DE102009042390A1 - Leistungshalbleitermodul und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Kouji Hiraoka
Norihiko Kanazuka
Kiyoshi Arai
Hiroshi Yoshida
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Abstract

Ein Leistungshalbleitermodul enthält ein Halbleiterelement (18, 20), das mit einem Leiterschaltbild (14) verbunden ist, das auf einem Substrat (10) ausgebildet ist, eine Elektrode (22, 26, 30), die mit dem Leiterschaltbild (14) oder dem Halbleiterelement (18, 20) verbunden ist, ein Kunststoffgehäuse (34), das das Substrat (10), das Halbleiterelement (18, 20) und die Elektrode (22, 26, 30) bedeckt sowie einen erhobenen Abschnitt (24, 28, 32), der auf einer Fläche der Elektrode (22, 26, 30) durch Anheben eines Teils der Fläche der Elektrode (22, 26, 30) ausgebildet ist. Der erhobene Abschnitt (24, 28, 32) liegt an dem Kunststoffgehäuse (34) bloß und erstreckt sich zu einer Außenseite des Kunststoffgehäuses (34).

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungshalbleitermodul, bei dem sich ein Abschnitt einer Elektrode zu der Außenseite eines Kunststoffgehäuses erstreckt, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Ein Leistungshalbleitermodul eines verformbaren Pressspritzformkunststofftyps wird unter Verwendung eines Pressspritzverfahrens durch Versiegeln eines Halbleiterelements mit Kunststoff hergestellt. Zusätzlich wird zum Verbinden des Halbleiterelements mit einem externen Schaltkreis auch eine Elektrode mit dem Kunststoff versiegelt. Ein erster Teil der Elektrode ist mit dem Halbleiterelement verbunden und ein zweiter Teil der Elektrode liegt an dem Kunststoffgehäuse bloß. Eine typische Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls des verformbaren Pressspritzformkunststofftyps, das durch das Pressspritzverfahren hergestellt wurde, ist zum Beispiel in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2007-184315 (Patentdokument 1) offenbart. Das heißt, das Patentdokument 1 offenbart eine Konfiguration, in der Halbleiterelemente, wie ein IGBT und eine FWDi (Free Wheel Diode, Frei laufdiode) verdrahtet sind und sich eine Hauptelektrode zu der Außenseite des Kunststoffgehäuses erstreckt.
  • Wie in Patentdokument 1 gezeigt ist, ist es notwendig, ein Leiterschaltbild, das verdrahtet werden soll, individuell auszubilden, wenn ein Drahtbonding für eine interne Verdrahtung in dem Leistungshalbleitermodul durchgeführt wird. Entsprechend stellt sich ein Problem, dass die Größe des Leistungshalbleitermoduls aufgrund des Leiterschaltbilds nicht verringert werden kann.
  • Des Weiteren erfordert der herkömmliche Drahtbondingprozess ausreichend Raum in dem Leistungshalbleitermodul, um Interferenzen zwischen einem Bondingkopf eines Kabelverbinders und einer Hauptelektrode oder einer Steuerelektrode zu verhindern. Entsprechend stellt sich ein Problem, dass die Größe des Leistungshalbleitermoduls aufgrund des Platzbedarfs nicht verringert werden kann.
  • Zum Sicherstellen einer Verbindung mit einem externen Schaltkreis können in einigen Fällen eine zylindrische Elektrode, die an ihrer inneren Wand ein Schraubenloch hat, eine kunststoffversiegelte Mutter oder eine Anschlussbuchse als eine Elektrode verwendet werden. In diesen Fällen stellt sich ein Problem, dass die Dicke des Leistungshalbleitermoduls nicht verringert werden kann, da die Elektrode länger wird. Des Weiteren stellt sich ein Problem, dass sich der Widerstand des Leistungshalbleitermoduls erhöht, da eine Länge einer Leitung in dem Leistungshalbleitermodul länger wird. In dem anderen Fall wird die Elektrode unter Verwendung einer Anschlusselektrode oder einer Schraube mit dem externen Schaltkreis verbunden. In diesem Fall stellt sich ein Problem, dass der verbundene Teil einen großen elektrischen Widerstand darstellt. Des Weiteren kann die Elektrode durch Lötung mit dem externen Schaltkreis verbunden werden. In diesem Fall muss jedoch ein zu lötendes äußeres Substrat über dem zu lötenden Abschnitt platziert werden, wodurch der zu lötende Abschnitt verdeckt wird. Daher stellen sich Probleme, dass die Arbeitseffizienz des Lötens gering wird und dass eine visuelle Überprüfung nach der Lötung schwierig wird.
