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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung einer Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Eine Baugruppe wie zum Beispiel ein Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), die eine Leistungs-Halbleitervorrichtung ist, wird bezüglich Herstellungskosten, Produktivität und dergleichen oft mit einer Harzversiegelung durch Spritzpressen ausgebildet.
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Die
japanische Patentschrift Nr. 5012772 offenbart, dass eine Elektrode, die auf eine Oberfläche eines Versiegelungsharzes aufgesetzt ist, unter Berücksichtigung der Verringerung der Größe der Vorrichtung und der Einfachheit der Kontaktierung freiliegend ausgestaltet wird. Des Weiteren offenbart die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-74543 ein Verfahren zur Verringerung eines Leistungsverlusts, bei dem ein Direktzuleitungs-Kontaktierungsverfahren benutzt wird um eine Emitterelektrode und einen Anschluss in einer Halbleitervorrichtung, die dem Spritzpressverfahren unterzogen wird, direkt zu verbinden, anstelle einer Verbindung beider Elektroden durch einen Verbindungsdraht. Des Weiteren ist beschrieben, dass ein Elektrodenpfosten, der auf eine Plattenelektrode aufgesetzt und mit dieser verdrahtet ist, nach außen frei liegt.
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Besonders bei einer Halbleitervorrichtung, die einen SiC-Chip verwendet, gibt es Maßnahmen zur Weiterentwicklung, die auf einen Betrieb bei 175°C oder mehr zielen, was höher ist als bei einem IGBT gemäß dem Stand der Technik. Wenn die Anforderung für einen Hochtemperaturbetrieb für die in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-74543 beschriebenen Halbleitervorrichtung vorliegt, ist es wünschenswert, dass die Außenelektrode durch Ultraschallbonden anstatt durch einen Lötkontakt verbunden werden sollte.
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Für den Fall, dass ein Ultraschallkontaktierungsverfahren angewendet wird, besteht jedoch die Gefahr, dass ein Kontaktierungsabschnitt an einer Grundfläche eines nach außen freiliegenden Elektrodenpfosten durch Übertragung der bei der Kontaktierung erzeugten Wärme in dem Kontaktierungsabschnitt aufgeschmolzen werden könnte. Ferner besteht die Gefahr, dass eine Beschädigung, wie zum Beispiel ein Riss, in dem Kontaktierungsabschnitt aufgrund einer Schwingung im Ultraschallbereich auftreten könnte. Insbesondere leitet eine Elektrode auf einer Emitterseite (einer Sourceseite), die mit einer Direktzuleitung verbunden wird, nicht so leicht Wärme bei der Kontaktierung ab wie eine Elektrode auf einer Kollektorseite (einer Drainseite), die mit einer Anordnung zum Wärmeableiten, wie zum Beispiel einem Wärmeverteiler, zu verbinden ist, so dass die Gefahr einer Beschädigung größer ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Direktzuleitungsverbindungs-Aufbau aufweist, welcher eine hohe Zuverlässigkeit eines Kontaktierungsabschnittes gewährt, sowie ein Verfahren um diese herzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 und 4 und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8 und 11.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer ersten Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine Mehrzahl von Halbleiterchips, eine Plattenelektrode und eine Elektrode vorgesehen. Die Plattenelektrode ist auf den Halbleiterchips angebracht und verbindet die Halbleiterchips. Die Elektrode ist auf der Plattenelektrode angebracht. Die Elektrode weist eine Mehrzahl von unterbrochenen Kontaktierungsabschnitten auf, die mit der Plattenelektrode zu verbinden sind, und einen hervorstehenden Abschnitt, der empor ragend aus den Kontaktierungsabschnitten hervorsteht. Der hervorstehende Abschnitt weist einen Ultraschallkontaktierungsabschnitt auf, der parallel zu dem Kontaktierungsabschnitt ist, und mittels Ultraschallbonden (Ultraschallkontaktierung) mit einer Außenelektrode verbunden ist.
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In der ersten Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Elektrode an zwei oder mehr Stellen mit der Plattenelektrode verbunden. Daher werden Schwingungen oder Wärme beim Ultraschallbonden auf die einzelnen Kontaktierungsabschnitte verteilt, so dass ein Aufschmelzen oder ein Riss nur schwer erfolgen.
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In einer zweiten Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine Mehrzahl von Halbleiterchips und eine Plattenelektrode vorgesehen. Die Plattenelektrode ist auf der Mehrzahl von Halbleiterchips angebracht. Die Plattenelektrode weist einen Kontaktierungsplattenabschnitt und einen hervorstehenden Abschnitt auf. Der Kontaktierungsplattenabschnitt ist mit der Mehrzahl von Halbleiterchips verdrahtet und verbindet die Mehrzahl von Halbleiterchips. Der hervorstehende Abschnitt steht gerade aus dem Kontaktierungsplattenabschnitt hervor. Der hervorstehende Abschnitt weist einen Ultraschallbondabschnitt auf, der parallel zu dem Kontaktierungsplattenabschnitt ist und mit dem eine Außenelektrode mittels Ultraschallbonden verbunden ist.
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In der zweiten Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Plattenelektrode mit der Mehrzahl der Halbleiterchips verbunden. Daher wird eine Schwingung oder Wärme beim Ultraschallbonden auf die einzelnen Kontaktierungsabschnitte verteilt, so dass ein Aufschmelzen oder ein Riss nur schwer erfolgen.
