DE102011085313A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasst eine externe Hauptstromelektrode 1 zum Verbinden einer Hochspannungs-Hauptstromelektrode eines Leistungshalbleiterelements mit der Außenseite und ein Harzgehäuse 2, in das die externe Hauptstromelektrode 1 eingepresst ist. Die externe Hauptstromelektrode 1 weist einen eingepressten Befestigungsabschnitt und einen Klauenbefestigungsabschnitt zur Befestigung am Harzgehäuse 2 auf. Der Klauenbefestigungsabschnitt umfasst einen Vorsprung 3, der durch ein Durchgangsloch hindurchtritt, das im Harzgehäuse 2 definiert ist, und einen biegsamen Klauenabschnitt 4 an seinem Spitzenende aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zum Befestigen einer externen Elektrode in einem Hochspannungs-Halbleiterleistungsmodul.
  • Halbleiterleistungsmodule, die in elektrischen Eisenbahnen und dergleichen verwendet werden, umfassen jene, die eine hohe Nennspannung (von 6500 V oder höher) erfordern, um einen Vorteil bei der Konstruktion von Leistungseinheiten herbeizuführen (wie in JP 2009-88218-A offenbart). Solche Halbleiterleistungsmodule sollten eine Isolation zwischen einem Hochspannungsteil (Kollektor) und einem Niederspannungsteil (Emitter oder Gate) aufrechterhalten.
  • Im Fall eines IGBT-Moduls umfasst das IGBT-Modul eine Hauptkollektorelektrode und eine externe Kollektorelektrode zum Verbinden der Hauptkollektorelektrode mit der Außenseite, die als Hochspannungsteil fungiert. Die externe Kollektorelektrode wird durch Einpressen in ein Harzgehäuse fixiert, um ein Leistungsmodul zu konstruieren, und zwar aufgrund dessen, dass dies beispielsweise die Herstellung des Leistungsmoduls mit geringen Kosten ermöglicht.
  • Das Gehäuse kann sich jedoch aufgrund von Wärmeerzeugung während der Montage ausdehnen, so dass die Befestigung der externen Kollektorelektrode gelockert werden kann. Folglich kann die externe Kollektorelektrode instabil werden, so dass sie nicht sicher in einem Endprodukt befestigt werden kann.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die die sichere Befestigung einer externen Kollektorelektrode erreicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine externe Hauptstromelektrode und ein Harzgehäuse. Die externe Hauptstromelektrode verbindet eine Hochspannungs-Hauptstromelektrode eines Leistungshalbleiterelements mit der Außenseite. Die externe Hauptstromelektrode ist in das Harzgehäuse eingepresst. Die externe Hauptstromelektrode weist einen eingepressten Befestigungsabschnitt und einen Klauenbefestigungsabschnitt zur Befestigung am Harzgehäuse auf. Der Klauenbefestigungsabschnitt umfasst einen Vorsprung. Der Vorsprung tritt durch ein Durchgangsloch hindurch, das im Harzgehäuse definiert ist, und weist einen biegsamen Klauenabschnitt an seinem Spitzenende auf.
  • Der eingepresste Befestigungsabschnitt und der Klauenbefestigungsabschnitt verwirklichen eine sichere Mehrpunktbefestigung der externen Hauptstromelektrode am Harzgehäuse. Ferner ermöglicht der Klauenabschnitt in einem eingehakten Zustand des Vorsprungs des Klauenbefestigungsabschnitts, dass die externe Hauptstromelektrode sicherer am Harzgehäuse befestigt wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine Schnittansicht der Struktur einer Halbleitervorrichtung einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
  • 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Klauenabschnitts und seiner Umgebung;
  • 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Klauenabschnitts und seiner Umgebung in einer Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform;
  • 4 eine Schnittansicht der Struktur einer Halbleitervorrichtung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
  • 5 eine vergrößerte Schnittansicht eines Klauenabschnitts und seiner Umgebung in einer Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform; und
  • 6 eine Schnittansicht der Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einer notwendigen Technik.
  • Technisches Gebiet
  • 6 ist eine Schnittansicht der Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß diesem technischen Gebiet. Eine externe Kollektorelektrode 1 wird durch Einpressen in ein Harzgehäuse 2 befestigt, um ein Produkt zu konstruieren, aus dem Grund, dass dies beispielsweise die Herstellung des Produkts mit niedrigen Kosten ermöglicht. Das Harzgehäuse 2 kann sich jedoch aufgrund der Wärmeerzeugung während der Montage ausdehnen, so dass die Befestigung der externen Kollektorelektrode 1 gelockert werden kann. Folglich kann die externe Kollektorelektrode 1 in einem Endprodukt wackelig werden. In Reaktion darauf versieht die vorliegende Erfindung die externe Kollektorelektrode 1 mit Vorsprüngen in mehreren Positionen, um zu ermöglichen, dass die externe Kollektorelektrode 1 sicher am Harzgehäuse 2 befestigt wird.
