DE102006002452B4 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102006002452B4
DE102006002452B4 DE102006002452.4A DE102006002452A DE102006002452B4 DE 102006002452 B4 DE102006002452 B4 DE 102006002452B4 DE 102006002452 A DE102006002452 A DE 102006002452A DE 102006002452 B4 DE102006002452 B4 DE 102006002452B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
insulating substrate
cooling base
semiconductor device
cooling
lead
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102006002452.4A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006002452A1 (de
Inventor
Yoshitaka Nishimura
Akira Morozumi
Kazunaga Ohnishi
Eiji Mochizuki
Yoshikazu Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of DE102006002452A1 publication Critical patent/DE102006002452A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006002452B4 publication Critical patent/DE102006002452B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D31/00—Materials specially adapted for outerwear
    • A41D31/02—Layered materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D31/00—Materials specially adapted for outerwear
    • A41D31/04—Materials specially adapted for outerwear characterised by special function or use
    • A41D31/26—Electrically protective, e.g. preventing static electricity or electric shock
    • A41D31/265—Electrically protective, e.g. preventing static electricity or electric shock using layered materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D31/00—Materials specially adapted for outerwear
    • A41D31/04—Materials specially adapted for outerwear characterised by special function or use
    • A41D31/30—Antimicrobial, e.g. antibacterial
    • A41D31/305—Antimicrobial, e.g. antibacterial using layered materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/06—Magnetotherapy using magnetic fields produced by permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0058—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates
    • H05K3/0061—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3463—Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D2400/00—Functions or special features of garments
    • A41D2400/32—Therapeutic use
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material 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
    • H01L2224/29101—Material 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 less than 400°C
    • H01L2224/29109—Indium [In] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material 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
    • H01L2224/29101—Material 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 less than 400°C
    • H01L2224/29111—Tin [Sn] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01019—Potassium [K]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0103—Zinc [Zn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01042—Molybdenum [Mo]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01047—Silver [Ag]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01049—Indium [In]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0105—Tin [Sn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01051—Antimony [Sb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0134—Quaternary Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15787—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress
    • H01L2924/3511—Warping
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341—Surface mounted components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Halbleitervorrichtung, enthaltend einen Kühlsockel (6), ein mit dem Kühlsockel (6) verlötetes Isoliersubstrat (2) und einen mit dem Isoliersubstrat (2) verlöteten Halbleiter-Chip (4), welches Isoliersubstrat (2) eine Keramikplatte (2a) und auf den beiden Oberflächen der Keramikplatte (2a) angeordnete Leiterschichten (2b, 2c) enthält, bei welcher das Isoliersubstrat (2) durch ein bleifreies Lot sowohl mit dem Halbleiter-Chip (4) als auch mit dem Kühlsockel (6) verbunden ist und der Kühlsockel (6) in einem annähernd ebenen Zustand durch ein bleifreies Lot befestigt ist, wobei im Isoliersubstrat (2) die mit dem Halbleiter-Chip (4) verbundene Leiterschicht (2b) eine Dicke aufweist, welche kleiner als diejenige der mit dem Kühlsockel (6) verbundenen Leiterschicht (2c) ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Herstellungsverfahren dafür, insbesondere eine Halbleitervorrichtung wie etwa ein einen Leistungshalbleiter enthaltendes Leistungshalbleitermodul und ein Herstellungsverfahren dafür.
  • Leistungshalbleitermodule, die auch bei starkem Strom und hoher Spannung funktionieren, kamen in letzter Zeit in verschiedenen Bereichen zum Einsatz. Solche Leistungsmodule enthalten einen Leistungshalbleiter, wie etwa einen Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT) und eine Freilaufdiode (FWD) als wichtigstes Bauteil.
  • 11 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls zeigt.
  • In einem Leistungshalbleitermodul 100, wie in 11 gezeigt, ist ein Halbleiter-Chip 103 eines Leistungshalbleiters usw. durch eine Lotschicht 102 auf einem Isoliersubstrat 101 befestigt, welches eine Keramikplatte 101a aus Aluminiumnitrid (AlN) usw. und auf ihren beiden Oberflächen gebildete Leiterschichten 101b und 101c aus Kupfer (Cu), Aluminium (Al) usw. umfasst. Die eine Oberfläche des Isoliersubstrats 101 ist auf diese Weise mit dem Halbleiter-Chip 103 verbunden, und die entgegengesetzte Oberfläche ist durch eine Lotschicht 104 mit einem aus einem Metall wie Kupfer zum Ableiten von im Halbleiter-Chip 103 erzeugter Wärme bestehenden Kühlsockel 105 verbunden.
  • Jedoch werden bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 100 mit einem solchen Aufbau zwei Teile mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, das Isoliersubstrat 101 mit der Keramikplatte 101a und der metallene Kühlsockel 105, durch die Lotschicht 104 verbunden, wodurch sich der ursprünglich ebene Kühlsockel 105 nach dem Löten gelegentlich wölbt.
  • 12 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil des gewölbten Kühlsockels zeigt. Es ist anzumerken, dass in 11 und 12 die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um gemeinsame Bauteile zu bezeichnen.
  • Zum Beispiel im Fall der Verwendung von Aluminiumnitrid für die Keramikplatte 101a des Isoliersubstrats 101 und der Verwendung von Kupfer für den Kühlsockel 105 hat Aluminiumnitrid einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 4,5 ppm/K und hat Kupfer einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 16,5 ppm/K, was einen relativ großen Unterschied der Koeffizienten zur Folge hat. Mithin schrumpft in einem Abkühlungsschritt nach dem Löten Kupfer mehr als Aluminiumnitrid, wodurch sich der Kühlsockel 105 häufig konvex in Richtung des Isoliersubstrats 101 wölbt. Wenn sich der Kühlsockel 105 auf diese Weise wölbt, kommt es je nach Wölbung gelegentlich dazu, dass ein Montageschritt nach dem Loten usw. beeinträchtigt wird oder dass sich die Leistungsfähigkeit des Leistungshalbleitermoduls 100 verschlechtert.
  • Es wurden einige Vorschläge gemacht, um eine in einem aus Loten usw. bestehenden Verbindungsprozess gebildete konvexe Wölbung von abstrahlenden Teilen wie dem Kühlsockel 105 zu verhindern. Die Vorschläge umfassen ein durch Verbinden einer abstrahlenden Metallschicht mit einer Keramikplatte und durch Verbinden der abstrahlenden Metallschicht mit einem abstrahlenden Teil über eine Hartlotschicht mit einer Verbindungsfläche von 300 mm2 oder weniger hergestelltes Modul ( JP 2004-140199 A ). Die Vorschläge umfassen ferner ein Verfahren des Verbindens einer Keramikplatte mit einem abstrahlenden Teil nach konvexem Wölben des abstrahlenden Teils zur der Keramikplatte entgegengesetzten Seite hin, wodurch eine im Verbindungsprozess gebildete Wölbung kompensiert wird ( JP 2003-46032 A und JP 4-96355 A ). Um außerdem Luftblasen in der Lotschicht zu verringern, umfassen die Vorschläge ferner ein Verfahren des Verbindens einer Keramikplatte mit einem abstrahlenden Teil nach Anbringen von Kupferplatten mit unterschiedlichen Dicken an den beiden Oberflächen der Keramikplatte, wobei die Kupferplatte auf der Seite des abstrahlenden Teils eine größere Dicke aufweist, wodurch sich die Keramikplatte im Verbindungsprozess durch Nutzen des Dickenunterschieds konvex zum abstrahlenden Teil hin wölbt, um Luftblasen in der Lotschicht zu entfernen ( JP 10-270612 A ).
  • Jedoch entstehen bei der Herstellung der obigen Leistungshalbleitermodule in den Fallen, in welchen ein Lot zum Verbinden von Teilen, insbesondere Teilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, verwendet wird, die folgenden Probleme.
  • Gegenwärtig enthalten viele Lote zum Verbinden von Teilen von elektronischen Einrichtungen und Bauteilen einschließlich der Leistungshalbleitermodule Blei (Pb). Wenn bleihaltige Lote verwendende elektronische Einrichtungen und Bauteile weggeworfen, an einem Ort im Freien liegengelassen oder saurem Regen ausgesetzt werden usw., kann Blei in den Loten herausgelöst werden und die Umwelt verschmutzen. Deshalb ist es vorzuziehen, dass sogenannte bleifreie Lote, welche vor allem aus Zinn (Sn) usw. ohne Blei bestehen, in verschiedenen elektronischen Einrichtungen und Bauteilen verwendet werden.
  • Die bleifreien Lote weisen eine größere Härte auf als die bleihaltigen Lote. Im Fall der Verwendung eines bleihaltigen Lots zum Verbinden des Isoliersubstrats 101 und des ebenen Kühlsockels 105 des in 11 und 12 gezeigten Leistungshalbleitermoduls 100, lässt sich die Lotschicht 104, obwohl der Kühlsockel 105 sich durch Sintern konvex in Richtung des Isoliersubstrats 101 wölben kann, unmittelbar nach dem Löten wegen der Weichheit des Lots kriechverformen, um die Spannung zwischen diesen zu verringern. Folglich verschwindet die Wölbung des Kühlsockels 105 und wird der Kühlsockel 105 in den ursprünglichen ebenen oder annähernd ebenen Zustand zurückversetzt.
