DE102009055648A1 - Leistungshalbleitermodul - Google Patents
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Abstract
In dem Leistungshalbleitermodul (100) stellt eine metallische Kontaktplatte (7b) zwischen Leistungshalbleiterbauelementen (1b, 2b), die mit der Schaltkreisstruktur (5b) verbunden sind, und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen (1b, 2b) und der Schaltkreisstruktur (5a) elektrisch eine Verbindung her. Zylindrische Hauptanschlüsse (13) sind mit der metallischen Kontaktplatte (7b) und der Schaltkreisstruktur (5b) jeweils im Wesentlichen senkrecht verbunden. Ein zylindrischer Steuerungsanschluss (14) ist mit einem der Leistungshalbleiterbauelemente (1b) im Wesentlichen senkrecht verbunden.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, das mit Harz durch Pressspritzen versiegelt ist, und das hinsichtlich der Leistungsfähigkeit ausgezeichnet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Leistungshalbleitermodul mit einer verringerten Größe, das mit Harz durch Pressspritzen versiegelt ist.
- 2. Beschreibung des Hintergrunds der Erfindung
- Eines der harzversiegelten Leistungshalbleitermodule, die durch Pressspritzen gebildet werden, welches in der Lage ist, die durch seinen Betrieb erzeugte Hitze effizient nach außen abzuführen, und fähig zu einem Betrieb mit großen Strömen ist, ist eines, in dem: Leistungshalbleiterbauelemente wie z. B. ein IGBT und dergleichen sind auf einer Schaltkreisstruktur befestigt und mit einem Metallkühlkörperfuß verbunden; und Haupt- und Steuerungs-Außenverbindungsanschlüsse sind mit der Schaltkreisstruktur derart verbunden, dass sie im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der Schaltkreisstruktur sind.
- Ein Kupferblock, ein Zylinder mit einem Schraubenloch und eine Mutter, die durch Harzspritzen befestigt ist, werden jeweils für einen Hauptanschluss verwendet, der mit einem Hauptschaltkreis dieses Leistungshalbleitermoduls verbunden ist. Der Hauptanschluss, der ein Kupferblock ist, ist mit einer externen Verdrahtung durch Löten verbunden. Der Hauptanschluss, der ein Zylinder mit einem Schraubenloch ist, oder der Hauptanschluss, in dem eine Mutter durch Harzspritzen befestigt ist, ist mit einer externen Verdrahtung durch eine Schraube verbunden. Ferner wird eine Anschlussbuchse als ein Steuerungsanschluss verwendet, der zu einem Steuerungsschaltkreis des Leistungshalbleitermoduls verbindet, und die Anschlussbuchse ist mit einem Pin-Typ-Anschluss verbunden, der auf einem externen Steuerungssubstrat bereitgestellt wird.
- Diese Haupt- und Steuerungsanschlüsse werden jeweils derart bereitgestellt, dass sie im Wesentlichen senkrecht zu der Schaltkreisstrukturoberfläche sind. Teile dieser Anschlüsse, die mit der externen Verdrahtung eine Verbindung herstellen, sind an einer Oberfläche des Pressspritzharzes freiliegend. Ferner stellt Drahtbonden zwischen einem Leistungshalbleiterbauelement und dem Hauptanschluss, zwischen einem Leistungshalbleiterbauelement und dem Steuerungsanschluss, und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen elektrisch eine Verbindung her (siehe z. B. Seite 7 bis 9,
2 und6 derjapanischen Offenlegungs-Patentpublikation Nr. 2007-184315 - In dem Leistungshalbleitermodul, das mit Pressspritzharz versiegelt ist, welches im Patentdokument 1 beschrieben ist (nachfolgend einfach als ein Leistungshalbleitermodul bezeichnet) stellt Drahtbonden zwischen einem Leistungshalbleiterbauelement und einer Schaltkreisstruktur, auf der die Hauptanschlüsse bereitgestellt werden, zwischen einem Leistungshalbleiterbauelement und einer Schaltkreisstruktur, auf der der Steuerungsanschluss bereitgestellt wird, und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen elektrisch eine Verbindung her.
- In dem Leistungshalbleitermodul, das im Patentdokument 1 beschrieben wird, wird Drahtbonden zum Verdrahten innerhalb des Leistungshalbleitermoduls verwendet. Aus diesem Grund werden anders als die Schaltkreisstruktur, auf der die Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind, die Schaltkreisstrukturen, auf denen die Haupt- und Steuerungsanschlüsse befestigt sind, bereitgestellt. Dies führt zu einem Problem, dass die Größenreduzierung des Leistungshalbleitermoduls beschränkt ist.