  • Gemäß einem Leistungshalbleitermodul, das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-284524 gezeigt ist, liegt ein Ende einer Elektrode an einem Kunststoffgehäuse bloß und erstreckt sich zu der Außenseite des Kunststoffgehäuses. Daher können die obigen Probleme gelöst werden, da die Elektrode direkt mit dem externen Schaltkreis verbunden werden kann. Der Pressspritzprozess zum Ausbilden der Elektrode, die aus dem Kunststoffgehäuse herausstehen soll, erfordert üblicherweise eine Spritzgussform, die der Konfiguration entspricht, in der die Elektrode bloßliegt. Die Spritzgussform sollte daher abhängig von einer Designveränderung oder einer Elektrodenkonfiguration gewechselt werden. Entsprechend stellt sich ein Problem von hohen Herstellungskosten.
  • Angesichts der oben beschriebenen Probleme, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein größenreduziertes und ausgedünntes Leistungshalbleitermodul mit geringen Herstellungskosten zur Verfügung zu stellen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1, sowie mittels Verfahren gemäß den Ansprüchen 6 oder 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Leistungshalbleitermodul ein Halbleiterelement, das mit einem Lei terschaltbild verbunden ist, das auf einem Substrat ausgebildet ist, eine Elektrode, die mit dem Leiterschaltbild oder dem Halbleiterelement verbunden ist, ein Kunststoffgehäuse, das das Substrat, das Halbleiterelement und die Elektrode bedeckt, und einen erhobenen Abschnitt. Letzterer wird, durch Anheben eines Teils der Fläche der Elektrode, auf einer Fläche der Elektrode ausgebildet, wobei der erhobene Abschnitt an dem Kunststoffgehäuse bloßliegt und sich zu der Außenseite des Kunststoffgehäuses erstreckt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls die Schritte des Verbindens eines Halbleiterelements mit einem Leiterschaltbild, das auf einem Substrat ausgebildet ist, des Verbindens einer Elektrode mit dem Leiterschaltbild oder dem Halbleiterelement, des Ausbildens eines Kunststoffgehäuses, das das Substrat, das Halbleiterelement und die Elektrode derart bedeckt, dass eine Fläche der Elektrode an dem Kunststoffgehäuse bloßliegt, und des Ausbildens eines erhobenen Abschnitts auf der Fläche der Elektrode, der sich, durch Anheben eines Teils der Fläche der Elektrode, zu der Außenseite des Kunststoffgehäuses erstreckt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls die Schritte des Verbindens eines Halbleiterelements mit einem Leiterschaltbild, das auf einem Substrat ausgebildet ist, des Verbindens einer Elektrode mit dem Leiterschaltbild oder dem Halbleiterelement, des Ausbildens eines erhobenen Abschnitts, der, durch Anheben eines Teils der Fläche der Elektrode, an einer Fläche der Elektrode bloßliegt, wobei der erhobene Abschnitt zu seiner ursprünglichen Position zurückkehren kann, um die Flä che der Elektrode zu glätten, wenn auf den erhobenen Abschnitt eine abwärtsgerichtete Kraft ausgeübt wird, und des Ausbildens eines Kunststoffgehäuses durch einen Pressspritzprozess, während die Fläche der Elektrode durch eine abwärtsgerichtete Kraft geglättet wird, die durch eine Spritzgussform nach dem Verbinden des Halbleiterelements und dem Ausbilden des erhobenen Abschnitts ausgeübt wird.
  • Andere und weitere Aufgaben, Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung vollständiger erscheinen.
  • 1 ist eine Querschnittansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 ist eine Draufsicht von 1;
  • 3 ist eine in der Pfeilrichtung gesehene Seitenansicht des Leistungshalbleitermoduls aus 2;
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Herstellen des Leistungshalbleitermoduls des ersten Ausführungsbeispiels beschreibt;
  • 5 zeigt eine Halbleitervorrichtungsanordnung;
  • 6 ist eine Draufsicht von 5;
  • 7 zeigt einen konischen, erhobenen Abschnitt;
  • 8 zeigt einen erhobenen Abschnitt, der eine Treppenform hat;
  • 9 zeigt einen erhobenen Abschnitt, dessen Breite zu dem Ende hin breiter wird;
  • 10 zeigt die Verbindungsmetallplatte, die mit einem ersten erhobenen Abschnitt und einem zweiten erhobenen Abschnitt versehen ist;
  • 11 zeigt die Konfiguration, in der nur der erhobene Abschnitt an dem Kunststoffgehäuse bloßliegt;
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls des zweiten Ausführungsbeispiels beschreibt;
  • 13 erläutert eine Ausbildung des erhobenen Abschnitts;
  • 14 zeigt einen Pressspritzprozess in dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
  • 15 zeigt eine Abtrennung der oberen Gussform.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Ein vorliegendes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein größenreduziertes und ausgedünntes Leistungshalbleitermodul, das zu geringen Kosten hergestellt wird, und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Gleiche Materialien und Elemente werden durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht redundant beschrieben. Dies gilt ebenso für die anderen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
  • 1 ist eine Querschnittansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Leistungshalbleitermodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthält ein Metallsubstrat 15. Um Wärmestrahlung zu verbessern, ist das Metallsubstrat 15 mit einem Metallbasissubstrat 10 versehen. Des Weiteren ist auf dem Metallbasissubstrat 10 eine Isolierfolie 12 ausgebildet, die eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine elektrisch isolierende Eigenschaft hat. Zusätzlich ist auf der Isolierfolie 12 ein Leiterschaltbild 14 ausgebildet, das aus einem leitfähigen Metall besteht.