  • Erste bevorzugte Ausführungsform
  • Struktur
  • 1 ist eine Schnittansicht der Struktur einer Halbleitervorrichtung einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, umfasst eine externe Kollektorelektrode 1 zum Verbinden einer Kollektorelektrode (nicht dargestellt) eines Leistungshalbleiterelements mit der Außenseite, und ein Harzgehäuse 2, in dem die externe Kollektorelektrode 1 durch Einpressen befestigt wird.
  • Die externe Kollektorelektrode 1 weist einen Anschlussabschnitt 1a, der mit der Außenseite verbunden ist, einen eingepressten Abschnitt 1b, der in das Harzgehäuse 2 eingepresst ist, und einen Verbindungsabschnitt 1c, der mit einem Leistungshalbleiterelement (nicht dargestellt) verbunden ist, auf.
  • Die externe Kollektorelektrode 1 wird am Harzgehäuse 2 durch Anlagekontakt zwischen dem eingepressten Abschnitt 1b und einer Innenwand des Harzgehäuses 2 befestigt. Ferner wird der eingepresste Abschnitt 1b mit mehreren Vorsprüngen 3 versehen, die sich in einer Richtung erstrecken, in der die externe Kollektorelektrode 1 in das Harzgehäuse 2 eingepresst wird. Die Vorsprünge 3 werden in Durchgangslöcher eingesetzt, die im Harzgehäuse 2 definiert sind, wodurch die externe Kollektorelektrode 1 am Harzgehäuse 2 befestigt wird. Eine Einpunktbefestigung der externen Kollektorelektrode 1 kann eine Verschiebung in einer Drehrichtung in Bezug auf den Punkt, an dem die externe Kollektorelektrode 1 befestigt wird, nicht verhindern. Dagegen ermöglicht die Befestigung der externen Kollektorelektrode 1 mit den mehreren Vorsprüngen 3, dass die externe Kollektorelektrode 1 sicher am Harzgehäuse 2 befestigt wird.
  • Mindestens einer der Vorsprünge 3 tritt durch ein Durchgangsloch im Harzgehäuse 2 hindurch, so dass sein Spitzenende freiliegt, und das freiliegende Spitzenende wird gebogen, so dass es zu einem Klauenabschnitt 4 wird, der sich entlang einer Oberfläche des Harzgehäuses 2 erstreckt, in dem das Durchgangsloch definiert ist. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines in 1 gezeigten Bereichs A, die den Klauenabschnitt 4 und seine Umgebung zeigt. Die externe Kollektorelektrode 1 ist am Harzgehäuse 2 nicht nur durch die Vorsprünge 3, die mit dem Harzgehäuse 2 in Eingriff stehen, sondern auch durch den Klauenabschnitt 4, der am Harzgehäuse 2 eingehakt ist, sicher befestigt.
  • Der Vorsprung 3, der keinen Klauenabschnitt 4 aufweist, fungiert als eingepresster Befestigungsabschnitt, der in ein Durchgangsloch eingepresst wird, um die externe Kollektorelektrode 1 zu fixieren. Der Vorsprung 3 mit dem Klauenabschnitt 4 fungiert als Klauenbefestigungsabschnitt, der die externe Kollektorelektrode 1 durch den eingehakten Klauenabschnitt 4 zusätzlich zu dessen Einpressen fixiert. Der eingepresste Befestigungsabschnitt und der Klauenbefestigungsabschnitt fixieren zusammen die externe Kollektorelektrode 1 sicher am Harzgehäuse 2.
  • In 1 sind zwei Vorsprünge 3 an der unteren Oberfläche der externen Kollektorelektrode 1 vorgesehen, und einer der zwei Vorsprünge 3 ist mit dem Klauenabschnitt 4 an seinem Spitzenende versehen. Unterdessen kann die Anzahl von Vorsprüngen 3 beliebig bestimmt werden, solange zwei oder mehr Vorsprünge 3 vorgesehen sind. Ferner kann die Anzahl von Vorsprüngen 3 (Klauenbefestigungsabschnitten) mit dem Klauenabschnitt 4 auch beliebig bestimmt werden.
  • Modifikationen
  • Ein Öffnungsabschnitt des Harzgehäuses 2, durch den der Vorsprung 3 der externen Kollektorelektrode 1 in das Harzgehäuse 2 eingesetzt wird, kann abgeschrägt sein, wie in 3 gezeigt. Dies ermöglicht, dass die externe Kollektorelektrode 1 in das Harzgehäuse 2 mit besserer Bearbeitbarkeit eingesetzt wird. Dieser Effekt kann auch durch Abrunden des Spitzenendes des Vorsprungs 3 mit dem Klauenabschnitt 4 erreicht werden.
