DE102008023711A1 - Halbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls - Google Patents

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Abstract

Halbleitermodul mit verbesserter Kühlwirkung. Eine Metallfolie (11) ist mit der unteren Fläche einer Isolierplatte (10) verbunden, eine Metallfolie (12) ist mit der oberen Fläche der Isolierplatte (10) verbunden und Halbleitervorrichtungen (14, 15) sind mit der Metallfolie (12) verbunden. Ein Harzgehäuse (20) umgibt die Metallfolie (11), Isolierplatte (10), Metallfolie (12) und Halbleitervorrichtungen (14, 15) auf der Seite oberhalb der unteren Fläche der Metallfolie (11), und Epoxyharz (30) ist in den Raum zwischen der Innenfläche des Harzgehäuses (20) und der äußeren Umfangsrandfläche der Metallfolie (11) und den Außenflächen der Isolierplatte (10), Metallfolie (12) und Halbleitervorrichtungen (14, 15) gepackt. Mittels der unteren Fläche der Metallfolie (11) und des von dem Harzgehäuse (20) freiliegenden Epoxyharzes (30) wird eine ebene Fläche (22) gebildet, die in engen Kontakt mit einem Kühlelement (40) gebracht werden kann. Dadurch wird ein mit Halbleitervorrichtungen bestücktes Halbleitermodul geschaffen, das ein geringes Gewicht, eine kleinere Baugröße und geringere Kosten hat, eine angemessene Kühlwirkung aufweist und das mit Halbleitervorrichtungen mit höherer Leistung bestückt werden kann.

Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Halbleitermodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls und betrifft insbesondere ein Halbleitermodul, auf dem Leistungshalbleitervorrichtungen montiert sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleitermoduls.
  • In Wechselrichtervorrichtungen, unterbrechungsfreien Stromversorgungsvorrichtungen, Zerspanungsmaschinen, Industrierobotern und anderen Geräten werden Halbleitermodule eingesetzt, die von der Haupteinheit des Gerätes unabhängig sind.
  • Für den Aufbau derartiger Halbleitermodule wird allgemein eine Metallgrundplatte mit vorgeschriebener Dicke als ein Sockel verwendet, und ein Gehäuse, in dem Leistungshalbleitervorrichtungen montiert sind, wird auf der Metallgrundplatte vorgesehen (siehe beispielsweise JP 2003-289130 A ). Als Beispiel zeigt 7 eine schematische Darstellung eines Halbleitermoduls, bei dem eine Metallgrundplatte als Sockel verwendet wird.
  • Dieses Halbleitermodul 100 verwendet eine Metallgrundplatte 101 mit mehreren Millimetern Dicke als Sockel; auf die Metallgrundplatte 101 ist eine Metallfolie 103 mit einer dazwischenliegenden Lotschicht 102 aufgebracht. Auf der Metallfolie 103 und mit ihr verbunden ist eine Isolierplatte 104, und auf der Isolierplatte 104 und mit ihr verbunden sind Metallfolien 105, 106. Ferner sind auf die Metallfolien 105, 106 Halbleitervorrichtungen 109, 110 mit dazwischenliegenden Lotschichten 107, 108 aufgebracht. Hier sind die Halbleitervorrichtungen 109, 110 beispielsweise IGBTs (Isolierschicht-Bipolartransistoren), FWDs (Freilaufdioden) oder andere Vorrichtungen. Auf die Halbleitervorrichtungen 109, 110 sind Wärmeverteiler 113, 114 mit dazwischenliegenden Lotschichten 111, 112 aufgebracht. Ein Harzgehäuse 115, das so formgegossen ist, dass es die Halbleitervorrichtungen 109, 110 und Ähnliches umgibt, ist durch den oberen Rand der Metallgrundplatte 101 in seiner Position fixiert.
  • Obgleich nicht dargestellt sind Metalldrähte, Anschlussstifte und Ähnliches am Umfang der Halbleitervorrichtungen 109 und 110 angeordnet; beispielsweise sind Elektroden der Halbleitervorrichtungen 109, 110 mit einem auf der Isolierplatte 104 gebildeten Schaltungsmuster elektrisch verbunden oder elektrische Verbindungen sind zwischen Elektroden der Halbleitervorrichtungen 109, 110 gebildet.
  • Ferner ist das Innere des Harzgehäuses 115 mit einem Gel 116 gefüllt, um den Kontakt zwischen Metalldrähten und Ähnlichem zu verhindern und die Halbleitervorrichtungen 109, 110 und Ähnliches gegen Nässe, Feuchtigkeit und Staub zu schützen.
  • Ein Kühlelement 130 ist unter dem Halbleitermodul 100 angeordnet, Schrauben oder ähnliches sind durch in dem Harzgehäuse 115 und der Metallgrundplatte 101 vorgesehene Löcher 117 geführt und durch Festziehen der Schrauben oder dergleichen wird die Metallgrundplatte 101 in engen Kontakt mit dem Kühlelement 130 gebracht.
  • Es kommt vor, dass durch Festziehen der Schrauben oder dergleichen das Harzgehäuse in der Nähe der Löcher 117 beschädigt wird; um eine derartige Beschädigung zu verhindern, sind Metallverstärkungsringe 118 an der Innenseite der Löcher 117 in dem Harzgehäuse 115 vorgesehen.
  • Ein derartiges Halbleitermodul 100 verwendet jedoch eine dicke Metallgrundplatte 101 als einen Sockel, so dass das Gewicht und die Größe des Halbleitermoduls nicht vermindert werden können.
  • Kürzlich wurde ein Halbleitermodul kleiner Größe offenbart, das keine Metallgrundplatte 101 als Sockel verwendet (siehe beispielsweise Komatsu, Saotome und Igawa, "Shou youryou IGBT mojuru (IGBT-Modul mit kleiner Kapazität)", Fuji Jihou, Bd. 78, Nr. 4, 2005, Seiten 260–263).
  • 8 ist eine schematische Darstellung eines Halbleitermoduls, das keine Metallgrundplatte verwendet.
  • Dieses Halbleitermodul 200 ist auf einer Isolierplatte 104, einer unter der Isolierplatte 104 gebildeten Metallfolie 103 und oberhalb der Isolierplatte 104 gebildeten Metallfolien 105, 106 gegründet. Auf den Metallfolien 105, 106 sind Halbleitervorrichtungen 109, 110 mit dazwischenliegenden Lotschichten 107, 108 angebracht. Bei diesem Typ eines Halbleitermoduls 200 wird ein Harzgehäuse 115, das so formgegossen ist, dass es die Halbleitervorrichtungen 109, 110 umgibt, von dem oberen Rand der Isolierplatte 104 in seiner Position fixiert. Das Innere des Harzgehäuses 115 ist in ähnlicher Weise mit einem Gel 116 gefüllt, das ein Silikonmaterial enthält.