  • Ein IGBT 18 und eine FWDi 20 (der IGBT 18 und die FWDi 20 werden im Folgenden gemeinsam als ein Halbleiterelement bezeichnet) werden auf das Leiterschaltbild 14 gelötet. Eine obere Fläche des IGBT- 18 Chips und eine obere Fläche des FWDi- 20 Chips werden mit einer Verbindungsmetallplatte 22 verbunden. Speziell werden eine Emitterelektrode des IGBT 18 und eine Anode der FWDi 20 durch die Verbindungsmetallplatte 22 verbunden. Des Weiteren ist ein Steuerterminal 26 im Wesentlichen vertikal mit einer Gateelektrode verbunden, die auf der oberen Fläche des IGBT 18 ausgebildet ist. Ein Hauptterminal 30 ist mit einem vorbestimmten Abschnitt des Leiterschaltbilds 14 verbunden. Die Verbindungsmetallplatte 22, das Steuerterminal 26 und das Hauptterminal 30 enthalten einen erhobenen Abschnitt, der durch Anheben eines Teils ihrer entsprechenden Flächen zur Verfügung gestellt wird. Das heißt, die Verbindungsmetallplatte 22 ist mit dem erhobenen Abschnitt 24 versehen, das Steuerterminal 26 ist mit dem erhobenen Abschnitt 28 versehen und das Hauptterminal 30 ist mit einem erhobenen Abschnitt 32 versehen.
  • Gemäß dem Leistungshalbleitermodul des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind das Metallsubstrat 15, der IGBT 18, die FWDi 20, die Verbindungsmetallplatte 22, das Steuerterminal 26 und das Hauptterminal 30 mit einem Kunststoffgehäuse 34 bedeckt. Der erhobene Abschnitt 24 sowie die Fläche der Verbindungsmetallplatte 22, der erhobene Abschnitt 28 sowie die Fläche des Steuerterminals 26 und der erhobene Abschnitt 32 sowie die Fläche des Hauptterminals 30 liegen jedoch an dem Kunststoffgehäuse 34 bloß. Zusätzlich erstrecken sich die erhobenen Abschnitte 24, 28 und 32 zu der Außenseite des Kunststoffgehäuses 34. Eine untere Fläche des Metallbasissubstrats 10 liegt ebenfalls an dem Kunststoffgehäuse 34 bloß, um die Wärmestrahlung zu verbessern.
  • 2 ist eine Draufsicht von 1. Wie in 2 gezeigt ist, liegen der erhobene Abschnitt 24, der auf der Verbindungsmetallplatte 22 ausgebildet ist, und dessen Oberfläche an einer oberen Fläche des Kunststoffgehäuses 34 bloß. Des Weiteren liegen der erhobene Abschnitt 28, der auf dem zylindrisch geformten Steuerterminal 26 ausgebildet ist, und dessen Oberfläche an dem Kunststoffgehäuse 34 bloß. Ähnlicherweise liegen der erhobene Abschnitt 32, der auf dem Hauptterminal 30 ausgebildet ist, das in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, und dessen Oberfläche an dem Kunststoffgehäuse 34 bloß.
  • 3 ist eine in der Pfeilrichtung gesehene Seitenansicht des Leistungshalbleitermoduls, das in 2 gezeigt ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist die Form des erhobenen Abschnitts 24, der auf der Verbindungsmetallplatte 22 ausgebildet ist, viereckig. Dasselbe gilt für die anderen erhobenen Abschnitte. Gemäß einem viereckigen erhobenen Abschnitt kann der erhobene Abschnitt mit einer minimalen Breite erhalten werden, da er einen einheitlichen Querschnitt besitzt. Daher kann ein Raum, der für eine elektrische Verbindung notwendig ist, reduziert werden.
