbe in eine andere Farbe erfolgen, wobei im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch Graustufen einschließlich Weiß und Schwarz als "farbig" angesehen werden.
  • Dabei kann eine Wärmeleitpaste ausschließlich eine oder mehrere Sorten thermochromer Farbbestandteile enthalten, die temperaturabhängig reversible Farbänderungen zeigen. Ebenso kann eine Wärmeleitpaste nur solche Sorten von thermochromen Farbbestandteilen enthalten, die, wenn ihre Temperatur eine für die betreffende Sorte charakteristische Temperatur überschreitet, irreversible Farbänderungen zeigen. Außerdem kann eine Wärmeleitpaste in beliebigen Kombinationen sowohl eine oder mehrere Sorten thermochromer Farbbestandteile aufweisen, von denen jeder reversibel thermochrome Eigenschaften besitzt, als auch eine oder mehrere Sorten thermochromer Farbbestandteile, von denen jeder irreversibel thermochrome Eigenschaften zeigt.
  • Falls eine Wärmeleitpaste zwei oder mehr Sorten von thermochromen Farbbestandteilen enthält, ergibt sich bei ausreichendem Vermischungsgrad dieser Farbbestandteile in der Wärmeleitpaste eine von der aktuellen und/oder von der maximal erreichten Temperatur abhängige Mischfarbe.
  • Mit Hilfe derartiger Wärmeleitpasten besteht daher die Möglichkeit, anhand der Farbe der Wärmeleitpaste Rückschlüsse auf die aktuelle oder auf die maximal erreichte Temperatur der Farbbestandteile zu ziehen und damit auch bis zu einem gewissen Grad auf die entsprechende Temperatur des gekühlten Bauelements oder der gekühlten Baugruppe. Da eine Wärmeleitpaste zwischen einer Wärmeableitkontaktfläche eines zu kühlenden Bauelements oder einer zu kühlenden Baugruppe einerseits und einer Kontaktfläche eines Kühlkörpers andererseits angeordnet und dadurch verdeckt ist, sind in der Praxis vor allem Farbbestandteile mit irreversibel thermochromen Eigenschaften relevant. Mit ihnen lässt sich nämlich auch nach dem Betrieb eines Bauelements oder einer Baugruppe, wenn also die das Bauelement oder die Baugruppe nach dem Betrieb wieder z.B. auf Raumtemperatur (20°C) abgekühlt ist und vom Kühlkörper abgenommen wird, nachträglich ermitteln, ob und welche Temperatur der Wärmeleitpaste während des Betriebs überschritten wurde. Durch eine Mischung verschiedener Sorten von Farbbestandteilen, von denen jeder Farbbestandteil eine andere charakteristische Temperatur besitzt, bei deren Überschreiten eine irreversible Farbveränderung auftritt, lässt sich jeder (Misch-)Farbe der Wärmeleitpaste ein Temperaturbereich zuordnen. Auf diese Weise lässt bei ausreichend geringen Abständen der für die verschiedenen Sorten charakteristischen Temperaturen die erreichte Temperatur recht genau ermitteln.
  • Eine Wärmeleitpaste gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise thermochrome Farbbestandteile enthalten, die bei Raumtemperatur eine erste Farbe aufweisen und die reversibel oder irreversibel eine von der ersten Farbe verschiedene zweite Farbe annehmen, wenn die Temperatur dieser Farbbestandteile eine Temperatur von 110°C oder 130°C oder 150°C überschreitet. Die Variante "110°C" kann beispielsweise bei der Kühlung von Leistungshalbleitermodulen eingesetzt werden, deren Halbleiterbauelemente eine maximal zulässige Sperrschichttemperatur TJmax von 125°C aufweisen, die Variante "130°C" beispielsweise bei der Kühlung von Leistungshalbleitermodulen, deren Halbleiterbauelemente eine maximal zulässige Sperrschichttemperatur TJmax von 150°C aufweisen, und die Variante "150°C" beispielsweise bei der Kühlung von Leistungshalbleitermodulen, deren Halbleiterbauelemente eine maximal zulässige Sperrschichttemperatur TJmax von 175°C aufweisen. Die lediglich beispielhaft genannten Zuordnungen zwischen der Temperatur der Farbbestandteile und der maximal zulässigen Sperrschichttemperatur der Halbleiterbauelemente ist jedoch nicht zwingend, da eine bestimmte Sperrschichttemperatur bei mit einem Kühlkörper thermisch gekoppelten Leistungshalbleitermodul am Ort der Wärmeleitpaste eine Temperatur hervorrufen kann, die unter anderem von der Geometrie des Leistungshalbleitermoduls und dem Kühlvermögen des Kühlkörpers abhängt und daher variieren kann.
  • In der Praxis ist beim Betrieb eines Bauelements oder einer Baugruppe die Wärmeverteilung über dessen bzw. über deren Wärmeableitkontaktfläche inhomogen, so dass anhand der Farbverteilung die erreichte Temperatur sogar ortsaufgelöst ermittelt werden kann. Auf diese Weise können z.B. Lunker in Lotschichten festgestellt werden, da die Wärmeübertragung über die Lotschicht im Bereich von Lunkern reduziert wird, d. h. die unterhalb eines Lunkers befindlichen Bereiche der Wärmeleitpaste werden nicht so stark erhitzt wie die an den Lunker angrenzenden Bereiche.