  • Im Gegensatz dazu ist im Fall der Verwendung eines bleifreien Lots für die Verbindung das Lot hart und wird somit die Lotschicht 104 nicht kriechverformt, so dass der Kühlsockel 105 nicht in den ursprünglichen ebenen Zustand zurückversetzt wird und die konvexe Wölbung bestehenbleibt. Der Betrag der Wölbung ist groß, etwa 200 bis 500 μm, und folglich kommt es wie oben beschrieben gelegentlich dazu, dass ein Montageschritt nach dem Löten beeinträchtigt wird oder dass sich die Leistungsfähigkeit des Leistungshalbleitermoduls 100 verschlechtert.
  • 13 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil des Schritts der Montage des Leistungshalbleitermoduls zeigt. Es ist anzumerken, dass in 11, 12 und 13 die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um gemeinsame Bauteile zu bezeichnen.
  • Wie in 13 gezeigt, werden im Leistungshalbleitermodul 100 das Isoliersubstrat 101 und der Kühlsockel 105 gewöhnlich miteinander verlötet und wird dann der Kühlsockel 105 durch eine Schraube usw. an einer Kühlrippe 200 befestigt.
  • Im Fall der Verwendung eines bleihaltigen Lots zum Verbinden des Isoliersubstrats 101 und des Kühlsockels 105 verschwindet die im Lötschritt gebildete konvexe Wölbung des Kühlsockels 105 danach. Deshalb ist der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Kühlsockel 105 und der Kühlrippe 200 relativ klein und wird im Halbleiter-Chip 103 erzeugte Wärme wirkungsvoll vom Kühlsockel 105 abgeleitet.
  • Im Gegensatz dazu bildet sich in einem Fall, in welchem ein bleifreies Lot zum Verbinden mit dem Isoliersubstrat 101 verwendet wird und somit der Kühlsockel 105 sich stark konvex in Richtung des Isoliersubstrats 101 wölbt, ein großer Spalt 201 zwischen dem Kühlsockel 105 und der ebenen Oberfläche der Kühlrippe 200, wie in 13 gezeigt. Wenn sich ein solcher Spalt 201 bildet, erhöht sich der Wärmeübergangswiderstand und verringert sich der Wirkungsgrad des Ableitens von im Halbleiter-Chip 103 erzeugter Wärme, so dass die Temperatur des Verbindungsteils des Halbleiter-Chips 103 abnormal ansteigen kann, was thermische Zerstörung zur Folge hat. Ferner tritt in einem Fall, in welchem der Kühlsockel 105 sich stark konvex zum Isoliersubstrat 101 hin wölbt, gelegentlich ein Problem auf, dass sich zum Beispiel im Schritt des Anschraubens des Kühlsockels 105 an die Kühlrippe 200 in der Keramikplatte 101a ein Riss bildet.
  • Durch Verwendung von Werkstoffen mit niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Kupfer-Molybdän-(CuMo-)Verbundwerkstoffen und Aluminium-Silizium-Karbiden (AlSiC) für den Kühlsockel 105 anstelle von Kupfer, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten-Unterschied zwischen dem Kühlsockel 105 und dem Isoliersubstrat 101 zu reduzieren, lässt sich die Wölbung verringern. Gegenüber Kupfer sind diese Werkstoffe jedoch hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit schlechter und hinsichtlich Wärmeableitung ungünstig, obwohl sie niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Ferner sind diese Werkstoffe kostspieliger als Kupfer.
  • Dokument US 2004/0232544A1 offenbart eine Halbleitervorrichtung, enthaltend einen Kühlsockel, ein mit dem Kühlsockel verlötetes Isoliersubstrat und einen mit dem Isoliersubstrat verlöteten Halbleiter-Chip, welches Isoliersubstrat eine Keramikplatte und auf den beiden Oberflächen der Keramikplatte angeordnete Leiterschichten enthält, bei welcher das Isoliersubstrat durch ein bleifreies Lot sowohl mit dem Halbleiter-Chip als auch mit dem Kühlsockel verbunden ist und der Kühlsockel in einem annähernd ebenen Zustand durch ein bleifreies Lot befestigt ist.
  • In Anbetracht der obigen Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine preiswerte, hochzuverlässige, unter Berücksichtigung der Umweltauswirkungen konstruierte Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen.
  • Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1 und 11. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei auch andere Kombinationen von Merkmalen als die beanspruchten möglich sind.
  • Zur Lösung der obigen Probleme wird gemäß der Erfindung eine Halbleitervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 geschaffen.
  • In der Halbleitervorrichtung wird das bleifreie Lot zum Verbinden des Isoliersubstrats und des Kühlsockels und zum Verbinden des Isoliersubstrats und des Halbleiter-Chips verwendet, wodurch ein Herauslösen von Blei aus den Lötabschnitten ausgeschlossen ist, selbst wenn die Einrichtung an einem Ort im Freien liegengelassen wird. Ferner ist in der Halbleitervorrichtung der Kühlsockel im annähernd ebenen Zustand mit dem Isoliersubstrat verlötet, wodurch der Kühlsockel ohne einen großen Spalt und mit einer bevorzugten Kontaktfläche an einer ebenen Oberfläche eines anderen Teils wie einer Kühlrippe angebracht werden kann. Außerdem kann im Anbringungsschritt eine Schädigung der Keramikplatte verhindert werden.
  • Ferner wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Patentanspruch 11 geschaffen.
  • Beim Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung wird das bleifreie Lot zum Verbinden des Isoliersubstrats und des Kühlsockels und zum Verbinden des Isoliersubstrats und des Halbleiter-Chips verwendet, so dass ein Herauslösen von Blei ausgeschlossen ist. Ferner wird das Isoliersubstrat im Schritt des Verlötens des Kühlsockels und des Isoliersubstrats nach dem Wölben des Kühlsockels mit dem bleifreien Lot verbunden, so dass der Kühlsockel nach dem Löten im annähernd ebenen Zustand mit dem Isoliersubstrat verbunden ist.
  • In der Halbleitervorrichtung der Erfindung wird das bleifreie Lot zum Verbinden des Isoliersubstrats und des Kühlsockels und zum Verbinden des Isoliersubstrats und des Halbleiter-Chips verwendet, so dass kein Blei herausgelöst wird, um Umweltverschmutzung zu verhindern. Ferner befindet sich in der Halbleitervorrichtung der Erfindung der Kühlsockel nach dem das bleifreie Lot verwendenden Verbindungsschritt im annähernd ebenen Zustand, so dass sich kein großer Spalt zwischen dem Kühlsockel und einer Kühlrippe usw. bildet und der Wärmeübergangswiderstand sich verringert, wodurch im Halbleiter-Chip erzeugte Warme wirkungsvoll abgeleitet werden kann. Mithin wird eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung geschaffen, welche ohne abnormalen Temperaturanstieg im Halbleiter-Chip stabil funktionieren kann. Ferner können, abgesehen von der Verwendung des bleifreien Lots, Bauteile der Halbleitervorrichtung die gleichen sein wie herkömmliche Bauteile, wodurch eine preisgünstige, hochzuverlässige Halbleitervorrichtung realisiert werden kann.
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls zeigt;
  • 2 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Solidustemperatur von Loten und dem Wölbungsbetrag von Kühlsockeln zeigt;
  • 3 ist ein Diagramm, welches Ergebnisse einer Wärmeschockprüfung bei Verwendung bleifreier Lote zeigt;
  • 4 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Wölbungsbetrag eines Kühlsockels und der Verbindungsfläche eines Isoliersubstrats und eines Kühlsockels zeigt;
  • 5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die Wirkung der Unterteilung eines Isoliersubstrats auf den Wölbungsbetrag eines Kühlsockels zeigt;
  • 6 ist ein erläuterndes Diagramm, welches ein Verfahren des Konstruierens eines Isoliersubstrats zeigt;
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil eines Isoliersubstrats und eines Kühlsockels in einem Lötschritt zeigt;
  • 8 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke einer Kupferfolie und dem Wölbungsbetrag eines Kühlsockels zeigt;
  • 9 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke einer Keramikplatte und dem Wölbungsbetrag eines Kühlsockels zeigt;
  • 10 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke und dem Wölbungsbetrag eines Kühlsockels zeigt;
  • 11 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls zeigt;
  • 12 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil eines gewölbten Kühlsockels zeigt; und
  • 13 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil des Schritts der Montage eines Leistungshalbleitermoduls zeigt.
  • Eine Ausführungsform eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls zeigt.
  • Im in 1 gezeigten Leistungshalbleitermodul 1 ist ein Halbleiter-Chip 4 durch eine Lotschicht 3 auf einem Isoliersubstrat 2 befestigt, welches Leiterschichten 2b und 2c auf den beiden Oberflächen einer Keramikplatte 2a aufweist. Die eine Oberfläche des Isoliersubstrats 2 ist auf diese Weise mit dem Halbleiter-Chip 4 verbunden, und die entgegengesetzte Oberfläche ist durch eine Lotschicht 5 mit einem Kühlsockel 6 verbunden.
  • Zum Beispiel kann die Keramikplatte 2a für das Isoliersubstrat 2 eine hauptsächlich aus Aluminiumoxid (Al2O3) bestehende Platte mit einer angemessenen Dicke sein. Ferner können die Leiterschichten 2b und 2c Kupferfolien mit angemessenen Dicken enthalten.
  • Zum Beispiel können die Lotschicht 3 zum Verbinden des Isoliersubstrats 2 und des Halbleiter-Chips 4 und die Lotschicht 5 zum Verbinden des Isoliersubstrats 2 und des Kühlsockels 6 ein Lot auf Zinngrundlage, welches einen Zinnanteil enthält, sein. Es ist anzumerken, dass in den beiden Lotschichten 3 und 5 ein bleifreies Lot, welches kein Blei enthält, verwendet wird. Das bleifreie Lot wird im folgenden ausführlich beschrieben.