- Da ein vorher festgelegter breiter Raum für den Kopf einer Drahtbondausrüstung zum Betreiben nötig ist, ist es schwierig, Drahtbonden in der Nähe des Haupt- oder Steuerungsanschlusses auszuführen. Mit anderen Worten ist es notwendig, einen breiten Raum zwischen dem Haupt- oder Steuerungsanschluss und einem Teil zu haben, an dem das Drahtbonden ausgeführt wird, um den Betrieb der Drahtbondausrüstung zu ermöglichen. Dies führt auch zu dem Problem, dass die Größenreduzierung des Leistungshalbleitermoduls beschränkt ist.
- Die vorliegende Erfindung löst das obige Problem. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leistungshalbleitermodul bereitzustellen, das mit Harz durch Pressspritzen versiegelt ist, welches in der Größe weiter reduziert werden kann.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Ein Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Schaltkreissubstrat umfassend einen Metallkühlkörper und umfassend eine Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die mit einer Oberfläche des Metallkühlkörpers verbunden ist, und umfassend eine Schaltkreisstruktur, die auf einer Oberfläche der Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, deren Oberfläche gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit dem Metallkühlkörper verbunden ist; Leistungshalbleiterbauelemente, die mit der Schaltkreisstruktur verbunden sind; eine Verdrahtungsmetallplatte zum elektrischen Verbinden zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und der Schaltkreisstruktur; zylindrische Hauptanschlüsse, die im Wesentlichen senkrecht jeweils mit der Verdrahtungsmetallplatte und der Schaltkreisstruktur verbunden sind; einen zylindrischen Steuerungsanschluss, der im Wesentlichen senkrecht mit einem der Leistungshalbleiterbauelemente verbunden ist; und Pressspritzharz zum Versiegeln mindestens der Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit, der Schaltkreisstruktur, der Leistungshalbleiterbauelemente, der Verdrahtungsmetallplatte, der äußeren Seitenflächen der Hauptanschlüsse, und einer äußeren Seitenfläche des Steuerungsanschlusses. Die Haupt- und Steuerungsanschlüsse haben jeweils eine Öffnung, die an einer Oberfläche des Pressspritzharzes bereitgestellt wird. Da das Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung die obige Konfiguration hat, kann das Leistungshalbleitermodul in seiner Größe weiter reduziert werden.
- Die vorangehenden und andere Ziele, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
2 zeigt, dass Leistungshalbleiterbauelemente auf Metallstrukturen in einem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt werden; -
3 zeigt, dass Hauptanschlüsse und Steuerungsanschlüsse in dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt werden; -
4 ist eine schematische Ansicht von oben eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
5 ist ein eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
8 zeigt Außenanschlüsse, die in dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
- Erste Ausführungsform
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. - Wie in
1 gezeigt, wird eine Isolierplatte4 , welche eine Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist, in einem Leistungshalbleitermodul100 der vorliegenden Ausführungsform auf einer Oberfläche einer Metallgrundplatte3 bereitgestellt, die als ein Metallkühlkörper zum Ableiten der Wärme des Leistungshalbleitermoduls100 fungiert. Eine erste Metallstruktur5a und eine zweite Metallstruktur5b , die Schaltkreisstrukturen sind, werden auf einer Oberfläche der Isolierplatte4 bereitgestellt, deren Oberfläche gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit der Metallgrundplatte3 verbunden ist. - Das heißt, die Metallgrundplatte
3 , die Harzplatte4 und die erste und zweite Metallstruktur5a und5b bilden ein Metallsubstrat9 , das ein Schaltkreissubstrat ist. - Leistungshalbleiterbauelemente, die ein erster IGBT-Chip
