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Halbleitervorrichtung mit Abstrahlungsstruktur, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE10058446A1
DE10058446A1 DE2000158446 DE10058446A DE10058446A1 DE 10058446 A1 DE10058446 A1 DE 10058446A1 DE 2000158446 DE2000158446 DE 2000158446 DE 10058446 A DE10058446 A DE 10058446A DE 10058446 A1 DE10058446 A1 DE 10058446A1
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DE
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Patent type
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radiating
chip
semiconducting
device
components
Prior art date
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DE2000158446
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English (en)
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DE10058446B4 (de )
DE10058446B8 (de )
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Kuniaki Mamitsu
Yasuyoshi Hirai
Kazuhito Nomura
Yutaka Fukuda
Kazuo Kajimoto
Takeshi Miyajima
Tomoatsu Makino
Yoshimi Nakase
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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    • H01L2924/151Die mounting substrate
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    • H01L2924/157Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2924/15738Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950 C and less than 1550 C
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Abstract

Beschrieben wird eine Halbleitervorrichtung, welche zwei Halbleiterchips (1a, 1b) aufweist, welche zwischen ein Paar von Abstrahlungsbauteilen (2, 3) gesetzt sind und hierbei thermisch und elektrisch mit den Abstrahlungsbauteilen in Verbindung stehen. Eines der Abstrahlungsbauteile weist zwei vorstehende Abschnitte (2a) auf, wobei vordere Enden der vorstehenden Abschnitte mit den Hauptelektroden der Halbleiterchips in Verbindung sind. Die Abstrahlungsbauteile sind aus einem metallischen Material, welches Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Die Halbleiterchips und die Abstrahlungsbauteile werden mit Kunststoff oder Kunstharz eingegossen, wobei nach außen hin freiliegende Abstrahlungsoberflächen (10) verbleiben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 14 bzw. 25 bzw. 32 bzw. 37 bzw. 43 bzw. 50 bzw. 54 mit einer Ab­ strahlungsstruktur, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleitervorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 58 bzw. 60 bzw. 62. Insbesondere be­ trifft die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrich­ tung bzw. ein Herstellungsverfahren hierfür, wobei bei der Halbleitervorrichtung Wärme an beiden Seiten eines hierin aufgenommenen Halbleiterchips abgestrahlt wird.

Die JP-A-6-291223 offenbart ein Beispiel einer Halb­ leitervorrichtung, bei der Hitze oder Wärme an beiden Seiten oder von beiden Seiten eines Halbleiterchips abge­ strahlt wird. Die Fig. 1A bis 1C zeigen diese Halblei­ tervorrichtung. Gemäß diesen Figuren schließt ein Paar von Abstrahlungsbauteilen J2 und J3 mehrere Halbleiter­ chips J1 zwischen sich ein, wobei die Abstrahlungsbautei­ le thermisch und elektrisch mit den Halbleiterchips J1 verbunden sind. Die Anzahl von Halbleiterchips J1, die in einer Ebene angeordnet sind, und die Abstrahlungsbauteile J2 und J3 sind mit einem Kunststoff oder Kunstharz J5 eingegossen oder gekapselt.

Jedes der Abstrahlungsbauteile J2 und J3 dient als eine Elektrode und hat eine Oberfläche, welche frei von dem Kunstharz J5 an einer gegenüberliegenden Seite der Fläche ist, welche die Halbleiterchips J1 kontaktiert. Jedes der Abstrahlungsbauteile J2 und J3 führt die Ab­ strahlung von Wärme dadurch aus, daß die freiliegende Oberfläche einen Kontaktkörper (nicht gezeigt) berühren kann, der eine Abstrahlungswirkung durchführen kann. Ein Steueranschluß J4, der mit einer Steuerelektrode der Halbleiterchips J1 verbunden ist, steht zur Außenseite des Kunstharzes J5 vor.

Für die Abstrahlungsbauteile J2 und J3 wird entweder W (Wolfram) oder Mo (Molybdän) verwendet, da diese Mate­ rialien einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, der annähernd gleich demjenigen der Halbleiterchips J1 ist. Das Abstrahlungsbauteil J2, welches mit den Oberflä­ chen der Halbleiterchips J1 verbunden ist, an denen die Steuerelektrode ausgebildet ist, ist eine Emitterelektro­ de, und das Abstrahlungsbauteil J3, welches mit den Ober­ flächen der Halbleiterchips J1 an der gegenüberliegenden Seite der Steuerelektrode verbunden ist, ist eine Kollek­ torelektrode.

Eine Mehrzahl von Lötkissen J7 steht von einer iso­ lierenden Platte J6 vor, welche mittig eine Durchgangs­ bohrung hat, in welche das Abstrahlungsbauteil J2 als Emitterelektrode vorragt. Die Lötkissen J7 sind mit Bon­ dierungskissen verbunden, welche in Mustern auf den je­ weiligen Halbleiterchips J1 vorhanden sind, die auf dem Abstrahlungsbauteil J3 als die Kollektorelektrode ange­ ordnet sind.

Wenn die Abstrahlungsbauteile J2 und J3, welche auch als Elektroden dienen, aus einem Metall gefertigt sind, beispielsweise W oder Mo mit linearen thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten annähernd gleich demjenigen der Halb­ leiterchips J1, welche aus Si (Silizium) sind, haben diese Metalle bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeit ungefähr ein Drittel von derjenigen von Cu (Kupfer) oder Al (Aluminium) und die thermische Leitfähigkeit beträgt ungefähr ein Drittel bis zwei Drittel hiervon. Somit verursacht unter Berücksichtigung der Umstände, daß wachsen­ der Bedarf für einen hohen Stromfluß im Halbleitchip be­ steht, die Verwendung von W oder Mo als Abstrahlungsbau­ teil und gleichzeitig als Elektrode viele Probleme.

Weiterhin wird allgemein ein größerer Chip notwendig, um einen größeren Strom aufnehmen zu können. Es gibt je­ doch viele technologische Probleme, die Chipgröße zu er­ höhen, und es ist leichter, eine Mehrzahl kleinerer Chips herzustellen und diese zu einer Packung oder einem Ge­ häuse zusammenzufassen.

In der Technik, wie sie in der oben genannten Veröf­ fentlichung offenbart ist, sind die mehreren Halbleiter­ chips J1 in der Halbleitervorrichtung ausgebildet. Da je­ doch gemäß Fig. 1A das Abstrahlungsbauteil J2 eine einfa­ che rechteckförmige Gestalt hat und in der Mitte der Vor­ richtung angeordnet ist, ist die Anordnung unterschiedli­ cher Halbleiterchips in einer Vorrichtung eingeschränkt. Mit anderen Worten, wenn sich die Halbleiterchips vonein­ ander beispielsweise in der Dicke unterscheiden, ist es schwierig, die eine Emitterelektrode mit ihrer einfachen Form mit allen unterschiedlichen Halbleiterchips zu ver­ binden.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme im Stand der Technik gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, die Abstrahlungs­ eigenschaft und die elektrische Leitfähigkeit einer Halb­ leitervorrichtung mit Abstrahlungsbauteilen zu verbes­ sern, welche thermisch und elektrisch mit den beiden Flä­ chen eines hierin aufgenommenen Halbleiterchips verbunden sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleitervorrichtung so auszugestalten, daß hierin problemlos mehrere unterschiedliche Halbleiterchips aufgenommen werden können. Schließlich ist es Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Her­ stellung derartiger Halbleitervorrichtungen bereitzustel­ len.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im An­ spruch 1 bzw. 14 bzw. 25 bzw. 32 bzw. 37 bzw. 43 bzw. 50 bzw. 54 angegebenen Merkmale, was die Halbleitervorrich­ tung betrifft, sowie durch die im Anspruch 58 bzw. 60 bzw. 62 angegebenen Merkmale, was ein Herstellungsverfah­ ren hierfür betrifft.

Beispielsweise sind gemäß einem Aspekt der vorliegen­ den Erfindung in einer Halbleitervorrichtung, bei der ein Halbleiterchip thermisch und elektrisch mit ersten und zweiten Abstrahlungsbauteilen verbunden ist, die ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile aus einem metallischen Material oder einem Metall gefertigt, welches wenigstens entweder in der elektrischen Leitfähigkeit oder der ther­ mischen Leitfähigkeit Wolfram und Molybdän überlegen ist. Infolgedessen kann die Abstrahlungseigenschaft und die elektrische Leitfähigkeit der Halbleitervorrichtung ver­ bessert werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat in einer Halbleitervorrichtung, bei der erste und zweite Halbleiterchips thermisch und elektrisch mit er­ sten und zweiten Abstrahlungsbauteilen verbunden sind, das erste Abstrahlungsbauteil erste und zweite vorstehene Abschnitte, welche in Richtung der ersten und zweiten Halbleiterchips vorstehen, und erste und zweite vordere Endabschnitte der ersten und zweiten vorstehenden Ab­ schnitte sind thermisch und elektrisch mit den ersten und zweiten Halbleiterchips über ein Bondierbauteil verbun­ den.

Selbst wenn in diesem Fall die ersten und zweiten Halbleiterchips sich voneinander in ihrer Dicke unter­ scheiden, können die ersten und zweiten Abstrahlungsbau­ teile mit ersten und zweiten Abstrahlungsoberflächen ver­ sehen werden, welche annähernd parallel zueinander sind, indem die Beträge oder Größen entsprechend gewählt oder gesteuert werden, mit denen die ersten und zweiten vor­ stehenden Abschnitte vorstehen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung ist in einer Halbleitervorrichtung, bei der ein Halbleiterchip zwischen einem ersten leitfähigen Bauteil und einem zweiten leitfähigen Bauteil angeordnet ist, das erste leitfähige Bauteil weiterhin mit einem dritten leitfähigen Bauteil an einer gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips in einer Bondier-Verbindung, so daß ein Bondier- oder Verbindungsbereich zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem dritten leitfähigen Bauteil kleiner als derjenige zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem Halbleiterchip ist. Infolgedessen können Belastungskonzentrationen am ersten leitfähigen Bauteil unterdrückt werden, so daß das Auftreten von Rissen ver­ hindert ist. Dies führt zu einer verbesserten Abstrah­ lungseigenschaft und elektrischen Leitfähigkeit der Halb­ leitervorrichtung.

Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung bzw. vor­ teilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen hier­ von sind in den unabhängigen Ansprüchen bzw. den jeweili­ gen Unteransprüchen angegeben.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vor­ liegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausfüh­ rungsformen hiervon unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1A schematisch eine Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 1B eine Schnittdarstellung durch die Halbleiter­ vorrichtung von Fig. 1A entlang der dortigen Linie IB-IB;

Fig. 1C eine Schnittdarstellung durch die Halbleiter­ vorrichtung von Fig. 1A entlang der dortigen Linie IC-IC;

Fig. 2A eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer ersten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 2B eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die Halbleitervorrichtung von Fig. 2A in dem dort mit 2B ge­ kennzeichneten Bereich;

Fig. 3 eine Tabelle von Metallen, welche für ein Ab­ strahlungsbauteil in der ersten Ausführungsform verwend­ bar sind;

Fig. 4A eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 4B bis 4D Schnittdarstellungen, in welche je­ weils ein Abstrahlungsbauteil der ersten Seite und ein Si-Chip in der zweiten Ausführungsform dargestellt sind;

Fig. 5A bis 5D Schnittdarstellungen, welche jeweils entlang der Linie VA-VA, VB-VB und VC-VC in den Fig. 4B bis 4D genommen wurden;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch eine Halbleiter­ vorrichtung einer dritten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung durch eine Halbleiter­ vorrichtung einer vierten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 5A eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer fünften bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 8B eine Schnittdarstellung durch die Ausfüh­ rungsform von Fig. 8A entlang der dortigen Linie VIIIB- VIIIB;

Fig. 9A eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer sechster bevorzugten Ausführungs­ form;

Fig. 9B eine vergrößerte Schnittdarstellung eines mit dem Pfeil IXB in Fig. 9A gekennzeichneten Teils;

Fig. 9C eine Schnittdarstellung durch ein Beispiel in der sechsten Ausführungsform;

Fig. 10 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer siebten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 11 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer achten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 12 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer neunten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 13 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer zehnten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 14A bis 14C Querschnittsdarstellungen zur Erläu­ terung eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleiter­ vorrichtung in Fig. 13 in den einzelnen Stufen;

Fig. 15 eine Schnittdarstellung zur schematischen Veranschaulichung eines zweiten Leitungsbauteils und ei­ nes Lötbauteils als modifiziertes Beispiel der zehnten Ausführungsform;

Fig. 16 eine Schnittdarstellung zur schematischen Veranschaulichung eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung der elften Ausführungsform;

Fig. 17 eine Schnittdarstellung zur schematischen Veranschaulichung eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung der zwölften bevorzugten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 18 eine Schnittdarstellung zur schematischen Veranschaulichung eines anderen Verfahrens zur Herstel­ lung der Halbleitervorrichtung der zwölften Ausführungs­ form;

Fig. 19 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer dreizehnten bevorzugten Ausführungs­ form;

Fig. 20A bis 20C Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung von Fig. 19;

Fig. 21 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer vierzehnten bevorzugten Ausführungs­ form;

Fig. 22 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer fünfzehnten bevorzugten Ausführungs­ form;

Fig. 23 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung als Modifikation der drei­ zehnten Ausführungsform;

Fig. 24 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer sechzehnten bevorzugten Ausführungs­ form;

Fig. 25 eine vergrößerte Schnittdarstellung zur Ver­ anschaulichung eines durch die gestrichelte Linie in Fig. 24 angedeuteten Teils;

Fig. 26 eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung in einer Richtung des Pfeiles XXVI in Fig. 24;

Fig. 27 eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrich­ tung in einer siebzehnten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 28A eine Schnittdarstellung durch die Halblei­ tervorrichtung von Fig. 27 entlang der dortigen Linie XXVIIIA-XXVIIIA;

Fig. 28B eine Schnittdarstellung durch die Halblei­ tervorrichtung von Fig. 27 entlang der dortigen Linie XXVIIIB-XXVIIIB;

Fig. 29 eine Darstellung eines Äquivalentschaltkrei­ ses in einem IGBT-Chip der Halbleitervorrichtung der siebzehnten Ausführungsform;

Fig. 30A bis 30D schematische Darstellungen zur Ver­ anschaulichung eines Herstellungsverfahrens von Abstrah­ lungsbauteilen in der siebzehnten Ausführungsform;

Fig. 31 eine Darstellung einer Situation von der Seite gesehen, welche sich bei einem Herstellungsverfah­ ren der Halbleitervorrichtung ergibt;

Fig. 32A bis 32C schematische Darstellungen eines Schrittes für die Kaltverformungs-Befestigung;

Fig. 33 eine Schnittdarstellung durch einen IGBT-Chip als ein Beispiel;

Fig. 34 eine Schnittdarstellung durch eine Halblei­ tervorrichtung einer achzehnten bevorzugten Ausführungs­ form;

Fig. 35A und 35B Schnittdarstellungen eines Abstrah­ lungsbauteils zur Verwendung in einem modifizierten Bei­ spiel der achtzehnten Ausführungsform; und

Fig. 36 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung in einer modifizierten Aus­ führungsform der siebzehnten Ausführungsform.

Erste Ausführungsform

Eine erste bevorzugte Ausführungsform wird unter Be­ zugnahme auf die Fig. 2A und 2B beschrieben. Gemäß Fig. 2A ist ein Paar von Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 so angeordnet, daß sie zwischen sich zwei Si-Chips 1a und 1b einschließen, die in einer Ebene liegen. Die Abstrah­ lungsbauteile 2 und 3 sind thermisch und elektrisch mit den Hauptelektroden der Si-Chips 1a und 1b über Bondierbauteile 4 verbunden. Nachfolgend bedeutet "Verbindung" eine thermische und elektrische Verbindung mit Ausnahme derjenigen Fälle, in denen eine spezielle Beschreibung erfolgt. Eine Steuerelektrode des Si-Chips 1a ist elek­ trisch mit einem Steueranschluß 5 verbunden, der über ei­ nen Draht 8, der durch einen Drahtbondiervorgang gebildet ist, mit einem Leiterrahmen verbunden ist.

Genauer gesagt, das Abstrahlungsbauteil (Abstrahlungsbauteil der ersten Seite) 2, welches oberen Oberflächen (ersten Oberflächen) 6a der Si-Chips 1a und 1b gegenüberliegt, an welchen die Drahtbondierung durch­ geführt wird, wird mit vorstehenden Abschnitten 2a gebil­ det, welche an Positionen stufenförmig vorstehen oder vorspringen, welche den Hauptelektroden der Si-Chips 1a und 1b gegenüberliegen. Die vorderen Enden der vorstehen­ den Abschnitte 2a sind im wesentlichen flach und die fla­ chen Abschnitte sind jeweils mit den Hauptelektroden über die Bondierbauteile 4 verbunden. Im wesentlichen flach bedeutet hier flach bis zu einem Grad, daß keine Störung beim Bondieren zwischen den vorstehenden Abschnitten 2a und den Hauptelektroden erfolgt.

Nachfolgend werden die vorstehenden Abschnitte 2a nä­ her erläutert. Gemäß Fig. 2B wird; wenn die Si-Chips 1a und 1b Leistungsbauteile sind, jede Haltespannung an Um­ fangsabschnitten der Si-Chips 1a und 1b durch Schutzringe 7 gehalten, die an einer Oberfläche eines jeden Chips ausgebildet sind, d. h. auf der Oberfläche 6a oder einer Oberfläche (zweite Oberfläche) 6b gegenüber der Oberflä­ che 6a.

Wenn metallische Materialien als die Abstrahlungsbau­ teile 2 und 3 an die beiden Oberflächen eines jeden Si- Chips 1a bzw. 1b angeheftet werden, wird das Abstrahlungsbauteil 2 an der Oberfläche (der ersten Oberfläche in dieser Ausführungsform) 6a angeheftet, wo die Schutz­ ringe 7 vorhanden sind. Es sei hier noch festgehalten, daß voranstehend und nachfolgend "angeheftet" eine je­ weils angepaßte Verbindung zwischen zwei oder mehr Bau­ teilen bedeutet, z. B. eine Bondierverbindung, Lötverbin­ dung, Klebverbindung etc.

Gemäß Fig. 2B muß jedoch ein durch den Pfeil B an den Umfangsabschnitten der Si-Chips 1a und 1b dargestellter Abstand, d. h. an den Bereichen, von denen einer durch ei­ ne gestrichelte Linie in dieser Figur dargestellt ist, das Abstandsbauteil 2 der ersten Seite elektrisch von den Schutzringen 7 isoliert sein, sowie von den Kantenflächen der Si-Chips 1a sowie 1b. Von daher müssen hier isolierte Bereiche geschaffen werden.

Deshalb hat das Abstrahlungsbauteil 2 die vorstehen­ den Abschnitte 2a an den Positionen, die den Hauptelek­ troden der Si-Chips 1a und 1b gegenüberliegen. Mit ande­ ren Worten, das Abstrahlungsbauteil 2 hat vertiefte Ab­ schnitte an den Positionen gegenüber den Schutzringen 7 der Chips 1a und 1b, um die Bereiche hoher Haltespannung (isolierten Bereiche) zu vermeiden. Das Abstrahlungsbau­ teil 3 (Abstrahlungsbauteil der zweiten Seite oder auf der zweiten Seite), welches an den anderen Oberflächen 6b der Chips 1a und 1b angeheftet ist, hat keinen vorstehen­ den Abschnitt und ist im wesentlichen flach. Mit anderen Worten, das Abstrahlungsbauteil 3 der zweiten Seite ist im wesentlichen so flach, daß es die Anbringbarkeit an den Chips 1a und 1b am Abstrahlungsbauteil 3 nicht behin­ dert. In den jeweiligen Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 bilden die jeweiligen Oberflächen gegenüber den Oberflä­ chen, die in Richtung der Si-Chips 1a und 1b weisen, Abstrahlungsoberflächen 10, welche ebenfalls im wesentli­ chen flach und annähernd parallel zueinander sind.

In der dargestellten Ausführungsform ist der drahtge­ bondete Si-Chip ein IGBT 1a (Insulated Gate Bipolar Tran­ sistor), wohingegen der andere Si-Chip eine FWD 1b (Free- Wheel Diode = Freilaufdiode) ist. Im IGBT 1a ist das Ab­ strahlungsbauteil 2 der ersten Seite (auf der ersten Seite) ein Emitter, das Abstrahlungsbauteil 3 der zweiten Seite (auf der zweiten Seite) ein Kollektor und die Steu­ erelektrode ein Gate. Wie in Fig. 2A gezeigt, ist die Dicke der FWD 1b höher als die des IGBT 1a. Von daher ist in dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite der vorste­ hende Abschnitt 2a gegenüber dem IGBT 1a mit einem Vor­ stehungsbetrag versehen, der relativ größer als derjenige des anderen vorstehenden Abschnittes 2a ist, der der FWD 1b gegenüberliegt.

Für die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite kann beispielsweise ein metallisches Mate­ rial mit Cu oder Al als Hauptkomponente verwendet werden, welches eine elektrische Leitfähigkeit und eine thermi­ sche Leitfähigkeit größer als W oder Mo hat und billiger als diese Materialien ist. Fig. 3 zeigt eine Tabelle von Beispielen metallischer Materialien, welche als die Ab­ strahlungsbauteile 2 und 3 verwendbar sind. Wie in Fig. 3 gezeigt, können die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 aus ei­ nem der Metalle "a" bis "1", unoxidiertem Kupfer etc., sein. Hier ist beispielsweise das Metall "a" eine Legie­ rung, welche (in Massenverhältnissen) Fe (Eisen) mit 2,3%, Zn (Zink) mit 0,1%, P (Phosphor) mit 0,03% und Cu (Kupfer) als Rest enthält.

Die Bondierbauteile 4 haben bevorzugt eine Scherfe­ stigkeit, welche der Scherfestigkeit überlegen ist, welche durch thermische Belastung erzeugt wird, und haben sowohl ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit als auch elektrische Leitfähigkeit. Als solche leitfähige Bauteile 4 können beispielsweise ein Weichlot, ein Hartlot oder ein leitfähiger Kleber verwendet werden. Der Draht 8 für die Drahtbondierung kann aus Au (Gold), Al (Aluminium) oder dergleichen sein, wie er für Drahtbondierungen all­ gemein verwendet wird.

Weiterhin sind gemäß Fig. 2A diese Bauteile 1 bis 5 und 8 mit Kunststoff oder Kunstharz 9 eingegossen, wobei die Abstrahlungsoberflächen 10 der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 an den gegenüberliegenden Seiten der Si-Chips 1a und 1b freigelassen werden und gleichzeitig der Steueran­ schluß 5 an der gegenüberliegenden Seite der Drahtbondie­ rung freigelassen wird.

Die Abstrahlungsoberflächen 10 der jeweiligen Ab­ strahlungsbauteile 2 und 3 dienen als Elektroden und gleichzeitig zur Abstrahlung von Wärme. Das Kunstharz 9 hat bevorzugt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten annähernd gleich dem der Abstrahlungsbauteile 2 und 3. Beispielsweise kann als derartiges Kunstharz 9 ein Gieß­ harz auf Epoxybasis verwendet werden.

Weiterhin sind die mit Kunstharz eingegossenen Bau­ teile 1 bis 5 und 8 von einem Paar von Verdrahtungsbau­ teilen 11 eingeschlossen, so daß die Abstrahlungsoberflä­ chen 10 die Verdrahtungsbauteile 11 kontaktieren. Jedes der äußeren Verdrahtungsbauteile 11 ist eine flache Plat­ te mit einem Abschnitt mit Plattenform oder einer feinen Drahtform, welche zur Außenseite hin verbindbar ist. Die Verdrahtungsbauteile 11 und die mit Kunstharz eingegosse­ nen Bauteile 1 bis 5 und 8 sind weiterhin von einem Paar von äußeren Kühlbauteilen 13 eingeschlossen, wobei plattenförmige isolierende Substrate 12 mit hoher thermischer Leitfähigkeit zwischengeschaltet sind. Die mit Kunstharz versiegelten oder eingegossenen Bauteile 5 und 8, die äu­ ßeren Verdrahtungsbauteile 11, die isolierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfähigkeit und die äußeren Kühl­ bauteile 13 sind durch Schraubbolzen 14 oder dergleichen miteinander verbunden, welche von den äußeren Kühlbautei­ len 13 her eingeschraubt sind.

Die äußeren Verdrahtungsbauteile 11 oder die nach au­ ßen führenden Verdrahtungsbauteile 11 können aus jegli­ chem Material sein, vorausgesetzt, sie haben ausgezeich­ nete thermische Leitfähigkeit und elektrische Leitfähig­ keit. Die isolierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfähigkeit können beispielsweise aus Aln (Aluminiumnitrid), SiN (Siliziumnitrid), Al2O3 (Aluminiumdioxid), SiC (Siliziumcarbid), BN (Bornitrid), Diamant oder dergleichen sein. Die äußeren Kühlbauteile 13 sind so aufgebaut, daß sie eine Abstrahlungsrippe oder Kühlrippe haben oder wassergekühlt sind.

Bei dem obigen Aufbau ist, was den elektrischen Pfad betrifft, der Stromfluß in der Reihenfolge von äußerem Verdrahtungsteil 11, welches das Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite kontaktiert, Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite, Si-Chips 1a und 1b, Abstrahlungsbauteil 3 der zweiten Seite, Verdrahungsbauteil 11, welches das Ab­ strahlungsbauteil 3 der zweiten Seite kontaktiert oder umgekehrt. Was den thermischen Pfad betrifft, so wird in den Si-Chips 1a und 1b erzeugte Wärme zu den Abstrah­ lungsbauteilen 2 und 3 der ersten und zweiten Seite, den Verdrahtungsbauteilen 11, den isolierenden Substraten 12 hoher thermischer Leitfähigkeit und den äußeren Kühlbau­ teilen 13 übertragen und dann abgestrahlt.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung der Fig. 2A und 2B erläutert. Zunächst werden die Hauptelektronen auf den zweiten Ober­ flächen 6b der Si-Chips 1a und 1b mit dem Abstrahlungs­ bauteil 3 der zweiten Seite über die Bondierungsbauteile 4 verbunden. Sodann werden die Steuerelektrode des Si- Chips 1a und der Steueranschluß 5 miteinander über eine Drahtbondierung elektrisch verbunden. Danach werden die Hauptelektroden auf den ersten Oberflächen 6a der Si- Chips 1a und 1b mit den Vorderenden der vorstehenden Ab­ schnitte 2a des Abstrahlungsbauteiles 2 der ersten Seite über Bondierungsbauteile 4 verbunden. Hierbei werden die vorstehenden Abschnitte 2a des Abstrahlungsbauteiles 2 der ersten Seite vorab durch einen Preßvorgang oder der­ gleichen gebildet.