  • Bei einem derartigen Halbleitermoduls 200 braucht keine dicke Metallgrundplatte als Sockel verwendet zu werden, so dass das Halbleitermodul leichter und kompakter ausgeführt werden kann und die Kosten reduziert werden können.
  • Da bei einem Halbleitermodul 200 dieses Typs keine Metallgrundplatte vorhanden, ist ein Metallhaken 119 für den Einbau an einem Seitenabschnitt des Harzgehäuses 115 separat vorgesehen ist. Eine Schraube oder dergleichen wird durch den Metallhaken 119 geführt und durch Festziehen der Schraube oder dergleichen wird das Halbleitermodul 200 an dem Kühlelement 130 befestigt.
  • Bei dem Aufbau eines in 8 gezeigten Halbleitermoduls 200 wird jedoch ein weiches Gel 116, das ein Silikonmaterial enthält, als das Versiegelungsmaterial in dem Harzgehäuse 115 verwendet.
  • Wenn eine Schraube verwendet wird, um das mit einem derartigen Gel 116 versiegelte Halbleitermodul fest an dem Kühlelement 130 zu befestigen, treten in der Isolierplatte 104 innerhalb des Halbleitermoduls 200 übermäßige Spannungen auf und in einigen Fällen wird die Isolierplatte 104 beschädigt. Das heißt, dass deshalb, weil das Gel 116 weich ist, eine Verformung (Verwindung) der Isolierplatte 104 nicht unterdrückt werden kann, so dass die Isolierplatte 104 beschädigt wird.
  • Um eine derartige Beschädigung zu vermeiden, muss das Halbleitermodul 200 an dem Kühlelement 130 in einem Ausmaß befestigt werden, dass keine Beschädigung der Isolierplatte 104 auftritt. Somit kann bei diesem Aufbau eines Halbleitermoduls 200 die Metallfolie 103 nicht fest in engen Kontakt mit dem Kühlelement 130 gebracht werden, so dass das Problem auftritt, dass eine angemessene Kühlwirkung nicht erzielt wird.
  • Ferner wird in dem Halbleitermodul 200 jedes Mal dann, wenn die Halbleitervorrichtungen 109, 110 betrieben werden, Wärme abgegeben, und diese Wärme verursacht ferner eine Verformung der Isolierplatte 104. Wenn somit das Halbleitermodul 200 über eine lange Zeitperiode verwendet wird, wird die Verformung der Isolierplatte 104 wiederholt, so dass das Problem auftrat, dass sich die Lotschichten 107, 108 unmittelbar unter den Halbleitervorrichtungen 109, 110 ablösen.
  • Ferner wird in einem derartigen Halbleitermodul 200 die Dicke der Isolierplatte 104 erhöht, um eine angemessene mechanische Festigkeit sicherzustellen (beispielsweise auf annähernd 0,6 mm oder größer).
  • Bei einem eine derartig dicke Isolierplatte 104 verwendenden Halbleitermodul 200 besteht jedoch eine Beschränkung der Wärmeleitfähigkeit von den unteren Flächen der Halbleitervorrichtungen 109, 110 zu dem Kühlelement 130, so dass das Problem entstand, dass Hochleistungs-Halbleitervorrichtungen nicht in derartige Halbleitermodule integriert werden konnten.
  • Auch erfordert dieser Aufbau eines Halbleitermoduls 200 den zusätzlichen Herstellungsschritt des separaten Einbaus eines Metallhakens 119 für die Montage des Harzgehäuses 115.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleitermodul zu schaffen, bei dem reduziertes Gewicht, kleinere Baugröße und geringere Kosten für ein Halbleitermodul erreicht werden, in dem Leistungshalbleitervorrichtungen montiert sind, das eine angemessene Kühlwirkung aufweist und in dem Hochleistungs-Halbleitervorrichtungen montiert werden können Aufgabe ist es ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls zu schaffen.
  • Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1 bzw. 6. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Dabei sind auch andere Kombinationen von Merkmalen als in den Ansprüchen beansprucht möglich.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft diese Erfindung ein Halbleitermodul, enthaltend eine Isolierplatte; eine erste Metallfolie, die mit einer ersten Hauptfläche der Isolierplatte verbunden ist; mindestens eine zweite Metallfolie, die mit einer zweiten Hauptfläche der Isolierplatte verbunden ist; mindestens eine Halbleitervorrichtung, die auf der zweiten Metallfolie verbunden ist; ein Harzgehäuse, das die erste Metallfolie, die Isolierplatte, die zweite Metallfolie und die Halbleitervorrichtung auf der Seite oberhalb der unteren Fläche der ersten Metallfolie umgibt; und Harz, das in den Raum zwischen der Innenseite des Harzgehäuses und die äußere Umfangsrandfläche der ersten Metallfolie und die Außenflächen der Isolierplatte, der zweiten Metallfolie und der Halbleitervorrichtung gepackt ist; wobei mittels der unteren Fläche der ersten Metallfolie und des von dem Harzgehäuse freiliegenden Harzes eine ebene Fläche gebildet ist, die in engen Kontakt mit einem äußeren verbundenen Element gebracht werden kann.
  • Ferner schafft diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls, enthaltend die Schritte: Herstellen einer Platine, die eine Isolierplatte, eine mit der ersten Hauptfläche der Isolierplatte verbundene erste Metallfolie und mindestens eine mit einer zweiten Hauptfläche der Isolierplatte verbundene zweite Metallfolie aufweist; Montieren mindestens einer Halbleitervorrichtung auf der zweiten Metallfolie; Platzieren eines Harzgehäuses, das die erste Metallfolie, die Isolierplatte, die zweite Metallfolie und die Halbleitervorrichtung auf der Seite oberhalb der unteren Seite der ersten Metallfolie umgibt, auf der Platine; Gießen von Harz in Pastenform in den Raum zwischen der Innenseite des Harzgehäuses und der äußeren Umfangsrandfläche der ersten Metallfolie und den Außenflächen der Isolierplatte, der zweiten Metallfolie und der Halbleitervorrichtungen; und Warmhärten des eingegossenen Harzes, wobei eine ebene Fläche, die in engen Kontakt mit einem äußeren verbundenen Element gebracht werden kann, mittels der unteren Fläche der ersten Metallfolie und des von dem Harzgehäuse freiliegenden Harzes gebildet wird.