  • Wie oben beschrieben, hat das Leistungshalbleitermodul gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Leitung für die elektrische Verbindung mit dem Kunststoffgehäuse 34. Stattdessen sind die erhobenen Abschnitte auf der Verbindungsmetallplatte 22, dem Steuerterminal 26 und dem Hauptterminal 30 ausgebildet (die Verbindungsmetallplatte 22, das Steuerterminal 26 und das Hauptterminal 30 werden im Folgenden als Elektroden bezeichnet). Ein Herstellungsverfahren für das Leistungshalbleitermodul des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschreibt. Als Erstes wird in Schritt 100 ein Strukturelement, das in 5 gezeigt ist, hergestellt. Das heißt, ein Halbleiterelement wird auf dem Metallsubstrat 15 angelötet. Des Weiteren ist die Verbindungsmetallplatte 22, das Steuerterminal 26 und das Hauptterminal 30 mit dem Halbleiterelement, der Gateelektrode des IGBT 18 bzw. dem Leiterschaltbild 14 verbunden. Zu diesem Zeitpunkt sind die oben erwähnten, erhobenen Abschnitte noch nicht ausgebildet.
  • 6 ist eine Draufsicht des Strukturelements, das in 5 gezeigt ist. Wie in 6 gezeigt ist, ist auf jeder Elektrode ein Einschnitt ausgebildet. Das heißt, ein Einschnitt 40 ist auf der Oberfläche der Verbindungsmetallplatte 22 ausgebildet, wo diese an dem Kunststoffgehäuse bloßliegen soll. Ähnlich ist ein Einschnitt 42 auf der Oberfläche des Steuerterminals 26 ausgebildet, wo dieses an dem Kunststoffgehäuse bloßliegen soll, und ein Einschnitt 44 ist auf der Oberfläche des Hauptterminals 30 ausgebildet, wo dieses an dem Kunststoffgehäuse bloßliegen soll.
  • Diese Einschnitte sind zum Ausbilden der erhobenen Abschnitte in einem späteren Schritt ausgebildet.
  • Als Nächstes setzt sich die Verarbeitung bei Schritt 102 fort. In Schritt 102 wird die Halbleitervorrichtungsanordnung, die in 5 gezeigt ist, in eine Kavität eingebracht, die von einer Metallspritzgussform gebildet wird. Durch Einbringen von Spritzkunststoff in die Kavität wird danach zum Ausbilden des Kunststoffgehäuses der Pressspritzprozess durchgeführt. Dieser Pressspritzprozess wird derart durchgeführt, dass die Oberfläche der Elektrode an der Stelle an dem Kunststoffgehäuse bloßliegt, an der der Einschnitt ausgebildet ist, und dass die untere Fläche des Metallbasissubstrats 10 an dem Kunststoffgehäuse bloßliegt. Daher sind die Flächen mit einer inneren Wand der Gussform dort in Kontakt, wo die Einschnitte 40, 42 und 44 ausgebildet sind, wenn der Spritzkunststoff in die Kavität eingelassen wird, und die untere Fläche des Metallbasissubstrats 10 ist in Kontakt mit einer inneren Wand der Form. Nach dem Ausbilden des Kunststoffgehäuses wird das Leistungshalbleitermodul aus der Spritzgussform entfernt. Somit ist Schritt 102 vollständig.
  • Als Nächstes setzt sich die Verarbeitung bei Schritt 104 fort. In Schritt 104 werden die erhobenen Abschnitte ausgebildet, indem die Einschnitte 40, 42 und 44 verwendet werden. Die erhobenen Abschnitte werden durch Anheben der Einschnitte 40, 42 und 44 ausgebildet. Somit werden der erhobene Abschnitt 24, der erhobene Abschnitt 28 und der erhobene Abschnitt 32 ausgebildet, und das Leistungshalbleitermodul ist hergestellt, wie es in 1 gezeigt ist. In dem Leistungshalbleitermodul des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden elektrische Verbindungen durch Verwendung der Verbindungsmetallplatte 22, des Steuerterminals 26 und des Hauptterminals 30 erreicht, ohne Drahtbonding zu verwen den. Aus diesem Grund ist weder ein Leiterschaltbild zum Drahtbonding noch ein extra Raum für die Bewegung eines Bondingkopfs von einem Drahtverbinder notwendig. Daher kann das Leistungshalbleitermodul größenreduziert werden.