Nachfolgend wird ein Gesenk (nicht gezeigt) vorberei­ tet, und die Si-Chips 1a und 1b und die Abstrahlungsbau­ teile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite werden in dem Gesenk oder der Form angeordnet und mit Kunststoff oder Kunstharz eingegossen. Somit kann eine elektrische Isola­ tion zwischen den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 erhalten werden. Nachfolgend werden, wie oben beschrieben, was die Abstrahlungsoberflächen 10 betrifft, die äußeren Verdrah­ tungsbauteile 11, die isolierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfähigkeit und die äußeren Kühlbauteile 13 in dieser Reihenfolge angeordnet. Sodann werden die äuße­ ren Kühlbauteile 13 mit Schraubbolzen befestigt, so daß die Bauteile 11 bis 13 festgelegt sind. Im Anschluß daran ist die Halbleitervorrichtung der beschriebenen Ausfüh­ rungsform vollständig.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform die Abstrah­ lungsbauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite aus einem metallischen Material gefertigt sind, welches Cu oder Al als Hauptkomponente enthält, welches sehr gute thermische und elektrische Leitfähigkeit hat, läßt sich die Halbleitervorrichtung mit verbesserter Abstrahlungs­ leistung und verbesserter elektrischer Leitfähigkeit er­ zeugen. Da weiterhin diese Teile bei geringeren Kosten im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall hergestellt werden können, bei dem W oder Mo verwendet wird, läßt sich die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung mit niedrigeren Kosten fertigen. Weiterhin ist das metallische Material, welches als Hauptkomponente Cu oder Al enthält, im Ver­ gleich zu W oder Mo weich, so daß die Bearbeitbarkeit zur Ausbildung der vorstehenden Abschnitte 2a an dem Abstrah­ lungsbauteil 2 der ersten Seite gut ist.

Da die vorstehenden Abschnitte 2a an dem Abstrah­ lungsbauteil 2 der ersten Seite angeordnet sind und mit den jeweiligen unterschiedlichen Si-Chips 1a und 1b ver­ bunden sind, kann die Verbindung zwischen den jeweiligen Si-Chips 1a und 1b und dem Abstrahlungsbauteil 2 problem­ los durchgeführt werden. Insbesondere lassen sich die Be­ träge des Vorstehens und die Formen der vorstehenden Ab­ schnitte 2 abhängig von der Dicke der Si-Chips 1a und 1b und den Formen der Hauptelektroden der Si-Chips 1a und 1b abändern. Aufgrund hiervon lassen sich unterschiedliche Halbleiterchips 1a und 1b problemlos in der Halbleiter­ vorrichtung aufnehmen.

Die Abstrahlungsoberflächen 10 der Abstrahlungsbau­ teile 2 und 3 können Formunregelmäßigkeiten aufweisen oder parallel zueinander sein. In der beschriebenen Aus­ führungsform sind die Abstrahlungsoberflächen 10 flach und annähernd parallel zueinander gemacht. Dies ist mög­ lich, da die Oberflächenstufe, d. h. der Dickenunterschied zwischen den Si-Chips 1a und 1b, durch die vorstehenden Abschnitte 2a aufgenommen werden kann, indem deren Höhen oder Vorstehbeträge abhängig von den jeweiligen Dicken der Si-Chips 1a und 1b eingestellt werden.

Im Ergebnis können bei der Ausführungsform gemäß obi­ ger Beschreibung, da die Abstrahlungsoberflächen 10 im wesentlichen flach und annähernd parallel zueinander sind, beim Befestigen der Bolzen an den Abstrahlungsober­ flächen 10, wobei die Verdrahtungsbauteile 11, die iso­ lierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfähigkeit und die äußeren Kühlbauteile 13 dazwischengeschaltet sind, die Oberflächen 10 und diese Bauteile 11 bis 13 si­ cher und leicht an den jeweiligen Übergangsflächen in Kontakt miteinander gebracht werden.

Da weiterhin die Abstrahlungsoberflächen 10 annähernd parallel zueinander sind, wird eine beim Anziehen der Bolzen erzeugte Kraft gleichförmig auf die Bauteile 1 bis 5, 8, 9 und 11 bis 13 übertragen. Somit werden diese Bau­ teile 1 bis 5, 8, 9 und 11 bis 13 durch Kraftkonzentra­ tionen nicht beschädigt oder zerstört und der Zusammen­ bauvorgang läßt sich verbessern.

Allgemein gesagt, obgleich der IGBT 1a und die FWD 1b als Paar verwendet werden, wird, wenn sich der Abstand zwischen dem IGBT 1a und FWD 1b verringert, der Betrieb eines Schaltkreises idealer. Da bei der vorliegenden Aus­ führungsform der IGBT 1a und die FWD 1b einander benach­ bart in der einstückig kunstharzgekapselten oder -vergossenen Halbleitervorrichtung angeordnet sind, kann der Betrieb des IGBT 1a in dieser Halbleitervorrichtung den Idealzustand erreichen.

Wenn es Aufgabe der Erfindung ist, eine Halbleiter­ vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, unter­ schiedliche Halbleiterchips 1a und 1b problemlos aufzunehmen, sind die Materialien zur Ausbildung der Abstrah­ lungsbauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite nicht auf die Materialien beschränkt, welche Cu oder Al als Hauptkomponente enthalten, sondern es können auch andere elektrische Materialien mit elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden. Wenn beispielsweise das Verhindern von Bruch der Bondierungsbauteile 4 aufgrund thermischer Be­ lastung größere Wichtigkeit hat, sollten die Abstrah­ lungsbauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite aus einem metallischen Material sein, welches einen thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten hat, der annähernd demje­ nigen der Si-Chips 1a und 1b ist. Wenn andererseits eine Abstrahlungseigenschaft und die elektrische Leitfähigkeit von größerer Wichtigkeit sind, sollten die Abstrahlungs­ bauteile 2 und 3 aus einem metallischen Material sein, welches Cu oder Al als Hauptkomponente enthält.

Der Kunststoff oder das Kunstharz 9, welches in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, isoliert nicht nur die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 voneinander, sondern verstärkt auch die Anheftung oder Verbindung zwi­ schen den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 und den Chips 1a und 1b, indem die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 mit den Chips 1a und 1b verbunden werden. Selbst wenn somit die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 aus einem metallischen Mate­ rial mit Cu oder Al als Hauptkomponente gefertigt sind, was einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergibt, der unterschiedlich zu demjenigen der Si-Chips 1a und 1b ist, kann ein Bruch der Bondierungsbauteile 4 aufgrund von thermischen Belastungen durch das Kunstharz 9 verhin­ dert werden.

Insbesondere wenn das Kunstharz 9 einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der annähernd gleich demje­ nigen der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 ist, wirken Belastungen auf die Si-Chips 1a und 1b und führen zu einer Ausdehnung und Zusammenziehung ähnlich derjenigen der Ab­ strahlungsbauteile 2 und 3, wenn sich die Temperatur än­ dert. Von daher werden auf die Bondierungsbauteile 4 auf­ gebrachte Belastungen gemindert und die Erzeugung von Spannungen wird eingeschränkt, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit an den Verbindungsabschnitten führt.

Obgleich in der Ausführungsform das Abstrahlungsbau­ teil 3 der zweiten Seite keinen vorstehenden Abschnitt aufweist, kann ein derartiger vorstehender Abschnitt vor­ gesehen werden. Thermisch leitfähiges Fett, eine Paste oder dergleichen kann auf die Kontaktflächen zwischen den äußeren Verdrahtungsbauteilen 11 und den isolierenden Substraten 12 hoher thermischer Leitfähigkeit und zwi­ schen die isolierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfähigkeit und den äußeren Kühlbauteilen 13 aufge­ bracht werden, um die thermische Anbindung weiter zu ver­ bessern.

Der Kontakt zwischen jedem äußeren Verdrahtungsbau­ teil 11 und dem isolierenden Substrat 12 hoher thermi­ scher Leitfähigkeit wird vorteilhafterweise aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Bauteilen 11 und 12 mechanisch festgelegt. Jede Abstrahlungsoberfläche 10 und jedes äußere Verdrah­ tungsbauteil 11 können jedoch auch durch ein Weichlot, ein Hartlot oder dergleichen miteinander verbunden wer­ den, da diese Bauteile aus Materialien gefertigt werden können, welche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, welche sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden.

Der Körper des Abstrahlungsbauteiles 2 der ersten Seite kann von den vorstehenden Abschnitten 2a getrennt sein. Beispielsweise können die vorstehenden Abschnitte 1a an einem plattenförmigen Körper des Bauteiles 2 durch Weichlöten, Hartlöten etc. angeheftet werden. Das Materi­ al zur Bildung des Abstrahlungsbauteiles 2 der ersten Seite ist nicht immer notwendigerweise identisch zu dem­ jenigen, aus welchem das Abstrahlungsbauteil 3 der zwei­ ten Seite gebildet wird. Obgleich in der vorliegenden Ausführungsform das Eingießen mit dem Kunstharz in einer Form oder einem Gesenk erfolgt, kann dieser Versiege­ lungsvorgang auch durch Eintauchen ohne irgendeine Form erfolgen.

Obgleich beschrieben wurde, daß das Kunstharz 9 zum Eingießen oder Versiegeln einen thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten hat, der annähernd gleich demjenigen der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite ist, ist das Harz 9 nicht hierauf beschränkt, sondern es kann jedes andere geeignete Harz sein, wenn keine Notwen­ digkeit besteht, die Anhaftfestigkeit zwischen den Si- Chips 1a und 1b und den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 zu berücksichtigen.

Obgleich in der vorliegenden Ausführungsform be­ schrieben wurde, daß der IGBT 1a und die FWD 1b als Si- Chips verwendet werden, ist in manchen Fällen, beispiels­ weise wenn nur ein Si-Chip verwendet wird oder die glei­ che Art von Si-Chip verwendet wird, die Verbindungsstruk­ tur zwischen dem Si-Chip bzw. den Si-Chips und den Ab­ strahlungsbauteilen 2 und 3 nicht kompliziert. In diesen Fällen müssen die vorstehenden Abschnitte 2a nicht an ei­ nem der Abstrahlungsbauteile 2 bzw. 3 ausgebildet werden. Wie oben beschrieben, kann eine Halbleitervorrichtung mit verbesserten Abstrahlungseigenschaften und elektrischer Leitfähigkeit durch Ausbilden der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 aus einem metallischen Material geschaffen werden, welches als Hauptkomponente Cu oder Al enthält, mit einer elektrischen Leitfähigkeit und einer thermischen Leitfä­ higkeit höher oder besser als derjenigen von W oder Mo.

Zweite Ausführungsform

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der inneren Form­ gebung des Abstrahlungsbauteiles 2 der ersten Seite. Fig. 4A zeigt eine Halbleitervorrichtung der zweiten Ausfüh­ rungsform, und die Fig. 4B bis 4D sind Schnittdarstel­ lungen, in welchen Teilansichten verschiedener Abstrah­ lungsbauteile 2 der ersten Seite und Si-Chips 1a und 1b gezeigt sind, welche den jeweiligen Abstrahlungsbauteilen 2 gegenüberliegen. Die Fig. 5A bis 5C sind Schnittdar­ stellungen entlang den Linien VA-VA, VB-VB, VC-VC in den Fig. 4B bis 4D.

In Fig. 4A ist das Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite teilweise weggelassenen und die Querschnittsformen der Fig. 4B bis 4D sind auf den weggelassenen Teil an­ wendbar. Fig. 4A zeigt auch nicht die äußeren Verdrah­ tungsbauteile 11, die isolierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfähigkeit und die äußeren Kühlbauteile 13. Nachfolgend werden unterschiedliche Abschnitte zu Fig. 2 erläutert. In den Fig. 4A bis 4D und 5A bis 5C sind gleiche Teile wie in Fig. 2A mit gleichen Bezugszei­ chen versehen und die entsprechende Beschreibung ist ver­ einfacht.

Wie in den Fig. 4A bis 4D und 5A bis 5C gezeigt, weist das Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite einen Raum 15 in einem Abschnitt auf, der mit den Si-Chips 1a und 1b verbunden ist. Der Raum 15 kann, wie in dem Bei­ spiel von Fig. 5A, eine Gitterform haben oder aus mehre­ ren konzentrischen Kreisen bestehen, wie im Beispiel von Fig. 5B, oder aus mehreren konzentrischen Rechtecken be­ stehen, wie im Beispiel von Fig. 5C gezeigt. Die Form des Raumes 15 in einer Richtung senkrecht zur Verbindungs­ oberfläche zwischen dem Abstrahlungsbauteil 2 und den Si- Chips 1a und 1b ist wie in den Fig. 4B, 4C oder 4D ge­ zeigt. Mit anderen Worten, es gibt Fälle, wo der Raum 15 an den Verbindungsabschnitten mit den Si-Chips 1a und 1b offen ist oder in der Abstrahlungsoberfläche 10 offen ist oder sowohl an den Verbindungsabschnitten mit den Si- Chips 1a und 1b und der Abstrahlungsoberfläche 10 ge­ schlossen ist.

Der Raum 15 kann beispielsweise durch einen Schneid­ vorgang gebildet werden. Wenn der Raum 15 sowohl an den Verbindungsabschnitten mit den Si-Chips 1a und 1b und der Abstrahlungsoberfläche 10 geschlossen ist, wie in Fig. 4D gezeigt, kann er durch Ausbilden des Abstrahlungsbautei­ les mit dem Raum offen an den Verbindungsabschnitten mit den Si-Chips 1a und 1b dadurch gebildet werden, daß zu­ nächst ein Schnitt gemäß Fig. 4B erfolgt und dann eine Metallplatte angeheftet wird, um die offenen Abschnitte zu verschließen.

Bei der Ausführungsform lassen sich die gleichen Ef­ fekte wie in der ersten Ausführungsform erzielen. Zusätz­ lich ist der Raum 15 in dem Abstrahlungsbauteil 2 der er­ sten Seite ausgebildet, was die Steifigkeit des Abstrah­ lungsbauteiles 2 verringert. Im Ergebnis lassen sich auf die Si-Chips 1a und 1b und die Bondierungsbauteile 4 auf­ gebrachte Belastungen verringern, so daß ein Bruch der Si-Chips 1a und 1b verhindert werden kann und die Zuver­ lässigkeit der Verbindung zwischen den Si-Chips 1a und 1b und dem Abstrahlungsbauteil 2 verbessert ist.

Die weiteren in der zweiten Ausführungsform nicht be­ schriebenen Einzelheiten und Merkmale sind im wesentli­ chen gleich zu denjenigen der ersten Ausführungsform. Der Raum 15 ist für Fälle dargestellt, in denen er sich in Dickenrichtung der Si-Chips 1a und 1b erstreckt; dieser Raum kann sich jedoch auch in die Oberflächenrichtung der Si-Chips 1a und 1b erstrecken. Weiterhin kann der Raum in dem Abstrahlungsbauteil 3 der zweiten Seite ausgebildet werden. Der Raum 15 muß nicht gleichförmig in den Ab­ schnitten ausgebildet werden, welche die Si-Chips 1a und 1b kontaktieren, und kann geeignet an den benötigten Po­ sitionen ausgebildet werden.

Weiterhin ist die Formgebung des Raums 15 nicht auf die gezeigten Beispiele beschränkt, immer vorausgesetzt, daß sich die Steifigkeit des Abstrahlungsbauteiles ver­ ringern läßt. Wenn die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 aus einem metallischen Material mit Cu oder Al gefertigt sind, ist es leicht, den Raum 15 auszubilden, da die Ab­ strahlungsbauteile 2 und 3 leicht bearbeitbar sind.

Dritte Ausführungsform

Fig. 6 zeigt eine Halbleitervorrichtung einer dritten bevorzugten Ausführungsform, wobei die äußeren Verdrah­ tungsteile 11, die isolierenden Substrate 12 hoher ther­ mischer Leitfähigkeit und die äußeren Kühlbauteile 13 von Fig. 2A weggelassen sind, Unterschiedliche Abschnitte zu denjenigen in der ersten Ausführungsform werden haupt­ sächlich nachfolgend erläutert, und in Fig. 6 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile wie in Fig. 2A.

Gemäß Fig. 6 sind in der dritten Ausführungsform me­ tallische Bauteile (teilweise freiliegende metallische Bauteile) 16 aus Mo, W, Cu-Mo oder dergleichen mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten annähernd gleich dem der Si-Chips an den Abschnitten der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite angeordnet, welche in Richtung der Si-Chips 1a und 1b weisen. Die teilweise freiliegenden metallischen Bauteile 16 können vorab an den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 durch Löten, Hartlöten, einen Schrumpfsitz oder einen Preßsitz angeordnet oder ausgebildet werden. Zur Ausrichtung der teilweise frei­ liegenden metallischen Bauteile 16 gegenüber den Si-Chips 1a und 1b mit hoher Genauigkeit sollten die Si-Chips 1a und 1b und die teilweise freiliegenden metallischen Bau­ teile 16 vor dem Bondieren oder Anheften zwischen den me­ tallischen Bauteilen 16 und den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 durch Löten, Hartlöten oder dergleichen festgelegt werden.

Bei dieser Ausführungsform lassen sich die gleichen Effekte und Wirkungsweisen wie in der ersten Ausführungs­ form erhalten. Da zusätzlich der thermische Ausdehnungs­ koeffizient an den Verbindungsabschnitten zwischen den Si-Chips 1a und 1b und den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 der ersten und zweiten Seite einander angenähert sind, lassen sich thermische Belastungen aufgrund von Tempera­ turänderungen an den Verbindungsabschnitten verringern und die Verbindungsfestigkeit kann verbessert werden. Weiterhin nähert die Hinzufügung der metallischen Bautei­ le 16, welche den thermischen Ausdehnungskoeffizienten annähernd gleich demjenigen der Si-Chips 1a und 1b haben, die Belastung der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 insgesamt an Si an, so daß auf die Si-Chips 1a und 1b einwirkende Belastungen verringert werden können.

Somit kann die Halbleitervorrichtung mit hoher Zuver­ lässigkeit bezüglich der Verbindungsfestigkeiten zwischen den Si-Chips 1a und 1b und den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 und ohne Bruch der Si-Chips 1a und 1b geschaffen werden, wobei weiterhin die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform sichergestellt sind. Die weiteren Merkmale und Wirkungsweisen, welche in der vorliegenden Ausführungsform nicht beschrieben sind, sind im wesentli­ chen gleich zu denjenigen der ersten Ausführungsform. Die teilweise freiliegenden metallischen Bauteile 16 müssen nicht an den gesamten Bereich eines jeden Abstrahlungs­ bauteiles 2 oder 3 vorhanden sein, der mit den Si-Chips 1a und 1b verbunden ist. Die teilweise freiliegenden me­ tallischen Bauteile 16 sollen jedoch an den notwendigen Positionen geeignet angeordnet werden. Auch kann bei die­ ser Ausführungsform der Raum 15 wenigstens entweder in dem Abstrahlungsbauteil 2 oder dem Abstrahlungsbauteil 3 ausgebildet werden, wie in der zweiten Ausführungsform.

Vierte Ausführungsform

Fig. 7 zeigt eine Halbleitervorrichtung einer vierten Ausführungsform. Diese Ausführungsform bezieht sich auf eine Abwandlung der äußeren Verdrahtungsbauteile 11 der ersten Ausführungsform. Nachfolgend werden unterschiedli­ che Abschnitte zu denjenigen der ersten Ausführungsform beschrieben und in Fig. 7 sind gleiche Teile wie in Fig. 2A mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 7 sind die isolierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfä­ higkeit und die äußeren Kühlbauteile 13 weggelassen.

Wie in Fig. 7 gezeigt, sind leitfähige Anschlüsse 17, welche mit den Hauptelektroden der Si-Chips 1a und 1b verbunden sind, an den Kanten der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite als Hauptelektrodenan­ schlüsse herausgeführt, um elektrisch mit der Außenseite verbunden zu werden. Die leitfähigen Bauteile 17 haben die gleiche Funktion wie die äußeren Verdrahtungsbauteile 11 von Fig. 2A.

Die leitfähigen Bauteile 17 stehen von den entspre­ chenden Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 von annähernd der gleichen Position bezüglich den entsprechenden Bauteilen 2 und 3 und in eine annähernd identische Richtung vor, welche senkrecht zu den Abstrahlungsoberflächen 10 ist. Das bedeutet, daß die leitfähigen Bauteile 17 annähernd parallel zueinander sind, und somit kann eine parasitäre Induktivität verhindert werden, wie noch beschrieben wird. Die Wurzel- oder Basisteile der leitfähigen Bautei­ le 17 sind einander benachbart. Die Halbleitervorrichtung von Fig. 7 benötigt die äußeren Verdrahtungsbauteile 11 von Fig. 2A nicht und die Abstrahlungsoberflächen 10 kon­ taktieren die äußeren Kühlbauteile 13 mit den isolieren­ den Substraten 12 hoher thermischer Leitfähigkeit dazwi­ schen, obgleich diese Teile nicht gezeigt sind.

Es ist bevorzugt, daß die jeweiligen Abstrahlungsbau­ teile 2 und 3 und die jeweiligen leitfähigen Bauteile 17 im Hinblick auf den elektrischen Widerstand einstückig zueinander sind. Wenn die leitfähigen Bauteile 17 jedoch separat ausgebildet und mit den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 verbunden werden, sind für die Verbindung Schraub­ verbindungen, Weichlöten, Hartlöten etc. verwendbar. Die leitfähigen Bauteile 17 können aus verschiedenen Materia­ lien gefertigt werden, solange sie eine sehr gute elek­ trische Leitfähigkeit haben.

Bei dieser Ausführungsform lassen sich die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzielen. Da zusätzlich die elektrische Verbindung zur Außenseite über die leitfähigen Bauteile 17 gemacht werden kann, ist es nicht notwendig, die äußeren Verdrahtungsbauteile 11 mit den Strahlungsoberflächen 10 der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 zu verbinden. Im Ergebnis wird im Vergleich zu dem Fall, wo die äußeren Verdrahtungsbauteile 11 verwendet werden, die Anzahl von Verbindungsschnittstellen in der Wärmeübertragungsrichtung verringert, so daß der Wärmewi­ derstand ebenfalls verringert wird. Somit kann die Ab­ strahlungseigenschaft weiter verbessert werden. Zusätz­ lich läßt sich die Dicke der Halbleitervorrichtung in Dickenrichtung der Si-Chips 1a und 1b verringern, was zu einer Verringerung der Gesamtgröße der Halbleitervorrich­ tung führt.

Als eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsform sind die leitfähigen Bauteile 17 so vorgesehen, daß sie annä­ hernd parallel zueinander in benachbarten Positionen ste­ hen, und in der Halbleitervorrichtung fließen die Ströme in den jeweiligen leitfähigen Bauteilen 17 mit der glei­ chen Intensität in einander entgegengesetzte Richtungen. Wenn Ströme in den zueinander parallelen leitfähigen Bau­ teilen in einander entgegengesetzten Richtungen fließen, heben sich um die leitfähigen Bauteile herum erzeugte Ma­ gnetfelder gegenseitig auf. Im Ergebnis läßt sich eine parasitäre Induktivität wesentlich verringern.

In der vorliegenden Ausführungsform sind wie in der ersten Ausführungsform die Abstrahlungsbauteile aus einem metallischen Material gefertigt, welches als Hauptkompo­ nente Cu oder Al enthält, wenn es Ziel ist, die Abstrah­ lungseigenschaft und die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Da in diesem Fall die Bearbeitbarkeit von Cu und Al gut ist, lassen sich die leitfähigen Bauteile 17 problemlos durch Pressen, Schneiden oder dergleichen for­ men.

Die weitere Eigenschaften und Merkmale der Ausfüh­ rungsformen, welche nicht beschrieben worden sind, sind im wesentlichen gleich zu denjenigen der ersten Ausfüh­ rungsform. Obgleich in der beschriebenen Ausführungsform die leitfähigen Bauteile 17 einander benachbart und annä­ hernd parallel zueinander vorgesehen sind, ist die Aus­ führungsform hierauf nicht beschränkt, sondern die leit­ fähigen Bauteile 17 können von den jeweiligen Abstrah­ lungsbauteilen in unterschiedlichen Richtungen zueinander vorstehen. Wenn die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 ein Ma­ terial mit hoher Härte, beispielsweise W oder Mo, verwen­ den, um die unterschiedlichen Halbleiterchips leicht mit Kunstharz eingießen zu können, sind die leitfähigen Bau­ teile 17 bevorzugt als separate Bauteile ausgebildet, da es schwierig sein würde, sie dann einstückig an den Ab­ strahlungsbauteilen 2 und 3 auszuformen.

Fünfte Ausführungsform

Die Fig. 8A und 8B zeigen eine Halbleitervorrich­ tung einer fünften bevorzugten Ausführungsform, wobei die äußeren Verdrahtungsbauteile 11, die isolierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfähigkeit und die äu­ ßeren Kühlbauteile 13 von Fig. 2A weggelassen sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausfüh­ rungsform in dem Verbindungsverfahren zwischen den Si- Chips 1a und 1b und dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite. Unterschiedliche Teile zur ersten Ausführungsform werden nachfolgend erläutert und in den Fig. 8A und 8B sind gleiche Teile wie in Fig. 2A mit gleichen Bezugszei­ chen versehen.

Gemäß den Fig. 8A und 8B sind kissen- oder tröpf­ chenförmige Bondierungsteile 4 gleichförmig zwischen den Hauptelektroden auf den Hauptoberflächen 6a der Si-Chips 1a und 1b und dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite angeordnet, und die zwischen den Bondierungsteilen 4 ge­ schaffenen Freiräume sind mit einem Kunststoff oder Kunstharz 18 gefüllt. Das Harz 18 hat Materialeigenschaf­ ten ähnlich demjenigen von Metall, beispielsweise gute Benetzbarkeit, und verhindert Belastungskonzentrationen an den kissenförmigen Bondierungsbauteilen 4. Das Harz wird nachfolgend als RAB-Harz 18 bezeichnet (RAB = Resist Assist Bonding). Das RAB-Harz 18 besteht genauer gesagt aus Harz auf Epoxybasis, welches mit Siliziumoxid- oder Silica-Füllstoffen gemischt ist.

Zur Ausbildung des obigen Aufbaus wird wie in der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform nach Verbindung der Si-Chips 1a und 1b mit dem Abstrahlungs­ bauteil 3 der zweiten Seite und der Drahtbondierung die Anzahl von Bondierungsbauteilen 4 in Kissen-, Tröpfchen- oder Höckerform auf den Hauptelektroden der Si-Chips 1a und 1b auf der Seite der ersten Oberflächen 6a ausgebil­ det und mit dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite verbunden.

Nachfolgend wird das RAB-Harz 18 in eine Einspritz­ vorrichtung eingebracht und in die Räume um die Bondie­ rungsbauteile 4 herum eingespritzt. Selbst wenn zu diesem Zeitpunkt das Harz nicht direkt in all die Räume einge­ spritzt werden kann, füllen sich die Räume allmählich mit dem Harz aufgrund des Kapillarphänomens. Danach werden gemäß obiger Beschreibung die integrierten Si-Chips 1a und 1b und die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 in eine Form eingebracht und einstückig mit dem Harz 9 vergossen.