1a und ein erster FWD(Freilaufdiode)-Chip2a sind, sind mit der ersten Metallstruktur5a durch Lötmittel8 verbunden. Leistungshalbleiterbauelemente, die ein zweiter IGBT-Chip1b und ein zweiter FWD-Chip2b sind, sind durch Lötmittel8 mit der zweiten Metallstruktur5 verbunden. Mit anderen Worten ist das Leistungshalbleitermodul100 der vorliegenden Ausführungsform ein 2-in-1 IGBT-Modul, bei dem zwei Gruppen von IGBT-Chips und FWD-Chips auf dem Metallsubstrat9 befestigt sind. - Eine Oberfläche des ersten IGBT-Chips
1a , dessen Oberfläche gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit der ersten Metallstruktur5a verbunden ist, und eine Oberfläche des ersten FWD-Chips2a , dessen Oberfläche gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit der ersten Metallstruktur5a verbunden ist, sind über eine Metallische Kontaktplatte7a verbunden. Eine Oberfläche des zweiten IGBT-Chips1b , dessen Oberfläche gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit der zweiten Metallstruktur5b verbunden ist; eine Oberfläche des zweiten FWD-Chips2b , dessen Oberfläche gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit der zweiten Metallstruktur5b verbunden ist; und die erste Metallstruktur5a sind über eine zweite Metallische Kontaktplatte7b verbunden. - Ein zylindrischer Anschluss
13 (nachfolgend als Hauptanschluss13 bezeichnet) verbunden mit einem Hauptschaltkreis des Leistungshalbleitermoduls100 wird auf der ersten Metallischen Kontaktplatte7a , auf der zweiten Metallischen Kontaktplatte7b und auf der zweiten Metallstruktur5b bereitgestellt, so dass die zylindrischen Anschlüsse13 im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des Metallsubstrats9 sind. Ein zylindrischer Anschluss14 (nachfolgend als ein Steuerungsanschluss14 bezeichnet) verbunden mit einem Steuerungsschaltkreis des Leistungshalbleitermoduls100 wird im Wesentlichen senkrecht an dem Ausgang jedes IGBT-Chips1b und1b bereitgestellt. - Die Oberfläche des Metallsubstrats
9 des Leistungshalbleitermoduls100 , auf dessen Oberfläche die Metallstrukturen gebildet werden; die Umfangsseitenflächen des Metallsubstrats9 ; alle Leistungshalbleiterbauelemente1a ,1b ,2a und2b ; alle Metallischen Kontaktplatten7a und7b ; und die äußeren Seitenoberflächen der Hauptanschlüsse13 und der Steuerungsanschlüsse14 sind mit Pressspritzharz6 versiegelt. Allerdings ist eine Oberfläche der Metallgrundplatte3 , welche gegenüber der Oberfläche liegt, auf der die Isolierplatte4 bereitgestellt wird, nicht mit dem Pressspritzharz6 versiegelt, und Löcher des Hauptanschlusses13 und des Steuerungsanschlusses14 sind nicht mit dem Pressspritzharz6 versiegelt. - In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste IGBT-Chip
1a und der erste FWD-Chip2a über die erste Metallische Kontaktplatte7a verbunden; der zweite IGBT-Chip1b , der zweite FWD-Chip2b und die erste Metallstruktur5a sind über die zweite Metallische Kontaktplatte7b verbunden; und der Hauptanschluss13 ist auf der zweiten Metallstruktur5b bereitgestellt. Alternativ können der erste IGBT-Chip1a , der erste FWD-Chip2a und die zweite Metallstruktur5b über die erste Metallische Kontaktplatte7b verbunden werden; der zweite IGBT-Chip1b und der zweite FWD-Chip2b können über die zweite Metallische Kontaktplatte7b verbunden werden; und der erste Hauptanschluss13 kann auf der ersten Metallstruktur5a bereitgestellt werden. - Bei der vorliegenden Ausführungsform kann Metall, das eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit hat, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, für die Metallgrundplatte
3 verwendet werden. Außerdem wird eine Harzisolierplatte, die verschiedene Keramik- und anorganische Pulver beinhaltet, die eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit haben, für die Isolierplatte4 verwendet werden. - Beispielsweise wird eine Kupferplatte für die erste Metallstruktur