  • Bei dem Halbleitermodul und dem Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls ist die erste Metallfolie mit der ersten Hauptfläche der Isolierplatte verbunden, mindestens eine zweite Metallfolie ist mit einer zweiten Hauptfläche der Isolierplatte verbunden und mindestens eine Halbleitervorrichtung ist auf der zweiten Metallfolie befestigt (gebondet). Ferner umgibt ein Harzgehäuse die erste Metallfolie, die Isolierplatte, die zweite Metallfolie und die Halbleitervorrichtung auf der Seite oberhalb der unteren Fläche der ersten Metallfolie und Harz wird in den Raum zwischen der Innenseite des Harzgehäuses und die äußere Umfangsrandfläche der ersten Metallfolie und die Außenflächen der Isolierplatte, der zweiten Metallfolie und der Halbleitervorrichtungen gepackt. Ferner wird mittels der unteren Fläche der ersten Metallfolie und des vom Harzgehäuse freiliegenden Harzes eine ebene Fläche gebildet, die in engen Kontakt mit einem äußeren verbundenen Element gebracht werden kann.
  • In einem Halbleitermodul und einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls gemäß dieser Erfindung wird eine erste Metallfolie mit einer ersten Hauptfläche einer Isolierplatte verbunden, mindestens eine zweite Metallfolie wird mit einer zweiten Hauptfläche der Isolierplatte verbunden und mindestens eine Halbleitervorrichtung wird auf der zweiten Metallfolie verbunden. Ferner umgibt ein Harzgehäuse die erste Metallfolie, die Isolierplatte, die zweite Metallfolie und die Halbleitervorrichtung auf der Seite oberhalb der unteren Fläche der ersten Metallfolie und Harz wird in den Raum zwischen der Innenfläche des Harzgehäuses und die äußere Umfangsrandfläche der ersten Metallfolie und die Außenflächen der Isolierplatte, der zweiten Metallfolie und der Halbleitervorrichtung gepackt. Ferner wird mittels der unteren Fläche der ersten Metallfolie und des vom Harzgehäuse freiliegenden Harzes eine ebene Fläche gebildet, die in engen Kontakt mit einem äußeren verbundenen Element gebracht werden kann.
  • Dadurch können ein Halbleitermodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls verwirklicht werden, bei welchen das Halbleitermodul, in welchem Leistungshalbleitervorrichtungen montiert sind, ein geringes Gewicht, eine kleine Baugröße und niedrige Kosten aufweist, eine angemessene Kühlwirkung erzielt und mit Hochleistungs-Halbleitervorrichtungen bestückt werden kann.
  • Nachfolgend werden Aspekte der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Darstellung von Hauptteilen, die die Konfiguration eines Halbleitermoduls erläutert;
  • 2 ist eine erste Darstellung, die einen Prozess in einem Herstellungsverfahren für ein Halbleitermodul erläutert;
  • 3 ist eine zweite Darstellung, die einen Prozess in einem Herstellungsverfahren für ein Halbleitermodul erläutert;
  • 4 ist eine dritte Darstellung, die einen Prozess in einem Herstellungsverfahren für ein Halbleitermodul erläutert;
  • 5 erläutert den Aufbau einer zu einer konvexen Form verformten Platine;
  • 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung von wesentlichen Teilen, die ein modifiziertes Beispiel eines Halbleitermoduls erläutert;
  • 7 ist eine schematische Darstellung eines Halbleitermoduls, welches eine Metallgrundplatte als Sockel verwendet; und
  • 8 ist eine schematische Darstellung eines Halbleitermoduls, das keine Metallgrundplatte verwendet.
  • Zunächst wird die Konfiguration eines Halbleitermoduls erklärt.
  • 1 ist eine schematische Darstellung von Hauptteilen, die zur Erklärung der Konfiguration eines Halbleitermoduls dient. In (A) ist hier eine schematische Darstellung der oberen Flächen von Hauptabschnitten eines Halbleitermoduls 1 gezeigt, und in (B) ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts der Hauptabschnitte des Halbleitermoduls 1 gezeigt. In (C) ist eine schematische Darstellung der unteren Flächen der Hauptabschnitte des Halbleitermoduls 1 gezeigt.
  • In (B) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A–B in den Darstellungen (A) und (C) gezeigt. In den Darstellungen (A) und (B) ist ein Zustand dargestellt, in welchem ein Kühlelement 40 (Kühlrippen), welches das äußere verbundene Element darstellt, mit der unteren Fläche des Halbleitermoduls 1 verbunden ist. In (C) ist jedoch das Kühlelement 40 nicht gezeigt, um die untere Fläche des Halbleitermoduls 1 deutlich darzustellen.
  • In dem gezeigten Halbleitermodul 1 ist eine Platine aus einer rechteckigen Isolierplatte 10, einer Metallfolie 11, die durch ein DCB-Verfahren (Direct Copper Bonding) auf der unteren Fläche der Isolierplatte 10 gebildet ist, und mindestens eine weitere Metallfolie 12 (in 1 zwei Metallfolien 12) gebildet, die durch dasselbe DCB-Verfahren auf der oberen Fläche der Isolierplatte 10 gebildet ist; und mindestens eine Halbleitervorrichtung 14, 15 ist auf den Metallfolien 12 mit einer dazwischenliegenden bleifreien Lotschicht 13 auf Zinn (Sn)-Silber (Ag)-Basis montiert. Hier ist die Isolierplatte 10 beispielsweise aus Aluminiumoxid-Sinterkeramik (Al2O3) gebildet, und die Metallfolien 11, 12 sind aus Metall gebildet, dessen Hauptbestandteil Kupfer (Cu) ist. Die Halbleitervorrichtungen 14, 15 sind beispielsweise IGBT-Vorrichtungen, FWD-Vorrichtungen, Leistungs-MOSFETs (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren) und/oder andere Leistungshalbleitervorrichtungen.
  • Ferner sind Wärmeverteiler 16, deren Hauptbestandteil Kupfer ist, über eine Lotschicht 17 mit derselben Zusammensetzung auf den Oberflächenelektroden (nicht dargestellt) mit diesen verbunden, die auf den oberen Flächen der Halbleitervorrichtungen 14, 15 angeordnet sind.
  • In dem Halbleitermodul 1 wird eine Isolierplatte mit einer Dicke von annähernd 0,35 mm oder weniger als Isolierplatte 10 verwendet, um den Wärmeableitweg von den unteren Flächen der Halbleitervorrichtungen 14, 15 zu der oberen Fläche des Kühlelements 40 zu verkürzen. Ferner ist die Dicke der mit den Hauptflächen der Isolierplatte 10 verbundenen Metallfolien 11, 12 dicker als die in 7 und 8 gezeigten Metallfolien 103, 105, 106, die beispielsweise eine Dicke von 0,5 bis 0,6 mm haben.