Bei dieser Ausführungsform können die gleichen Effek­ te wie in der ersten Ausführungsform erhalten werden. Weiterhin kann das RAB-Harz 18 eine plastische Verformung der Bondierungsbauteile 4 begrenzen. Weiterhin kann das RAB-Harz 18 Risse verhindern, welche in den Bondierungs­ bauteilen 4 aufgrund thermischer Belastungen erzeugt wer­ den bzw. eine Rißfortpflanzung oder -ausbreitung verhin­ dern. Mit anderen Worten, das RAB-Harz 18 verfestigt die Verbindung zwischen den Si-Chips 1a und 1b und dem Ab­ strahlungsbauteil 2 der ersten Seite und erhöht die Ver­ bindungszuverlässigkeit.

In dieser Ausführungsform nicht beschriebene Merkmale und Einzelheiten sind im wesentlichen gleich denjenigen der ersten Ausführungsform. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform sind die kleinen Kissen oder Höcker gleichförmig angeordnet; eine kleinere Anzahl von Kissen mit größeren Abmessungen als in der gezeigten Ausfüh­ rungsform kann jedoch angeordnet werden. Obgleich die kissenförmigen Bondierbauteile 4 zur Verbindung der Si- Chips 1a und 1b mit dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite in dieser Ausführungsform vorgesehen sind, können sie auch zur Verbindung der Si-Chips 1a und 1b mit dem Abstrahlungsbauteil 3 der zweiten Seite verwendet werden. Wenn das Harz 9 in die Räume um die Kissen oder Höcker herum eingespritzt werden kann, um diese Räume vollstän­ dig zu füllen, ist es nicht notwendig, vorab das RAB-Harz 18 einzuspritzen. In diesem Fall wirkt das Gießharz 9, welches die Räume um die Kissen herum füllt, als RAB-Harz 18. Die zweiten bis vierten Ausführungsformen können bei dieser soeben beschriebenen Ausführungsform ebenfalls entsprechend angewendet werden.

Nachfolgend werden sechste bis neunte Ausführungsfor­ men als erste bis vierte Abwandlungen oder Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen erläutert, wel­ che bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen an­ wendbar sind und welche zumindest teilweise miteinander kombinierbar sind und bei den obigen Ausführungsformen anwendbar sind.

Sechste Ausführungsform

Zuerst wird die sechste Ausführungsform unter Bezug­ nahme auf die Fig. 9A bis 9C beschrieben. In den obigen Ausführungsformen ist das Abstrahlungsbauteil 2 der er­ sten Seite mit den vorstehenden Abschnitten 2a versehen; wie jedoch durch den Pfeil F in Fig. 2B dargestellt, ist, da das Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite an den vor­ stehenden Abschnitten 2a verdickt ist, die Steifigkeit erhöht. Je größer des Steifigkeit des Abstrahlungsbautei­ les 2 der ersten Seite ist, umso höhere Druckkräfte wer­ den auf die Si-Chips 1a und 1b ausgeübt.

Um die Steifigkeit zu verringern, kann eine Vorge­ hensweise gemäß Fig. 9C angewendet werden, bei der das Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite durch Ausformen einer ausreichend dünnen metallischen Platte gebildet wird, um einen vorstehenden Abschnitt zu haben, um einen isolierenden Bereich zu vermeiden, und diese Platte wird an die Si-Chips 1a und 1b mit einer verringerten Steifig­ keit angeheftet. Da jedoch bei diesem Verfahren die Ab­ strahlungsoberfläche 10 des Abstrahlungsbauteiles 2 der ersten Seite nicht flach ist, ist es schwierig, daß äuße­ re Verdrahtungsbauteil 11 und das äußere Kühlbauteil 13 zu kontaktieren.

In diesem Zusammenhang wird in dieser Ausführungsform gemäß den Fig. 9A und 9B ein isolierender Film 20 auf dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite ausgebildet, mit einem Öffnungsmuster 19, welches sich in Bereichen entsprechend den inneren Seiten der Si-Chips 1a und 1b mit Ausnahme der Umfangsabschnitte der Chips öffnet, wo die Schutzringe 7 vorhanden sind. Mit anderen Worten, der isolierende Film 20 wird an Bereichen entsprechend den isolierten Bereichen in Fig. 2B ausgebildet und öffnet sich an Bereichen entsprechend den Hauptelektroden der Si-Chips 1a und 1b auf der Seite der ersten Oberflächen 6a.

Der isolierende Film 20 ist bevorzugt geschlossen oh­ ne Löcher und sollte eine thermische Zusammenziehung des Abstrahlungsbauteiles überstehen. Ein Film aus Polyimid oder Glas ist für den isolierenden Film 20 verwendbar. Wenn die Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform hergestellt wird, werden, nachdem der isolierende Film 20 auf dem Abstrahlungsbauteil 2 ausgebildet worden ist, die Si-Chips 1a und 1b an das Abstrahlungsbauteil 2 auf der Seite der ersten Oberflächen 6a angeheftet. Die anderen Schritte sind im wesentlichen die gleichen wie bei der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren können die Schutzringe 7 elektrisch von dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite durch den isolierenden Film 20 isoliert werden. Das Abstrahlungsbauteil 2 kann in Plattenform oh­ ne vorspringendem Abschnitt 2a gebildet werden, um die Schutzringe 7 der Si-Chips 1a und 1b zu vermeiden. In diesem Fall kann die Steifigkeit des Abstrahlungsbautei­ les 2 durch die verringerte Dicke des Abstrahlungsbautei­ les 2 verringert werden, solange es die Abstrahlungsei­ genschaften erlauben. Im Ergebnis lassen sich Druckkräfte auf den Si-Chips 1a und 1b vermindern.

Wenn die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite keine vorstehenden Abschnitte haben, er­ folgt eine geeignete Anpassung an Fälle mit nur einem Si- Chip oder mehreren Si-Chips, welche zueinander identische Dicken haben. Auch wenn mehrere Si-Chips, die sich in ih­ rer Dicke voneinander unterscheiden, vorhanden sind, gibt es kein Problem, wenn der Dickenunterschied durch die Hö­ henbeträge der Bondierungsbauteile 4 aufgenommen oder ausgeglichen werden kann.

Die weiteren Merkmale, welche im Rahmen dieser Aus­ führungsform nicht beschrieben worden sind, sind im we­ sentlichen gleich zur ersten Ausführungsform. Bei der be­ schriebenen Ausführungsform ist der isolierende Film 20 auf dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite ausgebil­ det; er kann jedoch auch auf dem Abstrahlungsbauteil 3 der zweiten Seite ausgebildet werden. Wenn es einen Be­ reich gibt, der mit dem Harz 9 zum Versiegeln nicht ge­ füllt wird, kann eine Isolation durch das Harz 9 nicht ausreichend erhalten werden. Die Isolation kann jedoch durch den isolierenden Film 20 sicher bereitgestellt wer­ den, wenn dieser vorab im betreffenden Bereich ausgebil­ det wird. Diese Verhinderung durch den isolierenden Film 20 ist auch bei dem Fall anwendbar, wo das Abstrahlungs­ bauteil 2 die vorstehenden Abschnitte 2a hat.

Siebte Ausführungsform

Bezugnehmend auf Fig. 10 wird nachfolgend eine siebte Ausführungsform als zweites modifiziertes Beispiel be­ schrieben. In dieser Ausführungsform unterscheidet sich das elektrische Verbindungsverfahren zwischen dem Steuer­ anschluß 5 und der Steuerelektrode des Si-Chips 1a, und Fig. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem die vorliegende Aus­ führungsform bei der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 7 angewendet wird. Nachfolgend werden sich von Fig. 7 un­ terscheidende Abschnitte beschrieben und in Fig. 10 sind gleiche Teile wie in Fig. 7 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie in Fig. 10 gezeigt, wird die elektrische Verbin­ dung zwischen der Steuerelektrode und dem Steueranschluß 5 durch einen Höcker oder ein Kissen 21 geschaffen, welches beispielsweise aus einem Weichlot, Hartlot, einem leitfähigen Kleber oder dergleichen ist. Bei diesem modi­ fizierten Ausführungsbeispiel muß der Drahtbondierungs­ schritt nicht durchgeführt werden und der Steueranschluß 5 kann gleichzeitig mit der Verbindung zwischen den Si- Chips 1a und 1b und den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 verbunden werden. Somit läßt sich der Herstellungsvorgang vereinfachen. Auch erfolgt keine Drahtverschiebung der Drahtbondierung während des Eingießens mit Harz.

Achte Ausführungsform

Bezugnehmend auf Fig. 11 wird nachfolgend die achte Ausführungsform als ein drittes modifiziertes Ausfüh­ rungsbeispiel beschrieben. In dieser Ausführungsform sind die Anordnungen der Abstrahlungsoberflächen 10 unter­ schiedlich. Fig. 11 ist ein Beispiel, bei welchem die vorliegende Erfindung bei einer Halbleitervorrichtung an­ gewendet ist, die geschaffen wird durch Kombinieren der ersten Ausführungsform und der siebten Ausführungsform, welche das zweite modifizierte Beispiel ist. Nachfolgend werden sich von den Fig. 2A und 10 unterscheidende Ab­ schnitte näher beschrieben und in Fig. 11 haben gleiche Teile wie in den entsprechenden Figuren gleiche Bezugs­ zeichen.

Wie in Fig. 11 gezeigt, hat jedes der Abstrahlungs­ bauteile 2 und 3 der ersten und zweiten Seite einen keil­ förmigen Querschnitt und die vorstehenden Abschnitte 2a sind an dem Abstrahlungsbauteil 2 der ersten Seite ausge­ bildet. Eine Seitenfläche des Abstrahlungsbauteiles 2 der ersten Seite und eine Seitenfläche des Abstrahlungsbau­ teiles 3 der zweiten Seite (untere Seite in der Figur) dienen als Abstrahlungsoberflächen 10. Die Abstrahlungs­ oberflächen 10 der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 der er­ sten und zweiten Seite sind annähernd senkrecht zu den Verbindungsoberflächen der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 mit den Si-Chips 1a und 1b und liegen in einer Ebene mit­ einander. Die Abstrahlungsoberflächen 10 kontaktieren das äußere Kühlbauteil 13 über das isolierende Substrat 12 mit hoher thermischer Leitfähigkeit und sind durch iso­ lierende Schraubbolzen 22 festgelegt.

Bei dieser Ausführungsform besteht keine Notwendig­ keit, zwei außenliegende Kühlbauteile 13 vorzubereiten, so daß die Flexibilität beim Zusammenbau der Halbleiter­ vorrichtung mit dem außenliegenden Kühlbauteil 13 verbes­ sert ist. Beispielsweise ist die Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform für ein herkömmliches Kühlsystem austauschbar, welches an nur einer Seite ein Kühlteil aufweist. Da zusätzlich die Anzahl von isolierenden Substraten 12 hoher thermischer Leitfähigkeit verringert werden kann, nämlich auf eine, lassen sich Bauteilkosten verringern.

Obgleich bei dieser Ausführungsform die Abstrahlungs­ oberflächen 10 senkrecht zu den Verbindungsoberflächen der Abstrahlungsbauteile 2 und 3 mit den Si-Chips 1a und 1b sind, können sie an verschiedenen Arten von äußeren Kühlbauteilen angebracht werden, indem die Winkel geeig­ net geändert werden. Wenn die leitfähigen Bauteile der vierten Ausführungsform verwendet werden, können die leitfähigen Bauteile von den Seitenflächen der Abstrah­ lungsbauteile 2 und 3 unterschiedlich zu den Abstrah­ lungsoberflächen 10 herausgeführt werden.

Neunte Ausführungsform

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 12 eine neunte Ausführungsform als viertes modifiziertes Beispiel erläutert. Diese Ausführungsform unterscheidet sich im Befestigungsverfahren der äußeren Verdrahtungsbauteile 11. Nachfolgend werden zu Fig. 2A unterschiedliche Teile beschrieben und die gleichen Teile wie in Fig. 2A haben in Fig. 12 gleiche Bezugszeichen.

Gemäß Fig. 12 sind jeweils vier Schraubenlöcher 23a in den entsprechenden Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 der ersten und zweiten Seite von den Abstrahlungsoberflächen 10 her die Si-Chips 1a und 1b nicht erreichend ausgebil­ det. Jedes der äußeren Verdrahtungsbauteile 11 weist vier Schraubenlöcher 23b auf, welche diese durchtreten und den Schraubenlöchern 23a entsprechen. Sodann werden (nicht gezeigte) Schrauben durch die Schraubenlöcher 23a und 23b von den Oberflächen der äußeren Verdrahtungsbauteile 11 an einander gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Abstrahlungsoberflächen 10 her eingeführt. Somit sind die Abstrahlungsbauteile 2 und 3 und die äußeren Verdrah­ tungsbauteile 11 miteinander verbunden. Hierbei werden die Schraubenlöcher 23a und 23b durch einen Bohrer oder dergleichen gebildet.

Da bei dieser Ausführungsform die Abstrahlungsbautei­ le 2 und 3 die Schraubenlöcher 23a haben, welche diese nicht vollständig durchtreten, berühren die Schrauben die Si-Chips 1a und 1b nicht, und die Schraubenlöcher 23a und 23b können somit an beliebigen Positionen gebildet wer­ den. Da weiterhin die Befestigung durch die Schrauben er­ folgt, wirkt kein Druck auf die Si-Chips 1a und 1b, selbst wenn der Druck zum Befestigen der äußeren Verdrah­ tungsbauteile 11 auf die entsprechenden Abstrahlungsbauteile 2 und 3 erhöht wird. Im Ergebnis lassen sich die Kontaktwiderstände zwischen den Abstrahlungsbauteilen 2 und 3 und den äußeren Verd 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002010058446 00004 99880rahtungsbauteilen 11 verrin­ gern, und die Abstrahlungseigenschaft und die elektrische Leitfähigkeit kann verbessert werden.

Insbesondere kann die Befestigung mit Schrauben an Positionen des Abstrahlungsbauteiles 3 der zweiten Seite unmittelbar unter den Si-Chips 1a und 1b durchgeführt werden. Somit läßt sich eine thermische und elektrische Verbindung zwischen den Si-Chips 1a und 1b und dem Ab­ strahlungsbauteil 3 der zweiten Seite sicherstellen. Die thermischen Verbindungen der Halbleitervorrichtung zu den äußeren Verdrahtungsbauteilen 11 sind verschraubt, und die isolierenden Substrate 12 hoher thermischer Leitfä­ higkeit und die äußeren Kühlbauteile 13 können beispiels­ weise auf gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform angeordnet werden. Ein Schraubenloch 23a oder 23b ist für jedes der Bauteile 2, 3 und 11 ausreichend, um die ge­ nannte Befestigung durchzuführen. Diese Ausführungsform ist mit Ausnahme des dritten modifizierten Beispiels bei allen obigen Ausführungsformen anwendbar.

Zehnte Ausführungsform

Eine Halbleitervorrichtung einer zehnten bevorzugten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 be­ schrieben. Diese Ausführungsform dient zum Verbessern der Parallelität zwischen zwei Leitungsbauteilen (Abstrahlungsbauteilen), welche zwischen sich ein Halb­ leiterelement einschließen. Genauer gesagt, die Halblei­ tervorrichtung enthält ein IGBT-Element 101 und eine Di­ ode 102, welche als Halbleiterelemente einen Schaltkreis bilden. Die Halbleiterelemente 101 und 102 sind an einer Oberfläche 103a eines plattenförmigen ersten Leitungsbauteils 103 (erstes leitfähiges Bauteils) angeheftet, welches beispielsweise aus Kupfer gefertigt ist, was über erste Lötbauteile 104 erfolgt, welche aus 10 Gew.-% Sn (Zinn) und 90 Gew.-% Pb (Blei) bestehen und einen Schmelzpunkt von 320°C haben. Blockförmige Wärmesenken 105 aus Kupfer sind über die ersten Lötbauteile 104 ent­ sprechend an den Halbleiterelementen 101 und 102 befe­ stigt.

An den Wärmesenken 105 ist ein zweites Leitungsbau­ teil (zweites leitfähiges Bauteil) 107 aus Kupfer oder dergleichen an einer Oberfläche 107a über zweite Lötbau­ teile 106 befestigt, welche einen Schmelzpunkt haben, der unter demjenigen der ersten Lötbauteile 104 liegt. Die zweiten Lötbauteile 106 enthalten beispielsweise Zinn mit 90 Gew.-% oder mehr und haben einen Schmelzpunkt von 240°C.

Die Oberfläche 103a des ersten Leitungsbauteiles 103 und die Oberfläche 107a des zweiten Leitungsbauteiles 107 weisen aufeinander zu, wobei die Halbleiterelemente 101 und 102 dazwischen liegen, und erstrecken sich annähernd parallel zueinander (beispielsweise beträgt eine Neigung zwischen den Leitungsbauteilen 103 und 107 0,1 mm oder weniger). Auch bei dieser Halbleitervorrichtung sind eine äußere Leitung 108 und das IGBT-Element 101 elektrisch miteinander über einen Bondierungsdraht 109 aus Gold oder Aluminium zur elektrischen Verbindung mit der Außenseite verbunden.

Die Bauteile 101 bis 109, welche wie oben erläutert zusammengebaut sind, werden mit Gießharz 110 aus bei­ spielsweise Epoxyharz eingekapselt und versiegelt und sind somit vor der Umgebung geschützt. Die anderen Ober­ flächen 103b, 107b der Leitungsbauteile 103 und 107 liegen von dem Harz 110 unbedeckt, d. h. frei, vor und diesen als Abstrahlungsoberflächen.

Somit besteht bei dieser Halbleitervorrichtung der Schaltkreis aus den beiden Halbleiterelementen 101 und 102 und den beiden Leitungsbauteilen 103 und 107, welche gleichzeitig als Elektroden dienen. Eine Signalverbindung zwischen den Halbleiterelementen 101 und 102 und der Au­ ßenseite erfolgt über die Leitungsbauteile 103 und 107, den Draht 109 und die äußere Leitung 108. Die Leitungs­ bauteile 103 und 107 dienen auch als Abstrahlungsbauteile und erleichtern die Wärmeabstrahlung beispielsweise durch Anordnen von Kühlbauteilen (nicht gezeigt) auf den Ober­ flächen 103b und 107b mittels isolierenden Bauteilen.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 14A bis 14C beschrieben. Zunächst werden die Halbleiterelemente 101 und 102 an die Oberfläche 103a des ersten Leitungsbauteiles 103 mit dem ersten Lötbauteil bzw. den ersten Lötbauteilen 104 befe­ stigt. Sodann werden die Wärmesenken 105 an den ersten und zweiten Halbleiterelementen 101 und 102 ebenfalls mit den ersten Lötbauteilen 104 befestigt. Dieser Zustand ist in Fig. 14A gezeigt. Diese zusammengefaßten Bauteile wer­ den als Werkstück 150 bezeichnet.

Nachfolgend wird die Oberfläche 107a des zweiten Lei­ tungsbauteiles 107 an den Halbleiterelementen 101 und 102 befestigt, an welchen bereits die Wärmesenken 105 befe­ stigt sind, was über die zweiten Lötbauteile 106 erfolgt, welche niedrigeren Schmelzpunkt haben. Insbesondere ist gemäß Fig. 14B das zweite Leitungsbauteil 107 auf einer Aufspannvorrichtung oder Lehre 160 angeordnet, wobei die Oberfläche 107a nach oben weist, und die zweiten Lötbauteile 106 werden auf bestimmten Positionen der Oberfläche 107a abgesetzt. Sodann wird das Werkstück 150 von Fig. 14A umgedreht und auf die Oberfläche 107a des zweiten Leitungsbauteiles 107 mittels den zweiten Lötbauteilen 106 angeordnet.

Weiterhin wird ein plattenförmiges Gewicht 161 aus rostfreiem Stahl oder dergleichen auf die andere Oberflä­ che 103b des ersten Leitungsbauteiles 103 gesetzt. Die Lehre 160 ist mit einem Abstandshalter 162 versehen, der eine spezielle Höhe hat (beispielsweise 1 mm) und der aus Kohlenstoff oder dergleichen besteht, um den Spalt zwi­ schen den beiden Leitungsbauteilen 103 und 107 zu bestim­ men. Dieser Zustand ist in Fig. 14B gezeigt. Sodann wer­ den die Bauteile in diesem Zustand in einen Heizofen ge­ bracht, wobei nur die zweiten Lötbauteile 106 aufschmel­ zen.

Somit wird das Werkstück 150 durch das Gewicht 161 unter Druck gesetzt und, wie in Fig. 14C gezeigt, werden die zweiten Lötbauteile 106 gequetscht und der Spalt zwi­ schen den beiden Leitungsbauteilen 103 und 107 wird bis auf die Höhe des Abstandshalters 162 verringert. Somit wird der Grad der Parallelität zwischen den beiden Lei­ tungsbauteilen 103 und 107 gesteuert. Darüber hinaus, wenn die Schmelzpunkte des ersten Lötbauteiles 104 bzw. des zweiten Lötbauteiles 106 bei 320°C bzw. 240°C liegen, werden in dieser Ausführungsform bevorzugt eine Reflow- Temperatur von 250°C und eine mittels des Gewichtes 161 aufgebrachte Last von 0,08 g/mm2 verwendet.

Die Dicke des zweiten Lötbauteiles 106 beträgt bevor­ zugt ungefähr 100 µm bis 300 µm. Wenn es zu dünn ist, wird die Dicke zur Steuerung des Grades der Parallelität zwischen den beiden Leitungsbauteilen 103 und 107 unzureichend. Wenn es zu dick ist, wird die thermische Leit­ fähigkeit zwischen den Halbleiterelementen und den Lei­ tungsbauteilen ungenügend. Weiterhin enthalten die zwei­ ten Lötbauteile 106 Zinn mit 90 Gew.-% oder mehr, was vorteilhaft ist, eine ausreichende thermische Leitfähig­ keit sicherzustellen. Nach den obengenannten Schritten erfolgt eine Drahtbondierung zu der äußeren Leitung 108 und das Einbetten oder Eingießen in Kunstharz oder Kunst­ stoff. Im Ergebnis wird die Halbleitervorrichtung von Fig. 13 fertiggestellt.

Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren er­ folgt in dem Werkstück 150, bei dem die beiden Oberflä­ chen der Halbleiterelemente 101 und 102 durch die ersten und zweiten Leitungsbauteile (Abstrahlungsbauteile) 103 und 107 über die ersten und zweiten Lötbauteile 104 und 106 eingeschlossen sind, ein Reflow-Vorgang oder erneutes Aufschmelzen nur an den zweiten Lötbauteilen 106, da die zweiten Lötbauteile 106 einen niedrigeren Schmelzpunkt als die ersten Lötbauteile 104 haben.

Sodann wird in diesem Zustand Druck auf die obere Seite des ersten Leitungsbauteiles 103 (oder zweiten Lei­ tungsbauteiles 107) aufgebracht, so daß die zweiten Löt­ bauteile 106 in dem Zustand verformt werden, in welchem die Halbleiterelemente 101 und 102 von dem ersten Lötbau­ teil 104 getragen werden. Infolgedessen kann der Grad der Parallelität zwischen den beiden Leitungsbauteilen 103 und 107 gesteuert werden. Beispielweise kann der Grad der Parallelität zwischen den beiden Leitungsbauteilen 103 und 107 auf gleich oder weniger als 0,1 mm gemacht wer­ den.

Somit kann bei der beschriebenen Ausführungsform eine Halbleitervorrichtung mit einem ausreichenden Grad an Parallelität zwischen den beiden Bauteilen 103 und 107 ge­ schaffen werden. In Fig. 13 kann die Halbleitervorrich­ tung unter Umständen auf das Gießharz 10 verzichten. In so einem Fall kann der Grad von Parallelität zwischen den beiden Bauteilen 103 und 107 leicht eingestellt werden.

Wie weiterhin in Fig. 15 gezeigt, kann das zweite Leitungsbauteil 107 vertiefte oder zurückgestufte Ab­ schnitte 107c (mit beispielsweise einer Tiefe von unge­ fähr 0,1 mm) in der Oberfläche 107a haben, und die zwei­ ten Lötbauteile 106 können in diesen vertieften Abschnit­ ten 107c angeordnet werden. Selbst wenn die zweiten Löt­ bauteile 106 während des Neuaufschmelzens unter Unter­ drucksetzens zerquetscht werden, um quasi extrudiert zu werden, verhindern die vertieften Abschnitte 107c den Austritt der Lötbauteile 106. Wenn weiterhin die Lötbau­ teile 106 aus Lötfolien bestehen, wird die Positionierung vereinfacht.

Das zweite Leitungsbauteil 107 kann an den Halblei­ terelementen 101 und 102 über die zweiten Lötbauteile 106 ohne die Wärmesenken 105 angeheftet werden. Die vorlie­ gende Ausführungsform betrifft eine Halbleitervorrich­ tung, bei der das Halbleiterelement zwischen das Paar von leitfähigen Bauteilen mittels der Lötbauteile einge­ schlossen ist und die leitfähigen Bauteile nur entweder eine Abstrahlungsfunktion oder eine Elektrodenfunktion haben können.

Elfte Ausführungsform

In einer elften bevorzugten Ausführungsform wird der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bei einer Halblei­ tervorrichtung bei einem elektronischen Instrument oder einem elektronischen Element gemäß Fig. 16 angewendet.

Die Halbleitervorrichtung besteht gemäß Fig. 16 im we­ sentlichen aus einem Heizelement 201 und einem Paar von Abstrahlungsbauteilen 202 und 203 zum Abstrahlen von Wärme von dem Heizelement 201. Auf einer Oberfläche 201a des Heizelementes 201 ist das Abstrahlungselement 202 der ersten Seite über einen Abstrahlungsblock 204 und ein Verbindungsbauteil 205 angeheftet, wohingegen auf der an­ deren Oberfläche 201b des Heizelementes 200 das Abstrah­ lungsbauteil 203 der zweiten Seite über ein Befestigungs­ element 205 angeheftet ist. Somit schließen die Abstrah­ lungsbauteile 202 und 203 das Halbleiterelement 201 über die Befestigungsbauteile 205 zwischen sich ein.

In dieser Ausführungsform ist das Heizelement 201 ein Leistungshalbleiterelement, beispielsweise ein IGBT oder ein Thyristor. Die Befestigungsbauteile 205 sind aus ei­ nem Lot gefertigt. Die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite und der Abstrahlungsblock 204 sind aus Cu (Kupfer). Jede Ebenenform der Bauteile 201 bis 204 ist im wesentlichen rechteckförmig.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung dieser Halbleitervorrichtung erläutert. Zunächst werden das Halbleiterelement 201, die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite und der Abstrahlungs­ block 204 vorbereitet. Jedes der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite hat einen Bereich in einer Ebenenrichtung größer als das Halbleiterelement 201 und der Abstrahlungsblock 204.

Nachdem eine Lotpaste im Nahbereich der Mitte der Oberfläche 203a des Abstrahlungsbauteiles 203 der zweiten Seite aufgebracht worden ist, wird das Halbleiterelement 201 aufgesetzt. Dann wird auf ähnliche Weise eine Lotpa­ ste auf das Halbleiterelement 201 aufgebracht und der Abstrahlungsblock 204 hierauf gesetzt. Weiterhin wird die Lotpaste auf den Abstrahlungsblock 204 aufgebracht.