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Ein erstes Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte (a), (b), (c) und (d). Im Schritt (a) wird eine Plattenelektrode mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips verbunden, wodurch die Halbleiterchips verbunden werden. Im Schritt (b) wird eine Elektrode, die eine Mehrzahl von unterbrochenen Kontaktierungsabschnitten aufweist, sowie einen hervorstehenden Abschnitt, der einen Ultraschallkontaktierungsabschnitt aufweist, welcher parallel zu den Kontaktierungsabschnitten ist und aufrecht von den Kontaktierungsabschnitten hervorsteht, auf der Plattenelektrode angeordnet, und die Kontaktierungsabschnitte werden mit der Plattenelektrode verbunden. Im Schritt (c) werden die Halbleiterchips, die Plattenelektrode und die Elektrode mit einem Versiegelungsharz derart abgedichtet, dass eine Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnittes an einer dem Kontaktierungsabschnitt gegenüber liegenden Seite freiliegt. Im Schritt (d) wird eine Außenelektrode mittels Ultraschallkontaktierung mit der Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnittes an der dem Kontaktierungsabschnitt gegenüberliegenden Seite verbunden.
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In dem ersten Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Elektrode im Schritt (b) an einer Mehrzahl von Stellen mit der Plattenelektrode verbunden. Daher ist es möglich eine Halbleitervorrichtung herzustellen, bei der Schwingungen oder Wärme bei der Ultraschallkontaktierung auf die einzelnen Kontaktierungsabschnitte verteilt werden und ein Aufschmelzen oder ein Riss nur schwer erfolgen.
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Ein zweites Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schritte (a), (b), (c) und (d) auf. Im Schritt (a) wird eine Plattenelektrode, die eine Mehrzahl von Kontaktierungsplattenabschnitten aufweist, sowie einen hervorstehenden Abschnitt mit einem Ultraschallkontaktierungsabschnitt, der parallel zu den Kontaktierungsplattenabschnitten ist und aufrecht von den Kontaktierungsplattenabschnitten hervorsteht, auf einer Mehrzahl von Halbleiterchips angeordnet, und der Kontaktierungsplattenabschnitt wird mit den Halbleiterchips verbunden. Im Schritt (b) werden die Halbleiterchips und die Plattenelektrode mit einem Versiegelungsharz derart abgedichtet, dass eine Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnittes an einer dem Kontaktierungsplattenabschnitt gegenüberliegenden Seite freiliegt. Im Schritt (c) wird eine Außenelektrode mittels Ultraschallbonden mit der Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnittes an der dem Kontaktierungsplattenabschnitt gegenüberliegenden Seite verbunden.
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In dem zweiten Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Plattenelektrode im Schritt (a) mit den Halbleiterchips verbunden. Daher ist es möglich eine Halbleitervorrichtung herzustellen, bei der Schwingungen oder Wärme bei der Ultraschallkontaktierung auf die einzelnen Kontaktierungsabschnitte verteilt werden und ein Aufschmelzen oder ein Riss nur schwer erfolgen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
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1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
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2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt;
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3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Plattenelektrode gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt;
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5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt;
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6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
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7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
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8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform zeigt; und
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9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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<A. technische Grundlage>
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9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß der technischen Grundlage der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Halbleitervorrichtung 100 enthält eine Grundplatte 1, eine isolierende Schicht 2, einen Wärmeverteiler 3, einen Halbleiterchip 5, eine Plattenelektrode 7, eine Kontroll- und Steuereinheit 8 und Elektrodenpfosten 10 und 12. Die Grundplatte 1 ist aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt, wie zum Beispiel Kupfer, AlSiC oder dergleichen. Die isolierende Schicht 2 ist auf der Grundplatte 1 vorgesehen und der Wärmeverteiler 3 ist auf der isolierenden Schicht 2 vorgesehen. Der Halbleiterchip 5 wird auf dem Wärmeverteiler 3 befestigt, indem ein Kontaktierungsmaterial 4 wie zum Beispiel Lot verwendet wird. Die Plattenelektrode 7 wird auf dem Halbleiterchip 5 angeschlossen, indem ein Kontaktierungsmaterial 6 wie zum Beispiel Lot oder Silber verwendet wird. Der Elektrodenpfosten 10 wird auf der Plattenelektrode 7 angeschlossen, indem ein Kontaktierungsmaterial 9 wie zum Beispiel Lot oder Silber verwendet wird. Ferner wird der Elektrodenpfosten 12 auf dem Wärmeverteiler 3 durch ein Kontaktierungsmaterial 11 angeschlossen.
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Zusätzlich wird die Regel- und Steuereinheit 8, die die Gateansteuerung eines IGBT ausführt, auf dem Wärmeverteiler 3 befestigt. Die Regel- und Steuereinheit 8 ist mit einer Gate-Anschlussfläche oder einer Emitter-(Source-)Anschlussfläche des Halbleiterchips mittels eines Leiters, wie zum Beispiel einem Aluminiumdraht, der nicht gezeigt ist, verbunden. Ein Emitter-Relais-Anschluss, ein Gate-Relais-Anschluss oder dergleichen ist mit der Regel- und Steuereinheit 8 verbunden, und die Regel- und Steuereinheit 8 ist mit einer Leiterplatte über die Anschlüsse verbunden. Der Halbleiterchip 5 wird in Abhängigkeit eines externen Signals durch die Regel- und Steuereinheit 8 gesteuert.
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Die oben beschriebene Anordnung fungiert als ein Einbauteil 13 und wird mit einem Versiegelungsharz 14 durch Spritzpressen abgedichtet. Jedoch sind Oberflächen der Elektrodenpfosten 10 und 12 im Versiegelungsharz 14 freiliegend und mit einer Außenelektrode 15 bzw. 16 durch einen Lötkontakt, eine Ultraschallkontaktierung oder dergleichen verbunden (an diese gebondet).