5a und die zweite Metallstruktur5b verwendet. Ein Kupfermaterial wird auch beispielsweise für die erste Metallische Kontaktplatte7a und die zweite Metallische Kontaktplatte7b verwendet. - Ferner werden zylindrische und elektrisch leitende Bauteile, wie z. B. Metallzylinder, als die Hauptanschlüsse
13 und die Steuerungsanschlüsse14 verwendet. Epoxyharz gefüllt mit Kieselerdepulverfüllmasse wird beispielsweise als Pressspritzharz6 verwendet. - Als nächstes wird ein Beispiel des Herstellungsverfahrens des Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
- Zuerst werden die Metallgrundplatte
3 , die Isolierplatte3 im B-Zustand und die Kupferplatte zusammengeschichtet. Dann werden diese erhitzt und unter Druck gesetzt, so dass sie miteinander verbunden werden und einen mehrschichtigen Körper bilden. Als nächstes wird das Ätzen auf die Kupferplatte des mehrschichtigen Körpers angewandt, wodurch die erste Metallstruktur5a und die zweite Metallstruktur5b gebildet werden. Auf diese Art wird die Metallstruktur9 vollendet. - Als nächstes werden der erste IGBT-Chip
1a und der erste FWD-Chip2a durch das Lötmittel oder dergleichen mit der ersten Metallstruktur5a des Metallsubstrats9 verbunden. Auch wird der zweite IGBT-Chip1b und der zweite FWD-Chip2b durch das Lötmittel8 oder dergleichen mit der zweiten Metallstruktur5b des Metallsubstrats9 verbunden. -
2 zeigt, dass die Leistungshalbleiterbauelemente auf den Metallstrukturen in dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt werden. - Wie in
2 gezeigt, sind der erste IGBT-Chip1a , der erste FWD-Chip2a , der zweite FWD-Chip2b und der zweite IGBT-Chip1b in einer Reihe in der genannten Reihenfolge von Links nach Rechts angeordnet. Ferner hat die Metallstruktur5a einen seitlich hervorstehenden Teil, mit dem die zweite Metallische Kontaktplatte7b verbunden ist und an deren Seitenflächen parallel zu den Seitenflächen eines seitlich hervorstehenden Teils der zweiten Metallstruktur5b angeordnet sind, mit dem der Hauptanschluss13 verbunden ist. Auf diese Weise kann ein Abstand zwischen der ersten Metallstruktur5a und der zweiten Metallstruktur5b verringert werden, was zu der Größenreduzierung des Leistungshalbleitermoduls beiträgt. - Als nächstes wird die Metallische Kontaktplatte
7a mit dem ersten IGBT-Chip1a und dem ersten FWD-Chip2a durch Löten oder dergleichen verbunden; und die zweite Metallische Kontaktplatte7b wird mit dem zweiten IGBT-Chip1b , dem zweiten FWD-Chip2b und dem vorstehenden Teil der ersten Metallstruktur5a durch Löten oder dergleichen verbunden. - Als nächstes werden die Hauptanschlüsse
13 mit der ersten Metallischen Kontaktplatte7a , der zweiten Metallischen Kontaktplatte7b und dem vorstehenden Teil der zweiten Metallstruktur5b durch Löten oder dergleichen verbunden; und die Steuerungsanschlüsse14 werden mit den jeweiligen Ausgängen des ersten IGBT-Chips1a und des zweiten IGBT-Chips2b durch Löten oder dergleichen verbunden. -
3 zeigt, dass die Hauptanschlüsse und die Steuerungsanschlüsse in dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt werden. - Wie in
3 gezeigt, sind die Hauptanschlüsse13 , an die jeweils ein größerer Strom angelegt wird, größer als die Steuerungsanschlüsse14 . Hierbei sind die erste Metallische Kontaktplatte7a und die zweite Metallische Kontaktplatte7b jeweils eine einzelne breite Platte. - Schließlich wird eine Pressform benutzt, um das Spritzen durch Pressspritzen durchzuführen, wodurch das Leistungshalbleitermoduls
100 , das mit dem Pressspritzharz6 versiegelt ist, vollendet wird. -
4 zeigt eine Aufsicht auf das Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Wie in