  • Der Halbleiter-Chip 4 ist zum Beispiel ein Leistungshalbleiter wie ein IGBT oder eine FWD, welcher Silizium (Si) als einen Hauptbestandteil enthält, und kann im Betrieb Wärme mit relativ hoher Temperatur erzeugen.
  • Zum Beispiel kann der Kühlsockel 6 vor allem unter dem Gesichtspunkt der Wärmeleitfähigkeit und der Kosten aus Kupfer bestehen. Ferner kann an der unteren Oberfläche des Kühlsockels 6 (der Oberfläche auf der dem Isoliersubstrat 2 entgegengesetzten Seite) eine Kühlrippe angebracht sein, obwohl sie dort nicht gezeigt ist.
  • Wenn das Leistungshalbleitermodul 1 betrieben wird, erzeugt der Halbleiter-Chip 4 Wärme, und die Wärme wird an die Lotschicht 3, das Isoliersubstrat 2, die Lotschicht 5 und den Kühlsockel 6 in dieser Reihenfolge übertragen und abgeleitet. Somit wird ein Temperaturanstieg im Halbleiter-Chip 4 verhindert, wodurch der normale Betrieb und die Verbindung mit der Leiterschicht 2b usw. aufrechterhalten werden.
  • Bei der Bildung des Leistungshalbleitermoduls 1 mit dem obigen Aufbau wird der Kühlsockel 6 vor dem das bleifreie Lot verwendenden Verlötungsschritt gewölbt, so dass die Oberfläche auf der der Lotschicht 5 entgegengesetzten Seite konvex ist. Somit wird der Kühlsockel 6 vorab konkav gemacht. Zum Beispiel in einem Fall, in welchem der Kühlsockel 6 eben ist und durch das Löten innerhalb des Bereichs von etwa 200 bis 500 μm konvex zum Isoliersubstrat 2 hin gewölbt wird, beläuft sich der Betrag der vorab gebildeten Wölbung auf etwa 100 bis 600 μm. Dieser Bereich des Betrags der vorab gebildeten Wölbung ist lediglich beispielhaft, und der Betrag wird je nach den Dicken und Flächen des Kühlsockels, des Isoliersubstrats und der Leiterschichten im Isoliersubstrat geeignet gewählt. Der Betrag der Wölbung lässt sich ferner verringern, indem die folgenden Ausführungsformen kombiniert werden, und kann sich auf 100 μm oder weniger belaufen.
  • Der Kühlsockel 6 wölbt sich auf diese Weise um einen angemessenen Betrag, und nachdem das Isoliersubstrat 2 mit der bleifreien Lotschicht 5 daran angebracht wurde, krümmt sich der Kühlsockel 6 in einem Abkühlungsprozess wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Isoliersubstrat 2 hin. Folglich kompensiert die Krümmung die vorab im Kühlsockel 6 gebildete Wölbung, und schließlich ist der Kühlsockel 6 im ebenen Zustand oder im annähernd ebenen konkaven oder konvexen Zustand. Obwohl es ideal ist, dass der Kühlsockel 6 schließlich eben gemacht wird, ist der Kühlsockel 6 möglicherweise nicht völlig eben und kann annähernd eben bis konkav oder weiter als eben bis konvex sein. Solange der resultierende Wölbungsbetrag des Kühlsockels 6 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, kann das Produkt ohne Probleme an einer Kühlrippe angebracht werden und verschlechtert sich die Leistungsfähigkeit nicht.
  • Zum Beispiel wenn der Kühlsockel 6 ohne vorheriges Wölben des Kühlsockels 6 mittels des bleifreien Lots befestigt wird, gibt es einen Fall, in welchem im Kühlsockel 6 eine konvexe Wölbung von etwa 200 bis 500 μm zum Isoliersubstrat 2 hin gebildet wird, um einen großen Spalt zwischen dem Kühlsockel 6 und einer Kühlrippe wie oben beschrieben zu erzeugen. Im Gegensatz dazu befindet sich der Kühlsockel 6, durch konkaves Wölben des Kühlsockels 6 vor dem Löten, nach dem das bleifreie Lot verwendenden Verbindungsschritt im ebenen oder annähernd ebenen Zustand, und die Erzeugung eines großen Spalts zwischen dem Kühlsockel 6 und einer Kühlrippe kann verhindert werden. Folglich kann der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Kühlsockel 6 und der Kühlrippe verringert werden, kann der abnormale Temperaturanstieg im Halbleiter-Chip 4 verhindert werden und kann die thermische Zerstörung verhindert werden, um das hochzuverlässige Leistungshalbleitermodul 1 zu schaffen.
  • Nun wird das für das Leistungshalbleitermodul 1 verwendete bleifreie Lot beschrieben.
  • Das für das Leistungshalbleitermodul 1 verwendete bleifreie Lot kann ein Lot auf Zinngrundlage, welches Silber (Ag), Wismut (Bi), Kupfer (Cu), Indium (In), Antimon (Sb), Zink (Zn), Aluminium (Al) usw. enthält, sein. Wenn das bleifreie Lot einen niedrigen Schmelzpunkt hat, verringert sich die im Lötschritt an den Kühlsockel 6 übertragene Wärme und verringern sich die Ausdehnung und Schrumpfung des Kupfers, wodurch die Wölbung des Kühlsockels 6 verringert werden kann.
  • 2 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Solidustemperatur von Loten und dem Wölbungsbetrag von Kühlsockeln zeigt. In 2 stellt die Abszisse die Solidustemperatur (°C) dar und stellt die Ordinate den Wölbungsbetrag (μm) der Kühlsockel dar.
  • Hier wurden zwei Muster eines Kühlsockels A mit einer Länge von 43 mm, einer Breite von 90 mm und einer Dicke von 3 mm und eines Kühlsockels B mit einer Länge von 59,6 mm, einer Breite von 119,6 mm und einer Dicke von 3 mm, welche aus Kupfer bestanden und eben, ohne Wölbung waren, als die Kühlsockel verwendet. Ein Isoliersubstrat, welches eine hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehende Platte und auf deren beiden Oberflächen gebildete Kupferfolien enthielt, wurde unter Verwendung bleifreier Lote unterschiedlicher Zusammensetzungen mit jedem der Muster verlötet, und der resultierende Wölbungsbetrag wurde gemessen. In 2 stellen schwarze Zeichen die Falle der Verwendung des Kühlsockels A dar und stellen Umrisszeichen die Fälle der Verwendung des Kühlsockels B dar.
  • Der Wölbungsbetrag war ein Abstand eines Endes jedes Kühlsockels A, B, welcher beim Löten aus dem ebenen Zustand mit einem Abstand von 0 μm bewegt wurde. Hier wird das oberste Stück jedes Kühlsockels A, B als Bezugspunkt verwendet, und die Bewegungsrichtung des Endes ist die Minusrichtung. Ferner wurden in den Loten auf Zinn-Indium-Grundlage die Zusammensetzungen gesteuert, um die Solidustemperaturen zu verändern. In 2 stellen die Werte neben den Elementsymbolen der Lotzusammensetzung die Gehalte (%) der Elemente dar, und zum Beispiel das durch Sn-20ln bezeichnete Lot hat eine Zusammensetzung mit 20% Indium.
  • In 2 ist ein Wölbungsbetrag jedes Kühlsockels A, B über der Solidustemperatur jedes im Verbindungsschritt verwendeten bleifreien Lots aufgetragen. Aus 2 ging hervor, dass in beiden Fällen der Kühlsockel A und B der Wölbungsbetrag abnimmt, wenn die Solidustemperatur gesenkt wird. Insbesondere im Fall von Loten auf Zinn-Indium-Grundlage wird bei Erhöhung des Indiumgehalts auf 5%, 15% und 20% die Solidustemperatur gesenkt und nimmt der Wölbungsbetrag des Kühlsockels A, B ab. Der Wölbungsbetrag des Kühlsockels A ist kleiner als derjenige des Kühlsockels B, und die Wölbung lässt sich selbst im Fall der Verwendung eines bleifreien Lots mit einer Zusammensetzung aus Sn-Sb oder Sn-Ag durch Verwendung des Kühlsockels A verringern. Mithin ist im Fall der Verwendung des bleifreien Lots mit einem Schmelzpunkt unter 250°C, da der Schmelzpunkt des bleifreien Lots niedriger ist, der Betrag der nach dem Loten im Kühlsockel A, B gebildeten Wölbung kleiner.
  • In anderen Worten, wenn bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 der Schmelzpunkt des bleifreien Lots gesenkt wird, lässt sich die beim Löten angewendete Warme verringern, wodurch der Betrag der vorab im Kühlsockel 6 gebildeten Wölbung verringert werden kann. Somit ist es einfacher, den Kühlsockel 6 in den ebenen oder annähernd ebenen Zustand zu versetzen, als in einem Fall, in welchem ein stark gewölbter Kühlsockel 6 mit einer hohen Temperatur behandelt wird, um in den ebenen Zustand verformt zu werden. Deshalb kann verhindert Werden, dass der Kühlsockel 6 sich konvex zum Isoliersubstrat 2 hin wölbt.
  • 3 ist ein Diagramm, welches Ergebnisse einer Wärmeschockprüfung bei Verwendung bleifreier Lote zeigt. In 3 stellt die Abszisse die Anzahl der Wärmeschockzyklen dar und stellt die Ordinate die Risslänge (mm) von einer Ecke des Lötverbindungsabschnitts eines Kühlsockels und eines Isoliersubstrats dar.