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In einer Halbleitervorrichtung, die ein großes Leistungsvermögen mit einem Nennstrom von etwa einhundert Ampere oder mehr aufweist, und von der gefordert wird, dass sie bei einer hohen Temperatur betrieben werden kann, ist es erstrebenswert eine metallische Kontaktierung, wie zum Beispiel ein Ultraschallkontaktierungsverfahren, zu verwenden, um die Außenelektroden 15 und 16 mit den Elektrodenpfosten 10 bzw. 12 zu verbinden. Bei dem Ultraschallkontaktierungsverfahren besteht jedoch die Gefahr, dass beim Bonden entstehende Wärme auf die Elektrodenpfosten 10 und 12 übertragen werden könnte und die auf der Grundfläche vorgesehenen Kontaktierungsmaterialien 9 und 11 dadurch aufgeschmolzen werden könnten. Des Weiteren werden Schwingungen ebenfalls beim Ultraschallbonden übertragen. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, dass eine Beschädigung, wie zum Beispiel ein Riss, in den Kontaktierungsmaterialien 9 und 11 auftreten könnte. Insbesondere der auf der Plattenelektrode 7 anzubringende Elektrodenpfosten 10 verbreitet die Wärme beim Bonden schwerer als der mit dem Wärmeverteiler 3 zu verbindende Elektrodenpfosten 12. Aus diesem Grund neigt das Kontaktierungsmaterial dazu, beschädigt zu werden.
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In der vorliegenden Erfindung wurde daher eine Verbindungsstelle der Elektrode entwickelt, die eine Kontaktierungsoberfläche zu der Außenelektrode und dem Einbauteil 13 aufweist, so dass unterbunden wird, dass Kontaktierungsmaterial des Einbauteils 13 durch die Ultraschallverbindung mit der Außenelektrode beschädigt wird.
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<B. Erste Ausführungsform
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<B – 1. Aufbau
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1 ist eine Querschnittansicht, die einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung 101 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 101 beinhaltet eine Grundplatte 1, eine isolierende Schicht 2, einen Wärmeverteiler 3, einen Halbleiterchip 5, eine Plattenelektrode 7, eine Regel- und Steuereinheit (nicht dargestellt), eine Elektrode 17 und eine Außenelektrode 15. Die Grundplatte 1 ist aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt, wie beispielsweise Kupfer oder AlSiC. Die isolierende Schicht 2 ist auf der Grundplatte 1 vorgesehen, und der Wärmeverteiler 3 ist auf der isolierenden Schicht 2 vorgesehen. Der Halbleiterchip 5 ist auf dem Wärmeverteiler 3 unter Verwenden eines Kontaktierungsmaterials 4 wie beispielsweise Lot befestigt. Die Plattenelektrode 7 ist auf dem Halbleiterchip 5 durch Verwenden eines Kontaktierungsmaterials 6 wie beispielsweise Lot und/oder Silber befestigt.
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Die Elektrode 17 ist auf der Plattenelektrode 7 durch Verwenden eines Kontaktierungsmaterials 18 angeschlossen. Die Elektrode 17 wird durch Biegen, Tiefziehen oder dergleichen aus Cu oder Al gefertigt und weist eine Mehrzahl von unterbrochenen Kontaktierungsabschnitten 17a der Plattenelektrode 7 auf, sowie einen hervorstehenden Abschnitt, der aufrecht von dem Kontaktierungsabschnitt 17a hervorsteht. Es ist zu beachten, dass „unterbrochen” eine Ausgestaltung impliziert, bei der die Kontaktierungsabschnitte 17a nicht miteinander verbunden sind, sondern in einer Ebene betrachtet getrennt angeordnet sind. Der hervorstehende Abschnitt weist einen Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b auf, der parallel zu dem Kontaktierungsabschnitt 17a ist, und einen Leitungsabschnitt 17c um den Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b und den Kontaktierungsabschnitt 17a zu verbinden. Obwohl 1 den Leitungsabschnitt 17c zeigt, der senkrecht zum Kontaktierungsabschnitt 17a ist, ist der Winkel, der von dem Leitungsabschnitt 17c und dem Kontaktierungsabschnitt 17a gebildet wird, nicht festgelegt.
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Die Regel- und Steuereinheit (Steuerplatine), die die Gatesteuerung eines IGBT ausführt, ist auf dem Wärmeverteiler 3 angebracht. Die Regel- und Steuereinheit ist mit einer Gate-Anschlussfläche oder einer Emitter-(Source-)Anschlussfläche des Halbleiterchips 5 mittels eines Leiters, wie beispielsweise einem Aluminiumdraht, der nicht gezeigt ist, verbunden. Ein Emitter-Relais-Anschluss, ein Gate-Relais-Anschluss oder dergleichen ist mit der Regel- und Steuereinheit verbunden, und die Regel- und Steuereinheit ist mit einer Leiterplatte durch die Anschlüsse verbunden. Der Halbleiterchip 5 kann in Abhängigkeit eines externen Signals durch die Regel- und Steuereinheit gesteuert werden.
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Des Weiteren ist eine Elektrode (nicht gezeigt) mittels eines Verbindungsmaterials mit dem Wärmeverteiler 3 verbunden. Die Elektrode kann den Wärmeverteiler 3 und eine Mehrzahl von Kontaktierungsabschnitten in derselben Weise aufweisen wie die Elektrode 17.