4 gezeigt, liegen die Öffnungen der Hauptanschlüsse13 und der Steuerungsanschlüsse14 an einer Oberfläche des versiegelten Pressspritzharzes6 frei. Ein externer Anschluss, der mit einem externen Schaltkreis verbunden wird, kann in jede der Öffnungen eingesteckt werden. - Ein Verfahren, bei dem das Spritzen ausgeführt wird, so dass die Öffnungen der Hauptanschlüsse
13 und der Steuerungsanschlüsse14 an der Oberfläche des versiegelten Pressspritzharzes6 freiliegen, ist z. B. dasjenige, bei dem das Spritzen mit einer toleranzabsorbierenden thermoplastischen Platte durchgeführt wird, die in die Pressform platziert wird. - In dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls
100 der vorliegenden Ausführungsform werden die Metallischen Kontaktplatten mit den Leistungshalbleiterbauelementen verbunden, nachdem die Leistungshalbleiterbauelemente mit den jeweiligen Metallstrukturen verbunden wurden. Danach werden die Hauptanschlüsse und die Steuerungsanschlüsse verbunden. Alternativ kann, nachdem die Leistungshalbleiterbauelemente, die Metallischen Kontaktplatten, die Hauptanschlüsse und die Steuerungsanschlüsse vorübergehend unter Verwendung von Lötpaste miteinander verbunden wurden, Reflow-Löten für diese Bauteile gleichzeitig durchgeführt werden. Auf diese Weise kann das Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls vereinfacht werden, und dementsprechend die Leistungsfähigkeit des Leistungshalbleitermoduls verbessert werden. - In dem Leistungshalbleitermodul
100 der vorliegenden Ausführungsform wird das Drahtbonden nicht für das Verdrahten innerhalb des Leistungshalbleitermoduls verwendet. Stattdessen werden die Metallischen Kontaktplatten dazu verwendet, zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und einer Metallstruktur zu verbinden, auf der Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind. Ferner werden Hauptanschlüsse auf den Metallischen Kontaktplatten bereitgestellt, und Steuerungsanschlüsse werden auf den IGBT-Chips bereitgestellt. Deshalb ist es nicht mehr notwendig, Metallstrukturen zum Befestigen der Haupt- und Steuerungsanschlüsse darauf bereitzustellen, zusätzlich zu den Metallstrukturen, auf denen die Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind. Dies erlaubt es, das Leistungshalbleitermodul in seiner Größe weiter zu verringern. - Da Drahtbonden nicht verwendet wird, ist ein breiter Raum nicht notwendig, den eine Drahtbondausrüstung für ihren Betrieb braucht. Auch insofern kann das Leistungshalbleitermodul weiter in seiner Größe verringert werden.
- In dem Fall, bei dem Verdrahten durch Drahtbonden in einem Leistungshalbleitermodul durchgeführt wird, das eine große Stromführleistung aufweist, ist es notwendig, eine große Anzahl von Verbindungsdrähten parallel zu verbinden. Dies erhöht die Menge an defekten Verbindungen. Jedoch ist die Menge an defekten Verbindungen gering, da eine Metallische Kontaktplatte an Stelle des Drahtbondens zum Verdrahten in dem Leistungshalbleitermodul
100 der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Daher ist das Leistungshalbleitermodul100 hoch zuverlässig. - Das Leistungshalbleitermodul
100 der vorliegenden Ausführungsform ist ein 2-in-1 IGBT-Modul, bei dem zwei Gruppen von IGBT-Chips und FWD-Chips auf dem Metallsubstrat9 befestigt sind. Jedoch ist diese Konfiguration, bei der das Verdrahten nicht durch Drahtbonden entsteht, sondern durch Metallische Kontaktplatten, und die Hauptanschlüsse auf den Schaltkreismetallplatten bereitgestellt und die Steuerungsanschlüsse auf den IGBT-Elementen bereitgestellt werden, auch anwendbar auf ein Leistungshalbleitermodul, bei dem eine Gruppe eines IGBT-Chips und eines Diodenchips auf einer einzelnen Metallstruktur befestigt sind. - Ferner ist diese Konfiguration auch im Fall des Verbindens zwischen den gleichen Typen von Chips, wie z. B. zwischen IGBT-Chips oder zwischen Diodenchips, anwendbar.