  • Insbesondere in 1 sind, obgleich nicht dargestellt, eine Vielzahl von anderen Halbleitervorrichtungen als die Halbleitervorrichtungen 14, 15 (z. B. IGBT-Vorrichtungen, FWD-Vorrichtungen, Leistungs-MOSFETs und Ähnliche) auf der Isolierplatte 10 montiert, und zusätzlich zu den Metallfolien 12 sind eine Vielzahl von Elektrodenanschlüssen und Ähnliches auf der Isolierplatte 10 angeordnet. Am Umfang der Halbleitervorrichtungen 14, 15 sind Metalldrähte, Anschlussstifte und Ähnliches angeordnet, um beispielsweise die Elektroden der Halbleitervorrichtungen 14, 15 und die entsprechenden Metallfolien elektrisch zu verbinden oder um die Elektroden der Halbleitervorrichtungen 14, 15 unter Verwendung von Metalldrähten miteinander zu verbinden.
  • Ferner ist ein formgegossenes Harzgehäuse 20 am Halbleitermodul 1 vorgesehen, so dass es die Metallfolie 11, die Isolierplatte 10, Metallfolien 12, Halbleitervorrichtungen 14, 15 und die Wärmeverteiler 16 oberhalb der unteren Fläche 11a der Metallfolie 11 umgibt.
  • Hier ist das Material des Harzgehäuses 20 beispielsweise PPS (Polyphenylensulfid). Ferner sind Befestigungsabschnitte 20a zur Verschraubung an einem Seitenabschnitt des Harzgehäuses 20 vorgesehen, um so die Montage des Halbleitermoduls 1 auf dem Kühlelement 40 zu erlauben. Die Befestigungsabschnitte 20a sind einstückig mit dem Harzgehäuse 20 formgegossen und verlaufen von den Seitenflächen des Harzgehäuses 20 nach außen.
  • Ein sehr starres Epoxyharz 30 ist in den Raum zwischen der Innenfläche des Harzgehäuses 20 und der äußeren Umfangsrandfläche der Metallfolie 11 und den Außenflächen der Isolierplatte 10, der Metallfolien 12, der Halbleitervorrichtungen 14, 15 und der Wärmeverteiler 16 gepackt (gegossen). Die untere Fläche der Metallfolie 11 liegt jedoch frei unbedeckt von dem Epoxyharz 30.
  • Dieses Epoxyharz 30 wird durch eine Harzeinlauföffnung 20b gegossen, die in der Mitte der oberen Fläche des Harzgehäuses 20 vorgesehen ist, um die Halbleitervorrichtungen 14, 15, die Isolierplatte 10 und Ähnliches (Einzelheiten sind nachstehend erörtert) zu versiegeln. Ferner wird das Epoxyharz 30 so gepackt, dass es ins Innere der Befestigungsabschnitte 20a eintritt. Löcher 21, durch welche Schraubbolzen oder andere Gewindeabschnitte geführt werden können, sind die Befestigungsabschnitte 20a und das die Befestigungsabschnitte 20a füllende Epoxyharz 30 durchdringend gebildet.
  • Das Epoxyharz 30 wird auf die gleiche Höhe wie die untere Fläche 11a der Metallfolie 11 gebracht. Eine breite ebene Fläche 22 wird mittels einer Außenfläche 30a, die von dem vom Harzgehäuse 20 freiliegenden Epoxyharz 30 gebildet ist, und durch die untere Fläche 11a der Metallfolie gebildet. Das heißt, dass die ebene Fläche 22, die sich aus der äußeren Fläche 30a des Epoxyharzes 30 und der unteren Fläche 11a der Metallfolie 11 zusammensetzt, die Bodenfläche des Halbleitermoduls 1 wird. Durch Vorsehen der ebenen Fläche 22 kann das Halbleitermodul 1 an der Bodenfläche in festen und engen Kontakt mit dem Kühlelement 40 gebracht werden. Das vorstehend beschriebene Epoxyharz 30 enthält einen anorganischen Füllstoff, der nicht dargestellt ist.
  • Ferner ist in dem Halbleitermodul der Wärmeausdehnungskoeffizient des Epoxyharzes 30 so eingestellt, dass er soweit möglich an die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallfolien 11, 12 angepasst ist. Wenn beispielsweise der Wärmeausdehnungskoeffizient der aus Kupfer hergestellten Metallfolien 11, 12 annähernd 16,5 ppm/K ist, dann ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des in das Harzgehäuse 20 gepackten Epoxyharzes 30 annähernd 15 ppm/K. Dadurch treten, wenn beispielsweise das Halbleitermodul 1 betrieben wird, auch dann, wenn die Ausdehnung und Kontraktion der Metallfolien 11, 12 auftritt, keine lokalen Spannungen in der Isolierplatte 10 oder an den Halbleitervorrichtungen 14, 15 auf, da die Wärmeausdehnungskoeffizienten abgestimmt sind.
  • Obgleich ferner die Wärmeleitfähigkeit des in der Vergangenheit als Versiegelungsmaterial verwendeten Silikongels annähernd 0,3 W/mK beträgt, ist die Wärmeleitfähigkeit des in das Harzgehäuse 20 gepackten Epoxyharzes 30 auf annähernd 1 W/mK eingestellt. Somit wird durch die Halbleitervorrichtungen 14, 15 in dem Halbleitermodul 1 erzeugte Wärme auf der Seite des Kühlelements 40 abgeleitet und wird ferner auf der Seite des Epoxyharzes 30 abgeleitet. Als Resultat wird die von den Halbleitervorrichtungen 14, 15 erzeugte Wärme oberhalb des Halbleitermoduls 1 und in seitliche Richtungen verteilt, so dass das Halbleitermodul eine bessere Kühlwirkung hat
  • Das Halbleitermodul 1 ist mit dem Kühlelement 40 verbunden, indem Schrauben oder ähnliches durch die Löcher 21 geführt werden und mit dem Kühlelement 40 verschraubt werden.
  • Zur weiteren Förderung der Kühlwirkung kann eine Thermo-Verbindung bzw. wärmeleitende Masse (nicht dargestellt) oder ähnliches zwischen der Bodenfläche des Halbleitermoduls 1 und der oberen Fläche des Kühlelements 40 aufgetragen sein.
  • Mittels dieses Aufbaus des Halbleitermoduls 1 sind die Außenflächen der Isolierplatte 10, Metallfolien 11, 12 und Halbleitervorrichtungen 14, 15 durch sehr starres Epoxyharz 30 gestützt.