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Der oben beschriebene Aufbau fungiert als das Einbauteil 13 und wird mit einem Versiegelungsharz 14 durch Spritzpressen abgedichtet. Zu diesem Zeitpunkt kommen eine obere Fläche der Elektrode (nicht gezeigt), die auf dem Wärmeverteiler 3 befestigt ist, und eine obere Fläche des Ultraschallkontaktierungsabschnittes 17b in direkten Kontakt mit der oberen Form (nicht gezeigt) einer Gussform, so dass eine hervorragende abdichtende Wirkung erzielt werden kann. Die Außenelektrode 15 ist mittels Ultraschallkontaktierung mit dem Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b der Elektrode 17, der in dem Versiegelungsharz 14 frei liegt, und mit der auf dem Wärmeverteiler 3 vorgesehenen Elektrode (nicht gezeigt) verbunden. Die Außenelektrode 15 weist einen Verbindungsabschnitt zu einer Sammelschiene einer Treibervorrichtung auf und die Halbleitervorrichtung 101 fungiert als Teil einer Treiberschaltung in der Treibervorrichtung.
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Die Elektrode 17 weist die Kontaktierungsabschnitte 17a zur Plattenelektrode 17 auf. Daher werden Wärme und Schwingungen bei der Ultraschallkontaktierung der Außenelektrode 15 auf die Kontaktierungsabschnitte 17a verteilt, so dass eine Beeinträchtigung des Kontaktierungsmaterials 18 der Elektrode 17 und der Plattenelektrode 7 verringert wird. Dadurch, dass der Leitungsabschnitt 17c, der den Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b und den Kontaktierungsabschnitt 17a miteinander verbindet, in der Elektrode 17 rechtwinklig zu einer Schwingungsrichtung eines Werkzeugs für die Ultraschallkontaktierung befestigt ist, ist es ferner möglich zu verhindern, dass sich eine mechanische Spannung, die durch eine Schwingung im Ultraschallbereich hervorgerufen wird, an einer Grenze zwischen dem Kontaktierungsabschnitt 17a und dem Leitungsabschnitt 17c konzentriert. Dadurch kann die Schädigung des Kontaktierungsmaterials 18 verringert werden.
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<B – 2. Abwandlung>
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2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung 102 gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt. Der Aufbau der Halbleitervorrichtung 102 ist der gleiche wie der der Halbleitervorrichtung 101 mit der Ausnahme, dass der Leitungsabschnitt 17c der Elektrode 17 eine stufenweise abgewinkelte Form aufweist. Die stufenweise abgewinkelte Form des Leitungsabschnittes 17c wird herbeigeführt, damit eine mechanische Spannung oder Wärme, die durch eine Schwingung bei einer Ultraschallkontaktierung hervorgerufen werden, sich an einer Ecke der stufenweise abgewinkelten Form konzentrieren. Dadurch wird die mechanische Spannung in dem Kontaktierungsabschnitt 17a vermindert. Die Anzahl der Stufen in der stufenweise abgewinkelten Form kann frei gewählt werden.
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<B – 3. Wirkungen>
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Die Halbleitervorrichtungen 101 und 102 gemäß der ersten Ausführungsform enthalten eine Mehrzahl von Halbleiterchips 5, die Plattenelektrode 7, die auf der Mehrzahl der Halbleiterchips 5 angebracht ist und die Mehrzahl der Halbleiterchips 5 verbindet, und die Elektrode 17, die auf der Elektrode 7 angebracht ist, wobei die Elektrode 17 die Mehrzahl von unterbrochenen Kontaktierungsabschnitten 17a aufweist, die mit der Plattenelektrode 7 zu verbinden sind, und den hervorstehenden Abschnitt, der aufrecht von der Mehrzahl der Kontaktierungsabschnitte 17a hervorsteht. Der hervorstehende Abschnitt weist einen Ultraschallkontaktierungsabschnitt auf, der parallel zu der Mehrzahl der Kontaktierungsabschnitte 17a ist und mittels Ultraschallkontaktierung mit der Außenelektrode 15 verbunden ist. Die Elektrode 17 ist mit der Plattenelektrode 7 an zwei oder mehr Stellen verbunden. Daher werden die Schwingungen oder Wärme bei der Ultraschallkontaktierung auf die einzelnen Kontaktierungsabschnitte 17a verteilt, so dass das Kontaktierungsteil nur schwer aufgeschmolzen oder aufgerissen wird.
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Außerdem weisen die Halbleitervorrichtungen 101 und 102 ferner das Versiegelungsharz 14 auf, um einen Teil der Elektrode 17, den Halbleiterchip 5 und die Plattenelektrode 7 abzudichten, und der Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b der Elektrode 17 ist von dem Versiegelungsharz 14 freiliegend. Dementsprechend kann die Außenelektrode 15 mittels Ultraschallkontaktierung mit dem Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b verbunden werden.
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Außerdem weist der hervorstehende Abschnitt der Elektrode 17 eine stufenweise abgewinkelte Form des Leitungsabschnittes 17c zwischen dem Kontaktierungsabschnitt 17a und dem Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b auf. Dementsprechend wird eine mechanische Spannung oder Wärme, die durch eine Schwingung bei der Ultraschallkontaktierung hervorgerufen werden, oder eine mechanische Spannung, die beim Zusammenklemmen in der Spritzpressform auftritt, zu einer oder mehreren Ecken der stufenweise abgewinkelten Form abgeleitet. Daher wird das Kontaktierungsmaterial 18 nur schwer aufgeschmolzen oder aufgerissen.