  • Die Halbleitervorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst die externe Kollektorelektrode 1 (externe Hauptstromelektrode) zum Verbinden einer Kollektorelektrode (Hochspannungs-Hauptstromelektrode) eines Leistungshalbleiterelements mit der Außenseite, und das Harzgehäuse 2, in das die externe Kollektorelektrode 1 eingepresst wird. Die externe Kollektorelektrode 1 weist einen eingepressten Befestigungsabschnitt und einen Klauenbefestigungsabschnitt für die Befestigung am Harzgehäuse 2 auf. Der Klauenbefestigungsabschnitt umfasst den Vorsprung 3, der durch ein Durchgangsloch hindurchtritt, das im Harzgehäuse 2 definiert ist, und den biegsamen Klauenabschnitt 4 an seinem Spitzenende aufweist. Der eingepresste Befestigungsabschnitt und der Klauenbefestigungsabschnitt verwirklichen eine Mehrpunktbefestigung der externen Kollektorelektrode 1, so dass die externe Kollektorelektrode 1 sicher am Harzgehäuse 2 befestigt wird. Ferner weist der Vorsprung 3 des Klauenbefestigungsabschnitts den Klauenabschnitt 4 auf. Somit ermöglicht der Klauenabschnitt 4 in einem eingehakten Zustand, dass die externe Kollektorelektrode 1 sicherer am Harzgehäuse 2 befestigt wird.
  • In der Halbleitervorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform kann ein Öffnungsabschnitt eines Durchgangslochs, das im Harzgehäuse 2 definiert ist, abgeschrägt sein. Dies ermöglicht, dass der Vorsprung 3 der externen Kollektorelektrode 1 in das Durchgangsloch des Harzgehäuses 2 mit besserer Bearbeitbarkeit eingesetzt wird.
  • In der Halbleitervorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform kann eine Endecke des Vorsprungs 3 abgerundet sein, so dass der Vorsprung 3 in das Harzgehäuse 2 mit besserer Bearbeitbarkeit eingesetzt wird.
  • Zweite bevorzugte Ausführungsform
  • Struktur
  • 4 ist eine Schnittansicht der Struktur einer Halbleitervorrichtung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform. Ein Halbleiterelement, das mit dem Verbindungsabschnitt 1c der externen Kollektorelektrode 1 verbunden ist, ist in 4 auch gezeigt. Wie in 4 gezeigt, sind Substrate 6a und 6b auf einem Kühlkörper 5 vorgesehen. Ferner ist ein Halbleiterelement 7a als Niederspannungsteil auf dem Substrat 6a vorgesehen und Leistungshalbleiterelemente 7b und 7c als Hochspannungsteile sind auf dem Substrat 6b vorgesehen. Das Substrat 6a und das Halbleiterelement 7b, das Leistungshalbleiterelement 7b und das Substrat 6b und das Substrat 6b und das Leistungshalbleiterelement 7c sind durch Drähte 8a, 8b und 8c miteinander verbunden. Obwohl nicht gezeigt, sind das Halbleiterelement 7a, die Leistungshalbleiterelemente 7b und 7c und die Drähte 8a, 8b und 8c zusammen mit den Substraten 6a, 6b und 6c mit einem Isolationsversiegelungsharz versiegelt. Folglich ist das Halbleiterelement 7a als Niederspannungsteil von der externen Kollektorelektrode 1 als Hochspannungsteil isoliert.
  • Die Niederspannungsteile mit dem Halbleiterelement 7a, und der Emitterdraht 8a, der mit einer Niederspannungs-Hauptstromelektrode des Leistungshalbleiterelements 7b verbunden ist, sind nahe dem unteren Teil des Anschlussabschnitts 1a der externen Kollektorelektrode 1 angeordnet. Somit kommen der Klauenabschnitt 4 und die Niederspannungsteile nahe zueinander, wenn der Klauenabschnitt 4 in der Mitte des unteren Teils des Anschlussabschnitts 1a vorgesehen ist, wie in 1 gezeigt. Eine solche Nähe stellt in einem Leistungsmodul mit einer niedrigen Nennspannung (von 4500 V oder niedriger) keine Probleme dar, wohingegen dies es schwierig macht, einen Isolationsabstand aufrechtzuerhalten, wenn die Nennspannung zunimmt (auf 6500 V oder höher). In Reaktion darauf ist in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Klauenabschnitt 4 in einer Position vorgesehen, die vom Niederspannungsteil 7a weiter entfernt ist als die Mitte des unteren Teils des Anschlussabschnitts 1a, wie in 4 gezeigt. Eine resultierende Struktur, die einen ausreichenden Isolationsabstand schafft, ist auf ein Hochspannungsleistungsmodul anwendbar.