- Zweite Ausführungsform
-
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Wie in
5 gezeigt, ist ein Leistungshalbleitermodul200 der vorliegenden Ausführungsform das Gleiche wie das Leistungshalbleitermodul100 der ersten Ausführungsform, außer dass: eine dritte Metallische Kontaktplatte7c mit dem Ausgang des ersten IGBT-Chips1a verbunden ist; eine vierte Metallische Kontaktplatte7d mit dem Ausgang des zweiten IGBT-Chips1b verbunden ist; und die Steuerungsanschlüsse14 jeweils mit der dritten Metallischen Kontaktplatte7c und der vierten Metallischen Kontaktplatte7d verbunden sind. Hierbei haben Teile der dritten Metallischen Kontaktplatte7c und der vierten Schaltkreismetallplatte7d , deren Teile mit den Ausgängen der IGBT-Chips verbunden sind, jeweils die gleiche oder kleinere Größen als die entsprechenden Ausgänge. Auch haben Teile der dritten Metallischen Kontaktplatte7c und der vierten Metallischen Kontaktplatte7d , mit denen Teile der Steuerungsanschlüsse14 verbunden sind, jeweils die gleiche oder größere Größen als der verbundene Teil des entsprechenden Steuerungsanschlusses14 . - Der Leistungshalbleiter
200 der vorliegenden Ausführungsform bietet die gleichen Ergebnisse als die des Leistungshalbleitermoduls100 der ersten Ausführungsform. Zusätzlich können die Steuerungsanschlüsse darin bereitgestellt werden, selbst wenn IGBT-Chips kleinerer Kapazität verwendet werden und die Ausgänge der IGBT-Chips kleiner in ihrer Größe sind als die verbundenen Teile der Steuerungsanschlüsse. - Dritte Ausführungsform
-
6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Wie in
6 gezeigt ist ein Leistungshalbleitermodul300 der vorliegenden Ausführungsform das gleiche wie das Leistungshalbleitermodul100 der ersten Ausführungsform, außer dass ein Keramiksubstrat10 als ein Schaltkreissubstrat verwendet wird. In dem Keramiksubstrat10 ist eine wärmeableitende Metallplatte10 , die als ein Kühlkörper fungiert, mit einer Seite einer Keramikplatte15 verbunden, die eine Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist, und die erste Metallstruktur5a und die zweite Metallstruktur5b , die Schaltkreisstrukturen sind, werden auf der anderen Oberfläche der Keramikplatte15 bereitgestellt. Vorzugsweise wird eine Platte aus Aluminium, Aluminiumnitrit, Bornitrit oder dergleichen als die Keramikplatte15 verwendet. - Das Leistungshalbleitermodul
300 der vorliegenden Ausführungsform bietet dieselben Ergebnisse wie die des Leistungshalbleitermoduls100 der ersten Ausführungsform. Zusätzlich kann der Wärmewiderstand des Leistungshalbleitermoduls weiter verringert werden, da das Keramiksubstrat10 als ein Schaltkreissubstrat verwendet wird. - Die Verwendung des Keramiksubstrats
10 als ein Schaltkreissubstrat ist auch in dem Leistungshalbleitermodul200 der zweiten Ausführungsform anwendbar, und die gleichen Ergebnisse wie die des Leistungshalbleitermoduls300 können dementsprechend erlangt werden. - Vierte Ausführungsform
-
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Wie in
7 gezeigt ist ein Leistungshalbleitermodul400 der vorliegenden Ausführungsform ein Ergebnis des Einsteckens und Verbindens externer Anschlusskontakte11 mit den Hauptanschlüssen13 und den Steuerungsanschlüssen14 des Leistungshalbleitermoduls100 der ersten Ausführungsform. - Das Leistungshalbleitermodul
400 ist in der Lage, mit einem externen Schaltkreis über die externen Anschlusskontakte11 leitend zu werden, die jeweils eingesteckt und mit den Hauptanschlüssen13 oder den Steuerungsanschlüssen14 verbunden werden. -
8 zeigt Außenanschlüsse, die in dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. - Der untere Teil des jeweiligen externen Anschlusskontakte
11 , die in8 gezeigt sind, welche in den Hauptanschluss13 oder in den Steuerungsanschluss14 eingesteckt werden, hat eine Form eines übereinstimmenden Anschlusses, d. h. eine Presssitzstruktur. Entsprechend ist jeder der externen Anschlusskontakte11 mit dem Hauptanschluss13 oder dem Steuerungsanschluss14 elektrisch verbunden dadurch, dass er durch eine Einpressverbindung darin befestigt ist. Die Einpressstruktur jedes externen Anschlusskontakte11 kann eine Star-Pin-Struktur oder dergleichen sein. - Vorzugsweise wird für die externen Anschlusskontakte
11 ein Material benutzt, das von einem Kupferlegierungstyp ist, welches eine belastbare Charakteristik hat und dessen elektrischer Widerstand klein ist. Die Querschnittsgrößen der externen Anschlusskontakte11 sind beruhend auf der Stromtragfähigkeit passend bestimmt. - Die Form des oberen Teils jedes externen Anschlusskontakte
11 wird auf Grundlage der Form einer externen Vorrichtung bestimmt, die mit dem Leistungshalbleitermodul elektrisch verbunden ist. - In dem Fall, bei dem eine Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul und der externen Vorrichtung an einem Strukturteil einer gedruckten Platine der externen Vorrichtung gebildet ist, wird ein externer Anschlusskontakt
11a , dessen oberer Teil, der mit dem Strukturteil verbunden werden soll, eine Spiralfederform hat, oder ein zweiter externer Anschlusskontakt11b , dessen oberer Teil, der mit dem Strukturteil verbunden werden soll, eine Tellerfederform hat, verwendet. - Ferner wird in dem Fall, bei dem eine Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul und der externen Vorrichtung an einem Durchgangsloch der Leiterplatte der externen Vorrichtung gebildet wird, ein drittes externes Anschlusskontakt
11c , dessen oberer Teil, der durch das Durchgangsloch verbunden werden soll, eine Form zum Lötverbinden hat, oder ein vierter externer Anschlusskontakt11d , dessen oberer Teil, der durch das Durchgangsloch verbunden werden soll, eine Form für eine Einpressverbindung hat, verwendet. - Obwohl nicht gezeigt können, beispielsweise in dem Fall einer hohen Stromtragfähigkeit, die Hauptanschlüsse Metallzylinder sein, in denen jeweils eine Schraube mit Innengewinde gebildet wird, und die externen Anschlusskontakte können Kontakte sein, die jeweils in einer Form einer Schraube mit Außengewinde gebildet werden.