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<C. Zweite Ausführungsform>
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<C – 1. Aufbau>
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3 ist eine Querschnittansicht, die einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung 103 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Obwohl die an der Außenelektrode 15 mittels Ultraschallkontaktierung anzubringende Elektrode 17 in der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, wird die Elektrode 17 in der zweiten Ausführungsform weggelassen und eine Außenelektrode 15 mittels Ultraschallkontaktierung an einer Plattenelektrode 7 angebracht. Aus diesem Grund weist die Plattenelektrode 7 der Halbleitervorrichtung 103 einen Kontaktierungsplattenabschnitt 7a auf, der mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips 5 zu verbinden ist, und einen hervorstehenden Abschnitt, der empor ragend von dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a hervorsteht. Der hervorstehende Abschnitt der Plattenelektrode 7 umfasst einen Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b, welcher parallel zu dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a ist, und an dem die Außenelektrode 15 mittels Ultraschallkontaktierung angebracht ist, und einen Leitungsabschnitt 7c um den Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b und den Kontaktierungsplattenabschnitt 7a zu verbinden. Die Form der Plattenelektrode 7 wird durch Biegen oder Tiefziehen von Cu oder Al ausgebildet. Da der Aufbau der Halbleitervorrichtung 103 derselbe ist wie der der Halbleitervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass die Ultraschallkontaktierung zur Außenelektrode 15 mittels der Plattenelektrode 7 anstatt der Elektrode 17 vorgenommen wird, wird auf eine weitere Beschreibung desselben verzichtet.
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Ein Einbauteil 13, das eine Grundplatte 1, eine isolierende Schicht 2, einen Wärmeverteiler 3, den Halbleiterchip 5 und die Plattenelektrode 7 aufweist, wird mit einem Versiegelungsharz 14 mittels Spritzpressen abgedichtet. Zu diesem Zeitpunkt kommen der Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b der Plattenelektrode 7 und eine obere Fläche einer Elektrode (nicht gezeigt), die auf dem Wärmeverteiler 3 vorgesehen ist, in direkten Kontakt mit einer oberen Form (nicht gezeigt) einer Gussform, so dass eine hervorragende abdichtende Wirkung erzielt werden kann. Die Außenelektrode 15 ist mittels Ultraschallkontaktierung mit dem Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b der Plattenelektrode 7 verbunden, der von dem Versiegelungsharz 14 frei gelegt ist, und mit der auf dem Wärmeverteiler 3 vorgesehenen Elektrode (nicht gezeigt).
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Durch Ultraschallbonden der Außenelektrode 15 an die Plattenelektrode 7 ist es möglich, den im Versiegelungsharz 14 nach außen freiliegenden Kontaktierungsabschnitt der Elektrode 17 und die Plattenelektrode 7 gemäß dem Stand der Technik weg zu lassen. Wenn die Außenelektrode 15 mittels Ultraschallkontaktierung mit dem Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b der Plattenelektrode 7 verbunden werden soll, werden der Plattenelektrode 7 Schwingungen und Wärme zugeführt. Da die Schwingungen und die Wärme aber auf die Kontaktierungsplattenabschnitte 7a verteilt werden, ist es möglich, den Schaden am Kontaktierungsmaterial 6 zu verringern, und dadurch einen Bruch oder Aufschmelzen zu unterbinden.
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Falls der Leitungsabschnitt 7c rechtwinklig zu einer Schwingungsrichtung eines Ultraschallbondwerkzeugs befestigt ist, kann außerdem verhindert werden, dass sich eine mechanische Spannung, die durch eine Schwingung im Ultraschallbereich hervorgerufen wird, an einer Grenze zwischen dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a und dem Leitungsabschnitt 7c konzentriert.
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<C – 2. Abwandlung>
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4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Plattenelektrode 7 in einer Halbleitervorrichtung 104 gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt. In der Modifikation wird ein hervorstehender Abschnitt der Plattenelektrode 7 ausgebildet, indem ein Ende eines Kontaktierungsplattenabschnittes 7a gebogen wird, so dass es nahezu eine S-Form annimmt. Ein oberer Teil der nahezu S-förmigen Form fungiert als ein Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b, der parallel zu dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a ist. Der Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b ist von einem Versiegelungsharz 14 freigelegt und eine Außenelektrode 15 ist mittels Ultraschallkontaktierung damit verbunden. Hierbei bezeichnet die nahezu S-förmige Form eine derartige Form, bei der ein unterer Teil und ein oberer Teil (der Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b), der parallel zum unteren Teil ist, vorgesehen sind und miteinander über einen Leitungsabschnitt 7c verbunden sind, der sich von dem unteren Teil mit einem Winkel von weniger als 90° erhebt. Der Leitungsabschnitt 7c kann rechtwinklig zu einer Schwingungsrichtung der Ultraschallkontaktierung angebracht sein.
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Indem festgelegt wird, dass der Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b die nahezu S-förmige Form annimmt, ist es möglich, eine Beschädigung des Kontaktierungsmaterials 6 durch mechanische Spannung, Schwingungen oder Wärme bei der Ultraschallkontaktierung zu vermindern, und eine mechanische Spannung beim Befestigen in der Form beim Spritzpressen abzubauen.
