DE102011090124B4 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung (10) mit:
einem isolierenden Substrat (16),
einem Metallmuster (18), das auf dem isolierenden Substrat gebildet ist,
einem Leistungsanschluss (26), der auf das Metallmuster (18) gebondet ist,
einer Mehrzahl von Leistungschips (20, 22), die auf das Metallmuster gebondet sind, und
einem freiliegenden Lotmuster (19), das zwischen dem Leistungsanschluss (26) und der Mehrzahl von Leistungschips (20, 22) auf das Metallmuster (18) gebondet ist,
wobei keine Komponente auf das freiliegende Lotmuster (19) gebondet ist, und
wobei jeder aus der Mehrzahl von Leistungschips (20, 22) von dem Leistungsanschluss (26) einen Abstand hat, der hinreichend ist, dass die Mehrzahl von Leistungschips (20, 22) von dem Leistungsanschluss (26) thermisch isoliert sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die beispielsweise für eine Motorsteuerung in einer industriellen Anlage verwendet wird.
  • JP 2000 - 307 058 A offenbart eine Halbleitervorrichtung, bei der Leistungsanschlüsse und Leistungschips über Metallmuster miteinander verbunden sind. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die in den Leistungschips erzeugte Hitze über die Metallmuster zu den Metallanschlüssen übertragen wurde, so dass die Leistungsanschlüsse in einigen Fällen auf eine hohe Temperatur erhitzt wurden.
  • US 2008 / 0 157 310 A1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einem isolierenden Substrat und einem darauf gebildeten Metallmuster, auf das eine Mehrzahl von Anschlüssen und eine Mehrzahl von Halbleiterchips gebondet sind. Niedrigleistungshalbleiterchips sind auf dem Metallmuster nahe den Anschlüssen angeordnet, während Leistungssteuerungshalbleiterchips auf dem Metallmuster in einem größeren Abstand von den Anschlüssen angeordnet sind.
  • Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um dieses Problem zu lösen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der verhindert wird, dass die Leistungsanschlüsse auf eine hohe Temperatur erhitzt werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1. Eine Weiterbildung der Erfindung ist in dem Unteranspruch angegeben.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
    • 1 ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine Schnittansicht entlang einer gestrichelten Linie II-II in 1, gesehen in Richtung der Pfeile.
    • 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Temperatur des Leistungsanschlusses und einem Abstand zeigt.
    • 4 ist eine Schnittansicht, die einen Kühlkörper zeigt, der mit Lot auf das Metallmuster zwischen dem Leistungsanschluss und dem IGBT-Chip gebondet ist.
  • 1 ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung 10 hat ein Gehäuse 12. Eine Cu-Basis 14 ist an dem Gehäuse 12 befestigt. Eine Mehrzahl isolierender Substrate 16 ist auf der Cu-Basis 14 befestigt. Die isolierenden Substrate 16 sind aus einer AlN-Keramik gebildet. Ein Metallmuster 18 ist auf jedem isolierenden Substrat 16 gebildet. Diese Metallmuster 18 sind aus Kupfer gebildet.
  • Ein IGBT-Chip 20 ist auf das Metallmuster 18 auf einem der isolierenden Substrate 16 gebondet. Außerdem ist auch ein Diodenchip 22 auf das Metallmuster 18 gebondet. Diese Chips sind mit Lot auf das Metallmuster gebondet. Das Metallmuster 18, der IGBT-Chip 20 und der Diodenchip 22 sind über Drähte 24 elektrisch miteinander verbunden. Der IGBT-Chip 20 und der Diodenchip 22 können als „Leistungschips“ bezeichnet werden. Das freiliegende Lot auf der Oberfläche des Metallmusters 18, das keinen Leistungschip auf sich hat, wird als „Lot 19“ bezeichnet.
  • Ein Leistungsanschluss 26 wird mit Lot 25 auf das Metallmuster 18 gebondet. Der Hauptstrom der Halbleitervorrichtung 10 fließt über den Leistungsanschluss 26. Ein Signalanschluss 28 ist an einer Seite des Gehäuses 12 befestigt. Der Signalanschluss 28 ist mit dem Gate des IGBT-Chips 20 verbunden.
  • 2 ist eine Schnittansicht entlang einer gestrichelten Linie II-II in 1, gesehen in Richtung der Pfeile. Der Leistungsanschluss 26 ist mit Lot 25 auf das Metallmuster 18 gebondet. Der IGBT-Chip 20 ist mit Lot 21 auf das Metallmuster 18 gebondet. Der Leistungsanschluss 26 hat einen Abstand von 5 mm von dem nächsten Leistungschip (d. h. dem IGBT-Chip 20). Der Abstand zwischen dem Leistungsanschluss 26 und dem IGBT-Chip 20 ist in 2 durch L angegeben. Das bedeutet, dass der Abstand L der kleinste der Abstände zwischen dem Leistungsanschluss 26 und der Mehrzahl von Leistungschips der Halbleitervorrichtung ist. Anders ausgedrückt haben alle Leistungschips von dem nächsten Leistungsanschluss 26 einen Abstand von 5 mm oder mehr.