  • In jedem Fall muss die Wärmeleitpaste, bevor eine Temperaturbestimmung anhand ihrer Farbe durchgeführt wird, zuvor kalibriert werden. Das heißt, es muss eine Korrelation zwischen der Temperatur der Wärmeleitpaste und damit auch der Temperatur der Farbbestandteile einerseits und der Farbe der Farbbestandteile und damit auch der Farbe der Wärmeleitpaste andererseits ermittelt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass eine Wärmeleitpaste, wenn sie Farbbestandteile mit irreversibel thermochromen Eigenschaften enthält, bei zwei Farbbestimmungen, die bei derselben Temperatur durchgeführt werden, unterschiedliche Farben zeigen kann, wenn die Temperatur der Wärmeleitpaste zwischen den beiden Farbbestimmungen auf eine Temperatur erhöht wurde, die höher ist, als eine Temperatur, bei deren Überschreiten bei zumindest einer Sorte der Farbbestandteile eine dauerhafte, d. h. irreversible Farbveränderung auftritt.
  • Um gute Wärmetransporteigenschaften aufzuweisen ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Wärmeleitpaste bei einer Temperatur von 100°C eine hohe Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise von mehr als 0,9 W/(m·K), von mehr als 3 W/(m·K) oder von mehr als 10 W/(m·K), besitzt.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Viskosität der Wärmeleitpaste ein einfaches Auftragen auf eine Wärmeableitkontaktfläche eines zu kühlenden Bauelements oder einer zu kühlenden Baugruppe erlaubt.
  • Mit Hilfe einer vorangehend erläuterten Wärmeleitpaste lässt sich damit auch nachträglich, d. h. nach dem Betrieb eines Bauelements oder einer Baugruppe feststellen, ob das Bauelement oder die Baugruppe unterhalb einer vorgeschriebenen Temperaturhöchstgrenze betrieben wurde oder nicht. Ebenso lässt es sich z.B. feststellen, ob eine Wärmeableitkontaktfläche homogen an die Kontaktfläche eines Kühlkörpers angekoppelt war.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. In den Figurenbezeichnen, soweit nicht anders angegeben, gleiche Figuren gleiche Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktion. Es zeigt:
  • 1 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, auf dessen Bodenplatte mit einer Wärmeleitpaste versehen ist, die irreversibel thermochrome Farbbestandteile enthält, das mit einem Kühlkörper in thermischen Kontakt gebracht wird;
  • 2 eine Draufsicht auf die mit der Wärmeleitpaste versehene Bodenplatte des Leistungshalbleitermoduls gemäß 1;
  • 3 eine Draufsicht auf die Bodenplatte eines Leistungshalbleitermoduls, auf die eine Wärmeleitpaste, die irreversibel thermochrome Farbbestandteile enthält, mit wabenförmiger Struktur aufgetragen ist;
  • 4 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, das mit einem Kühlkörper in thermischen Kontakt gebracht wird, wobei die Bodenplatte des Leistungshalbleitermoduls als Mehrschicht-Keramiksubstrat ausgebildet ist, auf das eine Wärmeleitpaste mit irreversibel thermochromen Farbbestandteilen aufgebracht ist;
  • 5 die Ansicht gemäß 2 nach längerem Betrieb des Leistungshalbleitermoduls;
  • 6 die Ansicht gemäß 5 mit dem Unterschied, dass die Verbindungsschicht zwischen einem der Halbleiterchips und dem Substrat, auf dem dieser Halbleiterchip montiert ist, einen Lunker aufweist.
  • Im Folgenden wird zunächst beispielhaft eine Grundzusammensetzung für eine Wärmeleitpaste beschrieben. Eine Wärmeleitpaste kann ein Matrixmaterial aufweisen, in das ein oder mehrere wärmeleitende Füllstoffe eingebettet sind. Als Matrixmaterialien eignen sich beispielsweise Öle, Harze oder Fette, oder darauf basierenden Pasten mit zumindest z.B. Epoxidharz, Vaseline, Pasten basierend auf Silikonöl, oder Pasten auf Basis von Polypropylenglycol. Als wärmeleitender Füllstoff können z.B. Pulver mit einem oder mehreren der folgenden Materialien verwendet werden: Diamant, Kupfer, Aluminium, Silber, Zinkoxid, Berylliumoxid, Bornitrid, Al-Nitrid, Si-Nitrid Al-Oxid. Während durch die Verwendung von wärmeleitenden Füllstoffen eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpaste erreicht werden soll, dient das Matrixmaterial dazu, die Füllstoffe zu binden. Je nach Anwendungsgebiet kann die Verwendung bestimmter Materialen als Matrix- bzw. als Füllmaterial vorteilhaft sein. So kann es beispielsweise gewünscht sein, dass die Wärmeleitpaste elektrisch isolierend ist oder zumindest einen hohen elektrischen Widerstand aufweist. Hierzu kann es z.B. vorteilhaft sein, nur elektrisch nicht leitende oder hochohmige Materialien als Füllstoff zu verwenden, oder im Fall von elektrisch leitenden oder niederohmigen Materialien die Körner des Pulvers aus diesen Materialien mit einer nicht leitenden Schicht zu überziehen. Bei der nicht leitenden Schicht kann es sich beispielsweise um eine Oxidschicht aus dem Oxid des betreffenden Materials handeln. Die Wärmeleitpaste wird durch Herstellen einer homogenen Mischung aus dem Matrixmaterial, einem wärmeleitenden Füllstoffpulver, sowie einem Pulver mit thermochromen Eigenschaften erzeugt, wobei die thermochromen Eigenschaften reversibel oder irreversibel sein können. Außerdem kann ein Pulver mit thermochromen Eigenschaften sowohl einen Pulveranteil aufweisen, der reversibel thermochrome Eigenschaften besitzt, als auch einen Pulveranteil mit irreversibel thermochromen Eigenschaften.