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5 ist eine Querschnittansicht, die den Aufbau der Halbleitervorrichtung 104 zeigt. Die in 5 gezeigte Plattenelektrode 7 weist einen darin ausgebildeten Wärmeabfuhrabschnitt 7d auf. Der Wärmeabfuhrabschnitt 7d ist mit einem Ende des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 7b verbunden, das nicht mit der Plattenelektrode 7 verbunden ist, und ist mit dem Versiegelungsharz 14 abgedichtet. Die Wärme wird von der Plattenelektrode 7 bevorzugt durch den Wärmeabfuhrabschnitt 7d abgeführt, und ferner wird eine Haftfläche für das Versiegelungsharz 14 vergrößert, so dass eine hervorragende Ultraschallkontaktierbarkeit erzielt werden kann.
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<C – 3. Wirkungen>
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Die Halbleitervorrichtungen 103 und 104 gemäß der zweiten Ausführungsform enthalten eine Mehrzahl von Halbleiterchips 5 und die Plattenelektrode 7, die auf der Mehrzahl der Halbleiterchips 5 angebracht ist, wobei die Plattenelektrode 7 den Kontaktierungsplattenabschnitt 7a aufweist, der an der Mehrzahl der Halbleiterchips 5 angebracht ist und die Mehrzahl der Halbleiterchips 5 verbindet, und den hervorstehenden Abschnitt, der empor ragend von dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a hervorsteht. Der hervorstehende Abschnitt weist den Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b auf, der parallel zu dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a ist, und mit welchem die Außenelektrode 15 mittels Ultraschallkontaktierung verbunden ist. Die Verbindung der Elektrode 17 mit der Außenelektrode 15, die normalerweise auf der Plattenelektrode 7 vorgesehen ist, wird weggelassen, und die Plattenelektrode 7 wird mit dem Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b bereitgestellt, um die Außenelektrode 15 anzuschließen. Folglich wird damit das Problem gelöst, dass die Beschädigung an der Verbindungsstelle zwischen der Elektrode 17 und der Plattenelektrode 7 durch Wärme oder Schwingungen bei der Ultraschallkontaktierung ausgelöst wird. Obwohl die Plattenelektrode 7 mit den Halbleiterchips 5 durch das Kontaktierungsmaterial 6 verbunden ist, werden Schwingungen oder die Wärme, die in der Plattenelektrode 7 bei der Ultraschallkontaktierung erzeugt werden, auf diese Verbindungsstellen verteilt. Daher kann ein Defekt des Kontaktierungsmaterials 6 verhindert werden.
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Des Weiteren umfassen die Halbleitervorrichtungen 103 und 104 das Versiegelungsharz 14 auf, um einen Teil der Plattenelektrode 7 und den Halbleiterchip 5 abzudichten, und eine der Seite mit dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a abgewandte Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 7b der Plattenelektrode 7 ist von dem Versiegelungsharz 14 freigelegt. Folglich ist es möglich, die Außenelektrode 15 mittels Ultraschallkontaktierung an einer vom Versiegelungsharz 14 freilgelegten Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnittes 7b anzubringen.
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Ferner ist die heraus ragende Form in der Plattenelektrode 7 die nahezu S-förmige Form. Dadurch, dass der hervorstehende Abschnitt der Plattenelektrode 7 in der nahezu S-förmigen Form ausgeführt wird, ist es möglich, eine mechanische Spannung beim Befestigen in der Form im Arbeitsschritt des Spritzpressens abzubauen, wodurch eine Beschädigung vermindert wird, die dem Kontaktierungsmaterial 6 der Plattenelektrode 7 und dem Halbleiterchip 5 zugefügt wird. Des Weiteren werden Schwingungen beim Ultraschallbonden der Außenelektrode 15 an den Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b vermindert. Ferner wird die Länge des Leitungsabschnitts 7c erhöht, so dass das Wärmeabstrahlungsvermögen verbessert werden kann und die Schädigung des Kontaktierungsabschnittes durch bei der Ultraschallkontaktierung gebildete Wärme kann somit vermindert werden.
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Zusätzlich enthält die Plattenelektrode 7 einen Wärmeabstrahlabschnitt 7d bzw. Wärmeabfuhrabschnitt, der mit dem Ende des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 7b verbunden ist und nicht mit dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a verbunden ist. Dadurch dass Wärme von dem Wärmeabfuhrabschnitt 7d an das Versiegelungsharz 14 abgegeben wird, ist es möglich, das Wärmeabfuhrvermögen der Plattenelektrode 7 zu verbessern. Des Weiteren wird eine Kontaktfläche zwischen der Plattenelektrode 7 und dem Versiegelungsharz 14 vergrößert. Daher ist es möglich, die Schwingungen des verbundenen Bauteils (der Plattenelektrode 7) bei der Ultraschallkontaktierung durch eine Verankerungswirkung zu unterdrücken, wodurch eine Ultraschallkontaktierbarkeit verbessert wird.
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<D. Dritte Ausführungsform>
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<D – 1. Ultraschallkontaktierungsverfahren>
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6 ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung 105 gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 105 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, indem ein Teil des Leitungsabschnitts 17c sowie die Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 17b der Elektrode 17 von dem Versiegelungsharz 14 freigelegt sind. Da die anderen Teile dieselben sind wie die der Halbleitervorrichtung 101, wird auf eine Beschreibung verzichtet.
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Beide Leitungsabschnitte 17c sind senkrecht zu dem Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b und einander gegenüberliegend, wobei der Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b dazwischengeschaltet ist. Die Werkzeuge 19a und 19b werden in Kontakt mit den zwei Leitungsabschnitten 17c gebracht, wie in 7 gezeigt, und es wird durch sie Druck in eine zum Leitungsabschnitt 17c senkrechte Richtung, das heißt in die Richtung des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 17b, ausgeübt, was durch den Pfeil in 7 angedeutet wird. Gleichzeitig wird die Ultraschallkontaktierung ausgeführt.