  • Wie aus der obigen Beschreibung klar wird, sind die Verbindungsmetallplatte 22 und der erhobene Abschnitt 24 aus demselben Material hergestellt. Ähnlicherweise sind das Steuerterminal 26 und der erhobene Abschnitt 28 aus demselben Material hergestellt. Des Weiteren sind das Hauptterminal 30 und der erhobene Abschnitt 32 aus demselben Material hergestellt. Daher kann die Länge der Elektrode verkürzt werden, um das Leistungshalbleitermodul in der Dicke zu verkleinern und um den Widerstand zu reduzieren, da es keinen Grund gibt, eine Schraube oder eine Buchse zum Herstellen einer Verbindung mit einem äußeren Schaltkreis zu verwenden. Des Weiteren kann der Widerstand des Leistungshalbleitermoduls im Vergleich zu dem Fall, in dem die Verbindung zwischen der Elektrode und dem äußeren Substrat über eine Schraube oder eine Anschlusselektrode erreicht wird, reduziert werden, da ein Ende der Elektrode mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und sich das andere Ende der Elektrode zu der Außenseite des Kunststoffgehäuses erstreckt, um das Halbleiterelement mit dem äußeren Schaltkreis zu verbinden. Daher kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein größenreduziertes und ausgedünntes Leistungshalbleitermodul mit längerer Betriebszeit und höherer Zuverlässigkeit hergestellt werden.
  • Des Weiteren wird es möglich, ein Set von Spritzgussformen für eine Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen standardmäßig zu verwenden, unabhängig von deren Elektrodenkonfiguration. Das heißt, der Pressspritzprozess wird in einer Situation durchgeführt, in der die Fläche der Elektrode, die an dem Kunststoffge häuse bloßliegen soll, flach ist, und nur die Einschnitte 40, 42 und 44 darin ausgebildet sind. Dies ermöglicht es, dass die innere Wand der Spritzgussform flach sein kann, so dass diese keinen konkaven Abschnitt haben muss, der dem erhobenen Abschnitt entspricht. Entsprechend können dieselben Spritzgussformen verwendet werden, selbst wenn sich das Design der Elektrodenkonfiguration verändert hat. Ähnlicherweise können dieselben Spritzgussformen für verschiedene Produkte verwendet werden. Dementsprechend ermöglicht es das Herstellungsverfahren für das Leistungshalbleitermodul dieses Ausführungsbeispiels, ein Leistungshalbleitermodul herzustellen, indem eine günstige Spritzgussform, die eine flache innere Wand besitzt, verwendet wird, die üblicherweise für verschiedene Produkte verwendet werden kann und dadurch die Produktionskosten reduziert.
  • Obwohl die Form des erhobenen Abschnitts in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel viereckig ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Form des erhobenen Abschnitts konisch sein, wie in 7 gezeigt ist. Zusätzlich kann der erhobene Abschnitt in einer Treppenform ausgebildet sein, wie in 8 gezeigt ist, oder in solch einer Form ausgebildet sein, dass deren Breite sich zu dem Ende hin verbreitert, wie in 9 gezeigt ist. Es versteht sich, dass 7 bis 9 das Leistungshalbleitermodul aus derselben Richtung gesehen zeigen, wie es für 3 der Fall ist. Wenn der erhobene Abschnitt derart ausgebildet ist, dass die Breite umso geringer wird je näher man der Spitze kommt, wie in 7 und 8 gezeigt ist, kann der erhobene Abschnitt leicht in ein Durchgangsloch des äußeren Substrats eingeführt werden. Entsprechend kann die Produktivität verbessert werden und der Herstellungsprozess kann automatisiert werden um so die Herstellungskosten zu reduzieren. Andererseits kann die Produktivität erhöht wer den, wenn der erhobene Abschnitt sich zu dem Ende hin erweitert, wie in 9 gezeigt ist, da die Leistung, die zum Anheben des Einschnitts benötigt wird, reduziert werden kann. Es versteht sich, dass jede Form der erhobenen Abschnitte, die oben erwähnt ist, durch Ausbilden eines entsprechenden Einschnitts in den Elektroden hergestellt werden kann.