  • Genauer ausgedrückt wird ein sehr starres Epoxyharz 30 in den Raum zwischen der Innenfläche des Harzgehäuses 20 und der äußeren Umfangsrandfläche der Metallfolie 11 und den Außenflächen der Isolierplatte 10, Metallfolien 12 und Halbleitervorrichtungen 14, 15 gepackt. Eine breite ebene Fläche 22 wird von einer Außenfläche 30a, die von dem von dem Harzgehäuse 20 freiliegenden Epoxyharz 30 gebildet wird, und von der unteren Fläche 11a der Metallfolie 11 gebildet. Des Weiteren wird diese ebene Fläche 22 mit der oberen Fläche des Kühlelements 40 in Kontakt gebracht.
  • Ein Befestigungsabschnitt 20a, der einstückig mit dem Harzgehäuse 20 gebildet ist, erstreckt sich von einer Seitenfläche des Harzgehäuses 20, und das Innere der Befestigungsabschnitte 20a ist ebenfalls mit dem hoch harten Epoxyharz 30 gepackt.
  • Mittels dieses Aufbaus des Halbleitermoduls 1 kann das gesamte Halbleitermodul 1 durch Schrauben oder dergleichen fest an dem Kühlelement 40 befestigt werden, indem Schrauben oder dergleichen durch die in einem Seitenabschnitt des Harzgehäuses 20 vorgesehenen Löcher 21 geführt werden. Und mittels dieser festen Befestigung können die ebene Fläche 22 und die oberen Fläche des Kühlelements 40 in festen und engen Kontakt gebracht werden. Als Resultat kann eine bessere Kühlwirkung für das Halbleitermodul 1 sichergestellt werden.
  • Da an dem Halbleitermodul 1 eine breite ebene Fläche 22 gebildet ist, wird auch dann, wenn das gesamte Halbleitermodul 1 mittels einer Schraube oder dergleichen fest am Kühlelement 40 befestigt ist, der Kontaktdruck gleichmäßig über die ebene Fläche 22 verteilt. Als Resultat treten auch dann, wenn das gesamte Halbleitermodul 1 mittels einer Schraube oder dergleichen fest an dem Kühlelement 40 befestigt ist, keine lokalen Spannungen in der Isolierplatte 10 auf, eine Verformung der Isolierplatte 10 wird vermieden und die Beschädigung der Isolierplatte 10 wird verhindert.
  • Ferner wird auch dann, wenn während des Betriebs der Halbleitervorrichtungen 14, 15 erzeugte Wärme eine Verformung der Isolierplatte 10 hervorrufen würde, da innerhalb der Isolierplatte 10 auftretende Spannungsbelastungen innerhalb des Epoxyharzes 30 wie vorstehend beschrieben verteilt werden, eine Verformung der Isolierplatte 10 während des Betriebs der Halbleitervorrichtungen 14, 15 unterdrückt und eine Beschädigung der Isolierplatte 10 wird verhindert.
  • Da des weiteren die Verformung der Isolierplatte 10 unterdrückt wird, kann ebenfalls die Ablösung oder dergleichen der Lotschicht 13 unmittelbar unterhalb der Halbleitervorrichtungen 14, 15 verhindert werden.
  • Das Innere der Befestigungsabschnitte 20a ist mit hoch starrem Epoxyharz 30 gefüllt, was deren Festigkeit verstärkt. Auch wenn Schrauben oder dergleichen direkt durch die Löcher 21 geführt werden und fest angezogen werden, tritt keine Beschädigung der Befestigungsabschnitte 20a auf. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, wie in 7 gezeigt einen Metallring 118 an der Innenseite der Löcher 21 zur Verstärkung vorzusehen.
  • In dem Halbleitermodul 1 wird keine dicke Metallgrundplatte 101 verwendet, wie dies in dem in 7 gezeigten Halbleitermodul 200 der Fall ist. Als Resultat kann das Halbleitermodul leichter und kompakter ausgeführt werden und die Kosten können reduziert werden.
  • In dem Halbleitermodul 1 wird eine Isolierplatte 10 verwendet, die dünner ist als in dem in 8 gezeigten Halbleitermodul 200, und noch dünnere Metallfolien 11, 12 werden verwendet. Somit wird für das Halbleitermodul 1 eine größere Kühlwirkung als für das Halbleitermodul 200 sichergestellt. Das hat zur Folge, dass die Halbleitervorrichtungen 14, 15 in dem Halbleitermodul 1 mit größerer Stabilität arbeiten können.
  • Der ferner die Kühlwirkung des Halbleitermoduls 1 verbessert ist, können leistungsfähigere Halbleitervorrichtungen montiert werden, als in dem Halbleitermodul 200 vorhanden sind.
  • Insbesondere beim Vergleich des Aufbaus von PIMs (Power Integrated Modules – integrierte Leistungsmodule), die in der Schaltung von Wechselrichtern, Gleichrichtern und Bremsen konfiguriert sind, sowie von Strukturen (6-in-1-Strukturen), in welchen sechs Paare von IGBTs und FWDs, die in Wechselrichterschaltungen parallel geschaltet sind, in ein Gehäuse gepackt sind, ermöglicht die Struktur eines Halbleitermoduls 200 die Montage von Halbleitervorrichtungen mit einem Nennstrom von bis zu 15 A bei 1200 V im Fall einer PIM-Struktur und einem Nennstrom von bis zu 35 A bei 1200 V im Fall einer 6-in-1-Struktur; demgegenüber können bei Verwendung der Struktur des Halbleitermoduls 1 Halbleitervorrichtungen mit einem Nennstrom von bis zu 35 A bei 1200 V im Fall einer PIM-Struktur und mit einem Nennstrom von bis zu 50 A bei 1200 V im Fall einer 6-in-1-Struktur montiert werden.
  • Ferner sind in dem Halbleitermodul 1 Löcher 21 mit hoher Steifigkeit in einem Seitenabschnitt des Harzgehäuses 20 vorgesehen, so dass es nicht erforderlich ist, wie in dem in 8 gezeigten Halbleitermodul 200 einen Metallhaken 119 separat zum Schutz vorzusehen. Als Resultat kann der Herstellungsprozess des Halbleitermoduls verkürzt werden und Kosten können reduziert werden.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls 1 erläutert. In den folgenden Zeichnungen sind Elemente, die denjenigen in 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine detaillierte Beschreibung derselben wird verzichtet.
  • 2 dient zur Erläuterung eines Prozesses des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleitermoduls.
  • Zunächst wird, wie in der unteren Figur gezeigt, eine Platine 50 vorbereitet, bei welcher mindestens eine Metallfolie 12 durch das DCB-Verfahren auf eine Isolierplatte 10 aufgebracht ist. Dann wird mindestens eine Halbleitervorrichtung 14, 15 mit einer dazwischenliegenden Lotschicht (nicht gezeigt) auf der Metallfolie 12 montiert. Hier weist das Material der Metallfolie 12 beispielsweise Kupfer als Hauptbestandteil auf und ist beispielsweise 0,5 bis 0,6 mm dick. Dann wird ein Wärmeverteiler 16 mit jeder der Hauptelektroden der Halbleitervorrichtungen 14, 15 mit einer dazwischenliegenden Lotschicht (nicht gezeigt) verbunden. Die Wärmeverteiler 16 sind durch Metalldrähte 18 mit den Metallfolien 12 elektrisch verbunden.