- Das Leistungshalbleitermodul
400 der vorliegenden Ausführungsform bietet die gleichen Ergebnisse wie die des Leistungshalbleitermoduls100 der ersten Ausführungsform. Zusätzlich kann das Leistungshalbleitermodul400 mit externen Vorrichtungen unterschiedlicher Form verbunden werden, was eine ausgezeichnete Einfachheit bietet. - Die Struktur, bei der die externen Anschlusskontakte
11 , die jeweils eine Einpressstruktur haben, in die Hauptanschlüsse13 und die Steuerungsanschlüsse14 eingeführt werden, ist auf die Leistungshalbleitermodule200 und300 der zweiten und dritten Ausführungsform anwendbar, und dementsprechend können die gleichen Ergebnisse wie die des Leistungshalbleitermoduls400 erlangt werden. - In dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, Metallstrukturen, auf denen die Haupt- und Steuerungsanschlüsse befestigt werden sollen, auf einem Schaltkreissubstrat bereitzustellen. Dementsprechend kann das Leistungshalbleitermodul in seiner Größe verringert werden. Demzufolge kann die vorliegende Erfindung wirksam auf eine Leistungshalbleitervorrichtung angewandt werden, bei der Leistungshalbleitermodule mit einer hohen Dichte befestigt sind.
- Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung sind dem Fachmann offenkundig, ohne sich von dem Bereich oder der Wesensart dieser Erfindung zu entfernen, und es sollte verstanden werden, dass dies nicht auf die erläuternden Ausführungsformen beschränkt ist, die hierin dargelegt wurden.
- 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 2007-184315 [0004]
Claims (8)
- Ein Leistungshalbleitermodul (
100 ) umfassend: – ein Schaltkreissubstrat umfassend einen Metallkühlkörper (3 ) und umfassend eine Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit (4 ), die mit einer Oberfläche des Metallkühlkörpers (3 ) verbunden ist, und umfassend eine Schaltkreisstruktur (5a ), die auf einer Oberfläche der Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit (4 ) bereitgestellt ist, deren Oberfläche gegenüber einer Oberfläche angeordnet ist, die mit dem Metallkühlkörper (3 ) verbunden ist; – Leistungshalbleiterbauelemente (1b ,2b ) verbunden mit der Schaltkreisstruktur (5b ); – eine Metallische Kontaktplatte (7b ) zum elektrischen Verbinden zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen (1b ,2b ) und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen (1b ,2b ) und der Schaltkreisstruktur (5b ); – zylindrische Hauptanschlüsse (13 ), die im Wesentlichen senkrecht jeweils mit der Metallischen Kontaktplatte (7b ) und der Schaltkreisstruktur (5b ) verbunden sind; – ein zylindrischer Steuerungsanschluss (14 ), der im Wesentlichen senkrecht mit einem der Leistungshalbleiterbauelemente (1b ) verbunden ist; und – Pressspritzharz (6 ) zum Versiegeln mindestens der Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit (4 ), der Schaltkreisstruktur (5b ), der Leistungshalbleiterbauelemente (1b ,2b ), der Metallischen Kontaktplatte (7b ), äußerer Seitenflächen der Hauptanschlüsse (13 ) und einer äußeren Seitenfläche des Steuerungsanschlusses (14 ), wobei die Haupt- und Steuerungsanschlüsse (13 ,14 ) je eine Öffnung aufweisen, die an einer Oberfläche des Pressspritzharzes (6 ) bereitgestellt sind. - Das Leistungshalbleitermodul (
100 ) gemäß Anspruch 1, wobei – die Schaltkreisstruktur (5b ) eine einzelne Metallstruktur (5b ) ist, – eine Gruppe eines IGBT-Chips (1b ) und eines FWD-Chip (2b ) auf der Metallstruktur (5b ) als die Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind; – der IGBT-Chip (1b ) und der FWD-Chip (2b ) miteinander durch die Metallische Kontaktplatte (7b ) verbunden sind; – die Hauptanschlüsse (13 ) jeweils mit der Metallischen Kontaktplatte und der Metallstruktur verbunden sind; und – der Steuerungsanschluss mit einem Ausgang des IGBT-Chips verbunden ist. - Das Leistungshalbleitermodul (