Nachfolgend wird gemäß Fig. 16 eine Stütze oder Lehre 206 zum Festlegen des Abstandes zwischen den Abstrah­ lungsbauteilen 202 und 203 der ersten und zweiten Seite vorbereitet. Die Lehre 206 hat ein Paar von Oberflächen (parallelen Oberflächen) 206a und 206b, welche zueinander parallel sind. Die Lehre 206 wird so auf dem Abstrah­ lungsbauteil 203 der zweiten Seite angeordnet, daß die Oberfläche 206a die Oberfläche 203a des Abstrahlungsbau­ teiles 203 der zweiten Seite berührt, wo das Halbleiter­ element 201 nicht liegt. Hierbei ist die Lehre 206 aus einem Material wie beispielsweise Al (Aluminium) mit ei­ nem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als demjenigen der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der er­ sten und zweiten Seite, welche aus Cu gefertigt sind.

Dann wird das Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite auf der auf den Abstrahlungsblock 204 und der Ober­ fläche 206b der Lehre 206 aufgebrachten Lotpaste angeord­ net, und von der oberen Oberfläche 202b des Abstrahlungs­ bauteiles 202 der ersten Seite wird bei Bedarf beispiels­ weise durch ein Gewicht 208 eine Last aufgebracht. Somit gerät das Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite von außen her unter Druck, so daß die Oberfläche 202a des Ab­ strahlungsbauteiles 202 der ersten Seite auf der Lehre 206 aufsitzt.

Danach werden die Bauteile 201 bis 204, welche auf obige Weise zusammenlaminiert wurden, in diesem Zustand einem Reflow-Vorgang unterworfen, so daß die Lotpaste aushärtet und zu dem Lot 205 wird und das Halbleiterele­ ment 201, der Abstrahlungsblock 204 und die Abstrahlungs­ bauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite miteinander verbunden werden. Danach wird das Gewicht 208 ent­ fernt und die Lehre 206 wird durch Herausziehen in Sei­ tenrichtung entfernt. Im Ergebnis ist die Halbleitervor­ richtung dieser Ausführungsform fertiggestellt.

Bei dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Oberflächen (inneren Oberflächen) 202a und 203a der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite, welche in Richtung des Halbleiterchips 201 weisen, durch die Dicke der Lehre 206 steuerbar. Wenn somit im Ergebnis die Bauteile 201 bis 204 miteinander durch Lami­ nierung zusammengefügt werden, besteht keine Notwendig­ keit, Abmessungstoleranzen seitens der Abstrahlungsbau­ teile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite zu berück­ sichtigen. Von daher besteht auch keine Notwendigkeit, das Lot 205 dicker zu machen, um Abmessungstoleranzen der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite auszugleichen oder aufzunehmen. Somit kann die Halbleitervorrichtung mit einer Lotdicke bereitgestellt werden, welche so gering wie möglich gemacht ist.

Allgemein dehnen sich die jeweiligen Bauteile bei der Erwärmung durch den Reflow-Vorgang aus und ziehen sich bei Abkühlung zusammen. Die Formänderung aufgrund dieser Ausdehnung und Zusammenziehung wird groß, wenn der ther­ mische Ausdehnungskoeffizient groß wird. Da in dieser Ausführungsform der thermische Ausdehnungskoeffizient der Lehre 206 im Vergleich zu den Ausdehnungskoeffizienten der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zwei­ ten Seite und des Abstrahlungsblockes 204 groß ist, zieht sich die Lehre 206 viel weiter als die anderen Bauteile 201 bis 204 zusammen, wenn Rückkehr auf Raumtemperatur erfolgt, nachdem die Bauteile 201 bis 204 durch das Lot 205 zusammengefügt wurden, welches in einem Zustand aushärtet, in welchem sich die entsprechenden Bauteile 201 bis 204 beim Reflow ausdehnen.

Im Ergebnis wird der Spalt zwischen den Oberflächen 202a und 203a der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite größer als der Abstand zwischen den parallelen Oberflächen 206a und 206b der Lehre 206. Aufgrund dieser Tatsache kann die Lehre 206 leicht ent­ fernt werden. Da auch der Grad der Parallelität zwischen den Abstrahlungsbauteilen 202 und 203 der ersten und zweiten Seite durch die parallelen Oberflächen 206a und 206b der Lehre 206 gesteuert werden kann, läßt sich der Grad der Parallelität zwischen den Abstrahlungsbauteilen 202 und 203 der ersten und zweiten Seite sicherstellen, auch dann, wenn die Dicke des Lotes 205 verringert wird.

Obgleich die beschriebene Ausführungsform den Fall darstellt, in welchem der thermische Ausdehnungskoeffizi­ ent der Lehre 206 größer als derjenige der anderen Bau­ teile 202 bis 204 ist, ist die Lehre 206 nicht auf diesen thermischen Ausdehnungskoeffizienten beschränkt, solange die Lehre 206 entfernt werden kann, nachdem die Bauteile 201 bis 204 zusammengefügt worden sind. Auch ist die Form der Lehre 206 nicht auf die in der Figur gezeigten Form beschränkt, sondern kann auch andere Formen haben, so­ lange die Lehre 206 den Abstand zwischen den Abstrah­ lungsbauteilen 202 und 203 der ersten und zweiten Seite bestimmen und festlegen kann.

Das Lot 205 wird als Verbindungsbauteil verwendet und wird beim Reflow-Vorgang durch Aushärten einer Lotpaste gebildet. Die Verbindung kann jedoch auch durch Zwischen­ legen von Lotfolien zwischen die zu laminierenden Bautei­ le und durch Aufschmelzen und Aushärten der Lotfolien durchgeführt werden. Alternativ kann auch ein leitfähiger Klebstoff verwendet werden.

Die Anordnungsreihenfolge von Halbleiterelement 201, Abstrahlungsblock 204, Lotpaste und Lehre 206 auf dem Ab­ strahlungsbauteil 203 der zweiten Seite ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt und ist änderbar, vorausge­ setzt, daß der in der Figur gezeigte Aufbau erhalten wer­ den kann. Es wurde beschrieben, daß die Lehre 206 paral­ lele Oberflächen 206a und 206b hat; diese Oberflächen 206a und 206b müssen jedoch nicht immer notwendigerweise parallel zueinander sein, vorausgesetzt, daß die Lehre 206 den Abstand zwischen der Oberfläche 202a des Abstrah­ lungsbauteiles 202 der ersten Seite und der Oberfläche 203a des Abstrahlungsbauteiles 203 der zweiten Seite festlegen kann. Beispielsweise kann die Lehre 206 wenig­ stens drei Vorsprünge an Abschnitten haben, welche die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite berühren.

Weiterhin kann, obgleich in der Zeichnung nicht ge­ zeigt, in einem Fall, in welchem ein Kontaktkissen, das auf der Oberfläche des Halbleiterelementes 201 ausgebil­ det ist, mit einem Leiterrahmen drahtbondiert wird, die­ ses Drahtbondieren durchgeführt werden, nachdem die Lehre 206 von den zusammengefügten Bauteilen entnommen oder entfernt worden ist. Wenn in diesem Fall das Halbleiter­ element 201 im Nahbereich des Kantenbereichs des Abstrah­ lungsbauteiles 203 der zweiten Seite liegt, liegt ein Fall vor, in welchem das Drahtbondieren problemlos durch­ geführt werden kann; die Form des Abstrahlungsbauteiles 203 der zweiten Seite kann jedoch geeignet abgeändert werden, so daß die Drahtbondierung zu dem Kontaktkissen vereinfacht wird.

Weiterhin läßt sich noch die folgende Vorgehensweise betrachten: Nachdem das Kontaktkissen auf dem Halbleiter­ element 201 über einen Draht mit dem Leiterrahmen draht­ bondiert worden ist, wird die Lehre 206 auf dem Abstrah­ lungsbauteil der ersten Seite angeordnet, wobei der Draht und der Leiterrahmen umgangen werden, und dann wird das Abstrahlungsbauteil der zweiten Seite angeordnet. In die­ sem Zustand können die Bauteile 201 bis 204 bondiert oder zusammengebracht werden. Die Halbleitervorrichtung in dieser Ausführungsform kann mit einem Harz oder Kunst­ stoff vergossen werden. Auch können die Abstrahlungsbau­ teile 202 bis 204 Keramiksubstrate mit metallisierten Oberflächen sein.

Zwölfte Ausführungsform

Fig. 17 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstel­ lung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zwölften be­ vorzugten Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist im wesentlichen identisch mit der elften Ausführungsform, was den Aufbau der Halbleitervorrichtung betrifft, unter­ scheidet sich jedoch in dem Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung. Genauer gesagt, das Verfahren zum Einstellen der Abmessung zwischen den Oberflächen 202a und 203a der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite unterscheidet sich von der vorangegan­ genen Ausführungsform. Gleiche Teile wie in der elften Ausführungsform sind wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In dieser Ausführungsform werden zunächst die Ab­ strahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite, der Abstrahlungsblock 204 und das Halbleiterele­ ment 201 vorbereitet. Die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite weisen Durchgangsbohrungen 221 und 231 auf, welche diese Bauteile in Dickenrich­ tung in den entsprechenden vier Ecken der Ebene durch­ dringen. Die Durchgangsbohrungen 221 und 231 nehmen erste und zweite vorspringende Abschnitte 261 und 271 auf, wel­ che nachfolgend beschrieben werden.

Weiterhin werden erste und zweite Lehren 260 und 270 vorbereitet. Die Lehren 260 bzw. 270 haben rechteckförmi­ ge Plattenabschnitte, und in der ersten Lehre 260 stehen vier erste vorstehende Abschnitte 261 von einer Oberflä­ che 260a des Plattenabschnittes vor und in der zweiten Lehre 270 stehen vier zweite vorstehende Abschnitte 271 von einer Oberfläche 270a des Plattenabschnittes vor. Die ersten und zweiten vorstehenden Abschnitte 261 und 271 sind annähernd symmetrisch angeordnet, und zwar an inne­ ren Abschnitten und nicht an den Kanten oder Rändern der Plattenabschnitte.

An den entsprechenden Kantenabschnitten der Lehren 260 und 270 stehen vorspringende Abschnitte 262 und 272 zur Positionierung von den Oberflächen 260a und 270a zum Festlegen des Abstandes zwischen der ersten Lehre 260 und der zweiten Lehre 270 vor. Die vorstehenden Abschnitte 261, 262, 271 und 272 haben vordere Endabschnitte 261a, 262a, 271a und 272a, von denen jeder eine im wesentlichen flache Stirnfläche hat. Die ersten und zweiten Lehren 260 und 270 sind beispielsweise aus C (Kohlenstoff) gefer­ tigt.

Nachfolgend wird die Oberfläche 202a des Abstrah­ lungsbauteiles 202 der ersten Seite auf der Oberfläche 201a der Halbleitervorrichtung 201 über den Abstrahlungs­ block 204 und eine Lotpaste angeordnet. Auf die andere Oberfläche 201b des Halbleiterelementes 201 wird das Ab­ strahlungsbauteil 203 der zweiten Seite auf seiten der Oberfläche 203a über eine Lotpaste angeordnet. Somit wer­ den ähnlich zur elften Ausführungsform das Abstrahlungs­ bauteil 203 der zweiten Seite, das Halbleiterelement 201 und der Abstrahlungsblock 204 über eine Lotpaste festge­ legt, und das Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite wird über eine aufzubringende Lotpaste an dem Abstrah­ lungsblock 204 befestigt.

Sodann wird die erste Lehre 260 mit der Oberfläche 260a nach oben weisend angeordnet und ein Federbauteil 290, bestehend aus einer Schraubenfeder und einer recht­ eckförmigen Basis 291, welche am Ende der Schraubenfeder befestigt ist, wird auf der Oberfläche 260a angeordnet. Das andere Ende der Schraubenfeder 290 kann mit der Ober­ fläche 260a der ersten Lehre 260 in Verbindung stehen oder nicht.

Sodann werden die laminierten Bauteile 201 bis 204 auf der ersten Lehre 260 so angeordnet, daß die Oberflä­ che 203b des Abstrahlungsbauteiles 203 der zweiten Seite von der Basis 290 der Schraubenfeder getragen wird, wel­ che sich auf der Oberfläche 260a der Lehre 260 abstützt, wobei die ersten vorspringenden Abschnitte 261 in die Bohrungen 231 eingeführt werden, welche im Abstrahlungs­ bauteil 203 der zweiten Seite ausgebildet sind. Sodann wird das Gewicht 208 auf die Oberfläche 202b des Abstrah­ lungsbauteiles 202 der ersten Seite gesetzt. Die zweite Lehre 270 wird mit der Oberfläche 270a nach unten weisend ausgerichtet und der Oberfläche 202b des Abstrahlungsbau­ teiles 202 der ersten Seite angenähert und dann so einge­ baut, daß die zweiten vorstehenden Abschnitte 271 in die Bohrungen 221 eingeführt werden, welche in dem Abstrah­ lungsbauteil 202 der ersten Seite ausgebildet sind. Somit sind die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite, der Abstrahlungsblock 204 und das Halbleiterelement 201, welche wie oben laminiert sind, von den ersten und zweiten Lehren 260 und 270 eingefaßt.

Nachfolgend läßt man die vorderen Endabschnitte 262a der vorstehenden Abschnitte 262, die an der ersten Lehre 260 zum Positionieren ausgebildet sind, an den vorderen Endabschnitten 272a der vorspringenden Abschnitte 272, die an der zweiten Lehre 270 zur Positionierung ausgebil­ det sind, anstoßen. Infolgedessen kann ein festgelegter Abstand zwischen den ersten und zweiten Lehren 260 und 270 beibehalten werden. Mit anderen Worten, besagter Ab­ stand wird die Summe der Längen der vorstehenden Ab­ schnitte 262 und 272.

Zu diesem Zeitpunkt stehen die vorderen Endabschnitte 261a der ersten vorstehenden Abschnitte 261 an der Ober­ fläche 202a des Abstrahlungsbauteiles 202 der ersten Seite an und die vorderen Endabschnitte 271a der zweiten vorstehenden Abschnitte 271 stehen an der Oberfläche 203a des Abstrahlungsbauteiles 203 der zweiten Seite an. Wei­ terhin werden die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite von den Oberflächen 202a und 203a durch die elastische Kraft des Federbauteiles 290 und durch die Gewichtskraft des Gewichtes 208 unter Druck gesetzt.

Im Zustand, wo die entsprechenden Bauteile 201 bis 204 durch die ersten und zweiten Lehren 260 und 270 fest­ gelegt sind, wird das Lot durch Reflow ausgehärtet, und die Abstrahlungsbauteile 202 und 230 der ersten und zwei­ ten Seite, der Abstrahlungsblock 204 und das Halbleiter­ element 201 werden durch das Lot 205 zusammengeheftet. Dann werden die erste Lehre 260 und die zweite Lehre 270 in eine Richtung nach oben bzw. nach unten bewegt, so daß die zusammengehefteten Bauteile 201 bis 204 aus den Lehren 260 bis 270 entnommen werden können. Danach ist die Halbleitervorrichtung fertig.

Bei der beschriebenen Ausführungsform können die vor­ stehenden Abschnitte 261 und 271 jeweils an den Oberflä­ chen 202a und 203a der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite anschlagen, wobei eine kon­ stante Distanz zwischen den ersten und zweiten Lehren 260 und 270 erhaltbar ist. Infolgedessen läßt sich die Di­ stanz oder der Abstand zwischen den Oberflächen 202a und 203a der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite einstellen oder regeln. Genauer gesagt, ge­ mäß Fig. 17 ist die Überlappungslänge K der ersten und zweiten vorstehenden Abschnitte 261 und 271 konstant. Weiterhin werden die Oberflächen 202a und 203a der Ab­ strahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite jeweils von den vier ersten vorstehenden Abschnit­ ten 261 und den vier zweiten vorstehenden Abschnitten 271 getragen. Somit kann der Grad der Parallelität zwischen den Abstrahlungsbauteilen 202 und 203 der ersten und zweiten Seite durch Einstellen der Längen der vorstehen­ den Abschnitte 261 und 271 sichergestellt werden.

Es besteht daher keine Notwendigkeit, Dimensionstole­ ranzen der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite zu berücksichtigen und keine Notwendig­ keit, das Lot 205 dicker zu machen, um derartige Abmes­ sungstoleranzen der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite zu kompensieren. Das Herstel­ lungsverfahren der beschriebenen Ausführungsform kann ei­ ne Halbleitervorrichtung schaffen, bei der die Dicke des Lotes so dünn wie möglich gemacht wird.

Da weiterhin die Bohrungen 221 und 231 in den Ab­ strahlungsbauteilen 202 und 203 der ersten und zweiten Seite ausgebildet sind, schlagen die vorderen Endab­ schnitte 261a und 271a der ersten und zweiten vorstehen­ den Abschnitte 261 und 271 ausreichend an den Oberflächen 202a und 203a der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite an, indem sie die Bohrungen 231 und 221 durchtreten. Das Einführen der ersten und zweiten vorstehenden Abschnitte 261 und 271 in die Bohrungen 231 und 221 in den Abstrahlungsbauteilen 203 und 202 der zweiten und ersten Seite kann die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite in Horizontal­ richtung, d. h. in einer Richtung parallel zu den Oberflä­ chen 202a und 203a, positionieren.

Da das Abstrahlungsbauteil 203 der zweiten Seite von dem Federbauteil 290 gehalten wird, kann das Abstrah­ lungsbauteil 203 der zweiten Seite geeignet durch die Elastizität des Federbauteiles 290 unter Druck gesetzt werden, auch wenn der Abmessungsfehler im Abstrahlungs­ bauteil 203 der zweiten Seite hoch sein sollte. Da wei­ terhin das Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite durch das bewegliche Gewicht 208 unter Druck gesetzt wird, kann das Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite ausreichend oder geeignet unter Druck gesetzt werden, auch wenn der Abmessungsfehler im Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite groß sein sollte.

Selbst wenn die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 zu­ einander unterschiedliche Dicken haben sollten, können die gleichen Lehren 260 und 270 wie oben beschrieben ver­ wendet werden, da das Unter-Druck-Setzen durch das Feder­ bauteil 290 und das Gewicht 208 gesteuert werden kann und aufgrund der gleichen Gründe wie oben beschrieben im Zu­ sammenhang mit der Verwendung des Federbauteiles 290 und des Gewichtes 208.

Genauer gesagt, es sei beispielsweise im Zustand von Fig. 17 angenommen, daß Festkörper hoher Steifigkeit im Spalt zwischen dem Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite und der zweiten Lehre 270 und in dem Spalt zwischen dem Abstrahlungsbauteil 203 der zweiten Seite und der er­ sten Lehre 260 liegen sollen, mit Höhen entsprechend der Spalte. Wenn in diesem Fall die Dicke der Abstrahlungs­ bauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite zu hoch sind, können auf die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite aufgebrachte Belastungen erhöht werden, indem sie zwischen die vorderen Endabschnitte 261a und 271a der vorstehenden Abschnitte 261 und 271 und die Festkörper gebracht werden. Dies kann zu einem Bruch der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zwei­ ten Seite führen. Andererseits, wenn die Dicke der Ab­ strahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite zu gering ist, können die vorderen Endabschnitte 261a und 271a der vorstehenden Abschnitte 261 und 271 nicht an den jeweiligen Abstrahlungsbauteilen 202 und 203 anliegen. Im Gegensatz hierzu können bei der beschriebe­ nen Ausführungsform die Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite durch Verwenden des Feder­ bauteiles 290 und des Gewichtes 208 hinreichend oder aus­ reichend unter Druck gesetzt werden.

Da weiterhin der Aufbau so ist, daß die Halbleiter­ vorrichtung von den Lehren 260 und 270 durch Abheben der Lehren 260 bzw. 270 nach oben bzw. unten entnommen werden kann, ist die Entnahme einfach. Die Lehren 260 und 270 müssen nicht Plattenform haben, sondern können unter­ schiedliche Formen haben, solange die ersten und zweiten vorstehenden Abschnitte 261 und 271 vorgesehen sind. Um die Oberflächen 202a und 203a der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite zu lagern, ist es ausreichend, drei vorstehende Abschnitte 261 und 271 jeweils vorzusehen. Die vorderen Endabschnitte 261a, 262a, 271a und 272a der vorstehenden Abschnitte 261, 262, 271 und 272 müssen weiterhin nicht unbedingt flach sein.

Die vorstehenden Abschnitte 262 und 272 zur Positio­ nierung müssen nicht an den jeweiligen Lehren 260 und 270 vorhanden sein. Beispielsweise kann das Abstrahlungsbau­ teil der zweiten Seite mit einem langen vorstehenden Ab­ schnitt zur Positionierung mit einem vorderen Endab­ schnitt versehen sein, der an der Oberfläche 260a der Lehre 260 anschlägt, ohne daß der vorstehende Abschnitt zur Positionierung gegenüber der ersten Lehre 260 gebil­ det ist. Weiterhin kann eine externe Vorrichtung oder dergleichen den Abstand zwischen den Lehren 260 und 270 festlegen; hierbei besteht dann keine Notwendigkeit, die vorstehenden Abschnitte für die Positionierung vorzuse­ hen.

In der Figur ist nur eine Halbleitervorrichtung wäh­ rend der Herstellung gezeigt; es versteht sich, daß meh­ rere oder verschiedene Halbleitervorrichtungen gleichzei­ tig unter Verwendung erster und zweiter Lehren herge­ stellt werden können, welche mehrere Paare erster und zweiter vorstehender Abschnitte haben. Obgleich die Boh­ rungen 221 und 231 zur Aufnahme der vorstehenden Ab­ schnitte 261 und 271 so ausgebildet sind, daß die Ab­ strahlungsbauteile 202 und 203 der ersten und zweiten Seite durchtreten werden, können anstelle dieser Bohrun­ gen 221 und 231 Kerben oder Ausnehmungen an den Kantenbe­ reichen der Abstrahlungsbauteile 202 und 203 ausgebildet werden, welche den Durchtritt der vorstehenden Abschnitte 261 und 271 erlauben.

Weiterhin können beispielsweise die ersten vorstehen­ den Abschnitte 261 durch die Außenseite des Abstrahlungsbauteiles 203 der zweiten Seite verlaufen, indem der Be­ reich oder die Größe des Abstrahlungsbauteiles 203 der zweiten Seite verkleinert wird. In diesem Fall sind die Bohrungen 231 nicht in dem Abstrahlungsbauteil 203 der zweiten Seite ausgebildet. Das Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite hat die Durchgangsbohrungen 221, um es zu ermöglichen, daß die zweiten vorstehenden Abschnitte 271 eingesetzt werden.

Weiterhin können die jeweiligen Abstrahlungsbauteile 202 und 203 an Kantenbereichen verformt oder gebogen sein, so daß die vorstehenden Abschnitte 261 und 271 vor­ beilaufen oder hindurchlaufen können, wobei die vorderen Endabschnitte 261a der ersten vorstehenden Abschnitte 261 an der Oberfläche 202a des Abstrahlungsbauteiles 202 der ersten Seite anliegen und die vorderen Endabschnitte 271a der zweiten vorstehenden Abschnitte 271 an der Oberfläche 203a des Abstrahlungsbauteiles 203 der zweiten Seite an­ liegen.

Obgleich das Gewicht 208 am Abstrahlungsbauteil 202 der ersten Seite liegt, kann das Federbauteil 290 zwi­ schen der Oberfläche 202b des Abstrahlungsbauteiles 202 der ersten Seite und der Oberfläche 270a der zweiten Lehre 270 liegen. Obgleich weiterhin das Federbauteil 290 in der beschriebenen Ausführungsform aus einer Schrauben­ feder besteht, kann es auch aus anderen elastischen Bau­ teilen bestehen. Weiterhin können die vorderen Endab­ schnitte 261a und 271a der ersten und zweiten vorstehen­ den Abschnitte 261 und 271 in Kontakt mit den Abstrah­ lungsbauteilen 202 und 203 gebracht werden, wenn der Re­ flow-Vorgang durchgeführt wird, um die Bauteile 201 bis 204 zu verbinden, wobei ein thermisch verformbares Bau­ teil, beispielsweise eine Form/Gedächtnis-Legierung, ein Bimetall oder dergleichen verwendet wird, welches sich während des Reflow-Vorgangs verformt.

Gemäß Fig. 18 kann bei Weglassen des Gewichtes 208 die zweite Lehre 270 eine Durchgangsöffnung 273 aufwei­ sen, welche sich in Dickenrichtung erstreckt. In diesem Fall wird, nachdem die laminierten Bauteile von den er­ sten und zweiten Lehren 260 und 270 eingefaßt worden sind, ein Bauteil 281 in die Durchgangsöffnung 273 von der Seite der Oberfläche 270b der Lehre 270 her einge­ setzt und übt Druck auf die Oberfläche 202b des Abstrah­ lungsbauteiles 202 der ersten Seite aus.

Nachfolgend sei noch ein weiteres Verfahren zur Her­ stellung der Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform dargelegt. Beim obigen Verfahren werden, nachdem die ent­ sprechenden Bauteile 201 bis 204 unter Verwendung einer Lotpaste laminiert worden sind, sie von den ersten und zweiten Lehren 260 und 270 aufgenommen und eingeschlos­ sen. Nachdem die laminierten Bauteile 201 bis 204 zur Verbindung durch das Lot 205 einem Reflow-Vorgang unter­ worfen worden sind, können die Bauteile, welche so zusam­ mengefügt worden sind, erst dann von den ersten und zwei­ ten Lehren 260 und 270 eingefaßt werden und dann erneut einem Reflow-Vorgang unterzogen werden. Hierbei wird das ausgehärtete Lot geschmolzen oder erweicht, um es den Bauteilen 201 bis 204 zu ermöglichen, sich zu bewegen, und die Bauteile 201 bis 204 können abhängig von den durch die Lehren 260 bis 270 bestimmten Dimensionen neu angeordnet werden. In diesem Zustand wird dann das Lot 205 erneut ausgehärtet.

Alternativ hierzu kann der Zustand gemäß Fig. 17 ver­ wendet werden, wobei das Federbauteil 290, die Basis 291, das Abstrahlungsbauteil 203 der zweiten Seite, eine Lotfolie, das Halbleiterelement 201, eine Lotfolie, der Ab­ strahlungsblock 204, eine Lotfolie, das Abstrahlungsbau­ teil 202 der ersten Seite, das Gewicht 208 und die zweite Lehre 270 in dieser Reihenfolge auf der ersten Lehre 260 angeordnet werden, wonach dann ein Reflow-Vorgang durch­ geführt wird, um die Lotfolien zu schmelzen und auszuhär­ ten und um die Bauteile 201 bis 204 zusammenzufügen.