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Die Elektrode 17 wird in der Stellung zwischen den Werkzeugen 19a und 19b fixiert. Dadurch werden von der Ultraschallkontaktierung erzeugte Schwingungen verhindert, so dass eine Schädigung des Kontaktierungsmaterials 18 einer Plattenelektrode 7 unterbunden wird. Des Weiteren kann bei der Ultraschallkontaktierung erzeugte Wärme zu den Werkzeugen 19a und 19b abgeführt werden. Somit kann ein Aufschmelzen des Kontaktierungsmaterials 18 verhindert werden.
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Es ist erstrebenswert, dass die Werkzeuge 19a und 19b von derselben Vorrichtung gesteuert werden wie ein Ultraschallbondwerkzeug 22. Auf die Elektrode 23 kann Druck ausgeübt werden, indem ein Kurvenscheibenmechanismus oder dergleichen zum Einsatz kommt.
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Auch in dem Fall wenn beispielsweise nur das Werkzeug 19a eingesetzt wird, um von einer einzigen Seite Druck auf die Elektrode 17 auszuüben, ist es möglich, durch Fixieren der Elektrode 17 die oben genannte Wirkung zu erzielen.
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Des Weiteren sind Kontaktflächen der Werkzeuge 19a und 19b mit der Elektrode 17 vorgesehen, die eine große Anzahl an Vorsprüngen aufweisen oder einem die Oberfläche aufrauenden Verfahren unterzogen wurden, um die Reibungskraft mit der Elektrode 17 zu erhöhen. Folglich ist es möglich, die Elektrode 17 gut zu fixieren.
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Des Weiteren ist ein Silikongummi mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit auf den Kontaktflächen der Werkzeuge 19a und 19b mit der Elektrode 17 vorgesehen. Folglich ist es möglich, die Schwingungen der Elektrode 17 zu dämpfen und die Haftung zwischen der Elektrode 17 und den Werkzeugen 19a und 19b zu verstärken, wodurch der Wärmeübergangswiderstand vermindert wird.
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<D – 2. Abwandlung>
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Obwohl die 6 und 7 das Ausführungsbeispiel zeigen, in dem die Ultraschallkontaktierung in dem durch die Werkzeuge 19a und 19b fixierten Zustand über der Halbleitervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird, können die Werkzeuge 19a und 19b auch mit einem Paar Seitenflächen in Berührung kommen um die Kontaktierungsteile zu fixieren, so lange das an die Außenelektrode 15 zu bondende Kontaktierungsteil eine derartige Form hat, dass das Paar Seitenflächen senkrecht zu der Ultraschallkontaktierungsoberfläche ist und einander gegenüberliegend angeordnet ist. Somit ist es auch möglich, diese Ausführungsform bei der Halbleitervorrichtung 102, die den stufenweise abgewinkelten Abschnitt in der Elektrode 17 aufweist, anzuwenden, sowie bei der Halbleitervorrichtung 103 gemäß der zweiten Ausführungsform.
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Wie bei der in 8 gezeigten Halbleitervorrichtung 106, kann des Weiteren die Elektrode 23, die der Verbindung zur Außenelektrode 15 dient, die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds annehmen. Der Aufbau der Halbleitervorrichtung 106 ist derselbe wie der der Halbleitervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass die Elektrode 23 die Form des rechtwinkligen Parallelepipeds annimmt und ein Verbindungsabschnitt zu einer Plattenelektrode an einer einzigen Stelle vorgesehen ist. Der Verbindungsabschnitt der Elektrode 23 zur Plattenelektrode ist an einer einzigen Stelle vorgesehen. Aus diesem Grund tritt das Problem auf, dass der Verbindungsabschnitt durch Schwingungen oder Wärme bei der Ultraschallkontaktierung beschädigt wird. Allerdings wird die Elektrode 23 dadurch fixiert, dass, indem die Werkzeuge 19a und 19b in Berührung mit Seitenflächen 23b und 23c der Elektrode 23 kommen, Druck in die Richtung eines Pfeils in der Zeichnung ausgeübt wird. Dadurch werden durch die Ultraschallkontaktierung erzeugte Schwingungen vermieden. So ist es möglich zu verhindern, dass der Kontaktierungsabschnitt zur Plattenelektrode 7 beschädigt wird. Des Weiteren kann die Wärme, die bei der Ultraschallkontaktierung erzeugt wird, zu den Werkzeugen 19a und 19b abgeführt werden. Folglich kann ein Aufschmelzen des Verbindungsabschnittes vermieden werden.
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<D – 3. Wirkungen>
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Das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform umfasst die Schritte (a) Bonden der Plattenelektrode 7 auf die Halbleiterchips 5, wodurch die Halbleiterchips 5 verbunden werden, (b) Anordnen der Elektrode 17, die die Mehrzahl von unterbrochenen Kontaktierungsabschnitten 17a aufweist, sowie den hervorstehenden Abschnitt, der den Ultraschallkontaktierungsabschnitt 17b aufweist, welcher parallel zu den Kontaktierungsabschnitten 17a ist und empor ragend von den Kontaktierungsabschnitten 17a hervorsteht, auf der Plattenelektrode 7, und Bonden der Kontaktierungsabschnitte 17a auf die Plattenelektrode 7, (c) Abdichten der Halbleiterchips 5, der Plattenelektrode 7 und der Elektrode 17 mit dem Versiegelungsharz 14 derart, dass die Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 17b auf der dem Kontaktierungsabschnitt 17a abgewandten Seite frei liegt, und (d) Ultraschallkontaktieren der Außenelektrode 15 mit der Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 17b an der dem Kontaktierungsabschnitt 17a abgewandten Seite. Die Elektrode 17 ist mit der Plattenelektrode 7 an einer Mehrzahl von Stellen verbunden. Daher werden Schwingungen oder Wärme bei der Ultraschallkontaktierung auf die einzelnen Kontaktierungsabschnitte 17a verteilt. Folglich ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung herzustellen, in der ein Aufschmelzen oder ein Riss nur schwer erfolgen.