  • 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Temperatur des Leistungsanschlusses 26 und dem Abstand L zeigt. Wenn der Abstand L kleiner als 5 mm ist, wird die Temperatur des Leistungsanschlusses 26 um so höher, je kleiner der Abstand L ist, da der Anschluss durch die große Wärme beeinflusst wird, die in dem Leistungschip erzeugt wird. Wenn dagegen der Abstand L 5 mm oder größer ist, gibt es keine signifikante Beziehung zwischen der Temperatur des Leistungsanschlusses 26 und dem Abstand L. Das bedeutet, dass der Leistungsanschluss 26 von dem IGBT-Chip 20 thermisch isoliert werden kann, wenn der Abstand L 5 mm oder mehr ist. Der Ausdruck „thermisch isoliert“ bedeutet nicht notwendigerweise, dass vollständig verhindert wird, dass der Leistungsanschluss 26 Wärme von dem IGBT-Chip 20 und anderen Chips empfängt. Er bedeutet stattdessen, dass der Leistungsanschluss 26 praktisch keine Wärme von dem IGBT-Chip 20 und anderen Chips empfängt.
  • Die Hauptfaktoren für einen Anstieg der Temperatur des Leistungsanschlusses 26 sind der große Strom, der in dem Anschluss fließt, und die Wärmeleitung von den Leistungschips. Es wurde herausgefunden, dass der Leistungsanschluss aufgrund dieser Faktoren in einigen Fällen auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. In der Halbleitervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform ist der Leistungsanschluss 26 jedoch thermisch von den Leistungschips isoliert, wodurch verhindert wird, dass die Temperatur des Anschlusses durch von den Leistungschips zugeführte Wärme erhöht wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Leistungsanschluss 26 auf eine hohe Temperatur erhitzt wird.
  • Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass alle der Mehrzahl von Leistungschips von dem Leistungsanschluss 26 durch einen Abstand getrennt sind, der hinreichend ist, diese Leistungschips thermisch von dem Leistungsanschluss zu isolieren. Auch wenn in der obigen Ausführungsform die Leistungschips der Halbleitervorrichtung IGBT-Chips und Diodenchips sind, ist daher klar, dass in anderen Ausführungsformen die Halbleitervorrichtung entweder nur IGBT-Chips oder nur Diodenchips enthalten kann oder dass sie alternativ auch andere wärmeerzeugende Chips enthalten kann. Weiter ist das Material der Metallmuster 18 nicht auf Cu eingeschränkt.
  • Weiter erfordert die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise, dass der Abstand zwischen jedem Leistungsanschluss und dem nächsten Leistungschip 5 mm oder mehr beträgt. Der Abstand, der erforderlich ist, um jeden Leistungsanschluss von den Leistungschips thermisch zu isolieren, kann durch das Material des Metallmusters und die Maximaltemperatur jedes Leistungschips usw. festgelegt sein.
  • In der Halbleitervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform ist die Fläche zwischen dem Leistungsanschluss 26 und dem IGBT-Chip 20, wie in 2 gezeigt, mit dem Lot 19 bedeckt, es ist jedoch keine Komponente darauf gebondet In einer beispielhaften Ausführungsform kann Es kann beispielsweise ein Kühlkörper auf das Metallmuster zwischen dem Leistungsanschluss 26 und dem Leistungschip gebondet sein. 4 ist eine Schnittansicht, die einen Kühlkörper 40 zeigt, der mit dem Lot 19 auf das Metallmuster 18 zwischen dem Leistungsanschluss 26 und dem IGBT-Chip 20 gebondet ist. Der Kühlkörper 40 hat Kühlrippen. Die Verwendung des Kühlkörpers 40 macht es möglich, den Abstand L zu verringern, der erforderlich ist, um den Leistungsanschluss 26 thermisch von dem IGBT-Chip 20 zu isolieren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Leistungsanschluss thermisch von den Leistungschips isoliert, um zu verhindern, dass der Leistungsanschluss auf eine hohe Temperatur erhitzt wird.

Claims (2)

  1. Halbleitervorrichtung (10) mit: einem isolierenden Substrat (16), einem Metallmuster (18), das auf dem isolierenden Substrat gebildet ist, einem Leistungsanschluss (26), der auf das Metallmuster (18) gebondet ist, einer Mehrzahl von Leistungschips (20, 22), die auf das Metallmuster gebondet sind, und einem freiliegenden Lotmuster (19), das zwischen dem Leistungsanschluss (26) und der Mehrzahl von Leistungschips (20, 22) auf das Metallmuster (18) gebondet ist, wobei keine Komponente auf das freiliegende Lotmuster (19) gebondet ist, und wobei jeder aus der Mehrzahl von Leistungschips (20, 22) von dem Leistungsanschluss (26) einen Abstand hat, der hinreichend ist, dass die Mehrzahl von Leistungschips (20, 22) von dem Leistungsanschluss (26) thermisch isoliert sind.
  2. Halbleitervorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, bei der das Metallmuster (18) aus Kupfer gebildet ist, jeder der Mehrzahl von Leistungschips (20, 22) ein IGBT-Chip (20) oder ein Diodenchip (22) ist und der Abstand (L) zwischen dem Leistungsanschluss (26) und dem nächsten der Leistungschips (20, 22) 5 mm oder größer ist.
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