  • Eine gemusterte Metallfolie (Kupfer mit einer Dicke von 0,5 bis 0,6 mm) wird mit der unteren Fläche der Isolierplatte 10 in der Platine 50 durch das DCB-Verfahren verbunden, aber diese Metallfolie ist in der Figur nicht dargestellt.
  • In der oberen Figur ist ein Deckelabschnitt 20c gezeigt, der den oberen Deckel des Harzgehäuses 20 bildet. Eine Vielzahl von Anschlussstiften 23 für äußere Anschlusskontakte wird im Voraus so angeordnet, dass sie die Hauptfläche des Deckelabschnitts 20c im Wesentlichen in zu diesem senkrechter Richtung durchdringen.
  • Nachdem der Deckelabschnitt 20c relativ zu der Platine 50 positioniert ist, wird der Deckelabschnitt 20c in Pfeilrichtung bewegt, um den Deckelabschnitt 20c von der Oberseite der Platine 50 auf die Platine 50 zu platzieren.
  • 3 erläutert einen Prozess im Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls.
  • Wie in der unteren Figur gezeigt, ist dadurch, dass der Deckelabschnitt 20c auf der Platine 50 platziert wurde, die Vielzahl der Anschlussstifte 23 und die Vielzahl der Metallfolien 12 auf der Platine 50 in Kontakt. Dann wird das Verlöten der in Kontakt stehenden Abschnitte durchgeführt, so dass die Anschlussstifte 23 mit den jeweiligen Metallfolien 12 elektrisch verbunden sind. Durch Verbinden der Anschlussstifte 23 mit den jeweiligen Metallfolien 12 wird der Deckelabschnitt 20c an der Platine 50 befestigt.
  • Wie in der oberen Figur gezeigt, wird dann der äußere Rahmenabschnitt 20d, der einen großen Teil des Harzgehäuses 20 bildet, über der Platine 50 und dem Deckelabschnitt 20c angeordnet. Wie vorstehend angeführt hat dieser äußere Rahmenabschnitt 20d Befestigungsabschnitte 20a an den Seiten, die einstückig gebildet und gearbeitet sind.
  • Dann wird der äußere Rahmenabschnitt 20d in Pfeilrichtung zu der Platine 50 hin bewegt und der äußere Rahmenabschnitt 20d wird von oben mit der Platine 50 und dem Deckelabschnitt 20c zusammengeführt.
  • 4 erläutert einen Prozess im Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls.
  • In der oberen Figur ist ein Zustand dargestellt, in dem der äußere Rahmenabschnitt 20d mit der Platine 50 und dem Deckelabschnitt 20c zusammengeführt ist. In diesem Zustand sind auf der Seite oberhalb der unteren Fläche der Metallfolie (nicht dargestellt), die mit der unteren Fläche der Isolierplatte 10 verbunden ist, die Metallfolie, die Isolierplatte 10, Metallfolien 12, Halbleitervorrichtungen 14, 15 und Wärmeverteiler 16 von dem Harzgehäuse 20 (Deckelabschnitt 20c, äußerer Rahmenabschnitt 20d) umgeben.
  • Dann wird das zusammengefügte Element 51 zwischen einem unteren Gestell 60 und einem oberen Gestell 61 für den Formgussvorgang eingeschlossen, wie in der unteren Figur gezeigt, und ein warmhärtendes Epoxyharz 31 wird durch eine Harzeinlauföffnung 20b, die in der Mitte des Deckelabschnitts 20c vorgesehen ist, eingegossen. In dieser Stufe liegt das Epoxyharz 31 in Pastenform vor.
  • Wenn das Epoxyharz 31 durch die Harzeinlauföffnung 20b gegossen wird, fließt das Epoxyharz 31 in den Raum zwischen der Innenfläche des Harzgehäuses 20 und der äußeren Umfangsrandfläche der Metallfolie 11 und den äußeren Flächen der Isolierplatte 10, der Metallfolien 12 und der Halbleitervorrichtungen 14, 15 sowie der Wärmeverteiler 16 und wird zusätzlich in die Befestigungsabschnitte 20a gepackt. Die Innenfläche 60a des unteren Gestells 60 bildet in Kontakt mit dem unteren Abschnitt des zusammengefügten Elements 51 eine breite ebene Fläche, die breiter als das zusammengefügte Element 51 ist.
  • Nachdem das Epoxyharz 31 in Pastenform vollständig in das Harzgehäuse 20 gegossen wurde, wird dann das zusammengefügte Element 51 für eine vorbestimmte Zeitdauer auf die Aushärtungstemperatur des Epoxyharzes 31 erwärmt.
  • Mittels dieser Wärmebehandlung wird das in das Harzgehäuse 20 gegossene Epoxyharz 31 ausgehärtet und das in 1 gezeigte hoch feste Epoxyharz 30 versiegelt den Raum zwischen der Innenfläche des Harzgehäuses 20 und einigen der Außenflächen der Halbleitervorrichtungen 14, 15 der Isolierplatte 10, Metallfolien 11, 12 und Wärmeverteiler 16.
  • Da ferner die Innenfläche des unteren Gestells 60 in Kontakt mit dem zusammengefügten Element 51 eine ebene Fläche ist, wird eine breite flache Bodenfläche durch die Hauptfläche der Metallfolie 11 und das von dem Harzgehäuse 20 freiliegende Epoxyharz 31 gebildet.
  • Während des Packens des Epoxyharzes 31 sind kreisförmige säulenförmige Vorsprünge 61a, die an dem oberen Gestell 61 vorgesehen sind, in vorab in den Befestigungsabschnitten 20a gebildete Löcher eingeführt und die Spitzen der Vorsprünge 61a werden mit dem unteren Gestell 60 in Kontakt gebracht. Dadurch fließt kein Epoxyharz 31 in die Abschnitte, in welchen die Vorsprünge 61a positioniert sind, und nachdem das Epoxyharz 31 ausgehärtet ist, werden die in 1 gezeigten Löcher 21 gebildet.
  • Durch diese Herstellungsprozesse wird das in 1 gezeigte Halbleitermodul 1 vollendet.
  • Die Metallfolie 11 kann so aufgebaut sein, dass sie an der Bodenfläche eine konvexe Form an der Unterseite hat.