  • Hierin wurden durch Verbinden des Kühlsockels A und des Isoliersubstrats aus 2 mit jedem der in 2 gezeigten bleifreien Lote aus Sn-Ag, Sn-Sb und Sn-Ag-Bi-In hergestellte Muster der Wärmeschockprüfung unterzogen. Die Wärmeschockprüfung wurde mittels eines Verfahrens durchgeführt, das die Wiederholung der Schritte des fünfminütigen Haltens des Musters auf minus 40°C und des fünfminütigen Haltens des Musters auf 125°C, mit jeweils dazwischenliegendem einminütigem Halten des Musters auf Normaltemperatur, umfasst. Die Wärmeschockprüfung wurde unter Verwendung einer Flüssigkeitsbad-Wärmeschockprüfvorrichtung bei einer Aufwärm- und Abkühlgeschwindigkeit von 50°C/min durchgeführt.
  • Aus 3 ging hervor, dass die Länge des im Lötverbindungsabschnitt des Kühlsockels A und des Isoliersubstrats gebildeten Risses im Fall der Verwendung der bleifreien Lote mit einer Zusammensetzung aus Sn-Sb oder Sn-Ag-Bi-In kleiner war als im Fall der Verwendung des bleifreien Lots mit einer Zusammensetzung aus Sn-Ag. Insbesondere im Fall der Verwendung des bleifreien Lots mit der Zusammensetzung aus Sn-Ag-Bi-In bildete sich auch nach 300-maligem Wärmeschockzyklus kein Riss. Mithin lässt sich durch Verwendung des bleifreien Lots auf Zinngrundlage, welches Indium oder Antimon enthält, die Reißfestigkeit der Lötverbindung steigern.
  • Zum Beispiel wenn sich im Leistungshalbleitermodul 1 ein Riss in der Lotschicht 5 bildet, der gerade bis unter den auf dem Isoliersubstrat 2 befestigten Halbleiter-Chip 4 reicht, gibt es einen Fall, in welchem die Effizienz des Wärmeübergangs vom Halbleiter-Chip 4 auf den Kühlsockel 6 abnimmt, wodurch es zu einem Temperaturanstieg im Halbleiter-Chip 4 kommt, welcher die Lebensdauer des Produkts verkürzt. Durch Verbessern der Reißfestigkeit lässt sich die Lebensdauer des Produkts verlängern. Die Verbesserung der Reißfestigkeit durch Verwendung des bleifreien Lots mit einer bestimmten Zusammensetzung lässt sich natürlich auch in der Lotschicht 3 zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Halbleiter-Chip 4 beobachten.
  • Wie oben beschrieben, wird im Fall der Verwendung des bleifreien Lots zum Verbinden des Isoliersubstrats 2 und des Kühlsockels 6 des Leistungshalbleitermoduls 1 der Kühlsockel 6 vorab konkav gewölbt. Ferner wird zusätzlich die Zusammensetzung des bleifreien Lots je nach den gewünschten Eigenschaften des Leistungshalbleitermoduls 1 geeignet gewählt. Mithin kann die konvexe Wölbung des Kühlsockels 6 zum Isoliersubstrat 2 hin verringert werden, um die Bildung eines großen Spalts zwischen dem Kühlsockel 6 und einer Kühlrippe zu verhindern, und lässt sich die Erzeugung eines Risses in der Lotschicht 5 verhindern, um die thermische und elektrische Verbindung zwischen diesen aufrechtzuerhalten. Ferner lässt sich durch Verwendung des bleifreien Lots auch zum Verbinden des Halbleiter-Chips 4 und des Isoliersubstrats 2 des Leistungshalbleitermoduls 1 die Erzeugung eines Risses in der Lotschicht 3 verhindern, um die thermische und elektrische Verbindung zwischen diesen aufrechtzuerhalten. Somit kann das Leistungshalbleitermodul 1 mit hoher Leistungsfähigkeit, hoher Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer hergestellt werden.
  • Außerdem wird das bleifreie Lot zum Verbinden des Isoliersubstrats 2 und des Kühlsockels 6 und zum Verbinden des Halbleiter-Chips 4 und des Isoliersubstrats 2 verwendet, so dass ein Herauslösen von Blei selbst im Fall, dass das Leistungshalbleitermodul 1 an einem Ort im Freien liegengelassen wird, ausgeschlossen ist.
  • Nachfolgend werden verschiedene Faktoren, die sich bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 auf die Wölbung des Kühlsockels 6 auswirken, untersucht.
  • Zuerst wird der Einfluss der Verbindungsfläche zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 auf die Wölbung des Kühlsockels 6 beschrieben.
  • 4 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Wölbungsbetrag eines Kühlsockels und der Verbindungsfläche eines Isoliersubstrats und eines Kühlsockels zeigt. In 4 stellt die Abszisse die Verbindungsfläche (mm2) dar und stellt die Ordinate den Wölbungsbetrag (μm) des Kühlsockels dar.
  • 4 zeigt die Ergebnisse des Verbindens jedes einzelnen Isoliersubstrats a bis f mit einem ebenen Kupfer-Kühlsockel, welcher nicht vorab konkav gewölbt ist, durch ein bleifreies Lot sowie des Messens des Betrags der konvexen Wölbung des Kühlsockels zum Isoliersubstrat a bis f hin.
  • Die Isoliersubstrate a bis f sind so beschaffen, dass das Isoliersubstrat a ein ebenes, quadratisches Standardsubstrat ist, welches die kleinste Verbindungsfläche aufweist, die Isoliersubstrate b und c ebene quadratische Substrate mit vergrößerten Flächen mit gleichen Verhältnissen der horizontalen zur vertikalen Länge sind, die Isoliersubstrate d und e ebene rechteckige Substrate mit vergrößerten Längen in Längsrichtung mit gleichen Längen in Querrichtung sind und das Isoliersubstrat f ein ebenes, rechteckiges, aus dem Isoliersubstrat e durch Vergrößern der Länge in Querrichtung hervorgegangenes Substrat mit gleicher Länge in Längsrichtung ist. Die Isoliersubstrate b und d haben gleiche Längen in Längsrichtung und unterschiedliche Längen in Querrichtung, und auch die Isoliersubstrate e, f und c haben gleiche Längen in Längsrichtung und unterschiedliche Längen in Querrichtung. Fernen haben die Isoliersubstrate b und f gleiche Längen in Querrichtung und unterschiedliche Längen in Längsrichtung.
  • Das gleiche bleifreie Lot wurde zum Verbinden jedes einzelnen der Isoliersubstrate a bis f und eines Kühlsockels verwendet. Der Kühlsockel hatte eine Dicke von 3 mm und eine derjenigen jedes einzelnen Isoliersubstrats a bis f entsprechende Flächengröße. Der Kühlsockel hatte eine solche Flächengröße, dass sich der Abstand von einem Ende des ebenen Kühlsockels zu einem Ende jedes einzelnen Isoliersubstrats a bis f auf 10 mm belief. Die Wölbungsbeträge des Kühlsockels nach dem Löten wurden auf Grundlage der Verschiebung des Längs-Endes aus dem ebenen Zustand ausgewertet. Hier ist die Bewegungsrichtung die Plus-Richtung.
  • Aus 4 ging hervor, dass, was bei den Isoliersubstraten a, b, und c den Einfluss der Verbindungsfläche auf die Wölbung des Kühlsockels anbelangte, der Wölbungsbetrag mit der Verbindungsfläche proportional zunahm. Es zeigte sich, dass, was bei den Isoliersubstraten a, d und e den Einfluss der Länge in Längsrichtung der Verbindungsfläche auf die Wölbung des Kühlsockels anbelangte, der Wölbungsbetrag mit der Länge in Längsrichtung proportional zunahm. Ferner zeigte sich, dass, was bei den Isoliersubstraten e, f, und c den Einfluss der Länge in Querrichtung der Verbindungsfläche auf die Wölbung des Kühlsockels anbelangte, der Wölbungsbetrag mit der Länge in Querrichtung zunahm. Mithin wird der Wölbungsbetrag des durch das bleifreie Lot mit jedem einzelnen Isoliersubstrat a bis f verbundenen Kühlsockels durch die Verbindungsfläche des Isoliersubstrats a bis f stark beeinflusst.
  • In anderen Worten, bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 kann unter Anwendung der Ergebnisse der Betrag der im Kühlsockel 6 gebildeten Wölbung vor dem Verbinden mittels des bleifreien Lots in Abhängigkeit von der Größe des Isoliersubstrats 2 bestimmt werden. Auf diese Weise kann der Kühlsockel 6 einfach in den ebenen oder annähernd ebenen Zustand gesteuert werden und kann verhindert werden, dass er sich konvex zum Isoliersubstrat 2 hin wölbt.
  • Es ist anzumerken, dass die in 4 gezeigte Tendenz auch im Fall der Verwendung einer anderen Art von bleifreiem Lot beobachtet wurde.
  • Der Wölbungsbetrag des Kühlsockels 6 ändert sich auch in Abhängigkeit von der Unterteilung der Isoliersubstrate 2, selbst im Fall fast gleicher Verbindungsflächen.
  • 5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die Wirkung der Unterteilung eines Isoliersubstrats auf den Wölbungsbetrag eines Kühlsockels zeigt. In 5 stellt die Abszisse die Verbindungsfläche (mm2) dar und stellt die Ordinate den Wölbungsbetrag (μm) eines Kühlsockels dar.