Dreizehnte Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf Fig. 19 wird nachfolgend eine dreizehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Halbleiterchips, welche in dieser Ausführungsform verwendet werden, sind ein Halbleiter­ chip, in welchem ein IGBT ausgebildet ist (IGBT-Chip) 301, und ein Halbleiterchip, in welchem eine FWD gebildet ist (FWD-Chip) 302. Die Halbleiterchips 301 und 302 be­ stehen hauptsächlich aus Silizium und haben eine Dicke von ungefähr 0,5 mm. In den Halbleiterchips 301 und 302 sind die Oberflächen mit ausgebildeten Elementen als Hauptoberflächen 301a und 302a bezeichnet und die gegen­ überliegenden Oberflächen werden als Rückenoberflächen 301b und 302b bezeichnet. Auf der Hauptoberfläche 301a des IGBT-Chips 301 ist eine Emitterelektrode ausgebildet und auf der Rückenoberfläche 301b des IGBT-Chips 301 ist eine Kollektorelektrode ausgebildet, obgleich diese Elek­ troden in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

An die Hauptoberflächen 301a und 302a der Halbleiter­ chips 301 und 302 sind Rückenoberflächen 303b von Wärme­ senken (E-Wärmesenken; "E" steht für "Emitter") 303 als erste leitfähige Bauteile über ein Lot 304 als erstes Verbindungsbauteil mit elektrischer Leitfähigkeit ange­ heftet. In den E-Wärmesenken 303 ist eine Verbindungsflä­ che zwischen dem IGBT-Chip 301 und der E-Wärmesenke 303 annähernd gleich der Fläche der Emitterelektrode des IGBT-Chips 301. Infolgedessen kann die E-Wärmesenke 303 die Emitterelektrode in einem Bereich so groß wie möglich kontaktieren und ist daran gehindert, einen Umfangsab­ schnitt der Emitterelektrode zu kontaktieren.

Auf der Hauptoberfläche 301a des IGBT-Chips 301 be­ steht ein Bereich, beispielsweise ein Schutzring, der ein Problem verursachen kann, wenn er auf gleichem Potential mit der Emitterelektrode liegt. Wenn die Wärmesenke 303 diesen Bereich berührt, hätte dieser Bereich das gleiche Potential wie die Emitterelektrode über die Wärmesenke 303. Von daher wird der Kontaktbereich des IGBT 301 und der E-Wärmesenke 303 annähernd gleich dem Bereich der Emitterelektrode des IGBT-Chips 301 gemacht. Infolgedes­ sen kann die E-Wärmesenke 303 an den IGBT-Chip 301 ohne irgendwelche Probleme angeheftet werden.

An die Rückenoberflächen 301b und 302b der Halblei­ terchips 301 und 302 ist eine Hauptoberfläche 305a eines zweiten leitfähigen Bauteiles 305 über ein Lot 304 als zweites Verbindungsbauteil angeheftet (elektrisch verbun­ den). An die Hauptoberflächen 303a der Wärmesenken 303 gegenüber den Rückenoberflächen 303b wird eine Rücken­ oberfläche 306b eines dritten leitfähigen Bauteiles 306 über ein Lot 304 als drittes Verbindungsbauteil angehef­ tet (elektrisch verbunden).

Die E-Wärmesenken 303 und die zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 können aus metallischen Bauteilen mit elektrischer Leitfähigkeit gemacht werden. In dieser Ausführungsform sind die E-Wärmesenken 303 aus Cu (Kupfer) und die zweiten und dritten Bauteile 305 und 306 sind aus einer Kupferlegierung. Die zweiten und drit­ ten leitfähigen Bauteile 305 und 306 sind plattenförmig.

Die E-Wärmesenken 303 sind ebenfalls plattenförmige Bau­ teile, haben jedoch abgestufte Bereiche 303c, wie noch beschrieben wird.

Jede der E-Wärmesenken 303 ist so gebildet, daß sie in Richtung des dritten leitfähigen Bauteiles 306 über den Stufenabschnitt 303c vorsteht, und hat einen dünnen Abschnitt oder Bereich 303d an der Seite der Halbleiter­ chips 301 und 302. Der dünne Abschnitt 303d ist in Dickenrichtung des Halbleiterchips 301 ausgedünnt. Infol­ gedessen ist in jeder der E-Wärmesenken 303 der Verbin­ dungsbereich zwischen der E-Wärmesenke 303 und dem drit­ ten leitfähigen Bauteil 306 geringer als zwischen der E- Wärmesenke 303 und dem Halbleiterchip 301 oder 302.

An den Oberflächenabschnitten der E-Wärmesenken 303, wo diese an den entsprechenden Halbleiterchips 301 und 302 und den dritten leitfähigen Bauteilen 306 angeheftet werden, erfolgt eine Oberflächenbehandlung, beispielswei­ se eine Plattierung mit Ni (Nickel), um die Benetzbarkeit mit dem Lot 304 zu verbessern. Die anderen äußeren Ober­ flächen der E-Wärmesenken 303 für einen Kontakt mit einem zu beschreibenden Abdichtbauteil werden oxidiert. Die zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 sind an ihren gesamten äußeren Oberflächen mit Ni plattiert. In den zweiten und dritten leitfähigen Bauteilen 305 und 306 und den E-Wärmesenken 303 beträgt die Dicke im dick­ sten Bereich ungefähr 1 mm und die Dicke im dünnen Be­ reich ungefähr 0,4 mm.

Ein Kontakt- oder Anschlußpunkt (nicht gezeigt) ist auf der Hauptoberfläche des IGBT-Chips 301 ausgebildet und mit einem Steueranschluß 307 eines Leiterrahmens über einen Bondierungsdraht 308 elektrisch in Verbindung. So­ dann werden die Halbleiterchips 301 und 302, die E-Wärmesenken 303, die Hauptoberfläche 305a des zweiten leitfähigen Bauteils 305, die Rückenoberfläche 306b des dritten leitfähigen Bauteils 306 und ein Teil des Steuer­ anschlusses 307 einstückig mit Harz oder Kunststoff 309 als Versiegelungsbauteil eingegossen. Als Harz 309 kann beispielsweise ein Gießharz auf Epoxybasis verwendet wer­ den. Infolgedessen sind die Bauteile 301 bis 308 ein­ stückig oder im Block eingegossen, wobei die Rückenober­ fläche 305b des zweiten leitfähigen Bauteils 305, die Hauptoberfläche 306a des dritten leitfähigen Bauteils 306 und ein Teil des Steueranschlusses 307 aus dem Kunstharz 309 herausragen.

Auf diese Weise wird die Halbleitervorrichtung in dieser Ausführungsform hergestellt. In dieser Halbleiter­ vorrichtung wird von Halbleiterchips 301 und 302 erzeugte Wärme in E-Wärmesenken 303 übertragen und dann über das Lot 304 an die zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 und dann von der Rückenoberfläche 305b des zweiten leitfähigen Bauteiles 305 und der Hauptoberfläche 306a des dritten leitfähigen Bauteiles 306 abgestrahlt.

Wenn Kühlbauteile (Kühlrippen oder dergleichen) vor­ handen sind, um an der Rückenoberfläche 305b des zweiten leitfähigen Bauteiles 305 und der Hauptoberfläche 306a des dritten leitfähigen Bauteiles 306 anzuliegen, kann die Wärmeabstrahlung noch weiter erleichtert oder verbes­ sert werden. Hierbei bilden die E-Wärmesenken 303 und die zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 elektrische Pfade für die jeweiligen Halbleiterchips 301 und 302. Genauer gesagt, die elektrische Verbindung mit der Kollektorelektrode des IGBT-Chips 301 erfolgt über das zweite leitfähige Bauteil 305, während die elektri­ sche Verbindung mit der Emitterelektrode des IGBT-Chips 301 über das dritte leitfähige Bauteil 306 und die E-Wärmesenke 303 erfolgt.

Wie oben erläutert, hat in dieser Ausführungsform je­ de der E-Wärmesenken 303, welche an den Oberflächen 301a und 302a der Halbleiterchips 301 und 302 angeheftet ist, den abgestuften Abschnitt 303c und infolgedessen den dün­ nen Abschnitt 303d. Da der dünne Abschnitt 303d eine ge­ ringe Steifigkeit hat, kann der dünne Abschnitt 303d ei­ ner Verformung des Kunstharzes 309, von welchem er umge­ ben ist, folgen und thermische Belastungen aufnehmen, wenn die Halbleitervorrichtung Temperaturschwankungen un­ terworfen wird. Eine Belastungskonzentration an dem Lot 304, welches die Halbleiterchips 301 und 302 und die E-Wärmesenken 303 miteinander verbindet, kann somit auf­ gefangen oder verteilt werden.

Allgemein gesagt, je kleiner die Lötfläche eines Lo­ tes ist, umso kleiner wird die Verbindungsfestigkeit des Lotes. Von daher ist jeder der E-Wärmesenken 303 der Ver­ bindungsbereich mit dem dritten leitfähigen Bauteil 306 kleiner gemacht als derjenige mit dem Halbleiterchip 301 ode 302. Infolgedessen werden Risse wahrscheinlich im Lot 304 erzeugt, welches die E-Wärmesenke 303 und das dritte leitfähige Bauteil 306 verbindet.

Dies hat zur Folge, daß, wenn thermische Belastungen anwachsen, Risse zunächst in dem Lot 304 erzeugt werden, welches die E-Wärmesenke 303 und das dritte leitfähige Bauteil 306 verbindet, so daß die thermischen Belastungen aufgefangen oder abgeschwächt werden, und somit lassen sich thermische Belastungen, welche auf das Lot 304 ein­ wirken, welche die E-Wärmesenke 303 und den Halbleiter­ chip 301 oder 302 verbinden, verringern.

Selbst wenn somit Risse im Lot 304 erzeugt werden, welches die E-Wärmesenke 303 und das dritte leitfähige Bauteil 306 verbindet, gleichen sich diejenigen Verfor­ mungen, welche durch Temperaturschwankungen verursacht werden, aneinander an, daß sowohl die E-Wärmesenke 303 als auch das dritte leitfähige Bauteil 306 als Hauptkom­ ponente Kupfer enthalten, und Risse pflanzen sich in dem Lot 304 nicht wesentlich fort. Selbst wenn sich die Risse fortpflanzen, treten keine wesentlichen Probleme auf, da der Strompfad durch die gesamte Verbindungsoberfläche zwischen der E-Wärmesenke 303 und dem dritten leitfähigen Bauteil 306 gebildet ist.

Da weiterhin die Oberflächenabschnitte der E-Wärmesenke 303 für einen Kontakt mit dem Harz 309 oxi­ diert hat, kann die Anhaftung mit dem Harz 309 verbessert werden. Im Ergebnis gleichen sich die Verformung des Har­ zes 309 aufgrund thermischer Belastungen und die Verfor­ mung der E-Wärmesenke 303 aneinander an, und Belastungs­ konzentrationen im Lot 304 zwischen der E-Wärmesenke 303 und dem Halbleiterchip 301 oder 302 lassen sich auffangen oder abschwächen. Durch Plattieren der Kupferlegierung mit Nickel kann die Anhaftung zwischen der Kupferlegie­ rung und dem Harz 309 verbessert werden. Somit werden die Oberflächen der zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 mit Nickel plattiert und nicht oxidiert.

Thermische Belastungskonzentrationen auf das Lot 304, welches die Halbleiterchips 301 und 302 und die E-Wärmesenken 303 verbindet, können unterdrückt werden, so daß Risse daran gehindert werden können, dieses Lot 304 zu erreichen. Auch wenn mehrere Zellen in der Haupt­ oberfläche (Elementausbildungsoberfläche) 301a des IGBT- Chips 301 gebildet werden, wird eine Stromkonzentration auf einer Zelle im Mittelpunkt vermieden und Bruch der Zelle wird verhindert.

Da weiterhin jede der E-Wärmesenken 303 den Stufenab­ schnitt 303c hat, wird im Vergleich zu einem Fall einer prismenförmigen Wärmesenke ohne Stufe eine Kriechdistanz von der Schnittstelle zwischen dem dritten leitfähigen Bauteil 306 und dem Harz 309 zum Verbindungsabschnitt zwischen dem Halbleiterchip 301 oder 302 und der E-Wärmesenke 303 lang. Aufgrund hiervon kann vermieden oder unterbunden werden, daß Risse an der Schnittstelle zwischen dem dritten leitfähigen Bauteil 306 und dem Harz 309 den Verbindungsbereich zwischen dem Halbleiterchip und der E-Wärmesenke 303 erreichen.

Was die Halbleitervorrichtung gemäß der beschriebenen Ausführungsform betrifft, so wurde ein thermischer Schockzyklustest durchgeführt, bei dem die Halbleitervor­ richtung Umgebungen von -40°C und 125°C jeweils für 60 Minuten ausgesetzt wurde, ein Widerstand zwischen dem dritten leitfähigen Bauteil 306 und dem Steueranschluß 307 gemessen wurde und eine Änderungsrate des Widerstan­ des unter Verwendung eines Ausgangswertes als Referenz berechnet wurde. Es bestätigte sich, daß die Änderungs­ rate im Widerstandswert sich auch bei 200 Zyklen nicht wesentlich erhöht hatte. Es wurde weiterhin bestätigt, daß die Änderungsrate im Widerstandswert der Halbleiter­ vorrichtung dieser Ausführungsform im Vergleich zu einem Fall gering war, in welchem die Wärmesenke keinen Stufen­ abschnitt hatte.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung der beschriebenen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 20A bis 20C beschrieben. Zunächst werden die zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 aus Platten einer Kupferlegierung oder dergleichen beispielsweise durch Stanzen gefertigt. Da­ nach werden die gesamten äußeren Oberflächen der zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 mit Nickel plattiert.

Sodann werden Kupferplatten zur Bildung der E-Wärmesenken 303 vorbereitet. Sowohl an der Hauptober­ fläche als auch den Rückenoberflächen einer jeden Kupfer­ platte wird eine Nickelplattierung durchgeführt. Sodann werden Kupferbauteile mit einer Größe entsprechend den E-Wärmesenken 303 aus den mit Nickel plattierten Kupfer­ platten durch Stanzen oder dergleichen gebildet. Sodann wird jedes der Kupferbauteile einem Preßvorgang unterwor­ fen, um den Stufenabschnitt 303c zu erhalten. Hiernach sind die E-Wärmesenken 303 fertig. Jede dieser E-Wärmesenken 303 hat Abschnitte, welche mit Nickel plat­ tiert sind, um eine Anhaftung an dem Halbleiterchip 301 oder 302 und an das dritte leitfähige Bauteil 306 zu ha­ ben, und Abschnitte, welche durch das Stanzen freigelegt wurden und nicht mit Nickel plattiert sind. An den frei­ liegenden Abschnitten wird die Plattierung durch den Preßvorgang wieder abgelöst.

Wie in Fig. 20A gezeigt, werden die Halbleiterchips 301 und 302 an die Hauptoberfläche 305a des zweiten leit­ fähigen Bauteiles 305 über das Lot 304 angeheftet. Sodann werden die E-Wärmesenken 303 an die entsprechenden Halb­ leiterchips 301 und 302 über das Lot 304 angeheftet. Das Lot 304, welches zum Anheften oder Verbinden der Halblei­ terchips 301 und 302 und des zweiten leitfähigen Bautei­ les 305 und der E-Wärmesenken 303 verwendet wird, hat ei­ nen relativ hohen Schmelzpunkt. Beispielsweise kann ein Lot bestehend aus 10 Gew.-% Sn (Zinn) und 90 Gew.-% Pb (Blei) mit einem Schmelzpunkt von 320°C (Hochtemperaturlot) als Lot 304 verwendet werden. Hier­ nach wird der Zustand gemäß Fig. 20A erreicht oder erhal­ ten, der als Werkstück 310 bezeichnet wird.

Nachfolgend wird gemäß Fig. 20B das dritte leitfähige Bauteil 306 auf eine Lehre 311 gesetzt, wobei die Rücken­ oberfläche 306b nach oben weist, und das Lot 304 wird auf die gewünschten Bereiche der Rückenoberfläche 306b aufge­ bracht. Sodann wird das Werkstück 301 von Fig. 20A umge­ dreht und auf das dritte leitfähige Bauteil 306 gesetzt. Das Lot 304 zwischen dem dritten leitfähigen Bauteil 306 und den Halbleiterchips 301 und 302 hat einen Schmelz­ punkt unter demjenigen des Hochtemperaturlots, welches oben beschrieben wurde. Beispielsweise kann das Lot Sn mit 90 Gew.-% oder mehr enthalten und einen Schmelzpunkt von 240°C haben. Dieses Lot wird nachfolgend als Nieder­ temperaturlot bezeichnet.

Weiterhin wird ein plattenförmiges Gewicht 312 auf der Rückenoberfläche 305b des zweiten leitförmigen Bau­ teiles 305 angeordnet. Hierbei hat die Lehre 311 einen Abstandshalter 313 bestimmter Höhe zum Festlegen des Ab­ standes zwischen den zweiten und dritten leitfähigen Bau­ teilen 305 und 306. Dieser Zustand ist in Fig. 20C ge­ zeigt. In diesem Zustand wird die Anordnung in einen Heizofen gebracht und ein Reflow-Vorgang wird nur bis zur Temperatur des Niedertemperaturlotes 304 durchgeführt. Im Ergebnis wird das Werkstück 310 durch das Gewicht 312 niedergedrückt und gemäß Fig. 20C wird das Niedertempera­ turlot 304 gequetscht, so daß der Abstand zwischen der Rückenoberfläche 306b des dritten leitfähigen Bauteiles 306 der Hauptoberfläche 305a des zweiten leitfähigen Bau­ teiles 305 der Höhe des Abstandshalters 313 entspricht. Hierdurch kann der Grad der Parallelität zwischen den zweiten und dritten leitfähigen Bauteilen 305 und 306 eingestellt werden.

Weiterhin sind die E-Wärmesenken 303 mit den jeweili­ gen Halbleiterchips 301 und 302 in einem Zustand verbun­ den, in welchem die E-Wärmesenke 303 nur die Emitterelek­ trode auf dem IGBT-Chip 301 durch das Hochtemperaturlot 304 kontaktiert, und sind mit dem dritten leitfähigen Bauteil 306 über das Niedertemperaturlot 304 in Verbin­ dung. Wenn daher die Wärmesenken 303 mit dem dritten leitfähigen Bauteil 306 verbunden werden, schmilzt das Hochtemperaturlot 304 nicht und die Verbindungspositionen der E-Wärmesenken 303 mit den Halbleiterchips 301 und 302 können beibehalten werden. Wenn die Schmelzpunkte des Hochtemperaturlotes 304 und des Niedertemperaturlotes 304 auf jeweils 320°C bzw. 240°C gesetzt werden, beträgt die Reflow-Temperatur des Niedertemperaturlotes 304 bevorzugt 250°C.

Danach werden, obgleich nicht gezeigt, der Steueran­ schluß 307 und der IGBT-Chip 301 miteinander über den Bondierungsdraht 308 elektrisch verbunden, und die Bau­ teile 301 bis 308 werden mit Kunststoff oder Harz 309 eingegossen, wie in Fig. 19 gezeigt. Dieses Eingießen in Kunstharz oder Kunststoff wird durch Einspritzen des Kunststoffes 309 mit einer Temperatur von ungefähr 180°C in die Räume durchgeführt, welche zwischen und um den Bauteilen 301 bis 308 vorliegen. Die Oberflächenabschnit­ te der E-Wärmesenken 303, welche aus Kupfer sind und nicht mit entweder den Halbleiterchips 301 und 302 oder dem dritten leitfähigen Bauteil 306 in Verbindung steht, werden oxidiert. Danach ist die Halbleitervorrichtung fertig.

Allgemein gesagt, wenn eine Nickelplattierung an der E-Wärmesenke durchgeführt wird, wonach die E-Wärmesenke in eine Form gebracht wird, daß sie zwischen den Halblei­ terchip und das dritte leitfähige Bauteil gebracht werden kann, wird die E-Wärmesenke in eine Plattierungsmaschine gebracht und die gesamte Fläche der äußeren Oberfläche der E-Wärmesenke wird plattiert. Von daher kann das auf der E-Wärmesenke angeordnete Lot leicht benetzen und sich in andere Bereiche ausdehnen, welche nicht die Verbin­ dungsabschnitte mit dem Halbleiterchip und dem dritten leitfähigen Bauteil sind.

Zusätzlich beträgt die Dicke der E-Wärmesenke 303 we­ nig, d. h. ungefähr 1 mm, und das Niedertemperaturlot 304 und das Hochtemperaturlot 304 sind nahe beieinander ange­ ordnet. Wenn die Nickelplattierung auf der gesamten äuße­ ren Oberfläche der E-Wärmesenke 303 durchgeführt wird, ergibt sich ein Fall, bei dem das Niedertemperaturlot 304 und das Hochtemperaturlot 305 miteinander vermischen. Im Ergebnis könnte sich ein eutektisches Lot mit einem Schmelzpunkt weitaus niedriger als vom Niedertemperatur­ lot 304 bilden, welches bei einer Temperatur von bei­ spielsweise 180° aufschmilzt, bei der die Bauteile 301 bis 308 mit dem Kunststoff 309 eingegossen werden.

Um dies zu vermeiden, wird in der beschriebenen Aus­ führungsform die Nickelplattierung nur an den Abschnitten der E-Wärmesenke 303 durchgeführt, wo diese mit dem Halb­ leiterchip 301 oder 302 und dem dritten leitfähigen Bau­ teil 306 verbunden wird. Das Niedertemperaturlot 304 und das Hochtemperaturlot 204 sind mit der oxidierten Ober­ fläche von Kupfer dazwischen angeordnet. Da die Benetz­ barkeit der oxidierten Oberfläche von Kupfer mit dem Lot 304 niedrig ist, verlaufen das Hochtemperaturlot 304 und das Niedertemperaturlot 304 nicht in andere Bereiche als die Verbindungsbereiche und vermischen sich nicht mitein­ ander. Obgleich Lot als Verbindungsbauteil (erste bis dritte Verbindungsbauteile) in dieser Ausführungsform verwendet wird, kann auch alternativ eine Silberpaste oder dergleichen verwendet werden. Die Verbindungsbautei­ le müssen auch nicht immer zueinander identisches Materi­ al haben.

Vierzehnte Ausführungsform

Fig. 21 zeigt eine Halbleitervorrichtung einer vier­ zehnten bevorzugten Ausführungsform. Die vierzehnte Aus­ führungsform unterscheidet sich von der dreizehnten Aus­ führungsform in der Form des dritten leitfähigen Bauteils 306. Nachfolgend werden zur dreizehnten Ausführungsform unterschiedliche Abschnitte näher erläutert. In Fig. 21 haben gleiche Teile wie in Fig. 19 gleiche Bezugszeichen und eine nochmalige detaillierte Erläuterung erfolgt nicht.

Gemäß Fig. 21 ist ein Stufenabschnitt 306c an der Hauptoberfläche 306a des dritten leitfähigen Bauteils 306 ausgebildet. Dieser Stufenabschnitt 306c wird mit dem Harz 309 zur Versiegelung abgedeckt. Somit können Kriech­ abstände von der Schnittstelle zwischen dem Harz 309 und dem dritten leitfähigen Bauteil 306 zu den Verbindungsab­ schnitten der E-Wärmesenken 303 mit dn Halbleiterchips 301 und 302 zur Oberfläche der Halbleitervorrichtung wei­ ter im Vergleich zu der weiter oben genannten Ausfüh­ rungsform erhöht werden. Im Ergebnis werden Risse noch stärker daran gehindert, sich in dem Lot 304 auszubilden, welches die Halbleiterchips 301 und 302 und die E-Wärmesenken 303 verbindet.

Die Kriechabstände können noch weiter erhöht werden, wenn der mit Harz 309 auf der Oberfläche 306a des dritten leitfähigen Bauteiles 306 bedeckte Bereich vergrößert wird. Der vergrößerte Bereich des dritten leitfähigen Bauteiles 306 verschlechtert jedoch die Abstrahlungsei­ genschaften. Von daher sollte das dritte leitfähige Bau­ teil 306 mit dem Harz 309 bis zu einem Grad bedeckt sein, der die Abstrahlungseigenschaften nicht verschlechtert.

Fünfzehnte Ausführungsform

Fig. 22 zeigt eine Halbleitervorrichtung einer fünf­ zehnten bevorzugten Ausführungsform. Diese Ausführungs­ form unterscheidet sich von der dreizehnten Ausführungs­ form dahingehend, daß leitfähige Bauteile zwischen die entsprechenden Halbleiterchips 301 und 302 und das zweite leitfähige Bauteil 305 gesetzt sind. Nachfolgend werden Teile beschrieben, welche unterschiedlich zur dreizehnten Ausführungsform sind. In Fig. 22 haben gleiche Teile wie in Fig. 19 gleiche Bezugszeichen.

Gemäß Fig. 22 sind Kollektorwärmesenken (C-Wärmesenken) 314 zwischen dem zweiten leitfähigen Bau­ teil 305 und den Halbleiterchips 301 und 302 auf den Sei­ ten der Rückenoberflächen 301b und 302b der Halbleiter­ chips 301 und 302 angeordnet. Die C-Wärmesenken 314 haben Bereiche oder Flächen annähernd gleich der entsprechenden Halbleiterchips 301 und 302 in einer Richtung senkrecht zur Dickenrichtung der Halbleiterchips 301 und 302.

Genauer gesagt, Oberflächen (Hauptoberflächen) 314a der C-Wärmesenken 314 sind jeweils an den Rückenoberflä­ chen 301b und 302b der Halbleiterchips 301 und 302 durch das Lot 304 angeheftet. Rückenoberflächen 314b der C-Wärmesenken 314 sind an die Hauptoberfläche 305a der zweiten leitfähigen Bauteile 305 über das Lot 304 angeheftet.

Das zweite leitfähige Bauteil 305 hat bezogen auf seine Dicke eine relativ große Fläche und hat daher die Möglichkeit, daß es sich biegt oder verformt. Wenn ande­ rerseits das Einspritzen des Kunstharzes 309 durchgeführt wird, werden die Rückenoberfläche 305b des zweiten leit­ fähigen Bauteils 305 und die Hauptoberfläche 306a des dritten leitfähigen Bauteils 306 mit relativ hohem Druck zusammengehalten, um ein Austreten des Harzes 309 zu ver­ hindern. Wenn daher das zweite leitfähige Bauteil 305, welches die Halbleiterchips 301 und 302 hält, gebogen wird, kann der Druck, mit welchem die zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 während des Eingießens zusammengehalten werden, auf mechanischem Wege Beschädi­ gungen an den Halbleiterchips 301 und 302 bewirken.

Um dies zu vermeiden, sind in dieser Ausführungsform die C-Wärmesenken 314 an den Rückenoberflächen 301b und 302b der Halbleiterchips 301 und 302 angeordnet, und die C-Wärmesenken 315 sind in ihrer Größe kleiner gemacht als das zweite leitfähige Bauteil 305. Von daher kann eine Verbiegung unterdrückt werden und die Halbleiterchips 301 und 302 können sicher vor Schäden bewahrt werden. Somit kann diese Ausführungsform mechanische Beschädigungen an den Halbleiterchips 301 und 302 zusätzlich zu den Effek­ ten und Wirkungsweisen erzielen, wie sie in der dreizehn­ ten Ausführungsform realisiert sind. Nebenbei gesagt, in der in der vierzehnten Ausführungsform beschriebenen An­ ordnung, bei der das dritte leitfähige Bauteil 306 den abgestuften Abschnitt 306c hat, der mit dem Harz 309 be­ deckt ist, können die C-Wärmesenken 314 ebenfalls verwen­ det werden.