  • Bei einem thermochromen Farbbestandteil kann es sich beispielsweise um eine Dreikomponenten-Mischung mit mindestens einem Elektronendonator, mindestens einem Elektrononenakzeptor und mindestens einem Lösungsmittel handeln.
  • Bei dem Elektronendonator handelt es sich z.B. um einen elektronenreichen organischen Farbstoff handeln, beispielsweise um einen Leukofarbstoff. Als Leukofarbstoffe können unter anderem Spirolactone, Fluorane, Spiropyrane oder Fulgide eingesetzt.
  • Als Elektronenakzeptor eignet sich zum Beispiel eine schwache Säure, z.B. Bisphenol A, Alkyl-p-hydroxybenzoat, 1,2,3-Triazol oder 4-Hydroxycoumarin.
  • Als Lösungsmittel wird bevorzugt ein polares Lösungsmittel, beispielsweise ein Alkohol, ein Keton, ein Ester oder ein Ether eingesetzt.
  • Die drei Komponenten – Elektronenakzeptor, Elektronendonator und Lösungsmittel – können gemeinsam mikroverkapselt sein, beispielsweise mit Gelatine.
  • Je nach gewünschtem Farbeffekt können geeignete Komponenten kombiniert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, Mischungen verschiedener Elektronenakzeptoren und/oder Elektronendonatoren und/oder Lösungsmitteln einzusetzen. Ebenso können unterschiedliche mikroverkapselte, Dreikomponenten-Mischungen vermengt werden.
  • Ergänzend zu Materialien, die bei einer bestimmten charakteristischen Temperatur einen signifikanten Farbwechsel zeigen, können auch Materialien verwendet werden, deren Farbe sich mit der Temperatur kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich ändert.
  • Im Weiteren werden verschiedene Anwendungen einer Wärmeleitpaste mit thermochromen Eigenschaften, wie sie vorangehend beschrieben wurde, am Beispiel von Leistungshalbleitermodulen erläutert, die einen oder mehrere Leistungshalbleiterchips enthalten, von denen jeder beim Betrieb des Moduls eine signifikante Wärmeentwicklung zeigt. Anders als einfache elektronische Bauelemente weisen Leistungshalbleitermodule eine sehr große Wärmeableitkontaktfläche mit beispielsweise mehr als 2 cm × 3 cm auf. Aufgrund der daraus resultierenden großen Kontaktfläche sowie aufgrund der vor allem lokal unterhalb der Leistungshalbleiterchips auftretenden Erwärmung des Moduls und damit auch der Wärmeleitpaste kann es innerhalb der Wärmeleitpaste zu einer starken Variation der Temperaturverteilung kommen.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul 100. Dieses Leistungshalbleitermodul 100 umfasst mindestens einen Leistungshalbleiterchip 31, 32. Bei den Leistungshalbleiterchips 31 kann es sich beispielsweise um steuerbare Leistungshalbleiterschalter wie Transistoren, IGBTs, MOSFETs, J-FETs, Thyristoren oder beliebige andere Leistungshalbleiterbauelemente wie z.B. Dioden handeln. Grundsätzlich weist das Leistungshalbleitermodul 100 mindestens einen zu kühlenden Leistungshalbleiterchip 31, 32 auf.
  • In dem vorliegenden Beispiel sind die Leistungshalbleitechips 31, 32 paarweise auf jeweils einem Schaltungsträger 2 angeordnet. Hierzu weisen die Schaltungsträger 2 einen Isolationsträger 20 auf, sowie eine auf diesen aufgebrachte oberseitige Metallisierung 21, die zu Leiterbahnen und/oder Leiterflächen strukturiert ist. Die Leistungshalbleiterchips 31, 32 sind großflächig mit der oberseitigen Metallisierung 21 verbunden, um die Leistungshalbleiterchips 31, 32 sowohl mit geringem elektrischen als auch mit einem geringen thermischen Widerstand an die oberseitige Metallisierung 21 anzuschließen. Hierzu sind Verbindungsschichten 3 vorgesehen, die zwischen der oberseitigen Metallisierung 21 des betreffenden Isolationsträgers 20 und dem zugehörigen Leistungshalbleiterchip 31 bzw. 32 angeordnet sind. Um die Oberseiten der Leistungshalbleiterchips 31, 32 und weitere Abschnitte der oberen Metallisierung 21 elektrisch anzuschließen sind außerdem Bonddrähte 30 vorgesehen. Alternativ oder ergänzend zu Bonddrähten 30 könnten jedoch auch Strukturen wie z.B. Verbindungsbleche oder flexible Leiterplatten vorgesehen sein, die den betreffenden Leistungshalbleiterchip 31, 32 bzw. den betreffenden Abschnitt der oberen Metallisierung 21 stoffbündig druckkontaktieren oder die mit dem betreffenden Leistungshalbleiterchip 31, 32 bzw. dem betreffenden Abschnitt der oberen Metallisierung 21 stoffschlüssig verbunden sind.