  • Zwei Isoliersubstrate a aus 4 wurden mit einem Kühlsockel so verlötet, dass die Substrate mit einem Zwischenraum von 2 mm horizontal angeordnet waren und so anscheinend einem zweigeteilten Isoliersubstrat d (einem Isoliersubstrat d') entsprachen. Auf die gleiche Weise wurden drei Isoliersubstrate a mit einem Kühlsockel so verlötet, dass die Substrate mit Zwischenräumen von 2 mm horizontal angeordnet waren und so anscheinend einem dreigeteilten Isoliersubstrat e (einem Isoliersubstrat e') entsprachen. Ferner wurden vier Isoliersubstrate a, welche vertikal und horizontal angeordnet waren, oder zwei Isoliersubstrate d, welche horizontal angeordnet waren, mit einem Kühlsockel so verlötet, dass die Substrate mit Zwischenräumen von 2 mm angeordnet waren und so anscheinend einem viergeteilten oder zweigeteilten Isoliersubstrat b (Isoliersubstrat b' oder b'') entsprachen.
  • Das gleiche bleifreie Lot wurde zum Verbinden jedes einzelnen der Isoliersubstrate d', e', b' und b'' und des Kühlsockels auf die gleiche Weise wie in 4 verwendet. Der Kühlsockel hatte eine Dicke von 3 mm und eine derjenigen jedes einzelnen Isoliersubstrats d', e', b', b'' entsprechende Flächengröße. Der Kühlsockel hatte eine solche Flächengröße, dass sich der Abstand von einem Ende des Kühlsockels im ebenen Zustand zu einem Ende jedes einzelnen Isoliersubstrats d', e', b', b'' auf 10 mm belief. Die Wölbungsbeträge des Kühlsockels nach dem Löten wurden auf Grundlage der Verschiebung des Längs-Endes aus dem ebenen Zustand ausgewertet.
  • Aus 5 ging hervor, dass jedes einzelne Isoliersubstrat d', e', b' und b'' einen auffallend kleineren Wölbungsbetrag des Kühlsockels aufwies als die entsprechenden Isoliersubstrate d, e und b. Es ist anzumerken, dass die in 5 gezeigte Tendenz auch im Fall der Verwendung einer anderen Art von bleifreiem Lot beobachtet wurde.
  • Mithin kann bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 der Betrag der vor dem Löten im Kühlsockel 6 gebildeten Wölbung in Abhängigkeit von der Unterteilung des Isoliersubstrats 2 mit der gleichen Verbindungsfläche bestimmt werden.
  • 6 ist ein erläuterndes Diagramm, welches ein Verfahren des Konstruierens des Isoliersubstrats zeigt.
  • 6 zeigt Ergebnisse des Ermittelns der 250 μm oder weniger des Wölbungsbetrags des 3 mm dicken Kühlsockels entsprechenden Größe des Isoliersubstrats durch Berechnung auf Grundlage der in 4 und 5 gezeigten Messdaten unter der Voraussetzung, dass das Isoliersubstrat die maximale Länge in Querrichtung von 50 mm und die maximale Länge in Längsrichtung (oder den maximalen Gesamtwert der Längen in Längsrichtung einer Vielzahl von angeordneten Isoliersubstraten) von 85 mm aufwies. Im Isoliersubstrat hatten die hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehende Platte und die Kupferfolien die gleiche Dicke von 0,25 mm.
  • Die für den Wölbungsbetrag von 250 μm oder weniger erforderliche maximale Große des Isoliersubstrats belief sich auf 50 mm × 50 mm im Fall der Verwendung eines Isoliersubstrats, auf 70 mm × 46 mm im Fall der Verwendung zweier Isoliersubstrate (Größe eines Isoliersubstrats: 35 mm × 46 mm) und auf 85 mm × 43 mm im Fall der Verwendung dreier Isoliersubstrate (Größe eines Isoliersubstrats: 28 mm × 43 mm).
  • Mithin kann bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 der Betrag der vor dem Löten im Kühlsockel 6 gebildeten Wölbung geeignet gewählt werden, indem unter Verwendung dieser in 6 gezeigten Daten usw. die Größe und die Unterteilungszahl des Isoliersubstrats 2 bestimmt werden. Ferner kann dadurch das Leistungshalbleitermodul 1 mit einer der maximalen Größe des Isoliersubstrats 2 entsprechenden Größe gebildet werden. Wenn die Größe des Isoliersubstrats 2 erhöht wird, kann die Unterbringungszahl des Halbleiter-Chips 4 erhöht werden und kann auch die Flexibilität bei der Konstruktion der Leiterschichten 2b und 2c erhöht werden.
  • Nun wird der Einfluss der Dicken der Leiterschichten 2b und 2c im Isoliersubstrat 2 auf den Wölbungsbetrag des Kühlsockels 6 beschrieben.
  • Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 wird der Kühlsockel 6 vor dem das bleifreie Lot verwendenden Lötschritt konkav gewölbt, so dass im Lötschritt ein ziemlich großer Raum zwischen dem ebenen Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 gebildet wird.
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Hauptteil des Isoliersubstrats und des Kühlsockels im Lötschritt zeigt.
  • Wie oben beschrieben, wird durch geeignetes Steuern der Dicken der Leiterschichten 2b und 2c, zum Beispiel indem die Leiterschicht 2c dicker als die Leiterschicht 2b gemacht wird, wie in 7 gezeigt, das Isoliersubstrat 2 im das bleifreie Lot verwendenden Lötschritt zum Kühlsockel 6 hin gewölbt, wodurch der Raum zwischen dem Isoliersubstrat 2 und der vorab im Kühlsockel 6 gebildeten konkaven Wölbung verkleinert wird. Dann wird das Isoliersubstrat 2 nach dem Löten in den ebenen Zustand zurückversetzt, während der Kühlsockel 6 in die ebene oder annähernd ebene Form verformt wird. Folglich wird der Raum zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 verkleinert, wodurch in der Lotschicht 5 kein Stück der Lotmenge fehlt und die Erzeugung eines nicht verbundenen Stücks verhindert werden kann.
  • Die dickere der für die Leiterschichten 2b und 2c verwendeten Kupferfolien trägt dazu bei, den Wärmeausdehnungskoeffizienten-Unterschied zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 zu reduzieren, wodurch eine starke konvexe Wölbung des Kühlsockels 6 zum Isoliersubstrat 2 hin verhindert werden kann.
  • 8 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke der Kupferfolie und dem Wölbungsbetrag des Kühlsockels zeigt. In 8 stellt die Abszisse die Dicke (mm) der auf der vorder- oder rückseitigen Oberfläche des Isoliersubstrats gebildeten Kupferfolie dar und stellt die Ordinate den Wölbungsbetrag (μm) des Kühlsockels dar.
  • Dabei enthielten die Isoliersubstrate eine hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehende Platte mit gleicher Dicke und Kupferfolien mit unterschiedlichen Dicken und wurde der Kühlsockel A aus 2 verwendet. Die Kupferfolien auf der vorder- und rückseitigen Oberfläche jedes einzelnen Isoliersubstrats hatten die gleiche Dicke. Das gleiche bleifreie Lot wurde zum Verbinden jedes einzelnen Isoliersubstrats und des Kühlsockels A verwendet. Die Wölbungsbeträge des Kühlsockels nach dem Löten wurden auf Grundlage der Verschiebung des Längs-Endes aus dem ebenen Zustand ausgewertet.
  • Aus 8 geht hervor, dass der Wölbungsbetrag des Kühlsockels A abnimmt, wenn die auf der hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehenden Platte gebildete Kupferfolie eine Dicke von mehr als 0,4 mm aufweist. Somit lässt sich die Wölbung des Kühlsockels A verringern, indem die Dicke der auf der hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehenden Platte gebildeten Kupferfolie erhöht wird, wodurch der Wärmeausdehnungskoeffizienten-Unterschied zwischen dem Isoliersubstrat und dem Kühlsockel A reduziert wird. Es ist anzumerken, dass die in 8 gezeigte Tendenz auch im Fall der Verwendung einer anderen Art von bleifreiem Lot beobachtet wurde.
  • Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 unter Verwendung des vor dem Löten konkav gewölbten Kühlsockels 6 kann, wenn die Leiterschicht 2c dicker als die Leiterschicht 2b ist oder wenn alternativ die Leiterschichten 2b und 2c Dicken von mehr als 0,4 mm aufweisen, verhindert werden, dass zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 ein nicht verbundenes Stück erzeugt wird und dass der Kühlsockel 6 sich konvex zum Isoliersubstrat 2 hin wölbt, nachdem er aus dem konkaven in den ebenen Zustand versetzt wurde. Ferner kann der Betrag der vor dem Löten im Kühlsockel 6 gebildeten Wölbung verringert werden.
  • In Anbetracht des Beaufschlagens des auf der Leiterschicht 2b gebildeten Halbleiter-Chips 4 mit einem gewünschten Strom, des obigen Wärmeausdehnungskoeffizienten-Unterschieds sowie des Werkstoffs und der Dicke der Keramikplatte 2a betragen die Dicken der Leiterschichten 2b und 2c vorzugsweise 0,4 mm oder mehr und werden sie vorzugsweise so groß wie möglich gemacht. Die Verbindungseigenschaften der Leiterschichten 2b und 2c zur Keramikplatte 2a hängen vom Werkstoff und von der Dicke der Keramikplatte 2a ab. Zum Beispiel können in einem Fall, in welchem die Keramikplatte 2a hauptsächlich aus Siliziumnitrid besteht, die Leiterschichten 2b und 2c mit Dicken von mehr als 0,8 mm mit dieser verbunden werden. Auch in einem Fall, in welchem die Platte hauptsächlich aus Aluminiumoxid besteht, können die Leiterschichten 2b und 2c mit Dicken von mehr als 0,8 mm mit dieser verbunden werden.