  • Obwohl der Einschnitt derart ausgebildet ist, dass er die Elektroden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchdringt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine Tiefe des Einschnitts kann geringer sein als die Dicke der Elektrode. Obwohl sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der erhobene Abschnitt vertikal von dem Kunststoffgehäuse erstreckt, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Das heißt, die Richtung, in die sich der erhobene Abschnitt erstreckt, ist nicht auf einen bestimmten Winkel beschränkt, solange sich der erhobene Abschnitt leicht mit dem äußeren Schaltkreis verbinden lässt. Beispielsweise kann der erhobene Abschnitt bezüglich der Fläche des Kunststoffgehäuses um 45° abgewinkelt sein. Solch eine Abwinkelung kann sich zweifach wiederholen.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels erfordert kein Drahtbonding, da die elektrische Verbindung mittels der Verbindungsmetallplatte 22, dem Steuerterminal 26 und dem Hauptterminal 30 erreicht wird. Des Weiteren sind die Form der Elektrode und die Art des Halbleiterelements nicht auf spezielle Formen eingeschränkt, solange sie sich nicht von dem Anwendungsgebiet der Erfindung entfernen. Beispielsweise ist die Anzahl der erhobenen Abschnitte, die auf der Elektrode ausgebildet sind, nicht auf einen beschränkt. Das heißt, die Verbindungsmetallplatte 22 könnte beispielsweise einen ersten erhobe nen Abschnitt 70 und einen zweiten erhobenen Abschnitt 72 enthalten, wie in 10 gezeigt ist. Auch können andere Elektroden auf dieselbe Weise modifiziert werden. Obwohl der Einschnitt in Schritt 100 ausgebildet wird, wie in 4 des vorliegenden Ausführungsbeispiels gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, der Einschnitt kann ausgebildet werden, nachdem der Pressspritzprozess durchgeführt wurde.
  • Obwohl in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Oberfläche der Elektrode an dem Kunststoffgehäuse bloßliegt, wo der erhobene Abschnitt ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Oberfläche, wie in 11 gezeigt ist, mit dem Kunststoffgehäuse bedeckt sein. 11 zeigt die Konfiguration, in der nur die erhobenen Abschnitte an dem Kunststoffgehäuse bloßliegen. Diese Konfiguration reduziert die Fläche, die nach außen hin geöffnet ist. Daher kann das Leistungshalbleitermodul in der Umgebung des äußeren Substrats angeordnet werden, und dadurch eine Vorrichtung als Ganzes miniaturisieren, die das äußere Substrat und Ähnliches enthält.
  • Des Weiteren ist es wünschenswert, dass die Elektrode zum Verbinden des Halbleiterelements mit dem äußeren Schaltkreis aus demselben Material hergestellt ist wie das des äußeren Schaltkreises, um einen Widerstand zu reduzieren.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren eines Leistungshalbleitermoduls, das in der Ausbildung eines erhobenen Abschnitts vor einem Pressspritzpro zess gekennzeichnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf 12-15 beschrieben.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das das Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls dieses Ausführungsbeispiels erläutert. Die Erläuterung wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm durchgeführt. Als Erstes wird in Schritt 200 das Halbleiterelement mit dem Metallsubstrat verbunden. Des Weiteren werden die Verbindungsmetallplatte, das Steuerterminal und das Hauptterminal auf dieselbe Weise, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsmetallplatte, das Steuerterminal und das Hauptterminal aus der Phosphorbronze mit hohem Elastizitätsmodul hergestellt. Somit wird die Halbleitervorrichtungsanordnung, die in 5 gezeigt ist, in dem Schritt 200 hergestellt.
  • Als Nächstes setzt sich die Verarbeitung bei Schritt 202 fort. Schritt 202 wird nun unter Bezugnahme auf 13 erläutert. In Schritt 202 werden die erhobenen Abschnitte 24, 28 und 32 auf der Verbindungsmetallplatte 22, dem Steuerterminal 26 bzw. dem Hauptterminal 30 ausgebildet. Diese erhobenen Abschnitte werden, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, durch Anheben einer Fläche der Elektrode hergestellt. Die erhobenen Abschnitte können durch Verwendung eines vorgefertigten Einschnitts oder einer anderen Methode ausgebildet werden.
  • Die erhobenen Abschnitte 24, 28 und 32 werden derart ausgebildet, dass sie in der Lage sind, in ihre ursprüngliche Position zurückzukehren, und so eine flache Oberfläche zu bilden, wenn sie einer abwärtsgerichteten Kraft ausgesetzt werden. Die Verformungen der erhobenen Abschnitte 24, 28 und 32 werden aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls der Phosphorbronze ausgeführt.
  • Als Nächstes setzt sich die Verarbeitung bei Schritt 204 fort. Schritt 204 wird ausgeführt, um zu überprüfen, ob die erhobenen Abschnitte in einer gewünschten Form durch das Vorgehen in Schritt 202 ausgebildet wurden, ohne beschädigt zu werden. Wenn die Beschädigung des erhobenen Abschnitts in Schritt 204 gefunden wird, wird die Verarbeitung bei Schritt 208 fortgesetzt. In Schritt 208 wird die Lötstelle, die zum Verbinden der Elektroden verwendet wird, wieder eingeschmolzen und die beschädigte Elektrode wird entfernt. Dann wird wieder eine neue Elektrode zur Verfügung gestellt und der erhobene Abschnitt wird durch das Vorgehen in Schritt 202 ausgebildet. Andererseits setzt sich die Verarbeitung bei Schritt 206 fort, wenn der Schaden des erhobenen Abschnitts nicht in Schritt 204 gefunden wird.