In den beschriebenen dreizehnten bis fünfzehnten Aus­ führungsformen haben die E-Wärmesenken 303 die dünnen Ab­ schnitte 303d auf seiten der Halbleiterchips 301 und 302; wie jedoch beispielsweise in Fig. 23 gezeigt ist, können die Stufenabschnitte 303d auf seiten des dritten leitfä­ higen Bauteils 306 vorgesehen werden. Auch mit diesem Aufbau kann verhindert werden, daß sich thermische Bela­ stungen auf dem Lot 304 an den Verbindungsabschnitten zwischen den Halbleiterchips 301 und 302 und den Wärme­ senken 303 konzentrieren, was durch die geringe Steifig­ keit der dünnen Abschnitte 303d möglich ist, welche die thermischen Belastungen aufnehmen können, was im Ver­ gleich zu dem Fall vorteilhaft ist, bei dem die E-Wärmesenken eine Prismenform haben.

In den oben beschriebenen dreizehnten bis fünfzehnten Ausführungsformen ist bei jeder der E-Wärmesenken 303 der Stufenabschnitt 303c an dem gesamten Abschnitt vorgese­ hen, der das Harz 309 kontaktiert; was das Lot 304 be­ trifft, welches die Halbleiterchips 301 und 302 und die E-Wärmesenken 303 verbindet, pflanzen sich jedoch Risse von der Umfangsseite des Harzes 309 in Richtung Mittel­ punkt fort. Von daher kann der Stufenabschnitt 303c nur an dem Abschnitt vorgesehen werden, der in Richtung des äußeren Umfangs des Harzes 309 weist. Hierbei bedeutet der Umfang des Harzes 309 den Umfang eines Abschnittes, der die zweiten und dritten leitfähigen Bauteile 305 und 306 umgibt, und entspricht in Fig. 19 einer Oberfläche annähernd parallel zur Dickenrichtung der Halbleiterchips 301 und 302.

Sechzehnte Ausführungsform

Fig. 24 zeigt eine Halbleitervorrichtung einer sech­ zehnten bevorzugten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden ein IGBT 411 und eine FWD 412 (free­ wheel diode), von denen jedes aus einem Si-Substrat ge­ fertigt ist, als Halbleiterchips verwendet. Auf einer Seite einer jeden Elementausbildungsoberfläche (ersten Oberfläche) 401a des IGBT 411 und der FWD 412 sind über ein Lot 431 Abstrahlungsbauteile 421 und 422 der ersten und zweiten Seite befestigt. Ein drittes Abstrahlungsbau­ teil 423 ist über ein Lot 432 an einer gegenüberliegenden Seite der Chips 411 und 412 an den Abstrahlungsbauteilen 421 und 422 der ersten und zweiten Seite befestigt. Die ersten bis dritten Abstrahlungsbauteile 421 bis 423 sind beispielsweise aus Kupfer gefertigt und bilden ein Ab­ strahlungsbauteil 420 der ersten Seite.

Das dritte Abstrahlungsbauteil 423 ist ein Platte mit einem vorstehenden Abschnitt 423b und hat einen im we­ sentlichen L-förmigen Querschnitt, wobei der vorstehende Abschnitt 423b der kurze Schenkel in Dickenrichtung ist. Die Abstrahlungsbauteile 421 und 422 der ersten und zwei­ ten Seite sind an einem langen Schenkel der L-Form des dritten Abstrahlungsbauteiles 423 befestigt. Der vorste­ hende Abschnitt 423b hat einen vorderen Endabschnitt 423a, der im wesentlichen in einer Ebene mit zweiten Oberflächen 401b der Chips 411 und 412 an einer gegen­ überliegenden Seite der ersten Oberflächen 401a ist.

Als ein isolierendes Substrat hoher thermischer Leit­ fähigkeit ist ein DBC-Substrat 404 (Direct Bonding Cop­ per) auf einer Seite der zweiten Oberflächen 401b der Chips 411 und 412 aufgebracht. Das DBC-Substrat 404 be­ steht aus einem AlN-Substrat 405 (Aluminiumnitrid), des­ sen erste und zweite Oberflächen 405a und 405b mit Kup­ ferfolien 451 bis 454 versehen sind. Die zweiten Oberflä­ chen 401b der Chips 411 und 412 sind jeweils mit einer ersten Kupferfolie 451 auf der ersten Oberfläche 405a des DBC-Substrates 404 über ein Lot 403 befestigt. Weiterhin ist der vordere Endabschnitt 423a des vorspringenden Ab­ schnittes 423b des dritten Abstrahlungsbauteiles 423 über ein Lot 434 mit der zweiten Kupferfolie 452 des DBC- Substrats 404 in Verbindung.

Bezugnehmend auf Fig. 25, welche den mit der gestri­ chelten Linie in Fig. 24 umgebenen Teilbereich darstellt, wird nachfolgend der Elektroden- oder Verdrahtungsab­ schnitt des IGBT 411 erläutert. Wie in Fig. 25 gezeigt, ist auf einem Substrat 100 des IGBT 411 auf seiten der ersten Oberfläche 401a ein Sperrmetall 111 (barrier me­ tal) ausgebildet. Eine Emitterelektrode 112 und ein Kon­ taktpunkt 113 für eine Drahtbondierung sind weiterhin aus reinem Aluminium gebildet. Das Sperrmetall 111 besteht aus Ti (Titan) und TiN (Titannitrid), welche in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 100 ausgebildet sind und ei­ ne Dicke von ungefähr 0,1 µm haben. Die Dicke der Elek­ trode 112 und 113 beträgt ungefähr 5 µm.

Weiterhin ist ein Metallfilm 114 auf der Emitterelek­ trode 112 ausgebildet, um mit dem Lot 431 ausreichend verbunden zu sein. Der Metallfilm 114 besteht aus Ti, Ni (Nickel) und Au (Gold), welche von der Seite der Emitterelektrode 112 her aufeinanderfolgend ausgebildet sind, und hat eine Gesamtdicke von ungefähr 0,6 µm. Auf diesen Metallfilm 114 wird, wie oben beschrieben, das Ab­ strahlungsbauteil 421 der ersten Seite über das Lot 431 befestigt. Hierbei beträgt die Dicke des Lotes 431 und des Abstrahlungsbauteiles 421 der ersten Seite ungefähr 0,1 mm bzw. ungefähr 1,5 mm.

Auf der Seite der zweiten Oberfläche 401b des Substrates 100 ist eine Kollektorelektrode 115 aus reinem Aluminium ohne Sperrmetall ausgebildet. Die Kollektorelektrode 115 hat beispielsweise eine Dicke von ungefähr 0,2 µm. Ein Metallfilm 116 wird dann auf der Kollektor­ elektrode 150 ähnlich zur Emitterelektrode 112 ausgebil­ det. Der Metallfilm 116 ist mit der ersten Kupferfolie 451 auf der ersten Oberfläche 405a des DBC-Substrates 404 über das Lot 433 in Verbindung. Der Elektrodenabschnitt der FWD 412 hat einen Aufbau im wesentlichen gleich dem des IGBT 411.

Wie weiterhin in den Fig. 24 und 25 gezeigt, ist das dritte Abstrahlungsbauteil 423 elektrisch mit einer Leitung 461 über einen Verbindungsanschluß 406a in Ver­ bindung, um die Emitterelektrode 112 und die Leitung 461 (Emitteranschluß) als Außenanschluß elektrisch zu verbin­ den. Auf dem DBD-Substrat 404 ist ein Kontaktpunkt oder Kontaktkissen 453 gebildet und in Drahtbondverbindung mit dem Kontaktpunkt oder Kontaktkissen 113 auf der Oberflä­ che 401a des IGBT 411 über einen Draht 407. Das Kissen 453 des DBC-Substrates 404 ist weiterhin in Drahtbondver­ bindung mit einem Gateanschluß 408 über einen weiteren Draht 407. Als Drähte 407 werden Gold, Aluminium oder dergleichen verwendet, welche üblicherweise für Drahtbon­ dierung verwendet werden können. Der Kontakt 453 des DBC- Substrates 404 ist dafür vorgesehen, einen Zwischenkon­ takt zwischen dem Punkt 113 und dem Gateanschluß 308 zu bilden.

Mit der Kupferfolie 454 auf der Rückenoberfläche 405b des DBC-Substrates 404 ist mittels eines Lotes 435 ein viertes Abstrahlungsbauteil (Abstrahlungsbauteil der zweiten Seite) 424 in Verbindung. Das Abstrahlungsbauteil 420 der ersten Seite und das Abstrahlungsbauteil 424 der zweiten Seite sind somit mit dem dazwischenliegenden DBC- Substrat 404 miteinander in Verbindung, und elektrische Isolation und elektrische Leitfähigkeit der entsprechenden Abstrahlungsbauteile 420 und 424 kann entsprechend sichergestellt werden.

Die Bauteile gemäß obiger Beschreibung werden dann mit Kunstharz oder Kunststoff eingegossen, so daß das vierte Abstrahlungsbauteil 424 eine Abstrahlungsoberflä­ che 409 hat, die zu einer gegenüberliegenden Seite der Oberfläche freiliegt, wo sich das DBC-Substrat 404 befin­ det. Als Kunstharz 400 kann beispielsweise ein Gießharz auf Epoxybasis dienen.

Nachfolgend wird die elektrische Verbindung in jedem Teil der Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform nä­ her unter Bezugnahme auf Fig. 26 beschrieben, welche die Halbleitervorrichtung in einer Richtung aus Pfeil XXVI in Fig. 24 zeigt. Nebenbei gesagt, Fig. 24 zeigt einen Schnitt entlang Linie XXIV-XXIV in Fig. 26. Die Halblei­ tervorrichtung beinhaltet in dieser Ausführungsform zwei Paare von IGBTs 411 und FWDs 412.

Das Abstrahlungsbauteil 420 der ersten Seite (421 bis 423) ist mit einer Einpunkt-Strich-Linie in der Figur dargestellt und ist gemäß obiger Beschreibung in elektri­ scher Verbindung mit dem Emitteranschluß 461 über den Verbindungsanschluß 406a. Die erste Kupferfolie 451 des DBC-Substrates 404 ist mit allen Elektroden auf den Ober­ flächen 401b dieser IGBTs 411 und FWDs 412 in Verbindung und hat einen vorstehenden Abschnitt 451a, der vorsteht, jedoch nicht in Kontakt mit der zweiten Kupferfolie 452 des DBC-Substrates 404 ist. Der vorstehende Abschnitt 451a ist elektrisch mit dem Kollektoranschluß 462 als Leitung über einen Verbindungsanschluß 406b in Verbin­ dung.

In dieser Halbleitervorrichtung ist die Abstrahlungs­ oberfläche 409 mit einer Kühlrippe (nicht gezeigt) als Kühlbauteil (Radiator) durch eine Verschraubung oder der­ gleichen in Verbindung. Infolgedessen wird von den ersten Oberflächen 401a der Chips 411 und 412 erzeugte Wärme über das Abstrahlungsbauteil 420 der ersten Seite, das DBC-Substrat 404 und das Abstrahlungsbauteil 424 der zweiten Seite von der Abstrahlungsoberfläche 409 abgege­ ben. Somit ist die Abstrahlungsrichtung von den ersten Oberflächen 401a der Chips 411 und 412 entsprechend der Richtung, welche sich von den ersten Oberflächen 401a zu den zweiten Oberflächen 401b in den jeweiligen Chips 411 und 412 erstreckt (in Fig. 24 von oben nach unten).

Von den zweiten Oberflächen 401b der Chips 411 und 412 erzeugte Wärme wird weiterhin ebenfalls von der Ab­ strahlungsoberfläche 409 über das DBC-Substrat 404 und das Abstrahlungsbauteil 424 der zweiten Seite abgegeben. In der Halbleitervorrichtung, in der die Chips angeordnet sind, erfolgt somit die Abstrahlung von Wärme von den beiden Oberflächen 401a und 401b der Chips 411 und 412 hauptsächlich durch die gleiche Abstrahlungsoberfläche 409.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform erläutert. Zunächst werden gemäß obiger Beschreibung der IGBT 411 mit dem Sperrmetall 111, die Emitterelektrode 112, die Kollektorelektrode 115 und die metallischen Filme 114 und 116 etc. und die FWD 412 vorbereitet. Die Elektroden 112 und 115, das Sperrmetall 111, die metallischen Filme 114 und 116 etc. werden durch Sputtern oder dergleichen aus­ gebildet. Sodann werden die Abstrahlungsbauteile 421 und 422 der ersten und zweiten Seite mit den ersten Oberflä­ chen 401a der Chips 411 und 412 verlötet.

Das DBC-Substrat 404 mit den ersten und zweiten Ober­ flächen 405a und 405b, auf welchen die zu musternden Kup­ ferfolien 451 bis 454 sind, wird vorbereitet, und der IGBT 411 und die FWD 412 werden an bestimmten Abschnitten des DBC-Substrates 404 angelötet. Danach wird das dritte Abstrahlungsbauteil 423 nicht nur mit den Abstrahlungs­ bauteilen 421 und 422 der ersten und zweiten Seite ver­ bunden, sondern auch mit dem DBC-Substrat 404. Wenn die dritten Abstrahlungsbauteile 423 gelötet werden, ver­ stärkt sich eine Dicke des Lotes am Verbindungsbereich mit dem DBC-Substrat 404 im Vergleich zu der Dicke an den Abstrahlungsbauteilen 421 und 422 der ersten und zweiten Seite und infolgedessen werden Schwankungen in der Lot­ dicke aufgenommen.

Der Lötvorgang selbst kann durch ein Reflow-Verfahren oder dergleichen durchgeführt werden. Wenn die Lotarten, die bei diesem Verfahren verwendet werden, geändert wer­ den, so daß die Schmelzpunkte der Lote in der Reihenfolge der Lötvorgänge abnehmen, kann das Löten zuverlässig durchgeführt werden, ohne daß das Lot oder die Lote be­ einflußt werden, mit welchen zunächst gearbeitet wurde. Dann werden der Emitteranschluß 461 und der Kollektoran­ schluß 462 mit dem dritten Abstrahlungsbauteil 423 ver­ bunden, und der IGBT 411 und der Gateanschluß 408 werden über eine Drahtbondierung verbunden. Nachfolgend wird das vierte Abstrahlungsbauteil 424 auf das DBC-Substrat 404 gelötet und schließlich wird ein Kunstharzeinbettungsvor­ gang durchgeführt.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform der Elasti­ zitätsmodul von reinem Aluminium gering ist, lassen sich thermische Belastungen aufgrund von Unterschieden zwi­ schen den Chips 411 und 412 und den Abstrahlungsbauteilen 421 bis 424 abschwächen. Genauer gesagt, der Elastizi­ tätsmodul von reinem Aluminium beträgt 72 GPa und ein Elastizitätsmodul von Aluminium mit einem Zusatz von 1% Silizium beträgt ungefähr 75 GPa. Wenn das Aluminium ver­ wendet wird, welches Silizium enthält, kann das Silizium auskristallisieren. Da in einem derartigen Fall der Ela­ stizitätsmodul von Silizium 130 GPa beträgt, ist die Fä­ higkeit für die Abschwächung thermischer Belastungen zwar nur örtlich begrenzt, jedoch erheblich verringert.

Um diesem Sachverhalt zu begegnen, ist in dieser Aus­ führungsform insbesondere aufgrund der Fertigung der Emitterelektrode 112 des IGBT 411 aus reinem Aluminium eine Belastungskonzentration auf der Emitterzelle verhin­ dert und Schwankungen in den elektrischen Eigenschaften, beispielsweise Vt, lassen sich unterdrücken. Von daher kann der Chip und die Halbleitervorrichtung mit hoher elektrischer Zuverlässigkeit geschaffen werden. Da wei­ terhin die Elektroden auf den zweiten Oberflächen 401b der Chips 411 und 412 aus reinem Aluminium gefertigt sind, wird verhindert, daß sich die Chips 411 und 412 aufgrund thermischer Belastungen verwerfen.

Da weiterhin in den Elektroden 112, 113 und 115 kein Si enthalten ist, läßt sich eine Ausscheidung oder Abla­ gerung von Si verhindern. Dies ist besonders wirkungsvoll für den Kontakt 113 für die Drahtbondierung, da Si-Aus­ bildungen oder -Kügelchen Risse in der Vorrichtung durch Vibrationen (Belastungen) verursachen können, welche beim Drahtbondieren erzeugt werden. Somit kann von außen auf­ gebrachte Belastung durch Ausbilden der Elektroden 112, 113 und 115 aus reinem Aluminium abgeschwächt werden.

Wenn jedoch das reine Aluminium in direkten Kontakt mit dem aus Si gefertigtem Substrat 100 gelangt, werden Spitzen oder Kristalle der Legierung erzeugt. Von daher ist das Sperrmetall 111 zwischen den Elektroden 112 und 113 und dem Substrat 100 angeordnet und verhindert die Ausbildung derartiger Legierungsspitzen. Hierbei sei ge­ sagt, daß das Sperrmetall nicht auf der äußeren Oberflä­ che 401b des IGBT 411 ausgebildet ist. Dies deshalb, als, selbst wenn Legierungsspitzen auf der anderen Oberfläche 401b erzeugt werden würden, dann diese Spitzen die Vor­ richtung auf seiten der Oberfläche 401a nicht erreichen könnten.

In der Halbleitervorrichtung, bei der ein Chip zwi­ schen ein Paar von Abstrahlungsbauteilen gesetzt ist, we­ lche jeweils Abstrahlungsoberflächen haben, schließen Kühlbauteile die Halbleitervorrichtung ein, um die Ab­ strahlungsoberflächen zu kontaktieren. Bei diesem Aufbau können sich jedoch Belastungen auf den Chip konzentrie­ ren, die erzeugt werden, wenn die Kühlbauteile die Halb­ leitervorrichtung beidseitig einfassen.

Um diesem zu begegnen, ist bei dieser Ausführungsform die Abstrahlungsoberfläche 409 zur Abstrahlung von Wärme zur Außenseite der Halbleitervorrichtung an einer Seite (der Seite der zweiten Oberflächen 401b) der Chips 411 und 412 ausgebildet. Bei diesem Aufbau muß die Halblei­ tervorrichtung nicht beidseitig von den Kühlbauteilen zur Abstrahlung von Wärme eingefaßt werden. Selbst wenn daher die Abstrahlungsoberfläche 409 fest mit dem äußeren Kühl­ bauteil verbunden wird, wirken keine starken Belastungen auf die Chips 411 und 412.

Insbesondere weil die Abstrahlungsoberfläche 409 auf der Seite der zweiten Oberflächen 401b der Chips 411 und 412 angeordnet ist, wird verhindert, daß sich Belastungen auf den ersten Oberflächen 401a der Chips 411 und 412 konzentrieren, und Schwankungen oder Abweichungen in den elektrischen Betriebseigenschaften der Vorrichtung, wel­ che auf der Seite der ersten Oberfläche vorhanden ist, lassen sich sicher verhindern.

Da weiterhin die beiden Oberflächen 401a und 401b der Chips 411 und 412 an die Abstrahlungsbauteile 421, 422 und 424 angeheftet oder hieran befestigt sind, erfolgt die Wärmeabstrahlung von beiden Oberflächen 401a und 401b der Chips 411 und 412. Somit sind auch die Abstrah­ lungseigenschaften ausreichend.

Weiterhin ist die Abstrahlungsoberfläche 409 elek­ trisch von den Chips 411 und 412 durch das DBC-Substrat 404 isoliert, d. h. durch ein isolierendes Substrat, welches innerhalb der Halbleitervorrichtung angeordnet ist. Von daher besteht keine Notwendigkeit, eine elektri­ sche Isolation zu berücksichtigen, wenn die Abstrahlungs­ oberfläche 409 an das außenliegende Kühlbauteil geheftet wird. Auch kann das eine isolierende Substrat 404 elek­ trische Isolation sowohl der ersten als auch der zweiten Oberflächen 401a und 401b der Chips sicherstellen.

Obgleich in dieser Ausführungsform die Abstrahlungs­ oberfläche 409 auf seiten der zweiten Oberflächen 401b der Chips 411 und 412 vorgesehen ist, kann auch der ande­ re Abschnitt die Wärmeabstrahlung oder Wärmeabführung un­ terstützen. Beispielsweise kann das dritte Abstrahlungs­ bauteil 423 teilweise aus dem Kunstharz 400 herausragen, um die Abstrahlung von Wärme zu unterstützen. Die Elek­ trode 115, die auf den zweiten Oberflächen 401b der Chips 411 und 412 ausgebildet ist, muß nicht aus reinem Alumi­ nium sein, um die Vorrichtungen der Chips 411 und 412 zu schützen. Die ersten bis dritten Abstrahlungsbauteile 421 bis 423 sind separate Bauteile und sind quasi einstückig angeheftet oder verbunden, um das Abstrahlungsbauteil 420 der ersten Seite zu bilden, was durch einen Lötvorgang erfolgt; sie können jedoch auch insgesamt einstückig, d. h. aus einem Teil, geformt sein.

Die Elektroden für die FWD 412 müssen nicht aus rei­ nem Aluminium gefertigt sein, wenn es keine Probleme hin­ sichtlich thermischer Belastungen oder dergleichen gibt. Wenn das Abstrahlungsbauteil 420 der ersten Seite nicht elektrisch von dem Abstrahlungsbauteil 424 der zweiten Seite isoliert sein muß, kann das DBC-Substrat 404 aus AlN weggelassen werden. Das DBC-Substrat 404 kann auf das Kissen 453 verzichten, wenn das Kissen 113 des IGBT 411 direkt mit dem Gateanschluß 408 drahtbondiert werden kann.

Siebzehnte Ausführungsform

Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer siebzehnten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 27, 28A und 28B gezeigt. Wie in diesen Figuren ge­ zeigt, sind in dieser Ausführungsform Abstrahlungsbautei­ le 503 und 504 der ersten und zweiten Seite mit zwei Si-Chips 501a und 501b in Bondierverbindung, welche in einer Ebene angeordnet sind, was über ein Bondierbauteil 502 erfolgt, welches thermische Leitfähigkeit hat, um die Chips 501a und 501b einzuschließen.

Das Abstrahlungsbauteil 503 der ersten Seite ist mit den Oberflächen (ersten Oberflächen) 505a der Si-Chips 501a und 501b in Verbindung, an welchen die Drahtbondie­ rung erfolgt, und das Abstrahlungsbauteil 504 der zweiten Seite ist mit den anderen Oberflächen (zweiten Oberflä­ chen) 505b der Si-Chips 501a und 501b an der gegenüber­ liegenden Seite der Oberflächen 505a in Verbindung. In Fig. 27 sind Abschnitte des Abstrahlungsbauteiles 504 der zweiten Seite, welche mit anderen Bauteilen überlappen, durch eine Zweipunkt-Strich-Linie dargestellt, und Ab­ schnitte der Si-Chips 501a und 501b, welche andere Bau­ teile überlappen, sind mit strichpunktierten Linien dar­ gestellt.

In dieser Ausführungsform ist der in Fig. 27 draht­ bondierte Si-Chips ein IGBT-Chip 501a und der andere Si-Chip ist ein FWD-Chip 501b. Im IGBT-Chip 501a dient das Abstrahlungsbauteil 503 der ersten Seite als Emitter­ anschluß und das Abstrahlungsbauteil 504 der zweiten Seite dient als Kollektoranschluß. Auf der Oberfläche des IGBT-Chips 501a, der in Richtung des Abstrahlungsbautei­ les 503 der ersten Seite weist, ist eine Steuerelektrode (nicht gezeigt) zum Empfang oder zum Weitergeben elektri­ scher Signale von oder zu der Außenseite ausgebildet und mit einer inneren Leitung 510 in Drahtbondierverbindung.

Ein Äquivalentschaltkreis des IGBT-Chips 501a ist beispielsweise in Fig. 29 dargestellt und besteht im we­ sentlichen aus einem Kollektor C, einem Emitter E, einem Gate G, einem Stromerkennungsanschluß Is, einer Anode A, welche ein Diodenanschluß für Thermoempfindlichkeit ist, und einer Kathode K.

Wie in den Fig. 27, 28A und 28B gezeigt, ist die Flächenform des Abstrahlungsbauteils 503 der ersten Seite im wesentlichen ein Rechteck und hat Streifenabschnitte 503a und 503b, welche sich jeweils von gegenüberliegenden Ecken des Rechtecks in entgegengesetzte Richtungen auf­ einander zu erstrecken. Das Abstrahlungsbauteil 503 der ersten Seite hat konvexe Abschnitte (vorstehende Ab­ schnitte) 506, welche jeweils in Dickenrichtung hiervon vorstehen, um Hauptelektroden auf den Si-Chips 501a und 501b auf seiten der Oberflächen 505a gegenüberzuliegen. Die vorderen Enden der konvexen Abschnitte 506 sind in einer Höhenlage flach, welche den Bondiervorgang der Si- Chips 501a und 501b nicht stört, und die Formen der fla­ chen Vorderenden entsprechen den ebenen Formen der Haupt­ elektroden auf den Si-Chips 501a und 501b.

Auf der Oberfläche des Abstrahlungsbauteiles 503 der ersten Seite, welche in Richtung der Si-Chips 501a und 501b weist, sind vorstehende Abschnitte 507a an drei Stellen angeordnet, welche auf den Streifenabschnitten 503a und 503b und auf einer Innenseite einer Seite lie­ gen, welche parallel zu den Richtungen ist, in welche die Streifenabschnitte 503a und 503b verlaufen. Die vorste­ henden Abschnitte 507a stehen in Richtung der Seite der Si-Chips 501a und 501b vor.

Das Abstrahlungsbauteil 504 der zweiten Seite ist an­ nähernd gleich dem Abstrahlungsbauteil 503 der ersten Seite, hat jedoch zwei Streifenabschnitte 504a, welche an unterschiedlichen Stellen gegenüber den Streifenabschnit­ ten 503a des Abstrahlungsbauteiles 503 der ersten Seite liegen. In Dickenrichtung sind konkave Abschnitte 508 an­ geordnet, welche paßgenau die Si-Chips 501a und 501b auf­ nehmen. Die Tiefen der konkaven Abschnitte 508 betragen ungefähr 0,1 bis 0,3 mm.

Weiterhin hat die Oberfläche des Abstrahlungsbautei­ les 504 der zweiten Seite, welche in Richtung der Si- Chips 50 29850 00070 552 001000280000000200012000285912973900040 0002010058446 00004 297311a und 501b weist, vorstehende Abschnitte 507b, welche in Richtung der Seite der Si-Chips 501a und 501b vorstehen und an drei Stellen liegen, welche bei den Streifenabschnitten 504a und 504b und an einer Innenseite einer Seite parallel zu der Richtung liegen, in der sich die Streifenabschnitte 504a und 504b erstrecken. Die vorstehenden Abschnitte 507b des Abstrahlungsbauteiles 504 der zweiten Seite sind so angeordnet, daß sie die vorste­ henden Abschnitte 507a des Abstrahlungsbauteiles 503 der ersten Seite nicht überlappen, wenn sie von oben her be­ trachtet werden, wie in Fig. 27 gezeigt.