  • Obwohl die Dicken der Leiterschichten 2b und 2c des Isoliersubstrats 2 oben vermerkt sind, kann das Volumenverhältnis zwischen den Leiterschichten 2b und 2c geeignet gewählt werden. Zum Beispiel wird das Volumenverhältnis der Leiterschicht 2c zur Leiterschicht 2b auf 1 oder mehr gesteuert. Bei einem solchen Volumenverhältnis kann die Dicke der Leiterschicht 2b je nach der Gestaltungsform der Leiterschichten 2b und 2c größer sein als diejenige, gleich sein derjenigen oder kleiner sein als diejenige der Leiterschicht 2c, können die Erzeugung des obigen nicht verbundenen Stücks und eine starke konvexe Wölbung verhindert werden und kann der Betrag der vorab im Kühlsockel 6 gebildeten Wölbung verringert werden.
  • Nun wird der Einfluss der Dicke der Keramikplatte 2a im Isoliersubstrat 2 auf den Wölbungsbetrag des Kühlsockels 6 beschrieben.
  • Die Dicke der Keramikplatte 2a kann verringert werden, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten-Unterschied zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 auf Grundlage einer Perspektive gleich der obigen des Steuerns der Dicken der Leiterschichten 2b und 2c im Isoliersubstrat 2 zu reduzieren.
  • 9 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke der Keramikplatte und dem Wölbungsbetrag des Kühlsockels zeigt. In 9 stellt die Ordinate den Wölbungsbetrag (μm) des Kühlsockels dar.
  • Hier wurden die Kühlsockel A und B aus 2 in den ebenen Zuständen, ohne sie vorab konkav zu wölben, verwendet. Und für die Isoliersubstrate wurden jeweils hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehende Platten mit Dicken von 0,25 mm, 0,32 mm und 0,635 mm verwendet, wobei auf jeder Platte Kupferfolien mit gleichen Dicken gebildet waren. Das gleiche bleifreie Lot wurde zum Verbinden der Kühlsockel A und B mit den Isoliersubstraten verwendet. Die Wölbungsbeträge des Kühlsockels nach dem Löten wurden auf Grundlage der Verschiebung des Längs-Endes aus dem ebenen Zustand ausgewertet.
  • Aus 9 geht hervor, dass in den beiden Fällen der Kühlsockel A und B der Wölbungsbetrag abnimmt, wenn die Dicke der hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehenden Platte verringert wird. Somit kann durch Dünnermachen der hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehenden Platte zwecks Reduzierens des Wärmeausdehnungskoeffizienten-Unterschieds zwischen dem Isoliersubstrat und dem Kühlsockel A, B die Wölbung des Kühlsockels A, B verringert werden. Von den Keramiken ist Aluminiumoxid besonders wirkungsvoll, um die Wölbung des Kühlsockels A, B zu verringern, weil sein Wärmeausdehnungskoeffizient (etwa 8 ppm/K) relativ nah an denjenigen von Metallen liegt. Es ist anzumerken, dass die in 9 gezeigte Tendenz auch im Fall der Verwendung einer anderen Art von bleifreiem Lot beobachtet wurde.
  • Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 wird durch geeignetes Steuern der Dicke der hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehenden Keramikplatte 2a zur Bildung des Isoliersubstrats 2 kein nicht verbundenes Stück zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 gebildet und kann verhindert werden, dass der Kühlsockel 6 sich konvex zum Isoliersubstrat 2 hin wölbt. Dies gilt für eine hauptsächlich aus Siliziumnitrid bestehende Keramikplatte.
  • Unter dem Gesichtspunkt des effizienten Aufrechterhaltens eines gewissen Wärmeübergangsniveaus und der Festigkeit des Isoliersubstrats 2, zusätzlich zum Verhindern der Erzeugung eines nicht verbundenen Abschnitts und der Wölbung des Kühlsockels 6 zum Isoliersubstrat 2 hin, hat die Keramikplatte 2a im Isoliersubstrat 2 vorzugsweise eine Dicke von 0,635 mm oder weniger. Unter dem Gesichtspunkt der Wärmeleitung der Keramikplatte 2a usw. liegt ferner die Dicke vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 0,4 mm. Wie in 9 gezeigt, ist der Wölbungsbetrag im Fall, dass die Dicke der Keramikplatte 2a 0,635 mm beträgt, größer als in den Fällen der Dicken von 0,25 mm und 0,32 mm. Durch richtiges Auswählen der Eigenschaften des Kühlsockels 6 kann verhindert werden, dass zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 ein nicht verbundenes Stück erzeugt wird und dass der Kühlsockel 6 sich konvex zum Isoliersubstrat 2 hin wölbt.
  • Nun wird der Einfluss der Dicke des Kühlsockels 6 auf den Wölbungsbetrag beschrieben.
  • 10 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke und dem Wölbungsbetrag des Kühlsockels zeigt. In 10 stellt die Abszisse die Temperatur (°C) zum Löten dar und stellt die Ordinate den Wölbungsbetrag (μm) des Kühlsockels dar.
  • Kühlsockel mit Dicken von 2 mm, 3 mm und 4 mm mit gleichen Flächengrößen wurden unter Bedingungen, welche denjenigen für übliche, ein bleifreies Lot verwendende Lötprozesse glichen, wärmebehandelt, um den Wölbungsbetrag bei jeder Temperatur zu messen. Der Wölbungsbetrag wurde auf Grundlage der Verschiebung so ausgewertet, dass das oberste Ende des Kühlsockels der Bezugspunkt (0 μm) war und seine Bewegungsrichtung die Minusrichtung war.
  • Wie in 10 gezeigt, ist, je dicker der Kühlsockel ist, die Änderung des Wölbungsbetrags über die Temperatur desto kleiner. Bei 30°C wies der dünnste 2-mm-Kühlsockel den maximalen Wölbungsbetrag auf und wies der dickste 4-mm-Kühlsockel den minimalen Wölbungsbetrag auf, wobei die Wölbungsbeträge bei 30°C die Wölbungsbeträge nach dem Löten meinen. Somit liegt auf der Hand, dass der Wölbungsbetrag mit dicker werdendem Kühlsockel abnimmt. Insbesondere in einem Fall, in welchem der Kühlsockel eine Dicke von 3 mm oder mehr aufweist, ist die Wölbung relativ kleiner, wodurch der Betrag der vorab gebildeten Wölbung verringert werden kann.
  • Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 unter Verwendung des vorab konkav gewölbten Kühlsockels 6 kann, wenn der Kühlsockel 6 dicker ist, der Betrag der vorab gebildeten Wölbung kleiner sein und kann verhindert werden, dass der Kühlsockel 6 sich stark konvex zum Isoliersubstrat 2 hin wölbt. Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 liegt die Dicke des Kühlsockels 6 unter dem Gesichtspunkt des resultierenden Wölbungsbetrags, des einfachen Versetzens in den ebenen oder annähernd ebenen Zustand, der Größe des Leistungshalbleitermoduls 1 usw. vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 3 bis 4 mm. Selbst in einem Fall, in welchem der Kühlsockel 6 eine Dicke von weniger als 3 mm aufweist, kann durch richtiges Wählen der Eigenschaften des Isoliersubstrats 2 der Betrag der vorab gebildeten Wölbung verringert werden und kann verhindert werden, dass der Kühlsockel 6 sich stark konvex in Richtung des Isoliersubstrats 2 wölbt. Unter diesem Aspekt betrachtet, kann die Dicke des Kühlsockels 6 innerhalb des Bereichs von 2 bis 4 mm liegen, um das Leistungshalbleitermodul 1 herzustellen.
  • Wie oben beschrieben, kann bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 unter Verwendung des bleifreien Lots der Betrag der vor dem Löten im Kühlsockel 6 gebildeten Wölbung in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren mit Einfluss auf den Wölbungsbetrag, also von Eigenschaften des Isoliersubstrats 2 (die Verbindungsfläche zum Kühlsockel 6, der Unterteilungszustand, die Dicken der Leiterschichten 2b und 2c und die Dicke der Keramikplatte 2a) und von Eigenschaften des Kühlsockels 6 (die Flächengröße und die Dicke) bestimmt werden. Das Leistungshalbleitermodul 1 kann durch geeignetes Wählen des Wölbungsbetrags mit einer hohen Reißfestigkeit, einer hohen Leistung, einer hohen Zuverlässigkeit und einer langen Lebensdauer erlangt werden, und das Herauslösen von Blei, die Erzeugung eines nicht verbundenen Stücks zwischen dem Isoliersubstrat 2 und dem Kühlsockel 6 sowie die Bildung eines großen Spalts zwischen dem Kühlsockel 6 und einer Kühlrippe können verhindert werden.
  • Schließlich wird ein Verfahren zum Bilden des Kühlsockels 6 beschrieben.
  • Der Kühlsockel 6 kann durch Verwendung einer Pressform gebildet werden. Im Fall des Bildens des Kühlsockels 6 mit der Wölbung wird eine Pressform mit einer der Wölbung entsprechenden Form verwendet. Zum Beispiel um einen aus Kupfer bestehenden Kühlsockel 6 zu bilden, wird Kupferpulver in eine Pressform mit einer vorbestimmten Form geladen, zwecks Bildung eines Formkörpers gepresst und in einer Schutzgasatmosphäre wärmebehandelt usw. Ein Kühlsockel 6 mit einer der Pressform entsprechenden Form kann auf diese Weise gebildet werden. In einem solchen Verfahren können Kühlsockel 6 mit verschiedenen Wölbungsbeträgen und Flächengrößen durch Wechseln der Pressform ohne mechanische Arbeiten gebildet werden.