  • Schritt 206 wird nun unter Bezugnahme auf die 13 und 14 erläutert. Wie in 14 gezeigt ist, wird die Halbleitervorrichtungsanordnung, in der der erhobene Abschnitt ausgebildet ist (13), in die Kavität eingebracht, die in der oberen Gussform 60 und der unteren Gussform 62 ausgebildet ist. Die innere Wand der oberen Form 60 presst den erhobenen Abschnitt 24, 28 und 32 abwärts, zu den oberen Flächen der Elektroden, so dass die erhobenen Abschnitte 24, 28 und 32 in ihre ursprüngliche Position zurückkehren. Die innere Wand der unteren Form 62 ist in Kontakt mit der unteren Fläche der Metallbasis 10. Somit wird Spritzkunststoff in die Kavität eingelassen, nachdem die obere Form und die untere Form so eingespannt sind, dass die oberen Flächen der Elektroden geebnet sind, die an dem Kunststoffgehäuse bloßliegen sollen.
  • Nach dem Ausbilden des Kunststoffgehäuses wird die obere Form 60 entfernt. Zu diesem Zeitpunkt kehren die erhobenen Abschnitte 24, 28 und 32 aufgrund ihrer hohen Elastizitätsmodule in den Zustand zurück, in dem sie sich im Wesentlichen vertikal von dem Kunststoffgehäuse 34 erstrecken, da die abwärts gerichtete Kraft weggefallen ist, die auf die erhobenen Abschnitte 24, 28 und 32 zum Ebnen der Fläche ausgeübt wurde. Das Leistungshalbleitermodul des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird durch die obigen Schritte hergestellt.
  • Gemäß dem Herstellungsverfahren des Halbleitermoduls des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird der erhobene Abschnitt vor dem Pressspritzprozess ausgebildet. Daher kann die Elektrode leicht ausgetauscht werden, wenn sie beispielsweise als ein Resultat dessen beschädigt wird, dass die Anhebung zum Ausbilden des erhobenen Abschnitts wiederholt durchgeführt wird. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher darin vorteilhaft, dass es in der Lage ist, die Herstellungskosten aufgrund des leichten Entfernens der Elektrode zu reduzieren.
  • Generell sollte die innere Wand der Spritzgussformen so ausgebildet sein, dass sie der Elektrodenkonfiguration entsprechen, wenn der erhobene Abschnitt, der sich zu der Außenseite des Kunststoffgehäuses erstrecken soll, vor dem Pressspritzprozess ausgebildet wird. Somit neigen die Herstellungskosten dazu, hoch zu sein, da eine spezielle Spritzgussform notwendig ist, die auf eine spezielle Elektrodenkonfiguration spezialisiert ist. Gemäß dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls des vorliegenden Ausführungsbeispiels können die Spritzgussformen mit den flachen inneren Wänden jedoch verwendet werden, da der erhobene Abschnitt mit hohem Elastizitätsmodul gezwungen wird, sich zu verformen, um die flache Oberfläche während des Pressspritzprozesses zur Verfügung zu stellen. Daher ist eine komplexe innere Wandform, die auf die Elektrodenkonfiguration spezialisiert ist, nicht notwendig. Als ein Resultat können die Spritzgussformen für verschiedene Vorrichtungen üblicherweise verwendet werden, unabhängig von deren Elektrodenkonfigurationen, was in verringerten Herstellungskosten resultiert.
  • Obwohl die Elektrode in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus der Phosphorbronze hergestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, das Material der Elektrode ist nicht auf ein spezielles Material beschränkt, solange der erhobene Abschnitt in seine ursprüngliche Position zurückkehren kann, und so eine flache Oberfläche ausbilden kann, wenn auf ihn eine abwärts gerichtete Kraft ausgeübt wird. Hinsichtlich des Leistungshalbleitermoduls des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist es möglich, zumindest die Modifizierungen anzuwenden, die den in dem ersten Ausführungsbeispiel Beschriebenen entsprechen.
  • Offensichtlich sind viele Modifizierungen und Varianten der vorliegenden Erfindung im Rahmen der obigen Lehre möglich. Es versteht sich daher, dass, im Rahmen des Anwendungsgebiets der beigefügten Ansprüche, die Erfindung anders als im Speziellen beschrieben angewendet werden kann.