  • Beispielsweise wird, wie in 4 gezeigt, an der obersten Kontaktfläche 20e des Harzgehäuses 20, die in Kontakt mit dem oberen Gestell 61 steht, das Innere des Harzgehäuses 20 mit Epoxyharz 31 gepackt, während die Kraft, mit der das obere Gestell 61 auf die Kontaktfläche 20e presst, reguliert wird. Das heißt, dass die Kraft, mit der das obere Gestell 61 gegen die Kontaktfläche 20e presst, eingestellt wird, und während eine Verwindung des gesamten zusammengefügten Elements 51 verursacht wird, wird das Innere mit Epoxyharz 31 gepackt und die Wärmebehandlung wird zum Aushärten des Epoxyharzes 31 durchgeführt.
  • Der Zustand einer unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellten Platine 50 ist in 5 gezeigt.
  • 5 dient dazu, den Aufbau einer in eine konvexe Form gebogenen Platine zu erläutern. In dieser Figur ist nur die aus den Metallfolien 11, 12 und der Isolierplatte 10 gebildete Platine 50 gezeigt und die anderen Elemente, wie zum Beispiel die Halbleitervorrichtungen 14, 15, wurden weggelassen.
  • Wie vorstehend erläutert wird Epoxyharz 31 eingespritzt und gehärtet, während das gesamte zusammengefügte Element 51 gebogen wird. Das Ausmaß der Verwindung ist dergestalt, dass die äußeren Ränder der Metallfolie 11 um 0 bis 100 μm von der zu dem Mittelabschnitt der Metallfolie 11 tangentialen horizontalen Ebene entfernt werden.
  • Unmittelbar nachdem das mit dieser konvex geformten Metallfolie 11 versehene Halbleitermodul 1 auf dem Kühlelement 40 platziert wird, steht nur die Umgebung des Mittelteils der Metallfolie 11 mit dem Kühlelement 40 in Kontakt. Die Metallfolie 11 besteht jedoch aus Metall und ist somit elastisch. Wenn somit Schrauben oder dergleichen durch die Löcher 21 geführt werden, die an den Seitenabschnitten des Halbleitermoduls 1 angeordnet sind, und das Halbleitermodul 1 an den Seitenabschnitten an dem Kühlelement 40 befestigt wird, erweitert sich die Kontaktebene zwischen der Metallfolie 11 und dem Kühlelement 40 allmählich vom Mittelteil nach außen und schließlich wird die gesamte Fläche der Metallfolie 11 in festen und engen Kontakt mit dem Kühlelement 40 gebracht.
  • Wenn die untere Fläche der Metallfolie 11 zu einer konkaven Form verformt würde, wäre der Mittelteil der Metallfolie 11 nicht in Kontakt mit dem Kühlelement 40, auch nachdem die Schrauben oder dergleichen festgezogen wurden.
  • Indem eine derartige konvex geformte Metallfolie 11 mit dem Halbleitermodul 1 verbunden wird, können die Metallfolie 11 und das Kühlelement 40 in festen und engen Kontakt gebracht werden und die Kühlwirkung des Halbleitermoduls 1 kann weiter gesteigert werden.
  • Schließlich wird ein Beispiel der Verformung des Aufbaus des Halbleitermoduls 1 erläutert.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht von Hauptabschnitten, die zu Erläuterung eines Beispiels der Verformung eines Halbleitermoduls verwendet wird.
  • In dem in dieser Figur gezeigten Halbleitermodul 2 ist mindestens ein vorspringender Abschnitt 20f an der Innenfläche des Harzgehäuses 20 vorgesehen, so dass das Harzgehäuse 20 und das Epoxyharz 30 durch eine "Ankerwirkung" in festem und engem Kontakt stehen. Diese vorspringenden Abschnitte 20f werden mit dem Harzgehäuse 20 einstückig gegossen und bearbeitet.
  • Dadurch bleiben auch dann, wenn ein gewisser Unterschied hinsichtlich der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Harzgehäuses 20 und des Epoxyharzes 30 besteht, bedingt durch die Ankerwirkung der vorspringenden Abschnitte 20f das Harzgehäuse 20 und das Epoxyharz 30 zuverlässig in engem Kontakt. Auch wenn beispielsweise das Harzgehäuse 20 und das Epoxyharz 30 bedingt durch den Betrieb der Halbleitervorrichtungen 14, 15 erwärmt werden und ein Unterschied hinsichtlich der Ausdehnung und Zusammenziehung des Harzgehäuses 20 und des Epoxyharzes 30 besteht, tritt durch diese Ankerwirkung keine Verschiebung an der Grenzfläche zwischen dem Harzgehäuse 20 und dem Epoxyharz 30 auf. Ferner tritt an der Grenzfläche zwischen dem Harzgehäuse 20 und dem Epoxyharz 30 keine Ablösung auf.
  • In den vorstehenden Aspekten wurden Beispiele erläutert, in welchen die Halbleitermodule 1, 2 mit Wärmeverteilern 16 versehen sind; Wärmeverteiler sind jedoch nicht unbedingt vorgesehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2003-289130 A [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Komatsu, Saotome und Igawa, "Shou youryou IGBT mojuru (IGBT-Modul mit kleiner Kapazität)", Fuji Jihou, Bd. 78, Nr. 4, 2005, Seiten 260–263 [0010]

Claims (8)

  1. Halbleitermodul, enthaltend: eine Isolierplatte (10); eine mit einer ersten Hauptfläche der Isolierplatte (10) verbundene erste Metallfolie (11); mindestens eine mit einer zweiten Hauptfläche der Isolierplatte (10) verbundene zweite Metallfolie (12); mindestens eine auf der zweiten Metallfolie befestigte Halbleitervorrichtung (14, 15); ein Harzgehäuse (20), das die erste Metallfolie (11), die Isolierplatte (10), die zweite Metallfolie (12) und die Halbleitervorrichtung (14, 15) auf der Seite oberhalb der unteren Fläche der ersten Metallfolie (11) umgibt; und Harz (30), das in einen Raum zwischen einer Innenfläche des Harzgehäuses und einer äußeren Umfangsrandfläche der ersten Metallfolie (11) und Außenflächen der Isolierplatte (10), der zweiten Metallfolie (12) und der Halbleitervorrichtung (14, 15) gepackt ist, wobei mittels der unteren Fläche der ersten Metallfolie (11) und des von dem Harzgehäuse (20) freiliegenden Harzes eine ebene Fläche (22) gebildet wird, die in engen Kontakt mit einem äußeren verbundenen Element gebracht werden kann.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem das Harz (30) in einen einstückig mit dem Harzgehäuse (20) geformten Befestigungsabschnitt (20a) gepackt ist und ein den Befestigungsabschnitt (20a) und das in den Befestigungsabschnitt (20a) gepackte Harz (30) durchdringendes Loch (21) in einem Seitenabschnitt des Halbleitermoduls vorgesehen ist.