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Des Weiteren weist der hervorstehende Abschnitt der Elektrode 17 ein Paar Seitenflächen auf, welches senkrecht zu der Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 17b an der dem Kontaktierungsabschnitt 17a gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und der Schritt (c) dient dazu, die Halbleiterchips 5, die Plattenelektrode 7 und die Elektrode 17 mit dem Versiegelungsharz 14 derart abzudichten, dass zumindest ein Teil jedes Paares an Seitenoberflächen frei liegt, und der Schritt (d) dient dazu, die Ultraschallkontaktierung auszuführen während auf die Seitenoberflächen des Paares, die von Versiegelungsharz 14 frei sind, von beiden Seiten durch die Werkzeuge 19a und 19b (Andruckteile) Druck ausgeübt wird. Die Elektrode 17 ist zwischen den Werkzeugen 19a und 19b fixiert. Folglich kann verhindert werden, dass durch die Ultraschallkontaktierung eine Schwingung erzeugt wird, so dass eine Beschädigung des Kontaktierungsmaterials 18 der Plattenelektrode 7 unterbunden werden kann. Des Weiteren kann die bei der Ultraschallkontaktierung erzeugte Wärme zu den Werkzeugen 19a und 19b abgeführt werden. Damit kann verhindert werden, dass das Kontaktierungsmaterial 18 aufschmilzt.
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Ferner weisen die Werkzeuge 19a und 19b Silikongummi auf den Kontaktflächen mit dem Paar von Seitenflächen auf. Dadurch können die Schwingungen der Elektrode 23 gedämpft (absorbiert) werden und die Hafteigenschaft der Elektrode 23 an den Werkzeugen 19a und 19b kann verstärkt werden, so dass ein Wärmeübergangswiderstand vermindert werden kann.
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Ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform umfasst die Schritte (a) Anordnen der Plattenelektrode 7, die die Mehrzahl von Kontaktierungsplattenabschnitten 7a aufweist sowie den hervorstehenden Abschnitt, der den Ultraschallkontaktierungsabschnitt 7b aufweist, welcher parallel zu den Kontaktierungsplattenabschnitten 7a ist und empor ragend von den Kontaktierungsplattenabschnitten 7a hervorsteht, auf den Halbleiterchips 5, und Bonden der Kontaktierungsplattenabschnitte 7a auf die Halbleiterchips 5, (b) Abdichten der Halbleiterchips 5 und der Plattenelektrode 7 mit dem Versiegelungsharz 14 derart, dass die Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 7b auf der dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a abgewandten Seite frei liegt, und (c) Ultraschallkontaktieren der Außenelektrode 15 mit der Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 7b an der dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a abgewandten Seite. Die Elektrode 17 ist mit der Plattenelektrode 7 an einer Mehrzahl von Stellen verbunden. Daher ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung herzustellen, bei der Schwingungen oder Wärme bei der Ultraschallkontaktierung auf die einzelnen Kontaktierungsabschnitte 17a verteilt werden und ein Aufschmelzen oder ein Riss nur schwer erfolgen.
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Des Weiteren weist der hervorstehende Abschnitt der Plattenelektrode 7 ein Paar Seitenflächen auf, das senkrecht zu der Oberfläche des Ultraschallkontaktierungsabschnitts 7b an der dem Kontaktierungsplattenabschnitt 7a gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Der Schritt (b) dient dazu, die Halbleiterchips 5 und die Plattenelektrode 7 mit dem Versiegelungsharz 14 derart abzudichten, dass zumindest ein Teil jeder Seitenoberfläche des Paares frei liegt, und der Schritt (c) dient dazu, die Ultraschallkontaktierung auszuführen während auf die Seitenoberflächen des Paares, die von Versiegelungsharz 14 frei sind und zwischen Werkzeuge 19a und 19b gefügt sind, von beiden Seiten Druck ausgeübt wird. Die Plattenelektrode 7 ist zwischen den Werkzeugen 19a und 19b fixiert. Folglich kann verhindert werden, dass durch die Ultraschallkontaktierung eine Schwingung erzeugt wird, so dass eine Beschädigung des Kontaktierungsmaterials 6 des Halbleiterchips 5 unterbunden werden kann. Des Weiteren kann die bei der Ultraschallkontaktierung erzeugte Wärme zu den Werkzeugen 19a und 19b abgeführt werden. Damit kann verhindert werden, dass das Kontaktierungsmaterial 6 aufschmilzt.
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Ferner weisen die Werkzeuge 19a und 19b Silikongummi auf den Kontaktflächen mit dem Paar von Seitenflächen auf. Dadurch können die Schwingungen der Plattenelektrode 7 gedämpft (absorbiert) werden und die Hafteigenschaft der Plattenelektrode 7 an den Werkzeugen 19a und 19b kann verstärkt werden, so dass ein Wärmeübergangswiderstand vermindert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 5012772 [0003]
- JP 2012-74543 [0003, 0004]