  • Auf ihrer der oberseitigen Metallisierung 21 abgewandten Unterseite weisen die Schaltungsträger 2 eine auf den Isolationsträger 20 aufgebrachte unterseitige Metallisierung 22 auf. Die Schaltungsträger 2 sind mittels weiterer Verbindungsschichten 4 mit einer metallischen Bodenplatte 1 des Leistungshalbleitermoduls 100 flächig verbunden und damit thermisch gut leitend an diese gekoppelt.
  • Bei den Isolationsträgern 20 kann es sich z.B. um dünne Keramikplättchen, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN) oder aus Siliziumnitrid (Si3N4) handeln. Die Metallisierungen 21, 22 bestehen aus niederohmigem Material, z.B. aus Kupfer oder aus Aluminium, oder aus Legierungen mit zumindest einem dieser Stoffe. Die Schaltungsträger 2 können insbesondere als DCB-Substrate (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrate (DAB = Direct Aluminum Bonding) oder als AMB-Substrate (AMB = Active Metal Brazing) ausgebildet sein.
  • Die Verbindungsschichten 3 und/oder 4 können beispielsweise aus einem Lot oder einem elektrisch leitfähigem Klebstoff gebildet sein. Ebenso sind Verbindungsschichten 3 und/oder 4 möglich, die als NTV-Verbindungen (NTV = Niedertemperaturverbindung) ausgebildet sind, bei denen eine silberhaltige und mit einem Lösungsmittel versehene Paste zwischen die miteinander zu verbindenden Fügepartner eingebracht und die Fügepartner dann mit hohem Druck und bei einer im Vergleich zu üblichen Löttemperaturen geringen Temperatur aneinander gepresst werden.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 weist weiterhin ein Gehäuse 50 mit Seitenwänden 51 und einem optionalen Gehäusedeckel 52 auf, die zusammen mit der Bodenplatte 1 das Gehäuse des Moduls 100 bilden. Die Seitenwände 51 können einen geschlossenen Rahmen bilden, der die Substrate 2 des Moduls 100 ringförmig umschließt. Der Gehäusedeckel 52 kann mit den Seitenwänden 51 fest und optional abnehmbar verbunden sein. Ebenso können der Gehäusedeckel 52 und die Seitenwände 51 einstückig ausgebildet sein.
  • Weiterhin umfasst das Leistungshalbleitermodul 100 elektrische Anschlüsse 33, 34, 35, 36, 37, 38, von denen die Anschlüsse 33 und 34 als Lastanschlüsse ausgebildet sind, über die ein Laststrom des Moduls 100 fließt und die deshalb eine höhere Stromtragfähigkeit aufweisen als die Anschlüsse 35, 36, 37 und 38, bei denen es sich z.B. um Steueranschlüsse handeln kann, mittels denen die steuerbaren Leistungshalbleiterbauelemente 31 ein- und ausgeschaltet werden können. Die Lastanschlüsse 33, 34 sind mittels einer modulinternen Verschienung 39 elektrisch leitend mit bestimmten der Leistungshalbleiterbauelemente 31, 32 verbunden.
  • In dem vorliegenden Beispiel weist das Leistungshalbleitermodul 100 außerdem eine optionale Steuerplatine 53 auf, die mit einer nicht dargestellten Steuerelektronik bestückt sein kann, und die intelligente Funktionen enthalten kann wie z.B. eine Schutzabschaltung des Moduls im Fehlerfall. Zur Erhöhung der Isolationsfestigkeit des Moduls 100 ist der Innenraum des Gehäuses 1, 50 mit einer optionalen Weichvergussmasse 54, beispielsweise einem Silikongel, vergossen, die sich von der Oberseite der Bodenplatte 1 bis über die Leistungshalbleiterchips 31, 32 und die Bonddrähte 30 erstreckt. Oberhalb der Weichvergussmasse 54 kann außerdem eine optionale Hartvergussmasse 55, z.B. auf Epoxidharzbasis, vorgesehen sein.
  • Über die Verbindungsschichten 3 und 4 sowie die Schaltungsträger 2 sind die Leistungshalbleiterchips 31, 32 thermisch gut an die Bodenplatte 1 angekoppelt. Die den Leistungshalbleiterchips 31, 32 abgewandte Unterseite 102 der Bodenplatte 1 bildet zugleich eine erste thermische Kontaktfläche 101, über die die in den Leistungshalbleiterchips 31, 32 anfallende Verlustwärme zu einem Kühlkörper 200 hin abgeführt werden soll. Hierzu weist der Kühlkörper 200 ebenfalls eine thermische Kontaktfläche 201 auf, die nachfolgend als zweite thermische Kontaktfläche 201 bezeichnet wird, und die mit einem möglichst geringen Wärmeübergangswiderstand mit der ersten thermischen Kontaktfläche 101 gekoppelt werden soll. Hierzu ist eine irreversibel thermochrome Wärmeleitpaste 5 vorgesehen, wie sie vorangehend beschrieben wurde. Diese Wärmeleitpaste 5 wird zwischen der ersten und der zweiten thermischen Kontaktfläche 101 bzw. 201 angeordnet. Sie gleicht eventuell bestehende Unebenheiten und/oder thermisch bedingte Verbiegungen der thermischen Kontaktflächen 101, 201 aus, so dass in allen Betriebszuständen des Moduls 100 möglichst wenig Lufteinschlüsse zwischen den thermischen Kontaktflächen 101, 201 bestehen. Die Wärmeleitpaste 5 ist kein Bestandteil des Leistungshalbleitermoduls 100.