  • Wie oben beschrieben, wird im Leistungshalbleitermodul 1 mit dem obigen Aufbau das bleifreie Lot zum Verbinden des Halbleiter-Chips 4 und des Isoliersubstrats 2 und zum Verbinden des Isoliersubstrats 2 und des Kühlsockels 6 verwendet, wodurch Umweltverschmutzung verhindert werden kann. Ferner wird, zusätzlich zur Verwendung des bleifreien Lots, der Kühlsockel 6 vor dem Löten konkav gewölbt, so dass er sich nach dem Löten im ebenen oder annähernd ebenen Zustand befindet, wodurch der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Kühlsockel 6 und einer Kühlrippe verringert werden kann. Folglich kann ein hochleistungsfähiges, hochzuverlässiges Leistungshalbleitermodul 1 mit hervorragenden Eigenschaften zur Kohlung des Halbleiter-Chips 4 realisiert werden. Ferner kann die Art des bleifreien Lots je nach den gewünschten Eigenschaften des Leistungshalbleitermoduls 1 gewählt werden, um die Reißfestigkeit und die Lebensdauer des Leistungshalbleitermoduls 1 zu verbessern.
  • Obwohl in der obigen Beschreibung hauptsächlich das Verbinden des Isoliersubstrats 2 und des Kühlsockels 6 mit dem bleifreien Lot im Leistungshalbleitermodul 1 beschrieben wird, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf das Verbinden von Teilen mit einem relativ großen Wärmeausdehnungskoeffizienten-Unterschied mittels eines bleifreien Lots in anderen Halbleitervorrichtungen angewendet werden.

Claims (22)

  1. Halbleitervorrichtung, enthaltend einen Kühlsockel (6), ein mit dem Kühlsockel (6) verlötetes Isoliersubstrat (2) und einen mit dem Isoliersubstrat (2) verlöteten Halbleiter-Chip (4), welches Isoliersubstrat (2) eine Keramikplatte (2a) und auf den beiden Oberflächen der Keramikplatte (2a) angeordnete Leiterschichten (2b, 2c) enthält, bei welcher das Isoliersubstrat (2) durch ein bleifreies Lot sowohl mit dem Halbleiter-Chip (4) als auch mit dem Kühlsockel (6) verbunden ist und der Kühlsockel (6) in einem annähernd ebenen Zustand durch ein bleifreies Lot befestigt ist, wobei im Isoliersubstrat (2) die mit dem Halbleiter-Chip (4) verbundene Leiterschicht (2b) eine Dicke aufweist, welche kleiner als diejenige der mit dem Kühlsockel (6) verbundenen Leiterschicht (2c) ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das bleifreie Lot einen Schmelzpunkt von 250°C oder niedriger hat.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das bleifreie Lot Zinn und mindestens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silber, Wismut, Indium, Antimon, Zink, Aluminium und Kupfer.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher im Isoliersubstrat (2) das Volumenverhältnis der mit dem Kühlsockel (6) verbundenen Leiterschicht (2c) zu der mit dem Halbleiter-Chip (4) verbundenen Leiterschicht (2b) 1 oder größer ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher im Isoliersubstrat (2) die Leiterschichten (2b, 2c) eine Kupferfolie enthalten und die Keramikplatte (2a) Aluminiumoxid als einen Hauptbestandteil enthält.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Isoliersubstrat (2) sowohl mit dem Kühlsockel (6) als auch mit dem Halbleiter-Chip (4) so verbunden ist, dass das Isoliersubstrat (2) in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher im Isoliersubstrat (2) die Leiterschichten (2b, 2c) eine Dicke von 0,4 mm oder größer aufweisen.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher im Isoliersubstrat (2) die Keramikplatte (2a) eine Dicke von 0,2 bis 0,635 mm aufweist.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Kühlsockel (6) Kupfer enthält.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Kühlsockel (6) eine Dicke von 2 bis 4 mm aufweist.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, enthaltend einen Kühlsockel (6), ein mit dem Kühlsockel (6) verlötetes Isoliersubstrat (2) und einen mit dem Isoliersubstrat (2) verlöteten Halbleiter-Chip (4), welches Isoliersubstrat (2) eine Keramikplatte (2a) und auf den beiden Oberflächen der Keramikplatte (2a) angeordnete Leiterschichten (2b, 2c) enthält, bei welchem der Halbleiter-Chip (4) mit einem bleifreien Lot auf das Isoliersubstrat (2) gelötet wird und das Isoliersubstrat (2) mit dem bleifreien Lot auf dem Kühlsockel (6) verlötet wird, nachdem der Kühlsockel (6) gewölbt wurde, so dass die Oberfläche auf der dem Isoliersubstrat (2) entgegengesetzten Seite konvex ist und durch das Verlöten annähernd eben gemacht wird, wobei im Isoliersubstrat (2) die mit dem Halbleiter-Chip (4) verbundene Leiterschicht (2b) eine Dicke aufweist, welche kleiner als diejenige der mit dem Kühlsockel (6) verbundenen Leiterschicht (2c) ist.
  12. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei welchem das bleifreie Lot einen Schmelzpunkt von 250°C oder niedriger hat.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei welchem das bleifreie Lot Zinn und mindestens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silber, Wismut, Indium, Antimon, Zink, Aluminium und Kupfer.
  14. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei welchem der Kühlsockel (6) in Abhängigkeit von der Art des Isoliersubstrats (2) gewölbt wird.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei welchem der Kühlsockel (6) in Abhängigkeit von der Verbindungsfläche zwischen dem Kühlsockel (6) und dem Isoliersubstrat (2) gewölbt wird.
  16. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, bei welchem das Isoliersubstrat (2) in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist und der Kühlsockel (6) in Abhängigkeit von der Verbindungsfläche zwischen dem Kühlsockel (6) und dem unterteilten Isoliersubstrat (2) gewölbt wird.
  17. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei welchem der Kühlsockel (6) in Abhängigkeit von der Dicke der Leiterschicht im Isoliersubstrat (2) gewölbt wird.
  18. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei welchem der Kühlsockel (6) in Abhängigkeit von dem Volumenverhältnis zwischen den auf den beiden Oberflächen der Keramikplatte (2a) im Isoliersubstrat (2) angeordneten Leiterschichten (2b, 2c) gewölbt wird.
  19. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei welchem der Kühlsockel (6) in Abhängigkeit von der Dicke der Keramikplatte (2a) im Isoliersubstrat (2) gewölbt wird.
  20. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei welchem der Kühlsockel (6) in Abhängigkeit von der Dicke des Kühlsockels gewölbt wird.
  21. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei welchem im Isoliersubstrat (2) die Leiterschichten (2b, 2c) eine Kupferfolie enthalten und die Keramikplatte (2a) Aluminiumoxid als einen Hauptbestandteil enthält.
  22. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei welchem der Kühlsockel (6) Kupfer enthält.
DE102006002452.4A 2005-01-19 2006-01-18 Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Active DE102006002452B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005-011369 2005-01-19
JP2005011369A JP4207896B2 (ja) 2005-01-19 2005-01-19 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006002452A1 DE102006002452A1 (de) 2006-07-27
DE102006002452B4 true DE102006002452B4 (de) 2014-06-26

Family

ID=36650778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006002452.4A Active DE102006002452B4 (de) 2005-01-19 2006-01-18 Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20060157862A1 (de)
JP (1) JP4207896B2 (de)
KR (2) KR101194429B1 (de)
CN (1) CN100589243C (de)
DE (1) DE102006002452B4 (de)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5224430B2 (ja) * 2006-03-17 2013-07-03 株式会社豊田中央研究所 パワー半導体モジュール
JP2008270485A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Toyota Industries Corp 半導体装置
US8253233B2 (en) * 2008-02-14 2012-08-28 Infineon Technologies Ag Module including a sintered joint bonding a semiconductor chip to a copper surface
CN101971329B (zh) * 2008-03-17 2012-11-21 三菱综合材料株式会社 带散热片的功率模块用基板及其制造方法、以及带散热片的功率模块、功率模块用基板
JP2009283741A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置
EP2265099B1 (de) * 2009-06-04 2013-11-27 Honda Motor Co., Ltd. Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
JP5512377B2 (ja) 2010-04-28 2014-06-04 本田技研工業株式会社 回路基板
JP5268994B2 (ja) * 2010-05-31 2013-08-21 三菱電機株式会社 半導体モジュールとその製造方法
CN102447018A (zh) * 2010-10-12 2012-05-09 柏腾科技股份有限公司 基板与散热结构的结合改良及其方法
EP2998992B1 (de) 2011-06-27 2019-05-01 Rohm Co., Ltd. Halbleitermodul
CN102856272A (zh) * 2011-06-27 2013-01-02 北京兆阳能源技术有限公司 一种绝缘散热电子组件
CN102916107A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 柏腾科技股份有限公司 复合散热板结构及应用其封装发光二极管的方法
JP5962752B2 (ja) * 2012-03-21 2016-08-03 富士電機株式会社 電力変換装置
DE102012205240B4 (de) * 2012-03-30 2016-08-04 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Substrats für mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement, Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls und Leistungshalbleitermodul
JP6044097B2 (ja) * 2012-03-30 2016-12-14 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板、冷却器付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール
US8941208B2 (en) * 2012-07-30 2015-01-27 General Electric Company Reliable surface mount integrated power module
US9293291B2 (en) 2012-08-31 2016-03-22 Samsung Display Co., Ltd. Flexible display device manufacturing method and carrier substrate for the method