  • Die gesamte Offenbarung einer japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-024146 , eingereicht am 04. Februar 2009, mit Beschreibung, Ansprüchen, Figuren und Zusammenfassung, auf der die Konventionspriorität der vorliegenden Anmeldung beruht, werden in ihrer Gesamtheit durch Referenz hierin aufgenommen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • - JP 2001-284524 [0006]
    • - JP 2009-024146 [0058]

Claims (8)

  1. Leistungshalbleitermodul das aufweist: ein Halbleiterelement (18, 20), das mit einem Leiterschaltbild (14) verbunden ist, das auf einem Substrat (10) ausgebildet ist; eine Elektrode (22, 26, 30), die mit dem Leiterschaltbild (14) oder dem Halbleiterelement (18, 20) verbunden ist; ein Kunststoffgehäuse (34), das das Substrat (10), das Halbleiterelement (18, 20) und die Elektrode (22, 26, 30) bedeckt; und einen erhobenen Abschnitt (24, 28, 32), der auf einer Fläche der Elektrode (22, 26, 30), durch Anheben eines Teils der Fläche der Elektrode (22, 26, 30), ausgebildet ist; wobei der erhobene Abschnitt (24, 28, 32) an dem Kunststoffgehäuse (34) bloßliegt und sich zu der Außenseite des Kunststoffgehäuses (34) erstreckt.
  2. Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1, wobei die Elektrode (22, 26, 30) und eine äußere Elektrode, die mit dem erhobenen Abschnitt (24, 28, 32) zu verbinden ist, aus demselben Material hergestellt sind.
  3. Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1, wobei die Oberfläche der Elektrode (22, 26, 30) an dem Kunststoffgehäuse (34) bloßliegt.
  4. Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1, wobei eine Form des erhobenen Abschnitts (50, 52) konisch ist.
  5. Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1, wobei die Elektrode (22, 26, 30) als eine Verdrahtung in dem Kunststoffgehäuse (34) dient.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, das die Schritte aufweist: Verbinden eines Halbleiterelements (18, 20) mit einem Leiterschaltbild (14), das auf einem Substrat (10) ausgebildet ist; Verbinden einer Elektrode (22, 26, 30) mit dem Leiterschaltbild (14) oder dem Halbleiterelement (18, 20); Ausbilden eines Kunststoffgehäuses (34), das das Substrat (10), das Halbleiterelement (18, 20) und die Elektrode (22, 26, 30) derart bedeckt, dass eine Fläche der Elektrode (22, 26, 30) an dem Kunststoffgehäuse (34) bloßliegt; und Ausbilden eines erhobenen Abschnitts (24, 28, 32), der sich zu einer Außenseite des Kunststoffgehäuses (34) erstreckt, durch Anheben eines Teils der Fläche der Elektrode (22, 26, 30), auf der Fläche der Elektrode (22, 26, 30).
  7. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Anspruch 6, das des Weiteren einen Schritt zur Ausbildung eines Einschnitts (40, 42, 44) auf der Oberfläche der Elektrode (22, 26, 30) aufweist, bevor das Kunststoffgehäuse (34) ausgebildet wird, wobei der erhobene Abschnitt (24, 28, 32) unter Verwendung des Einschnitts (40, 42, 44) ausgebildet wird.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, das die Schritte aufweist: Verbinden eines Halbleiterelements (18, 20) mit einem Leiterschaltbild (14), das auf einem Substrat (10) ausgebildet ist; Verbinden einer Elektrode (22, 26, 30) mit dem Leiterschaltbild (14) oder dem Halbleiterelement (18, 20); Ausbilden eines erhobenen Abschnitts (24, 28, 32) durch Anheben eines Teils der Fläche der Elektrode (22, 26, 30), der von der Fläche der Elektrode (22, 26, 30) hervorsteht, wobei der erhobene Abschnitt (24, 28, 32) zu einer ursprünglichen Position zurückkehren kann, um die Fläche der Elektrode (22, 26, 30) zu glätten, wenn eine abwärtsgerichtete Kraft auf den erhobenen Abschnitt (24, 28, 32) ausgeübt wird; und Ausbilden eines Kunststoffgehäuses (34) durch einen Pressspritzprozess, während die Fläche der Elektrode (22, 26, 30) durch eine abwärtsgerichtete Kraft geglättet wird, die von einer Spritzgussform (60) ausgeübt wird, nach dem Verbinden des Halbleiterelements (18, 20) und dem Ausbilden des erhobenen Abschnitts (24, 28, 32).
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