  • Die Wärmeleitpaste 5 kann bei Raumtemperatur eine pastöse Konsistenz besitzen, so dass sie mittels einer geeignet strukturierten Schablone oder mittels eines abschnittweise geschlossenen Siebes in einer vorgegebenen Verteilung auf die erste und/oder die zweite thermische Kontaktfläche 101 bzw. 201 aufgedruckt oder mittels einer Rolle aufgerollt werden kann. Das Aufbringen der Wärmeleitpaste 5 kann homogen, d. h. mit einer über die gesamte thermische Kontaktfläche 101 bzw. 201 konstanten Dicke, oder alternativ inhomogen, d. h. mit einer im Bereich der thermischen Kontaktfläche 101 variierenden Flächendichte erfolgen.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf die den Leistungshalbleiterchips 31, 32 abgewandte Unterseite 102 der Bodenplatte 1, die zugleich die thermische Kontaktfläche 101 des Leistungshalbleitermoduls 100 umfasst. Die Positionen der von der Bodenplatte 1 verdeckten Leistungshalbleiterchips 31, 32 sind gestrichelt dargestellt. Auf diese thermische Kontaktfläche 101 wurde die Wärmeleitpaste 5 bei Raumtemperatur aufgetragen, wobei sich das Leistungshalbleitermodul 100 außer Betrieb und ebenfalls auf Raumtemperatur befand. Die Darstellung zeigt die Anordnung unmittelbar nach dem Aufbringen der Wärmeleitpaste 5, das Leistungshalbleitermodul 100 ist unverändert außer Betrieb. Der Randbereich 103 der Unterseite 102 sowie Montageöffnungen 11 in den Eckbereichen der Bodenplatte 1 wurden beim Aufbringen der Wärmeleitpaste 5 ausgespart.
  • 3 zeigt ein anderes Beispiel, bei dem auf die Unterseite 101 der Bodenplatte 1 eines gemäß 1 ausgebildeten Leistungshalbleitermoduls 100 eine irreversibel thermochrome Wärmeleitpaste 5 aufgebracht wurde. Das Aufbringen der Wärmeleitpaste 5 erfolgte bei Raumtemperatur, das Leistungshalbleitermodul 100 war außer Betrieb und hatte ebenfalls Raumtemperatur. Die Darstellung zeigt die Anordnung unmittelbar nach dem Aufbringen der Wärmeleitpaste 5, das Leistungshalbleitermodul 100 ist unverändert außer Betrieb. Die Wärmeleitpaste 5 weist voneinander beabstandete, wabenförmige Abschnitte aufweist. Anstelle der gezeigten sechseckigen Wabenform können jedoch beliebige andere Formen verwendet werden. Die Abschnitte können, müssen jedoch nicht notwendiger voneinander beabstandet sein. Entscheidend ist, dass die Schicht mit einer hohen Dichte von Vertiefungen 50 durchzogen ist, so dass die Wärmeleitpaste 5 beim Anpressen des mit der Wärmeleitpaste 5 versehenen Leistungshalbleitermoduls 100 an einen Kühlkörper 200 (siehe 1) seitlich in diese Vertiefungen 50 ausweichen kann. Hierdurch wird ein optimaler, d. h. sehr geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen den Kontaktflächen 101 und 201 erreicht.
  • 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul 100, dessen Aufbau ähnlich dem des Leistungshalbleitermoduls 100 gemäß 1 ist. Im Unterschied zu diesem ist jedoch anstelle einer rein metallischen Bodenplatte 1 eine mehrschichtige Bodenplatte 1 vorgesehen. Diese weist zumindest eine strukturierte oberseitige Metallisierung 21 auf, eine Keramikschicht 20, sowie eine weitere Metallisierung 22 auf. Jeweils optional folgen unterhalb der Metallisierung 22 noch eine oder mehrere weitere Keramikschichten 23 und Metallisierungen 24, so dass Keramikschichten und Metallisierungen einander abwechseln. Auf die unterste Schicht 24 der Bodenplatte 1, bei der es sich alternativ auch um eine Keramikschicht handeln kann, wurde eine irreversibel thermochrome Wärmeleitpaste 5 auf eine der vorangehend erläuterten Arten auf die Unterseite 101 Bodenplatte 1 aufgebracht.