CN103887246A (zh) * 2012-12-20 2014-06-25 浙江大学 具有新型接合层的电力电子模块散热结构
JP6085968B2 (ja) * 2012-12-27 2017-03-01 三菱マテリアル株式会社 金属部材付パワーモジュール用基板、金属部材付パワーモジュール、及び金属部材付パワーモジュール用基板の製造方法
JP5672324B2 (ja) 2013-03-18 2015-02-18 三菱マテリアル株式会社 接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法
JP6111764B2 (ja) * 2013-03-18 2017-04-12 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板の製造方法
JP6176320B2 (ja) * 2013-04-25 2017-08-09 富士電機株式会社 半導体装置
JP2015046236A (ja) * 2013-08-27 2015-03-12 東芝ライテック株式会社 発光装置及び照明装置
JP2015173215A (ja) * 2014-03-12 2015-10-01 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法
JP6384112B2 (ja) 2014-04-25 2018-09-05 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュール用基板
JP6451180B2 (ja) * 2014-09-26 2019-01-16 富士電機株式会社 半導体装置の製造装置及び半導体装置
WO2018017216A1 (en) * 2016-07-18 2018-01-25 Applied Materials, Inc. A method and material for cmos contact and barrier layer
WO2018021473A1 (ja) * 2016-07-28 2018-02-01 株式会社 東芝 回路基板および半導体モジュール
KR102422070B1 (ko) * 2017-03-29 2022-07-15 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 히트 싱크가 부착된 절연 회로 기판의 제조 방법
US11457513B2 (en) 2017-04-13 2022-09-27 Bradford White Corporation Ceramic heating element
CN108417501B (zh) 2018-03-05 2020-03-24 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率模块及其制备方法
JP7334464B2 (ja) 2019-05-15 2023-08-29 富士電機株式会社 半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法および段差冶具
JP7320446B2 (ja) * 2019-12-27 2023-08-03 株式会社 日立パワーデバイス 半導体装置およびその製造方法
US11610861B2 (en) * 2020-09-14 2023-03-21 Infineon Technologies Austria Ag Diffusion soldering with contaminant protection
US11439039B2 (en) 2020-12-07 2022-09-06 Hamilton Sundstrand Corporation Thermal management of electronic devices on a cold plate
CN113620234B (zh) * 2021-05-28 2024-01-12 上海曦智科技有限公司 芯片封装结构、控制方法以及光计算设备
CN113539995B (zh) * 2021-07-16 2024-04-12 威星国际半导体(深圳)有限公司 一种高导热率碳化硅器件封装结构及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4806309A (en) * 1988-01-05 1989-02-21 Willard Industries, Inc. Tin base lead-free solder composition containing bismuth, silver and antimony
JP2003046032A (ja) * 2001-07-26 2003-02-14 Hitachi Ltd 銅複合材放熱基板、半導体パワーモジュール及びその製造方法
US20030173660A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-18 Yukihiro Kitamura Ceramic circuit board and power module
JP2004140199A (ja) * 2002-10-18 2004-05-13 Denki Kagaku Kogyo Kk モジュール構造体とその製造方法
US20040194861A1 (en) * 2001-08-23 2004-10-07 Dowa Mining Co., Ltd. Radiation plate and power semiconductor module ic package
US20040232544A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-25 Eiji Mochizuki Semiconductor device and method of manufacturing the same

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3829598A (en) * 1972-09-25 1974-08-13 Hutson Ind Inc Copper heat sinks for electronic devices and method of making same
JPH0277143A (ja) 1988-09-13 1990-03-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
US5043796A (en) * 1990-02-06 1991-08-27 Motorola, Inc. Isolating multiple device mount with stress relief
JPH0496355A (ja) * 1990-08-13 1992-03-27 Meidensha Corp 半導体デバイスの製造方法
US5328751A (en) * 1991-07-12 1994-07-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Ceramic circuit board with a curved lead terminal
KR100307465B1 (ko) * 1992-10-20 2001-12-15 야기 추구오 파워모듈
US5344607A (en) * 1993-06-16 1994-09-06 International Business Machines Corporation Lead-free, high tin, ternary solder alloy of tin, bismuth, and indium
US5985212A (en) * 1996-12-12 1999-11-16 H-Technologies Group, Incorporated High strength lead-free solder materials
EP0935286A4 (de) * 1997-05-26 2008-04-09 Sumitomo Electric Industries Kupfer-schaltungsverbindungssubstrat und seine herstellung
US6060772A (en) * 1997-06-30 2000-05-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Power semiconductor module with a plurality of semiconductor chips
CA2255441C (en) * 1997-12-08 2003-08-05 Hiroki Sekiya Package for semiconductor power device and method for assembling the same
JP2000153388A (ja) * 1998-09-14 2000-06-06 Murata Mfg Co Ltd はんだ付け物品
MY116246A (en) * 1999-01-28 2003-12-31 Murata Manufacturing Co Lead-free solder and soldered article
EP1315205A4 (de) * 2000-08-09 2009-04-01 Mitsubishi Materials Corp Leistungsmodul und leistungsmodul mit kühlkörper
JP4756200B2 (ja) * 2000-09-04 2011-08-24 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 金属セラミックス回路基板
JP2002203942A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Fuji Electric Co Ltd パワー半導体モジュール
US6784086B2 (en) * 2001-02-08 2004-08-31 International Business Machines Corporation Lead-free solder structure and method for high fatigue life
JP2002246515A (ja) * 2001-02-20 2002-08-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
US7069645B2 (en) * 2001-03-29 2006-07-04 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing a circuit board
JP2003163315A (ja) * 2001-11-29 2003-06-06 Denki Kagaku Kogyo Kk モジュール
JP3964659B2 (ja) * 2001-11-30 2007-08-22 松下電器産業株式会社 荷電性粒子およびその製造方法ならびに電子回路基板
JP2003198117A (ja) * 2001-12-28 2003-07-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd はんだ付け方法および接合構造体
JP2003204020A (ja) * 2002-01-04 2003-07-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP4113971B2 (ja) * 2002-07-30 2008-07-09 株式会社豊田自動織機 低膨張材料及びその製造方法
JP2004356625A (ja) * 2003-05-06 2004-12-16 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP4664816B2 (ja) * 2003-09-25 2011-04-06 株式会社東芝 セラミック回路基板、その製造方法およびパワーモジュール
US7532481B2 (en) * 2004-04-05 2009-05-12 Mitsubishi Materials Corporation Al/AlN joint material, base plate for power module, power module, and manufacturing method of Al/AlN joint material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4806309A (en) * 1988-01-05 1989-02-21 Willard Industries, Inc. Tin base lead-free solder composition containing bismuth, silver and antimony
JP2003046032A (ja) * 2001-07-26 2003-02-14 Hitachi Ltd 銅複合材放熱基板、半導体パワーモジュール及びその製造方法
US20040194861A1 (en) * 2001-08-23 2004-10-07 Dowa Mining Co., Ltd. Radiation plate and power semiconductor module ic package
US20030173660A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-18 Yukihiro Kitamura Ceramic circuit board and power module
JP2004140199A (ja) * 2002-10-18 2004-05-13 Denki Kagaku Kogyo Kk モジュール構造体とその製造方法
US20040232544A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-25 Eiji Mochizuki Semiconductor device and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120032497A (ko) 2012-04-05
US20140080262A1 (en) 2014-03-20
CN1815720A (zh) 2006-08-09
KR101194429B1 (ko) 2012-10-24
CN100589243C (zh) 2010-02-10
JP4207896B2 (ja) 2009-01-14
US9269644B2 (en) 2016-02-23
KR20060084373A (ko) 2006-07-24
JP2006202884A (ja) 2006-08-03
KR101402924B1 (ko) 2014-06-02
DE102006002452A1 (de) 2006-07-27
US20060157862A1 (en) 2006-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006002452B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10066442B4 (de) Halbleitervorrichtung mit Abstrahlungs-Struktur
DE102009002065B4 (de) Lot mit intermetallische Phase aufweisenden Teilchen, Verfahrenzur Herstellung eines solchen Lots, Leistungshalbleitermodulmit stabiler Lötverbindung und Verfahren zur Herstellungeines solchen Leistungshalbleitermoduls
DE102017203024B4 (de) Leistungshalbleitermodul
DE112017000184T5 (de) Lotverbindung
DE3835767C2 (de)
DE102005002767A1 (de) Halbleiteranordnung
DE3221199A1 (de) Halbleiteranordnung des isolierten typs
DE102014223863B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtungen
DE112016007464B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE112018001741T5 (de) Halbleiteranordnung Verfahren zu dessen Herstellung undLeistungswandlervorrichtung
DE2109191A1 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102020122125A1 (de) Halbleitermodul
DE112016007096B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102006005271B4 (de) Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Lötlegierung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE3243689C2 (de)
DE2632154C2 (de) Kombinierte Trag- und Wärmeabstrahlplatte für ein angelötetes Halbleiterbauelement
DE2937051A1 (de) Flachpaket zur aufnahme von elektrischen mikroschaltkreisen und verfahren zu seiner herstellung
DE1052572B (de) Elektrodensystem, das einen halbleitenden Einkristall mit wenigstens zwei Teilen verschiedener Leitungsart enthaelt, z. B. Kristalldiode oder Transistor
DE112020002845T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE69115799T2 (de) Herstellung von Halbleiterpackungen
DE4300516C2 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102019135373A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE1113519B (de) Siliziumgleichrichter fuer hohe Stromstaerken
DE112021001324T5 (de) Halbleitervorrichtung und verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., TOKYO/TOKIO, JP

8110 Request for examination paragraph 44
R082 Change of representative

Representative=s name: MERH-IP MATIAS ERNY REICHL HOFFMANN, DE

Representative=s name: MERH-IP MATIAS ERNY REICHL HOFFMANN, 80336 MUENCHE

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R020 Patent grant now final

Effective date: 20150327

R084 Declaration of willingness to licence