  • Modifikationen
  • Eine Oberfläche des Harzgehäuses 2, die mit dem gebogenen Klauenabschnitt 4 in Kontakt steht, kann mit Schlitzen oder Aussparungen versehen sein, wie in 5 gezeigt. Dies macht einen Isolationsabstand zwischen dem Klauenabschnitt 4 und dem Niederspannungsteil 7a länger, wodurch die Durchschlagfestigkeit in einem größeren Ausmaß verbessert wird.
  • Effekte
  • Die Halbleitervorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst ferner den Niederspannungsteil 7a mit dem Emitterdraht 8a, der mit einer Niederspannungs-Hauptstromelektrode eines Leistungshalbleiterelements verbunden ist. Der Niederspannungsteil 7a ist auf dem Substrat 6a und in einer Position nahe dem unteren Teil der externen Hauptstromelektrode (externen Kollektorelektrode 1) vorgesehen. Der Vorsprung 3 mit dem Klauenabschnitt 4 ist in einer Position vorgesehen, die weiter vom Niederspannungsteil 7a entfernt ist als die Mitte des unteren Teils des Anschlussabschnitts 1a der externen Kollektorelektrode 1. Somit wird ein Isolationsabstand zwischen dem Klauenabschnitt 4 und dem Niederspannungsteil 7a aufrechterhalten, wodurch die Halbleitervorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform auch auf ein Hochspannungsleistungsmodul anwendbar gemacht wird.
  • In der Halbleitervorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat 6a mit den Niederspannungsteilen 7a und 8a mit einem Isolationsharz versiegelt. Somit wird die Isolation zwischen dem Niederspannungsteil 7a, dem Klauenabschnitt 4 und dem Vorsprung 3 ohne Klauenabschnitt 4 aufrechterhalten.
  • In der Halbleitervorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberfläche des Harzgehäuses 2, die mit dem gebogenen Klauenabschnitt 4 in Kontakt steht, mit Unregelmäßigkeiten versehen. Somit wird ein Isolationsabstand zwischen dem Klauenabschnitt 4 und dem Niederspannungsteil 7a aufrechterhalten.
  • Obwohl die Erfindung im Einzelnen gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung in allen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Daher können selbstverständlich zahlreiche Modifikationen und Veränderungen entwickelt werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
  • Obwohl die Erfindung ausführlich beschrieben und gezeigt wurde, soll dies selbstverständlich lediglich zur Erläuterung und als Beispiel dienen und nicht als Beschränkung verstanden werden, wobei der Erfindungsgedanke und der Umfang der Erfindung lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sind.
  • 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
    • JP 2009-88218- A [0002]

Claims (6)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine externe Hauptstromelektrode (1) zum Verbinden einer Hochspannungs-Hauptstromelektrode eines Leistungshalbleiterelements mit der Außenseite; und ein Harzgehäuse (2), in das die externe Hauptstromelektrode (1) eingepresst ist, wobei die externe Hauptstromelektrode (1) einen eingepressten Befestigungsabschnitt und einen Klauenbefestigungsabschnitt zur Befestigung am Harzgehäuse (2) aufweist, und der Klauenbefestigungsabschnitt einen Vorsprung (3) umfasst, der durch ein Durchgangsloch hindurchtritt, das im Harzgehäuse (2) definiert ist und einen biegsamen Klauenabschnitt (4) an seinem Spitzenende aufweist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Niederspannungsteil (7a, 8a) mit einem Draht (8a) umfasst, der mit einer Niederspannungs-Hauptstromelektrode des Leistungshalbleiterelements verbunden ist, wobei der Niederspannungsteil auf einem Substrat (6a) und in einer Position nahe dem unteren Teil der externen Hauptstromelektrode (1) vorgesehen ist, wobei der Vorsprung (3) mit dem Klauenabschnitt (4) in einer Position vorgesehen ist, die weiter vom Niederspannungsteil (7a) entfernt ist als die Mitte des unteren Teils eines Anschlussabschnitts (1a) der externen Hauptstromelektrode (1).
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (6a) mit dem Niederspannungsteil (7a, 8a) mit einem Isolationsharz versiegelt ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Harzgehäuses (2), die mit einem gebogenen Teil des Klauenabschnitts (4) in Kontakt steht, mit Unregelmäßigkeiten versehen ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsabschnitt eines Durchgangslochs, das im Harzgehäuse (2) definiert ist, abgeschrägt ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endecke des Vorsprungs (3) abgerundet ist.
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