  • 5 zeigt beispielhaft ein Leistungshalbleitermodul 100 gemäß 4, bei dem wie anhand von 2 erläutert eine irreversibel thermochrome Wärmeleitpaste 5 aufgebracht wurde, allerdings, nachdem das Leistungshalbleitermodul 100 an dem Kühlkörper 200 montiert, längere Zeit in Betrieb genommen und dann wieder vom Kühlkörper 200 abmontiert wurde. Das Leistungshalbleitermodul 100 befindet sich in der gezeigten Ansicht wieder auf Raumtemperatur. Die Positionen der von der Bodenplatte 1 verdeckten Leistungshalbleiterchips 31, 32 sind gestrichelt dargestellt.
  • Aufgrund der beim Betrieb der Halbleiterchips 31, 32 anfallenden Wärme kam es lokal unterhalb der Leistungshalbleiterchips 31, 32 zu einer besonders starken Erwärmung in den Substraten 2, der Bodenplatte 1 und der Wärmeleitpaste 5 und, aufgrund der irreversibel thermochromen Eigenschaften der Wärmeleitpaste 5, zu einer dauerhaften Farbänderung der Wärmeleitpaste 5. Da die Farbe ein Maß für die lokal erreichte Maximaltemperatur ist, kann z.B. festgestellt werden, ob das Leistungshalbleitermodul 100 außerhalb seiner zulässigen thermischen Betriebsgrenzen betrieben wurde.
  • Eine andere Anwendung wird anhand eines Leistungshalbleitermoduls 100 gemäß 6 erläutert. Das Leistungshalbleitermodul 100 besitzt denselben Aufbau wie das in 4 gezeigte Leistungshalbleitermodul 100 und wurde, wie in 2 beschrieben, mit einer irreversibel thermochromen Wärmeleitpaste 5 beschichtet. Dann wurde das Leistungshalbleitermodul 100 entsprechend dem in 5 gezeigten Modul an einem Kühlkörper 200 montiert, längere Zeit in Betrieb genommen, wieder vom Kühlkörper 200 abmontiert und auf Raumtemperatur abgekühlt. Auch hier sind die Positionen der von der Bodenplatte 1 verdeckten Leistungshalbleiterchips 31, 32 gestrichelt dargestellt.
  • Anders als das Leistungshalbleitermodul 100 gemäß 5 weist die Verbindungsschicht 3 zwischen einem der Leistungshalbleiterchips 31 und der oberseitige Metallisierung 21 einen Lunker 7 auf. Wegen dieses Lunkers 7 ist die Wärmeübertragung von dem betreffenden Leistungshalbleiterchip 31 in Richtung des zugehörigen Substrates 2, der Bodenplatte 1 und der Wärmeleitpaste 5 lokal gestört, so dass es während des Betriebs des Leistungshalbleitermoduls 100 in dem Bereich unterhalb des Lunkers 7 zu keiner so starken Farbveränderung in der Wärmeleitpaste 5 kam wie unterhalb der lunkerfreien Abschnitte der Verbindungsschichten 3. Somit kann mit Hilfe der irreversibel thermochromen Wärmeleitpaste 5 eine schlechte thermische Anbindung zwischen einem Leistungshalbleitermodul 100 und einem Kühlkörper 200 ermittelt werden.
  • Grundsätzlich kann auch eine reversibel thermochrome Wärmeleitpaste eingesetzt werden, beispielsweise um nachzuprüfen, ob eine Bodenplatte eines Leistungshalbleitermoduls, die sich während des Betriebs durch die Abwärme der Leistungshalbleiterchips aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten beim Betrieb verkrümmt, einen guten thermischen Kontakt zu einer ebenen Kühlfläche besitzt. Wird die Bodenplatte des Leistungshalbleitermoduls beispielsweise wie anhand von 2 erläutert mit einer Wärmeleitpaste beschichtet, die jedoch nicht irreversibel sondern reversibel thermochrom ist, und dann nicht an einer ebenen Fläche eines herkömmlichen Kühlkörpers montiert, sondern an einer ebenen Fläche eines transparenten Kühlkörpers (z.B. aus Glas), so lässt sich eine Farbveränderung der Wärmeleitpaste 5 aufgrund der Transparenz des Kühlkörpers durch diesen hindurch beobachten. Auf diese Weise kann z.B. für eine bestimmte Modulkonfiguration eine ideale Vorkrümmung der Bodenplatte ermittelt werden.
  • Die Erfindung wurde vorangehend unter Bezugnahme auf ein Leistungshalbleitermodul näher erläutert. Grundsätzlich kann eine Wärmeleitpaste in gleicher Weise auch auf andere thermisch miteinander zu koppelnde Objekte aufgebracht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bodenplatte
    2
    Schaltungsträger/Substrat
    3
    Verbindungsschichten
    4
    Verbindungsschicht
    5
    Wärmeleitpaste
    7
    Lunker
    11
    Montageöffnungen
    20
    Isolationsträger
    21
    oberseitige Metallisierung
    22
    unterseitige Metallisierung
    23
    Keramikschicht
    24
    Metallisierung
    30
    Bonddraht
    31
    Leistungshalbleiterchip
    32
    Leistungshalbleiterchip
    33–38
    elektrische Anschlüsse
    39
    Verschienung
    50
    Gehäuse
    51
    Seitenwänden
    52
    Gehäusedeckel
    54
    Weichvergussmasse
    55
    Hartvergussmasse
    100
    Leistungshalbleitermodul
    101
    Kontaktfläche
    102
    Unterseite
    103
    Randbereich
    200
    Kühlkörper
    201
    Kontaktfläche

Claims (14)

  1. Wärmeleitpaste, die thermochrome Farbbestandteile aufweist, deren Farbe sich mit ihrer Temperatur ändert.
  2. Wärmeleitpaste nach Anspruch 1, die bei einer Temperatur von 100°C eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,9 W/(m·K), von mehr als 3 W/(m·K) oder von mehr als 10 W/(m·K) aufweist.