Die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite sind beispielsweise aus Cu (Kupfer) gefer­ tigt. Die Bondierungs- oder Verbindungsbauteile 502 sind aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise einem Lot, einem Hartlot oder dergleichen. Die Oberflächen 505b der Si-Chips 501a und 501b sind in die vertieften Abschnitte 508 eingesetzt und über die Verbindungsbauteile 502 mit dem Abstrahlungsbauteil 504 der zweiten Seite in Verbindung. Die konvexen Abschnitte 506 des Abstrahlungsbauteiles 503 der ersten Seite sind mit den Hauptelektroden der Oberflächen 505a der Si-Chips 501a und 501b in Verbindung.

Weiterhin steht die Steuerelektrode der Si-Chips 501a und 501b in elektrischer Verbindung mit dem inneren Lei­ ter 510 eines Leiterrahmens 509, was über einen Draht 511 und eine Drahtbondierung erfolgt. In Fig. 27 sind Ab­ schnitte des Leiterrahmens 509, welche andere Abschnitte überlappen, gestrichelt dargestellt. Wie später noch be­ schrieben, hat der Leiterrahmen 509 sechs Befestigungsab­ schnitte 509a und 509b, welche jeweils Bohrungen 512a und 512b zur Aufnahme der vorspringenden Abschnitte 507a und 507b der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite aufweisen. Hierbei kann Al (Aluminium), Au (Gold) etc. für den Draht 511 verwendet werden, und Cu, eine Cu-Legierung, eine 42-Legierung oder dergleichen können für den Leiterrahmen 509 verwendet werden.

Sodann werden gemäß Fig. 28B die vorstehenden Ab­ schnitte 507b, welche am Abstrahlungsbauteil 504 der zweiten Seite ausgebildet sind, in die Löcher oder Boh­ rungen 512b in den Befestigungsabschnitten 509b des Lei­ terrahmens 509 eingeführt und dann kaltverformt, z. B. ge­ staucht oder verstemmt. Weiterhin wird jeder der vorste­ henden Abschnitte 507a, welche auf dem Abstrahlungsbau­ teil 503 der ersten Seite ausgebildet sind, in jedes der Löcher oder Bohrungen 512a eingeführt, welche im Befesti­ gungsabschnitt 509a ausgebildet sind, und gleichermaßen in einem Zustand kaltverformt, in welchem ein Abstands­ halter 513 zwischen dem Abstrahlungsbauteil 503 der er­ sten Seite und dem Leiterrahmen 509 eingesetzt ist.

Der Abstandshalter 513 ist ein säulenförmiges oder prismatisches Metallstück aus beispielsweise Kupfer und weist eine Bohrung auf, um es dem vorstehenden Abschnitt 507a zu ermöglichen, einzutreten. Der Abstandshalter 513 positioniert das Abstrahlungsbauteil 503 der ersten Seite bezüglich der Si-Chips 501a und 501b in Dickenrichtung der Si-Chips 501a und 501b. Wenn der Abstandshalter 513 beispielsweise prismatisch geformt ist, hat er einen qua­ dratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge von 2 mm und einer Dicke von ungefähr 0,6 mm.

Wie weiterhin in den Fig. 27, 28A und 28B gezeigt, sind die Si-Chips 501a und 501b und die Abstrahlungsbau­ teile 503 und 504, welche gemäß obiger Beschreibung mit­ einander verbunden sind, so mit Kunststoff oder Kunstharz 514 eingebettet oder eingegossen, daß jede Oberfläche der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite an den gegenüberliegenden Oberflächen, welche in Richtung der Si-Chips 501a und 501b weisen, aus dem Kunstharz 514 vorragen oder von diesem nicht bedeckt sind. In Fig. 27 ist die Kontur des Kunstharzes 514 mit einer gestrichelten Linie angedeutet. An den Streifenab­ schnitten 503a, 503b, 504a und 504b der Abstrahlungsbau­ teile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite stehen die Streifenabschnitte 503a und 504b, welche sich in eine Richtung entgegengesetzt zu der Seite erstrecken, wo der innere Leiter 510 angeschlossen ist, zur Außenseite des Kunstharzes 514 vor, und die nach außen vorstehenden Streifenabschnitte 503a und 504b dienen jeweils als äuße­ re Elektroden der Si-Chips 501a und 501b.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleitersubstrates beschrieben. Zunächst werden der Leiterrahmen 509 und die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite gemäß den Fig. 27, 28A und 28B bereitgestellt oder vorbereitet. Der Leiterrahmen 509 wird beispielsweise durch einen Stanzvorgang in eine gewünschte Form gebracht.

Die Fig. 30A bis 30D zeigen schematisch ein Ver­ fahren zur Herstellung der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite. Gemäß Fig. 30A werden die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zwei­ ten Seite aus einem aufgewickelten Rohmaterial oder Bau­ teil 515 aus Kupfer oder dergleichen ausgeschnitten, wo­ bei die konvexen Abschnitte 506 in dem Abstrahlungsbau­ teil 503 der ersten Seite und die konkaven Abschnitte 508 in dem Abstrahlungsbauteil 504 der zweiten Seite durch eine Preßbearbeitung unter Verwendung eines Stempels 516 und eines Gesenks 517 gebildet werden, wobei der Stempel 516 in eine Richtung F in Fig. 30A bewegt wird. Die Fig. 30B bis 30D zeigen den Ablauf zur Ausbildung der vor­ stehenden Abschnitte 507a und 507b. Wie in diesen Figuren gezeigt, wird eine Extrusions- oder Extrudierbearbeitung durchgeführt, um die vorstehenden Abschnitte 507a und 507b zu bilden, indem ein Stempel 518 und ein Gesenk 519 verwendet werden, welches in seiner Mitte eine Vertiefung aufweist, und indem der Stempel 518 in Richtung des Pfei­ les H bewegt wird.

Nachfolgend werden die Si-Chips 501a und 501b mit dem Leiterrahmen 509 und den Abstrahlungsbauteilen 503 und 504 der ersten und zweiten Seite, welche wie oben be­ schrieben hergestellt wurden, zusammengebaut. Fig. 31 zeigt schematisch die Ausbildung oder Anordnung der je­ weiligen Bauteile 501a, 501b, 502 bis 504 und 509 während dieses Zusammenbauvorganges, von der Seite her betrach­ tet. Gemäß Fig. 31 werden die vorstehenden Abschnitte 507b des Abstrahlungsbauteiles 504 der zweiten Seite in die Löcher 512b der Befestigungsabschnitte 509b des Lei­ terrahmens 509 eingeführt und wie oben erwähnt kaltver­ formt, d. h. zum Beispiel verstemmt, gestaucht, verkeilt etc. In die konkaven Abschnitte 508 werden die Si-Chips 501a und 501b paßgenau auf seiten der Oberfläche 505b über Lotfolien 502 als Verbindungsbauteile eingesetzt.

Die Lotfolien oder Lötfolien 502 haben Formen ent­ sprechend denjenigen der entsprechenden Hauptoberflächen, die auf den Oberflächen 505a der Si-Chips 501a und 501b liegen. Die Abstandshalter 513 werden entsprechend je­ weils an die vorstehenden Abschnitte 507a des Abstrah­ lungsbauteiles 503 der ersten Seite angebracht. Sodann werden die vorstehenden Abschnitte 507a in die Löcher oder Bohrungen 512a der Befestigungsabschnitte 509a des Leiterrahmens 509 eingeführt und dann kaltverformt. Die konvexen Abschnitte 506 des Abstrahlungsbauteiles 503 der ersten Seite sind in Fig. 7 nicht gezeigt.

Der Befestigungsvorgang durch die Kaltverformung in diesem Zusammenbauvorgang wird nachfolgend noch genauer erläutert. Die Fig. 32A bis 32C zeigen schematisch den Befestigungsvorgang durch die Kaltverformung. Gemäß Fig. 32A und 32B wird nach Einsetzen der vorstehenden Ab­ schnitte 507a und 507b der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite in die Löcher 512a und 512b der Befestigungsabschnitte 509a und 509b des Leiter­ rahmens 509 jeweils der vorspringende Abschnitt 507a und 507b, der von der Bohrung 512a bzw. 512b vorsteht, durch Bewegen eines Stempels 520 in Richtung des Pfeiles I ver­ formt. Somit werden gemäß Fig. 32C die Abstrahlungsbau­ teile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite und der Leiterrahmen 509 miteinander befestigt.

Nachfolgend werden die Si-Chips 501a und 501b, die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 und der Leiterrahmen 509 unter Lot-Reflow in einem Wasserstoffofen oder derglei­ chen miteinander verbunden, so daß die Bauteile 501a, 501b, 503 und 504 einstückig miteinander verbunden sind. Danach wird zwischen der Steuerelektrode auf der Oberflä­ che 505a des IGBT-Chips 501 und dem Leiterrahmen 509 eine Drahtbondierung durchgeführt, wonach dann ein Eingießen oder Einbetten durch Kunstharz oder Kunststoff 514 durch­ geführt wird. Hierdurch erfolgt eine Isolation zwischen den Abstrahlungsbauteilen 503 und 504 der ersten und zweiten Seite, und die Halbleitervorrichtung der be­ schriebenen Ausführungsform ist fertiggestellt.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform die Abstrah­ lungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite jeweils an die beiden Oberflächen 505a und 505b der Si- Chips 501a und 501b über das Bondierungs- oder Befesti­ gungsbauteil 502 befestigt sind, läßt sich die Abstrah­ lungseigenschaft verbessern. Weiterhin kann das Befesti­ gungsbauteil 502 aus einem Klebstoff gefertigt werden, der hohe thermische Leitfähigkeit hat, beispielsweise aus einem Lot oder Hartlot. Auch dies verbessert die Abstrah­ lungseigenschaften.

Die Si-Chips 501a und 501b können mit dem Abstrah­ lungsbauteil 504 der zweiten Seite dadurch verbunden wer­ den, daß sie in die vertieften Abschnitte 508 des Ab­ strahlungsbauteiles 504 der zweiten Seite eingesetzt wer­ den. Weiterhin können die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite mit dem Leiterrahmen 509 durch Einführen der vorspringenden Abschnitte 507a und 507b der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 in die Bohrun­ gen 512a und 512b der Befestigungsabschnitte 509a und 509b des Leiterrahmens 509 und durch eine entsprechende Kaltverformung befestigt werden. Im Ergebnis lassen sich die Relativlagen dieser Bauteile in einer Richtung paral­ lel zu den Oberflächen der Si-Chips 501a und 501b festle­ gen.

Weiterhin werden die vorspringenden Abschnitte 507a oder vorstehenden Abschnitte 507a des Abstrahlungsbautei­ les 503 der ersten Seite in die Löcher 512a der Befesti­ gungsabschnitte 509a des Leiterahmens 509 mit den Ab­ standshaltern 513 zwischen dem Abstrahlungsbauteil 503 der ersten Seite und dem Leiterrahmen 509 befestigt. Auf­ grund hiervon kann das Abstrahlungsbauteil 503 der ersten Seite mit dem Leiterrahmen 509 verbunden werden, wobei ein Befestigungsabstand für die Si-Chips 501a und 501b bereitgestellt wird, wobei weiterhin eine Ausrichtung oder Positionierung in Dickenrichtung der Si-Chips 501a und 501b möglich ist. Infolgedessen können die Relativpo­ sitionen der entsprechenden Bauteile sowohl in Oberflä­ chenrichtung als auch Dickenrichtung der Si-Chips 501a und 501b festgelegt werden. Die Halbleitervorrichtung kann mit verringerten Abweichungen in den Anordnungsposi­ tionen der entsprechenden Bauteile bereitgestellt werden.

Wenn ein Leistungselement, beispielsweise ein IGBT, als Halbleiterchip in der beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, kann sich noch das nachfolgende Problem betreffend die Isolation ergeben. Fig. 33 zeigt ein Bei­ spiel eines derartigen IGBTs.

Wie in Fig. 33 gezeigt, ist ein Leistungselement, beispielsweise ein IGBT, mit einem Schutzring 521 und ei­ nem EQR 522 (Äquipotentialring) an einem Rand- oder Kan­ tenbereich hiervon versehen, und der Schutzring 521 und der EQR 522 sind so ausgebildet, daß sie annähernd das gleiche Potential wie die Kollektorelektrode 523 haben. Der Schutzring 521 und der EQR 522 sind weiterhin auf der Oberfläche des Leistungselementes ausgebildet, auf der eine Emitterelektrode 524 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, der Schutzring 521 und der EQR 522, welche auf gleichem Potential wie die Kollektorelektrode 523 sind, liegen im Nahbereich der Emitterelektrode 524 vor.

Im Falle des Leistungselementes, bei dem eine Poten­ tialdifferenz zwischen der Emitterelektrode 524 und der Kollektorelektrode 523 beispielsweise ungefähr 600 V be­ trägt, wird die Potentialdifferenz zwischen dem Schutz­ ring 621, dem EQR 522 und der Emitterelektrode 524 eben­ falls 600 V. Wenn daher ein Abstrahlungsbauteil 524 feh­ lerhafterweise von einer korrekten Position gegenüber der Seite des Schutzringes 521 und des EQR 522 verschoben an­ geordnet ist, wie durch den Pfeil J in Fig. 33 gezeigt, können der Schutzring 521 und der EQR 522 elektrisch mit der Emitterelektrode 524 über ein Verbindungsteil 526 in Verbindung gelangen, beispielsweise ein Lot, oder mit dem Abstrahlungsbauteil 525 direkt oder über eine Entladung. Selbst wenn der Schutzring 521 und der EQR 522 mit einem Schutzfilm 527 aus Polyimid oder dergleichen bedeckt sind, beträgt die Dicke dieses Films maximal etwa 1 bis 2 µm und die Durchbruchsspannung von 600 V kann nicht si­ chergestellt werden.

Im Gegensatz hierzu sind in der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform gemäß obiger Beschrei­ bung in dem Zustand, in dem die Relativlagen der Si-Chips 501a und 501b, des Leiterrahmens 509 und der Abstrah­ lungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite festgelegt sind, die konvexen Abschnitte 506 des Abstrah­ lungsbauteiles 503 der ersten Seite mit den Hauptelektro­ den auf den Oberflächen 505a der Si-Chips 501a und 501b in Verbindung. Aufgrund hiervon kann das Abstrahlungsbau­ teil 503 der ersten Seite in Kontakt mit nur den Haupt­ elektroden durch Steuerung der Formgebung der konvexen Abschnitte 506 gebracht werden. Dies kann auch das Pro­ blem betreffend die Isolation beseitigen, welches durch Abweichungen der Relativlage des Abstrahlungsbauteiles 503 gegenüber den Si-Chips 501a und 501b bewirkt wird.

Die vorliegende Ausführung beschreibt das Beispiel, bei dem die Abstandshalter 513 eng oder fest an den vor­ stehenden Abschnitten 507a des Abstrahlungsbauteiles 503 der ersten Seite angebracht sind; die vorstehenden Ab­ schnitte 507a und 507b können jedoch auch in einem abge­ stuften Zustand an den entsprechenden Abstrahlungsbautei­ len 503 und 504 beispielsweise durch Bilden des Stempels 519 zur Durchführung der Bearbeitung der Fig. 32B und 32C derart, daß dieser einen abgestuften Abschnitt in seiner Vertiefung hat, gebildet werden. Somit können die Abstandshalter mit den vorstehenden oder vorspringenden Abschnitten zusammengefaßt werden.

Weiterhin sind die Abstandshalter 513 nicht darauf beschränkt, an den vorstehenden Abschnitten 507a des Abstrahlungsbauteiles 503 der ersten Seite angebracht zu werden, sondern sie können auch an dem vorstehenden Ab­ schnitt 507b des Abstrahlungsbauteiles 504 der zweiten Seite angebracht werden, um die Relativlagen der Si-Chips 501a und 501b, der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 und des Leiterrahmens 509 in Dickenrichtung der Si-Chips 501a und 501b festzulegen.

Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die Abstrah­ lungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite jeweils mit dem Leiterrahmen 509 durch entsprechende Kaltverformung verbunden sind, lassen sich Schwankungen oder Abweichungen in den Anordnungspositionen der Halb­ leiterchips sicher vermeiden. Es kann jedoch nur eines der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 durch eine Kaltver­ formung festgelegt werden, solange die Positions- oder Ausrichtungsgenauigkeit der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 verbessert und Schwankungen oder Abweichungen in den Anordnungspositionen der Halbleiterchips unterdrückt oder vermieden sind.

Jedes der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 hat eine Oberfläche, welche nach außen hin freiliegt, und zwar auf einer gegenüberliegenden Seite der Chips 501a und 501b. Diese freiliegende Oberfläche kann in Kontakt mit einem Kühlbauteil zur Beschleunigung der Wärmeabstrahlung ge­ bracht werden. Die vorliegende Ausführungsform hat den IGBT-Chip 501a als Halbleiterchip exemplarisch verwendet und ist so aufgebaut, daß Abweichungen in den Anordnungs­ positionen des Halbleiterchips unterdrückt oder vermieden werden. Selbst wenn die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 nicht als Elektroden verwendet werden, bewirkt der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform, daß die Abstrahlungsei­ genschaften verbessert werden und daß Abweichungen in den Anordnungspositionen des Halbleiterchips vermieden sind.

Die Abstandshalter 513 sind an allen (in der vorlie­ genden Ausführungsform allen drei) vorstehenden Abschnit­ ten 507a angebracht, die an dem Abstrahlungsbauteil 503 der ersten Seite ausgebildet sind; die Abstandshalter, welche nur an zwei Stellen angebracht sind, sind ausrei­ chend, um die Relativlagen zwischen dem Abstrahlungsbau­ teil 503 der ersten Seite und den Si-Chips 501a und 501b in Dickenrichtung der Si-Chips 501a und 501b festzulegen. Die Verbindungs- oder Befestigungsbauteile 502 sind nicht auf Lotfolien beschränkt, sondern können auch Lotpasten oder dergleichen sein. Die Halbleitervorrichtung muß nicht unbedingt zwei Halbleiterchips 501a und 501b haben, sondern auch nur einen.

Achtzehnte Ausführungsform

Wenn die Stromkapazität des IGBT-Chips 501a 100 A übersteigt, wächst die Chipgröße an und es ergibt sich der Fall, daß die Chipgröße auf 10 bis 16 mm anwächst. Wenn in so einem Fall die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 aus Kupfer gefertigt sind, wird, da der lineare Aus­ dehnungskoeffizient von Kupfer 5- bis 6mal größer als derjenige von Silizium ist, welches den IGBT-Chip 501a hauptsächlich ausmacht, das das Verbindungsteil 502 bil­ dende Lot während thermischer Schwankungen geschwächt. Dies kann zum Auftreten von Rissen, einem Anstieg in dem thermischen Widerstand und einer Verschlechterung der Wärmeabstrahlungseigenschaft führen.

Unter Berücksichtigung dieses Sachverhaltes wurde die achtzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ge­ mäß nachfolgendem Aufbau gemacht. In dieser Ausführungs­ form sind die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite aus einem Material gemacht, welches unterschiedlich zu demjenigen der ersten Ausführungsform ist. Nachfolgend werden unterschiedliche Teile oder Ab­ schnitte zur siebzehnten Ausführungsform beschrieben und gleiche Teile wie in der siebzehnten Ausführungsform sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie in Fig. 34 gezeigt, wird als Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite ein Metall mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich demjeni­ gen der Si-Chips 501a und 501b verwendet. Insbesondere werden im Ausführungsbeispiel Kaschierungsteile (CICs) verwendet, von denen jedes so aufgebaut ist, daß ein Bau­ teil (aus Invar) 528 durch Bauteile (Kupferbauteile) 529 beidseitig eingeschlossen ist. Der lineare Ausdehnungs­ koeffizient eines jeden CIC entspricht annähernd demjeni­ gen von Si so nahe wie möglich, indem das Dickenverhält­ nis zwischen dem Invarbauteil 528 und dem Kupferbauteilen 529 sowie die Gesamtdicke entsprechend eingestellt wird. Die weiteren Einzelheiten und Merkmale, beispielsweise die Formgebungen der entsprechenden Bauteile, sind im we­ sentlichen wie in der siebzehnten Ausführungsform.

Da bei der achtzehnten Ausführungsform der lineare Ausdehnungskoeffizient der Abstrahlungsbauteile 503 und 504 der ersten und zweiten Seite demjenigen der Si-Chips 501a und 501b angenähert ist, kann, selbst wenn die Größe der Si-Chips 501a und/oder 501b groß wird, eine thermi­ sche Belastung aufgrund von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Si-Chips 501a und 501b und den Abstrahlungsbauteilen 503 und 504 unter­ drückt werden, und Belastungskonzentrationen im Bereich der Befestigungsbauteile 502 lassen sich vermeiden. Dies verhindert eine Verschlechterung der Verbindungseigen­ schaften zwischen den Abstrahlungsbauteilen 503 und 504 und den Si-Chips 501a und 501b. Infolgedessen lassen sich Verschlechterungen in der Abstrahlungseigenschaft und ei­ ne Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit ver­ meiden, wenn die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 als Elektroden verwendet werden.

Die gleichen Effekte wie oben beschrieben lassen sich erhalten, wenn anstelle von Invar Mo (Molybdän) verwendet wird. In den Abstrahlungsbauteilen 503 und 504 müssen die von den Kupferbauteilen 529 beidseitig eingeschlossenen Bauteile 528 nicht gleichförmig Invar oder Molybdän sein, sondern können sich voneinander unterscheiden. Die Ab­ strahlungsbauteile 503 und 504 sind auch nicht auf ka­ schierte Bauteile beschränkt, sondern können andere Bau­ teile sein, beispielsweise aus einer Kupfer-Molybdän-Le­ gierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten, der demjenigen von Silizium angenähert ist.

Die achtzehnte Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei welchem ein Metall mit einem linearen Ausdehnungs­ koeffizient annähernd gleich demjenigen von Silizium für die Abstrahlungsbauteile 503 und 504 verwendet wird, wo­ bei konkret ein kaschiertes Bauteil, beispielsweise CIC, verwendet wird. Die thermischen Leitfähigkeiten von Invar und Molybdän sind jedoch gegenüber denjenigen von Kupfer schlechter und die Bauteile 528 aus Invar oder Molybän verschlechtern die Abstrahlungseigenschaften in Dicken­ richtung der Si-Chips 501a und 501b. Dieses Problem wird durch die nachfolgende modifizierte Ausführungsform be­ seitigt.

In dieser modifizierten Ausführungsform sind gemäß den Fig. 35A und 35B mehrere Invarbauteile 528 teil­ weise in das Kupferbauteil 529 eingelegt oder eingebet­ tet. Fig. 35A zeigt eine Querschnittsdarstellung durch das Abstrahlungsbauteil 503 oder 504 in einer Richtung parallel zu der Schicht, in der diese die Invarbauteile 528 enthält, wohingegen Fig. 35B einen Querschnitt durch die Abstrahlungsbauteile 503 oder 504 zeigt, in einer Richtung senkrecht zur Schicht, in der die Invarbauteile 528 enthalten sind.

Gemäß den Fig. 35A und 35B sind in dieser modifi­ zierten Ausführungsform die Invarbauteile 528 an mehreren (beispielsweise vier) Positionen innerhalb des Kupferbau­ teiles 529 vorhanden. Infolgedessen haben die Abstrah­ lungsbauteile 503 und/oder 504 Abschnitte, welche in Dickenrichtung gesehen nur aus dem Kupferbauteil 529 be­ stehen, so daß die thermische Leitfähigkeit in Dicken­ richtung des Abstrahlbauteiles 503 bzw. 504 nicht ver­ schlechtert ist. Somit kann ein Abstrahlungsbauteil, wel­ ches in seiner thermischen Ausdehnung an Silizium angenä­ hert ist, mit einer ausreichenden Abstrahlungsleistung geschaffen werden. Obgleich in dieser modifizierten Aus­ führungsform die Invarbauteile 528 an vier Positionen in­ nerhalb des Kupferbauteiles 529 vorhanden sind, lassen sich die Invarbauteile 528 auch beispielsweise in Form eines feinen Gitters oder Netzes ausbilden, wo viele kleine Invarteile vorhanden sind. Anstelle der Invarbau­ teile können auch solche aus Molybdän verwendet werden. Weiterhin lassen sich Invarbauteile und Molybdänbauteile gleichzeitig verwenden.

Fig. 36 zeigt eine Halbleitervorrichtung einer weite­ ren modifizierten Ausführungsform. In den oben beschrie­ benen siebzehnten und achtzehnten Ausführungsformen ist die Steuerelektrode auf der Oberfläche 505a des IGBT- Chips 501a mit der inneren Leitung 510 über eine Draht­ bondierung elektrisch verbunden; wie jedoch in Fig. 36 gezeigt, kann diese Verbindung auch durch ein tropfen- oder kissenförmiges Verbindungs- oder Bondierbauteil 530 aus einem Lot oder dergleichen erfolgen. Wenn somit zwi­ schen den Abstrahlungsbauteilen 503 und 504 und den Si- Chips 501a und 501b ein Lötvorgang durchgeführt wird, kann gleichzeitig die Verbindung zwischen dem inneren Leiter 510 und der Steuerelektrode ausgebildet werden. Dies führt zu einer Vereinfachung in der Herstellung.

Beschrieben wurde eine Halbleitervorrichtung, welche zwei Halbleiterchips aufweist, welche zwischen ein Paar von Abstrahlungsbauteilen gesetzt sind und hierbei ther­ misch und elektrisch mit den Abstrahlungsbauteilen in Verbindung stehen. Eines der Abstrahlungsbauteile weist zwei vorstehende Abschnitte auf, wobei vordere Enden der vorstehenden Abschnitte mit den Hauptelektroden der Halb­ leiterchips in Verbindung sind. Die Abstrahlungsbauteile sind aus einem metallischen Material, welches Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Die Halbleiter­ chips und die Abstrahlungsbauteile werden mit Kunststoff oder Kunstharz eingegossen, wobei nach außen hin freilie­ gende Abstrahlungsoberflächen verbleiben.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die voranstehenden Ausführungsformen und deren Modifika­ tionen und Abwandlungen beschrieben und in der beigefüg­ ten Zeichnung beschrieben; dem Fachmann auf diesem Gebiet ergibt sich jedoch, daß Änderungen hinsichtlich Form und Details gemacht werden können, ohne vom Gegenstand und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den nachfol­ genden Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist.