100 ) gemäß Anspruch 1, wobei – die Schaltkreisstruktur eine erste Metallstruktur (5a ) und eine zweite Metallstruktur (5b ) umfasst; – ein erster IGBT-Chip (1a ) und ein erster FWD-Chip (2a ) auf der ersten Metallstruktur (5a ) als die Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind; – ein zweiter IGBT-Chip (1b ) und ein zweiter FWD-Chip (2b ) auf der zweiten Metallstruktur (5b ) als die Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind; – der erste IBGT-Chip (1a ) und der erste FWD-Chip (2a ) miteinander durch eine erste Metallische Kontaktplatte (7a ) verbunden sind; – der zweite IBGT-Chip (1b ), der zweite FWD-Chip (2b ) und die erste Metallplatte (5a ) miteinander durch eine zweite Metallische Kontaktplatte (7b ) verbunden sind; – die Hauptanschlüsse (13 ) mit der ersten Metallischen Kontaktplatte (7a ), der zweiten Drahtmetallplatte (7b ) und der zweiten Metallstruktur (5b ) jeweils verbunden sind; und – die Steuerungsanschlüsse (14 ) jeweils mit Ausgängen des ersten IGBT-Chips (1a ) und des zweiten IGBT-Chips (1b ) verbunden sind. - Das Leistungshalbleitermodul (
200 ) gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei – eine Metallische Kontaktplatte (7c ,7d ) mit dem Ausgang jedes IGBT-Chips verbunden ist; und – jeder Steuerungsanschluss (14 ) mit der Metallischen Kontaktplatte (7c ,7d ) verbunden ist. - Das Leistungshalbleitermodul (
100 ,200 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schaltkreissubstrat ein Metallsubstrat (9 ) ist, umfassend: – eine Metallgrundplatte (3 ), die der Metallkühlkörper ist; – eine Isolierplatte (4 ), die die Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit (4 ) ist, die mit einer Oberfläche der Metallgrundplatte (3 ) verbunden ist; und – die Schaltkreisstruktur, die auf einer Oberfläche der Isolierplatte (4 ) bereitgestellt ist, deren Oberfläche gegenüber einer Oberfläche angeordnet ist, die mit der Metallgrundplatte (3 ) verbunden ist. - Das Leistungshalbleitermodul (
300 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schaltkreissubstrat (10 ) ein Keramiksubstrat (10 ) ist, umfassend: – eine Keramikplatte (15 ), die die Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist; – eine wärmeableitende Metallplatte (16 ), die der Metallkühlkörper ist, der mit einer Oberfläche der Keramikplatte (15 ) verbunden ist; und – die Schaltkreisstruktur, die auf einer anderen Oberfläche der Keramikplatte (15 ) bereitgestellt ist. - Das Leistungshalbleitermodul (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein externer Anschlusskontakt (11 ) in jeden der Haupt- und Steuerungsanschlüsse (13 ,14 ) eingeführt und mit jedem hiervon verbunden ist, wobei jeder Anschluss eine Öffnung aufweist, die an der Oberfläche des Pressspritzharzes (6 ) bereitgestellt ist. - Das Leistungshalbleitermodul (
400 ) gemäß Anspruch 7, wobei der externe Anschlusskontakt (11 ) einer ist, der aus einer Gruppe umfassend einer ersten externen Anschlusskontakt (11a ), dessen oberer Teil eine Schraubenfederform hat, einen zweiten externen Anschlusskontakt (11b ), dessen oberer Teil eine Tellerfederform hat, einen dritten externen Anschlusskontakt (11c ), dessen oberer Teil eine Form zum Lötverbinden hat, und einen vierten externen Anschlusskontakt (11d ), dessen oberer Teil eine Form zur Einpressverbindung hat, ausgewählt ist.
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