  3. Wärmeleitpaste nach Anspruch 1 oder 2, die thermochrome Farbbestandteile enthält, deren Farbe sich mit ihrer Temperatur irreversibel ändert.
  4. Wärmeleitpaste nach einem der vorangehenden Ansprüche, die thermochrome Farbbestandteile enthält, deren Farbe sich mit ihrer Temperatur reversibel ändert.
  5. Wärmeleitpaste nach einem der vorangehenden Ansprüche, die thermochrome Farbbestandteile enthält, die – bei Raumtemperatur eine erste Farbe aufweisen; und – reversibel oder irreversibel eine von der ersten Farbe verschiedene zweite Farbe annehmen, wenn die Temperatur der Farbbestandteile 110°C oder 130°C oder 150°C überschreitet.
  6. Wärmeleitpaste nach einem der vorangehenden Ansprüche, die mindestens zwei verschiedene Sorten thermochromer Farbbestandteile aufweist, wobei die Farbbestandteile einer jeden Sorte – bei Raumtemperatur eine für diese Sorte charakteristische erste Farbe aufweisen; und – die reversibel oder irreversibel eine für diese Sorte charakteristische, von der ersten Farbe verschiedene zweite Farbe annehmen, wenn die Temperatur der Farbbestandteile dieser Sorte eine für diese Sorte charakteristische Temperatur überschreitet, die höher ist als die Raumtemperatur; wobei – die Menge der charakteristischen zweiten Farben keine identischen Farben aufweist; und – die Menge der charakteristischen Temperaturen keine identischen Temperaturen aufweist.
  7. Wärmeleitpaste nach Anspruch 6, die genau eine der folgenden Bedingungen erfüllt: – die Farbbestandteile einer jeder der Sorten nehmen beim Überschreiten der für sie charakteristischen Temperatur die für diese Sorte charakteristische zweite Farbe reversibel an; – die Farbbestandteile einer jeder der Sorten nehmen beim Überschreiten der für sie charakteristischen Temperatur die für diese Sorte charakteristische zweite Farbe irreversibel an; – die Farbbestandteile einer ersten der Sorten nehmen beim Überschreiten der für sie charakteristischen Temperatur die für diese erste der Sorten charakteristische zweite Farbe reversibel an, und die Farbbestandteile einer zweiten der Sorten nehmen beim Überschreiten der für sie charakteristischen Temperatur die für diese zweite der Sorten charakteristische zweite Farbe irreversibel an.
  8. Leistungshalbleiteranordnung mit einem Leistungshalbleitermodul (100), das eine als Wärmeableitkontaktfläche ausgebildete Unterseite (101) aufweist, auf die eine Schicht einer Wärmeleitpaste (5) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufgetragen ist.
  9. Leistungshalbleiteranordnung nach Anspruch 8, bei dem die Wärmeableitkontaktfläche (101) eine Fläche von wenigstens 2 cm × 3 cm aufweist.
  10. Verfahren zum Aufbringen einer Wärmeleitpaste auf ein Leistungshalbleitermodul mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls (100), das eine Wärmeableitkontaktfläche (101) aufweist; – Bereitstellen einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildeten Wärmeleitpaste (5); – Auftragen der Wärmeleitpaste (5) auf die Wärmeableitkontaktfläche (101) als dünne, strukturierte oder unstrukturierte Schicht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10 mit folgenden weiteren Schritten: – Festlegen einer vorgegebenen Trocknungstemperatur der Wärmeleitpaste (5); – Trocknen der aufgetragenen Wärmeleitpaste (5) in einem ersten Heizschritt; – Ermitteln der erreichten Trocknungstemperatur der Wärmeleitpaste (5) nach dem ersten Heizschritt anhand der Farbe und/oder der Farbverteilung der Wärmeleitpaste (5).
  12. Verfahren nach Anspruch 11 mit folgenden weiteren Schritten: (a) Nachtrocknen der aufgetragenen Wärmeleitpaste (5) in einem weiteren Heizschritt, wenn sich aus dem Ermitteln des Trocknungszustandes ergibt, dass die Wärmeleitpaste (5) noch nicht über die gesamte dünne Schicht die vorgegebene Trocknungstemperatur erreicht hat; (b) Ermitteln der erreichten Trocknungstemperatur der Wärmeleitpaste (5) nach dem weiteren Heizschritt anhand der Farbe und/oder der Farbverteilung der Wärmeleitpaste (5); (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) so oft, bis die Wärmeleitpaste (5) an jeder Stelle der dünnen Schicht die vorgegebene Trocknungstemperatur erreicht hat.