Claims (65)

1. Eine Halbleitervorrichtung mit:
einem Halbleiterchip (1a, 1b);
ersten und zweiten Abstrahlungsteilen (2, 3), welche thermisch und elektrisch mit dem dazwischen liegenden Halbleiterchip verbunden sind und eine Abstrahlungsober­ fläche (10) zur Abführung von Wärme von dem Halbleiter­ chip aufweisen; und
ersten und zweiten Verbindungsbauteilen (4), welche jeweils zwischen das erste Abstrahlungsbauteil und den Halbleiterchip und zwischen den Halbleiterchip und das zweite Abstrahlungsbauteil gesetzt sind, wobei:
die ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile aus ei­ nem metallischen Material gefertigt sind, welches gegen­ über Wolfram und Molybdän zumindest in der elektrischen Leitfähigkeit oder der thermischen Leitfähigkeit besser ist.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem isolierenden Film (20) auf einer Oberfläche ei­ nes der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile auf einer Seite des Halbleiterchips in einem Bereich unterschied­ lich von einem Bereich, wo das erste oder das zweite Ab­ strahlungsbauteil mit dem Halbleiterchip über das erste oder das zweite Verbindungsbauteil in Verbindung steht.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Halbleiterchip einen Schutzring (7) an einem Kantenbe­ reich hiervon aufweist, wobei der Schutzring dem isolie­ renden Film gegenüberliegt, der an dem ersten oder dem zweiten Abstrahlungsbauteil vorhanden ist; und wobei der isolierende Film eine Öffnung (19) aufweist, welche einem inneren Abschnitt des Halbleiterchips anders als der Kantenbereich gegenüberliegt, wo der Schutzring vorhanden ist.
4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abstrahlungsoberfläche aus ersten und zweiten Abstrahlungsoberflächen besteht, welche jeweils Seitenflächen der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile sind und miteinander in einer Ebene liegen.
5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin mit einem leitfähigen Bauteil, welches von einer Oberfläche des ersten oder zweiten Abstrah­ lungsbauteils anders als die Abstrahlungsoberfläche vor­ steht, um den Halbleiterchip mit einer Außenseite zu ver­ binden.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei das leitfähige Bauteil erste und zweite leitfähige Bauteile hat, welche jeweils von ersten und zweiten Positionen der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile parallel zueinan­ der vorstehen, wobei die ersten und zweiten Positionen annähernd identisch zueinander in einer Richtung senk­ recht zur Abstrahlungsoberfläche sind.
7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile jeweils erste und zweite Abstrahlungsoberflächen haben, von denen jede an einer gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips angeordnet ist und zu einer Außenseite zur Abstrahlung von Wärme freiliegt.
8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, weiterhin mit einem äußeren Verdrahtungsbauteil (11), welches auf der ersten Abstrahlungsoberfläche angeordnet ist, wobei:
das erste Abstrahlungsbauteil eine Schraubenöffnung (23a) hat, welche sich zu der ersten Abstrahlungsoberflä­ che hin öffnet und einen geschlossenen Boden hat;
das äußere Verdrahtungsbauteil eine Durchgangsboh­ rung (23b) an einer Stelle entsprechend der Schraubenöff­ nung hat; und
eine Schraube in die Durchgangsöffnung und die Schraubenöffnung eingeführt ist, um das äußere Verdrah­ tungsbauteil mit dem ersten Abstrahlungsbauteil zu ver­ binden.
9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jedes der ersten und zweiten Abstrahlungs­ bauteile einen Freiraum (15) an einer Innenseite hiervon zur Verringerung der jeweiligen Steifigkeit aufweist.
10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das metallische Material als Hauptkomponente Kupfer oder Aluminium enthält.
11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Halbleiterchip und die ersten und zwei­ ten Abstrahlungsbauteile mit einem Kunstharz (9) einge­ siegelt sind, welches einen thermischen Ausdehnungskoef­ fizienten hat, der annähernd gleich dem der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile ist.
12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jedes der ersten und zweiten Verbindungsbau­ teile aus einer Mehrzahl von Kissen besteht, welche zwi­ schen sich eine Mehrzahl von Räumen ausbilden; und wobei die Mehrzahl von Räumen, welche um die Mehrzahl von Kis­ sen herum vorgesehen sind, mit einem Kunstharz (18) ge­ füllt sind.
13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei jedes der ersten und zweiten Abstrahlungs­ bauteile einen metallischen Abschnitt (16) zumindest als Teil eines Abschnittes hiervon gegenüber dem Halbleiter­ chip hat, wobei der metallische Abschnitt einen thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten hat, der annähernd gleich demjenigen des Halbleiterchips ist.
14. Eine Halbleitervorrichtung, mit:
ersten und zweiten Halbleiterchips (1a, 1b); und
ersten und zweiten Abstrahlungsbauteilen (3, 4), welche über ein Verbindungsbauteil (4) thermisch und elektrisch mit den ersten und zweiten Halbleiterchips in Verbindung stehen, welche zwischen ihnen liegen und eine Abstrahlungsoberfläche (10) aufweisen zur Abstrahlung von Wärme von den ersten und zweiten Halbleiterchips, wobei:
das erste Abstrahlungsbauteil erste und zweite vor­ stehende Abschnitte (2a) hat, welche in Richtung der er­ sten und zweiten Halbleiterchips vorstehen; und
erste und zweite vordere Endabschnitte der ersten und zweiten vorstehenden Abschnitte thermisch und elek­ trisch mit den ersten und zweiten Halbleiterchips über die Verbindungsbauteile in Verbindung stehen.
15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Abstrahlungsoberfläche aus ersten und zweiten Ab­ strahlungsoberflächen erster und zweiter Abstrahlungsbau­ teile bestehen, wobei die ersten und zweiten Abstrah­ lungsoberflächen jeweils an einer gegenüberliegenden Seite der ersten und zweiten Halbleiterchips angeordnet und annähernd parallel zueinander sind.
16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Abstrahlungsoberfläche aus ersten und zweiten Ab­ strahlungsoberflächen besteht, welche jeweils Seitenflächen der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile sind und miteinander in einer Ebene liegen.
17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, weiterhin mit einem isolierenden Film (20) an dem ersten oder dem zweiten Abstrahlungsbauteil an einer Seite, welche in Richtung der ersten und zweiten Halblei­ terchips weist und an einem Abschnitt anders als den Ab­ schnitten, welche mit den ersten und zweiten Halbleiter­ chips über das Verbindungsbauteil in Verbindung sind.
18. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, weiterhin mit einem leitfähigen Bauteil (17), welches von dem ersten oder dem zweiten Abstrahlungsbau­ teil mit Ausnahme der Abstrahlungsoberfläche vorsteht, um zumindest den ersten oder den zweiten Halbleiterchip mit der Außenseite zu verbinden.
19. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, wobei das leitfähige Bauteil erste und zweite leitfähige Bau­ teile hat, welche jeweils von ersten und zweiten Positio­ nen der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile parallel zueinander vorstehen, wobei die ersten und zweiten Posi­ tionen annähernd identisch zueinander in einer Richtung senkrecht zur Abstrahlungsoberfläche sind.
20. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, weiterhin mit einem äußeren Verdrahtungsbau­ teil (11), welches auf der Abstrahlungsoberfläche ange­ ordnet ist, die auf einer Oberfläche des ersten oder zweiten Abstrahlungsbauteiles an einer gegenüberliegenden Seite der ersten und zweiten Halbleiterchips vorhanden ist, wobei:
das eine der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile eine Schraubenöffnung (23a) hat, welche sich in der Abstrahlungsbaufläche öffnet und einen geschlossenen Boden hat;
das äußere Verdrahtungsbauteil eine Durchgangsöff­ nung (23b) in einer Position entsprechend der Schrauben­ öffnung hat; und
eine Schraube in die Durchgangsöffnung und die Schraubenöffnung eingeführt ist, um das äußere Verdrah­ tungsbauteil mit dem ersten oder zweiten Abstrahlungsbau­ teil zu verbinden.
21. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei jedes der ersten und zweiten Abstrah­ lungsbauteile einen Freiraum (15) an einer Innenseite hiervon zur Verringerung der jeweiligen Steifigkeit auf­ weist.
22. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei wenigstens entweder das erste oder das zweite Abstrahlungsbauteil aus einem metallischen Materi­ al ist, welches als Hauptkomponente Kupfer oder Aluminium enthält.
23. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die ersten und zweiten Halbleiterchips und die ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile mit einem Kunstharz (9) eingesiegelt sind, welches einen thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten hat, der annähernd gleich demjenigen der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile ist.
24. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei das Verbindungsbauteil aus einer Mehr­ zahl von Kissen besteht, welche eine Mehrzahl von Räumen zwischen sich bilden, und wobei die Mehrzahl von Räumen zwischen der Mehrzahl von Kissen mit einem Kunstharz (18) gefüllt ist.
25. Eine Halbleitervorrichtung mit:
einem Halbleiterchip (301, 302), der eine Ele­ mentausbildungsoberfläche (301a, 302a) und eine Rücken­ oberfläche (301b, 302b) hat;
einem ersten leitfähigen Bauteil (303), welches mit Elementausbildungsoberfläche des Halbleiterchips über ein erstes Verbindungsbauteil (304) verbunden ist, welches elektrische Leitfähigkeit hat;
einem zweiten leitfähigen Bauteil (305), welches mit der Rückenoberfläche des Halbleiterchips über ein zweites Verbindungsbauteil (304) verbunden ist, welches elektri­ sche Leitfähigkeit hat; und
einem dritten leitfähigen Bauteil (306), welches mit dem ersten leitfähigen Bauteil über ein drittes Verbin­ dungsbauteil (304) verbunden ist, welches elektrische Leitfähigkeit hat, wobei die Verbindung an einer gegen­ überliegenden Seite des Halbleiterchips erfolgt, wobei
ein Verbindungsbereich zwischen dem ersten leitfähi­ gen Bauteil und dem dritten leitfähigen Bauteil kleiner als derjenige zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem Halbleiterchip ist.
26. Halbleiterchip nach Anspruch 25, wobei der Halb­ leiterchip die ersten, zweiten und dritten leitfähigen Bauteile mit einem Versiegelungsbauteil (309) versiegelt sind, um wenigstens einen Oberflächenteil des zweiten oder des dritten leitfähigen Bauteils von dem Versiege­ lungsbauteil freizulassen.
27. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 26, wobei das erste leitfähige Bauteil einen abgestuften Abschnitt (303c) in Richtung eines äußeren Umfanges des Harzes weisend aufweist, wobei der abgestufte Abschnitt zur Ausbil­ dung eines Abschnittes (303d) geringer Dicke des ersten leitfähigen Bauteiles ist.
28. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 27, wobei der abgestufte Abschnitt des ersten leitfähigen Bauteiles mit dem Versiegelungsbauteil bedeckt ist.
29. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 27, wobei das erste leitfähige Bauteil teilweise in Richtung des dritten leitfähigen Bauteiles vorsteht, wobei der Ab­ schnitt geringer Dicke dem Halbleiterchip gegenüberliegt.
30. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei ein äußerer Oberflächenabschnitt des er­ sten leitfähigen Bauteils, der das Versiegelungsbauteil kontaktiert, oxidiert ist.
31. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, weiterhin mit einer Elektrode an der ele­ mentausbildenden Oberfläche des Halbleiterchips, wobei: ein Bereich der Elektrode annähernd gleich dem Ver­ bindungsbereich zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem Halbleiterchip ist.
32. Eine Halbleitervorrichtung, mit:
einem Halbleiterchip (301, 302), mit einer ele­ mentausbildenden Oberfläche (301a, 302a) und einer Rückenoberfläche (301b, 302b) an einer gegenüberliegenden Seite der Elementausbildungsoberfläche;
einem ersten leitfähigen Bauteil (303), welches elektrisch mit der Elementausbildungsoberfläche des Halb­ leiterchips verbunden ist;
einem zweiten leitfähigen Bauteil (305), welches elektrisch mit der Rückenoberfläche des Halbleiterchips verbunden ist;
einem dritten leitfähigen Bauteil (306), welches elektrisch mit dem ersten leitfähigen Bauteil an einer gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips verbunden ist; und
einem Versiegelungsbauteil (309), welches die ele­ mentausbildende Oberfläche und die Rückoberfläche des Halbleiterchips versiegelt, welche jeweils elektrisch mit den ersten und zweiten leitfähigen Bauteilen verbunden sind, sowie eine Fläche (306b) des dritten leitfähigen Bauteils versiegelt, welches elektrisch mit dem ersten leitfähigen Bauteil verbunden ist, wobei:
das erste leitfähige Bauteil einen abgestuften Ab­ schnitt (303c) an einem Abschnitt in Richtung eines äuße­ ren Umfanges des Versiegelungsbauteiles weisend aufweist, wobei das erste leitfähige Bauteil einen Abschnitt gerin­ ger Dicke (303d) durch Vorsehen des abgestuften Abschnit­ tes hat.
33. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 32, wobei der abgestufte Abschnitt des ersten leitfähigen Bauteiles von dem Versicherungsbauteil bedeckt ist.
34. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, wobei das erste leitfähige Bauteil zumindest teilweise in Richtung des dritten leitfähigen Bauteiles vorsteht, wo­ bei der Abschnitt geringer Dicke in Richtung des Halblei­ terchips weist.
35. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei ein äußerer Oberflächenabschnitt des er­ sten leitfähigen Bauteils, der das Versiegelungsbauteil kontaktiert, oxidiert ist.
36. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, weiterhin mit einer Elektrode auf der element­ ausbildenden Oberfläche des Halbleiterchips, wobei: ein Bereich der Elektrode annähernd gleich einem Verbindungsbereich zwischen dem ersten leitfähigen Bau­ teil und dem Halbleiterchip ist.
37. Eine Halbleitervorrichtung, mit:
einem Substrat (110) aus Si (Silizium), mit einer elementausbildenden Oberfläche (401a) und einer Rücken­ oberfläche (401b) auf einer gegenüberliegenden Seite der elementausbildenden Oberfläche;
einer Elektrode (112, 113), die auf der elementaus­ bildenden Oberfläche des Substrates ausgebildet ist und mit Ausnahme einer Verunreinigung aus reinem Al (Aluminium) ist; und
einem Sperrmetal (111), welches zwischen der Elek­ trode und dem Substrat angeordnet ist, um zu verhindern, daß Si sich in der Elektrode löst.
38. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 37, weiter­ hin mit einer Rückenseitenelektrode (115), welche auf der Rückenseite des Substrates ausgebildet ist und aus reinem Al mit Ausnahme einer Verunreinigung ist.
39. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 37 oder 38, weiterhin mit einem ersten Abstrahlungsbau­ teil (420), welches an die Hauptoberfläche des Substrates über die Elektrode angeheftet ist, um von einem Halblei­ terchip erzeugte Wärme abzustrahlen, der aus dem Substrat und der Elektrode aufgebaut ist.
40. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 39, wobei eine Richtung, in der Wärme von dem ersten Abstrahlungsbauteil abgestrahlt wird, einer Richtung entspricht, wel­ che sich von der elementausbildenden Oberfläche zur Rückenoberfläche des Substrates erstreckt.
41. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 39 oder 40, weiterhin mit: einem zweiten Abstrahlungsbau­ teil (424), welches an die Rückenoberfläche des Substra­ tes angeheftet ist und eine Abstrahlungsoberfläche (409) hat; und
einem äußeren Kühlbauteil, welches die Abstrahlungs­ oberfläche des zweiten Abstrahlungsbauteiles an einer ge­ genüberliegenden Seite des Substrates berührt, um eine Abstrahlung der Wärme zur Außenseite hin zu erleichern, wobei:
das erste Abstrahlungsbauteil mit dem zweiten Ab­ strahlungsbauteil verbunden ist, so daß von der ele­ mentausbildenden Oberfläche erzeugte Wärme von der Ab­ strahlungsoberfläche des zweiten Abstrahlungsbauteiles abgestrahlt wird.
42. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 41, weiter­ hin mit einem Substrat (404) hoher thermischer Leitfähig­ keit, welches hohe thermische Leitfähigkeit hat und zwi­ schen dem ersten Abstrahlungsbauteil und dem zweiten Ab­ strahlungsbauteil angeordnet ist.
43. Eine Halbleitervorrichtung, mit:
einem Halbleiterchip (501a, 501b) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche;
einem ersten Abstrahlungsbauteil (503), welches über ein erstes Verbindungsbauteil (502) mit thermischer Leit­ fähigkeit mit der ersten Oberfläche des Halbleiterchips in Verbindung ist, und
einem zweiten Abstrahlungsbauteil (504), welches über ein zweites Verbindungsbauteil (502) mit thermischer Leitfähigkeit mit der zweiten Oberfläche des Halbleiter­ chips in Verbindung ist, wobei das zweite Abstrahlungs­ bauteil einen konkaven Abschnitt (508) zur Aufnahme des Halbleiterchips hierin aufweist.
44. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 43, wobei:
das erste Abstrahlungsbauteil einen konvexen Abschnitt (506) hat, der in Richtung des Halbleiterchips vorsteht;
und wobei der konvexe Abschnitt mit dem Halbleiterchip über das erste Verbindungsbauteil in Verbindung steht.
45. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 43 oder 44, weiterhin mit: einer Steuerelektrode, die auf der ersten Oberfläche des Halbleiterchips vorhanden ist; und einem Leiterrahmen (509), der elektrisch mit der Steuerelektro­ de verbunden ist.
46. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 45, wobei das erste Abstrahlungsbauteil oder das zweite Abstrah­ lungsbauteil einen vorstehenden Abschnitt (507a, 507b) auf Seiten des Halbleiterchips hat, wobei der vorstehende Abschnitt in eine Öffnung (512a, 512b) eingesetzt ist, welche in dem Leiterrahmen ausgebildet ist, um das erste Abstrahlungsbauteil oder das zweite Abstrahlungsbauteil mit dem Leiterrahmen zu verbinden.
47. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 45, wobei das erste Abstrahlungsbauteil oder das zweite Abstrah­ lungsbauteil einen vorstehenden Abschnitt (507a, 507b) auf Seiten des Halbleiterchips hat, wobei der vorstehende Abschnitt zur Einführung in eine Bohrung (512a, 512b) in dem Leiterrahmen vorgesehen ist, wobei ein Abstandshalter (513) zwischen den Leiterrahmen und das erste Abstrah­ lungsbauteil oder das zweite Abstrahlungsbauteile gesetzt ist, und wobei der Abstandshalter das erste Abstrahlungsbauteil oder das zweite Abstrahlungsbauteil bezüglich des Halbleiterchips in Dickenrichtung des Halbleiterchips po­ sitioniert.
48. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 47, wobei das erste Abstrahlungsbauteil oder das zweite Abstrahlungsbauteil aus einem Kupferbauteil (529) und einer Mehrzahl von Abschnitten (528) zusammengesetzt ist, welche teilweise innerhalb des Kupferbauteiles ange­ ordnet sind und aus Invar oder Molybdän gefertigt sind.
49. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 48, wobei das erste Abstrahlungsbauteil, der Halblei­ terchip und das zweite Abstrahlungsbauteil innerhalb ei­ nes Kunstharzbauteils (514) in einem Zustand eingesiegelt sind, wo sowohl das erste Abstrahlungsbauteil als auch das zweite Abstrahlungsbauteil eine Oberfläche hat, wel­ che von dem Kunstharzbauteil auf einer Seite gegenüber des Halbleiterchips vorsteht.
50. Eine Halbleitervorrichtung, mit:
einem Halbleiterchip (501a, 501b) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche;
einem ersten Abstrahlungsbauteil (503) mit einem konvexen Abschnitt (506), der mit der ersten Oberfläche des Halbleiterchips über ein erstes Verbindungsbauteil (502) mit thermischer Leitfähigkeit in Verbindung steht; und
einem zweiten Abstrahlungsbauteil (504), welches mit der zweiten Oberfläche des Halbleiterchips über ein zwei­ tes Verbindungsbauteil (502) mit thermischer Leitfähig­ keit in Verbindung steht;
einer Steuerelektrode, die auf der ersten Oberfläche des Halbleiterchips vorhanden ist;
einem Leiterrahmen (509), der elektrisch mit der Steuerelektrode verbunden ist, wobei das erste Abstrah­ lungsbauteil oder das zweite Abstrahlungsbauteil einen vorstehenden Abschnitt (507a, 507b) auf einer Seite in Richtung des Halbleiterchips weisend hat;
der vorstehene Abschnitt fest in eine Bohrung (512a, 512b) eingeführt ist, welche in dem Leiterrahmen ausge­ bildet ist, um das erste Abstrahlungsbauteil oder das zweite Abstrahlungsbauteil festzulegen; und
wobei ein Abstandshalter (513) in einem Raum ange­ ordnet ist, der zwischen dem ersten Abstrahlungsbauteil oder dem zweiten Abstrahlungsbauteil definiert ist, um das erste Abstrahlungsbauteil oder das zweite Abstrah­ lungsbauteil und den Halbleiterchip in Dickenrichtung des Halbleiterchips zu positionieren.
51. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 50, wobei das erste Abstrahlungsbauteil und das zweite Abstrah­ lungsbauteil aus einem metallischen Material gefertigt sind mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizi­ enten annähernd gleich demjenigen des Halbleiterchips.
52. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 50 oder 51, wobei das erste Abstrahlungsbauteil oder das zweite Abstrahlungsbauteil aus einem Kupferbauteil (529) und einer Mehrzahl von Abschnitten (528) besteht, welche teilweise innerhalb des Kupferbauteiles angeordnet sind und aus Invar oder Molybdän bestehen.
53. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 50 bis 52, wobei das erste Abstrahlungsbauteil, der Halb­ leiterchip und das zweite Abstrahlungsbauteil mit einem Kunstharzbauteil (514) eingesiegelt sind, und zwar in ei­ nem Zustand, wobei das erste Abstrahlungsbauteil und das zweite Abstrahlungsbauteil eine Oberfläche haben, welche von dem Kunstharzbauteil an einer gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips frei liegt.
54. Eine Halbleitervorrichtung, mit:
einem Halbleiterchip (101, 102) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche;
einem ersten leitfähigen Bauteil (103), welches über ein erstes Lötbauteil (104) an die erste Oberfläche des Halbleiterchips angeheftet ist; und
einem zweiten leitfähigen Bauteil (107), welches über ein zweites Lötbauteil (106) an die zweite Oberflä­ che des Halbleiterchips angeheftet ist, wobei ein Schmelzpunkt des zweiten Lötbauteils niedriger als derje­ nige des ersten Lötbauteils ist.
55. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 54, wobei das zweite Lötbauteil zumindest 90 Gew.-% Sn enthält.
56. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 54 oder 55, wobei das zweite leitfähige Bauteil einen vertieften Ab­ schnitt (107c) hat, in welchem das zweite Lötbauteil an­ geordnet ist.
57. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 56, wobei das erste Abstrahlungsbauteil und das zweite Abstrahlungsbauteil gleichzeitig als Elektrode und Abstrahlungsbauteil für den Halbleiterchip dienen.
58. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter­ vorrichtung, mit:
Befestigen eines Halbleiterchips (101, 102) an einem ersten leitfähigen Bauteil (103) mit einem dazwischen liegenden ersten Lötbauteil (104);
Befestigen eines zweiten leitfähigen Bauteiles (107) an dem Halbleiterbauchip mit einem dazwischen liegenden zweiten Lötbauteil (106), wobei das zweite Lötbauteil ei­ nen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Lötbauteil hat;
Durchführen einer Reflow-Behandlung nur an dem zwei­ ten Lötbauteil; und
Aufbringen eines Drucks auf das zweite leitfähige Bauteil von einer Seite gegenüberliegend des Halbleiter­ chips her, um einen Grad der Parallelität zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem zweiten leitfähigen Bauteil einzustellen.
59. Verfahren nach Anspruch 58, wobei das zweite Lötbauteil wenigstens 90 Gew.-% oder mehr Sn enthält.
60. Ein Verfahren zur Herstellung eines elektroni­ schen Instruments, mit:
Anordnen eines Heizelementes (201) zwischen ersten und zweiten Abstrahlungsbauteilen (202, 203) über ein Verbindungsbauteil (205);
Anordnen einer Lehre (206) in einem Raum, der zwi­ schen den ersten und zweiten Abstrahlungsbauteilen defi­ niert ist, so daß die Lehre die ersten und zweiten Ab­ strahlungsbauteile berührt und die Lehre zum Festlegen eines Abstandes zwischen den ersten und zweiten Abstrah­ lungsbauteilen ist, und
Unterdrucksetzen der ersten und zweiten Abstrah­ lungsbauteile von außen her, um die ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile und das Heizelement über das Verbin­ dungsbauteil miteinander zu verbinden.
61. Verfahren nach Anspruch 60, wobei die Lehre ei­ nen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der größer als derjenige der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile ist.
62. Ein Verfahren zur Herstellung eines elektroni­ schen Instruments, mit:
Anordnen eines Heizelementes (201) zwischen ersten und zweiten Oberflächen (202a, 203a) erster und zweiter Abstrahlungsbauteile (202, 203) mit einem ersten Verbin­ dungsbauteil (205) zwischen der ersten Oberfläche des er­ sten Abstrahlungsbauteiles und dem Heizelement und eines zweiten Verbindungsbauteiles (205) zwischen der ersten Oberfläche des zweiten Abstrahlungsbauteiles und dem Heizelement;
Bereitstellen einer ersten Lehre (260) mit einem er­ sten vorstehenden Abschnitt (261) an einer ersten Lehren­ oberfläche (260a) und einer zweiten Lehre (260) mit einem zweiten vorstehenden Abschnitt (271) und einer zweiten Lehrenoberfläche (270a);
Anordnen der ersten Lehre mit der ersten Lehrenober­ fläche in Richtung der zweiten Oberfläche (203b) des zweiten Abstrahlungsbauteiles weisend und der zweiten Lehre mit der zweiten Lehrenoberfläche in Richtung einer zweiten Oberfläche (202b) des ersten Abstrahlungsbautei­ les weisend;
Anschlagenlassen eines vorderen Endabschnittes (261a) des ersten vorstehenden Abschnittes an der ersten Oberfläche des ersten Abstrahlungsbauteiles und Anschla­ genlassen eines vorderen Endabschnittes (271a) des zwei­ ten vorstehenden Abschnittes an der ersten Oberfläche des zweiten Abstrahlungsbauteiles, wobei ein Abstand zwischen der ersten Lehre und der zweiten Lehre konstant gehalten wird; und
Unterdrucksetzen der ersten und zweiten Abstrah­ lungsbauteile von den zweiten Oberflächen der ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile her, um die ersten und zwei­ ten Abstrahlungsbauteile und das Heizelement über die er­ sten und zweiten Verbindungsbauteile miteinander zu ver­ binden.
63. Verfahren nach Anspruch 62, wobei das erste Ab­ strahlungsbauteil eine Durchgangsöffnung (221) hat, durch welche der zweite vorstehende Abschnitt verläuft.
64. Verfahren nach Anspruch 63, wobei das zweite Ab­ strahlungsbauteil eine Durchgangsöffnung (231) hat, durch welche der erste vorstehende Abschnitt verläuft.
65. Verfahren nach Anspruch 62, wobei die ersten und zweiten Abstrahlungsbauteile durch die elastische Kraft eines Federbauteiles (290) unter Druck gesetzt werden.
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