  3. Halbleitermodul der Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem ein Hauptbestandteil des Harzes ein Epoxyharz ist.
  4. Halbleitermodul der Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem mindestens ein vorspringender Abschnitt (20f) an der Innenfläche des Harzgehäuses (20) gebildet ist.
  5. Halbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem eine Hauptfläche der ersten Metallfolie (11) in eine konvexe Form gebogen ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls, enthaltend die Schritte: Vorbereiten einer Platine, die eine Isolierplatte (10), eine mit einer ersten Hauptfläche der Isolierplatte (10) verbundene erste Metallfolie (11) und mindestens eine mit einer zweiten Hauptfläche der Isolierplatte (10) verbundene Metallfolie hat; Montieren mindestens einer Halbleitervorrichtung (14, 15) auf der zweiten Metallfolie (12); Anordnen eines Harzgehäuses, das die erste Metallfolie (11), die Isolierplatte (10), die zweite Metallfolie (12) und die Halbleitervorrichtung (14, 15) auf der Seite oberhalb der unteren Fläche der ersten Metallfolie (11) umgibt, auf der Platine; Gießen von Harz (30) in Pastenform in einen Raum zwischen einer Innenfläche des Harzgehäuses und einer äußeren Umfangsrandfläche der ersten Metallfolie (11) und Außenflächen der Isolierplatte (10), der zweiten Metallfolie (12) und der Halbleitervorrichtung (14, 15); und Warmhärten des eingegossenen Harzes, wobei eine ebene Fläche (22), die in engen Kontakt mit einem äußeren verbundenen Element gebracht werden kann, mittels der unteren Fläche der ersten Metallfolie (11) und des von dem Harzgehäuse (20) freiliegenden Harzes gebildet wird.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls nach Anspruch 6, ferner enthaltend die Schritte, wenn das Harzgehäuse (20) auf der Platine angeordnet ist: Bringen eines Deckelabschnitts (20c) des Harzgehäuses (20) mit mindestens einem darin angeordneten Anschlussstift (23) auf die Platine und Kontaktieren des Anschlussstifts (23) mit der zweiten Metallfolie (12); elektrisches Verbinden des Anschlussstifts (23) und der zweiten Metallfolie (12); und Anordnen eines äußeren Rahmenabschnitts des Harzgehäuses auf der Platine, auf welcher der Deckelabschnitt (20c) platziert wurde.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls nach Anspruch 6, bei dem nach dem Warmhärten des Harzes (30) eine Hauptfläche der ersten Metallfolie (11) in eine konvexe Form gebogen wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019011890A1 (en) 2017-07-12 2019-01-17 Abb Schweiz Ag POWER SEMICONDUCTOR MODULE

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5515947B2 (ja) * 2010-03-29 2014-06-11 株式会社豊田自動織機 冷却装置
TWI498058B (zh) * 2010-04-01 2015-08-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 電路板及其製作方法
JP5754398B2 (ja) 2012-03-09 2015-07-29 三菱電機株式会社 半導体装置
JP5962752B2 (ja) * 2012-03-21 2016-08-03 富士電機株式会社 電力変換装置
WO2013146212A1 (ja) 2012-03-28 2013-10-03 富士電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
EP2804212A4 (de) * 2012-03-28 2015-12-09 Fuji Electric Co Ltd Halbleiterbauelement
EP2833404A4 (de) * 2012-03-28 2016-01-20 Fuji Electric Co Ltd Halbleiterbauelement und herstellungsverfahren dafür
EP2814056B1 (de) * 2012-09-13 2017-07-12 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung, verfahren zur befestigung eines wärmeabführungselements an der halbleitervorrichtung sowie verfahren zur herstellung der halbleitervorrichtung
JP6115172B2 (ja) 2013-02-15 2017-04-19 富士電機株式会社 半導体装置
JP6171586B2 (ja) 2013-06-04 2017-08-02 富士電機株式会社 半導体装置
JP6082664B2 (ja) * 2013-06-19 2017-02-15 株式会社日立産機システム 電力変換装置
JP6398399B2 (ja) * 2013-09-06 2018-10-03 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
WO2015141284A1 (ja) 2014-03-19 2015-09-24 富士電機株式会社 半導体モジュールユニットおよび半導体モジュール
JP6183556B2 (ja) 2014-06-23 2017-08-23 富士電機株式会社 冷却器一体型半導体モジュール
JP6381453B2 (ja) * 2015-01-27 2018-08-29 三菱電機株式会社 半導体装置
JP6381784B2 (ja) 2015-03-27 2018-08-29 三菱電機株式会社 パワーモジュール
JP6946698B2 (ja) 2017-03-31 2021-10-06 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP6768612B2 (ja) * 2017-09-06 2020-10-14 三菱電機株式会社 半導体装置
JPWO2020255558A1 (de) * 2019-06-21 2020-12-24
EP3872854A1 (de) * 2020-02-27 2021-09-01 Littelfuse, Inc. Leistungsmodulgehäuse mit verbessertem vorsprungsdesign
CN111725161B (zh) * 2020-06-16 2022-04-22 杰群电子科技(东莞)有限公司 一种半导体散热器件、封装方法及电子产品
CN111725159A (zh) * 2020-06-16 2020-09-29 杰群电子科技(东莞)有限公司 一种高散热半导体产品、封装方法及电子产品
US11569174B2 (en) * 2021-02-18 2023-01-31 Wolfspeed, Inc. Integrated power module

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003289130A (ja) 2003-04-10 2003-10-10 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6315430A (ja) * 1986-07-07 1988-01-22 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP3357220B2 (ja) * 1995-07-07 2002-12-16 三菱電機株式会社 半導体装置
WO2000068992A1 (en) * 1999-05-11 2000-11-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
JP3919398B2 (ja) * 1999-10-27 2007-05-23 三菱電機株式会社 半導体モジュール
JP2001320185A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Toshiba Corp 電子部品のモジュール装置
JP3770164B2 (ja) * 2002-01-23 2006-04-26 日産自動車株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP4120876B2 (ja) * 2003-05-26 2008-07-16 株式会社デンソー 半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003289130A (ja) 2003-04-10 2003-10-10 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Komatsu, Saotome und Igawa, "Shou youryou IGBT mojuru (IGBT-Modul mit kleiner Kapazität)", Fuji Jihou, Bd. 78, Nr. 4, 2005, Seiten 260-263

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019011890A1 (en) 2017-07-12 2019-01-17 Abb Schweiz Ag POWER SEMICONDUCTOR MODULE
US11362008B2 (en) 2017-07-12 2022-06-14 Hitachi Energy Switzerland Ag Power semiconductor module embedded in a mold compounded with an opening

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