  13. Verfahren zum Ermitteln der beim Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls erreichten Betriebstemperatur mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls (100), das vorangehend eine Betriebsphase durchlaufen hat und zu diesem Zweck mit einer elektrischen Spannung versorgt worden ist, und das eine Wärmeableitkontaktfläche (101) aufweist, auf die eine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildete Wärmeleitpaste (5) aufgetragen ist, die bereits während der Betriebsphase des Leistungshalbleitermoduls (100) auf die Wärmeableitkontaktfläche (101) aufgetragen war; und die zumindest eine Sorte thermochromer Farbbestandteile aufweist, die bei Raumtemperatur eine für diese Sorte charakteristische erste Farbe aufweisen, und die beim Überschreiten einer für sie charakteristischen Temperatur irreversibel eine für diese Sorte charakteristische zweite Farbe annehmen; – Ermitteln der während der maximalen in der Wärmeleitpaste (5) erreichten Temperatur anhand der Farbe der Wärmeleitpaste (5).
  14. Verfahren zum Ermitteln der beim Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls erreichten Betriebstemperatur mit folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Leistungshalbleiteranordnung, die ein Leistungshalbleitermodul (100) mit einer Wärmeableitkontaktfläche (101) aufweist; – Bereitstellen einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildeten Wärmeleitpaste (5); – Auftragen der Wärmeleitpaste (5) auf die Wärmeableitkontaktfläche (101) als dünne Schicht; – Inbetriebnehmen des Leistungshalbleitermoduls (100) durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Leistungshalbleitermodul (100); – Ermitteln der in der Wärmeleitpaste (5) vorliegenden Temperatur anhand der Farbe der Wärmeleitpaste (5) während des Betriebs de Leistungshalbleitermoduls (100).
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013207043A1 (de) * 2013-04-18 2014-10-23 Infineon Technologies Ag Halbleitermodulsystem, Halbleitermodulanordnung und Verfahren zur Montage eines Halbleitermoduls an einem Kühlkörper
DE102019209657A1 (de) * 2019-07-02 2021-01-07 Continental Automotive Gmbh Kühlanordnung
CN114267663A (zh) * 2020-09-16 2022-04-01 三菱电机株式会社 半导体装置
DE112015005476B4 (de) 2014-12-04 2023-01-26 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Verfahren und system zur detektion und unterscheidung zwischen mindestens zwei farbstoffen
US11876031B2 (en) 2020-07-17 2024-01-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Thermal interface material paste and semiconductor package

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4170190A (en) * 1978-04-04 1979-10-09 Warner John H Method for detecting and a detector for indicating excessive temperature at electrical wiring devices
US4891250A (en) * 1988-02-17 1990-01-02 Weibe Edward W Electronic component operating temperature indicator
US5673028A (en) * 1993-01-07 1997-09-30 Levy; Henry A. Electronic component failure indicator
GB2336432A (en) * 1998-04-17 1999-10-20 Warth International Limited Temperature indicating means for electronic components
DE202004005102U1 (de) * 2003-04-10 2004-06-03 Micro-Star International Co., Ltd., Chung-Ho Wärmeleitender Körper mit einer thermochromischen, auf diesen aufgebrachten Farbe
US20060214666A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Asustek Computer, Inc. Circuit board capable of indicating the temperature of hot elements thereon

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4170190A (en) * 1978-04-04 1979-10-09 Warner John H Method for detecting and a detector for indicating excessive temperature at electrical wiring devices
US4891250A (en) * 1988-02-17 1990-01-02 Weibe Edward W Electronic component operating temperature indicator
US5673028A (en) * 1993-01-07 1997-09-30 Levy; Henry A. Electronic component failure indicator
GB2336432A (en) * 1998-04-17 1999-10-20 Warth International Limited Temperature indicating means for electronic components
DE202004005102U1 (de) * 2003-04-10 2004-06-03 Micro-Star International Co., Ltd., Chung-Ho Wärmeleitender Körper mit einer thermochromischen, auf diesen aufgebrachten Farbe
US20060214666A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Asustek Computer, Inc. Circuit board capable of indicating the temperature of hot elements thereon

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013207043A1 (de) * 2013-04-18 2014-10-23 Infineon Technologies Ag Halbleitermodulsystem, Halbleitermodulanordnung und Verfahren zur Montage eines Halbleitermoduls an einem Kühlkörper
US9330996B2 (en) 2013-04-18 2016-05-03 Infineon Technologies Ag Semiconductor module system, semiconductor module arrangement and method for mounting a semiconductor module on a heat sink
DE102013207043B4 (de) * 2013-04-18 2020-02-27 Infineon Technologies Ag Halbleitermodulanordnung und Verfahren zur Montage eines Halbleitermoduls an einem Kühlkörper
DE112015005476B4 (de) 2014-12-04 2023-01-26 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Verfahren und system zur detektion und unterscheidung zwischen mindestens zwei farbstoffen
DE102019209657A1 (de) * 2019-07-02 2021-01-07 Continental Automotive Gmbh Kühlanordnung
WO2021001001A1 (de) 2019-07-02 2021-01-07 Continental Automotive Gmbh Kühlanordnung
US11876031B2 (en) 2020-07-17 2024-01-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Thermal interface material paste and semiconductor package
CN114267663A (zh) * 2020-09-16 2022-04-01 三菱电机株式会社 半导体装置

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