DE102014212376A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (100) gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Grundplatte (1), eine Isolationslage (2), die auf einer oberen Oberfläche der Grundplatte (1) vorhanden ist, eine auf einer oberen Oberfläche der Isolationslage (2) vorhandene Metallstruktur (3), ein auf der Metallstruktur (3) befestigtes Halbleiterelement (7) und ein Isolationssubstrat (11), welches in Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements (7) angeordnet ist. Ein Ende (11b) des Isolationssubstrats (11) ist in der Draufsicht außerhalb des Halbleiterelements (7) angeordnet. Das Ende (11b) des Isolationssubstrats (11) und die Metallstruktur (3) sind direkt oder indirekt aneinander befestigt. Das Halbleiterelement (7) enthält eine Elektrode auf der oberen Oberfläche. Ein Abschnitt des Isolationssubstrats (11), mit dem in der Draufsicht die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements (7) überlappt, ist mit einem Durchgangsloch (11a) versehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und spezieller auf eine Halbleitervorrichtung mit einem Aufbau, der Wärme an einer Seite abführt.
  • Es wird erwartet, dass sich Leistungselektronik zum Zwecke der Einsparung von Energie stark entwickeln wird. Ein Leistungsmodul, das als eine Halbleitervorrichtung dient, in der ein Leistungshalbleiterelement montiert ist, wird als Zentralabschnitt einer Leistungselektronikvorrichtung verwendet, womit stark zu der genannten Entwicklung beigetragen wird.
  • Neuerdings wird hauptsächlich ein Leistungsmodul verwendet, welches hauptsächlich aus einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (LGBT) ausgebildet ist, welcher Silizium für ein Grundmaterial und eine Diode aufweist. Leistungshalbleiterelemente werden im Laufe der Zeit weiter verbessert. Für die weitere Entwicklung von Leistungselektroniken ist es jedoch erforderlich, in der Lage zu sein, größere Strombeträge zuverlässig steuern zu können. Das beste Verfahren, um dieses Erfordernis zu erfüllen, ist der Wechsel des Grundmaterials eines Leistungshalbleiterelements von Silizium zu Siliziumcarbid (SiC) hin. Die Verwendung von SiC bei einem Leistungsmodul ist wünschenswert, da das Material selbst eine hohe Durchschlagspannung aufweist, SiC bei einer hohen Temperatur von 300°C ohne thermisches Durchgehen (englisch: ”thermal runaway”) betrieben werden kann und SiC während des Betriebs bei gleicher Stromdichte ungefähr ein Zehntel des Leistungsverlusts von Silizium aufweist.
  • Ein allgemeines Leistungsmodul hat auf einer Rückseite eine freigelegte Grundplatte, die aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer, ausgebildet ist. Die Grundplatte ist mechanisch an eine Wärmeableitungsrippe mittels eines Befestigungsteils, wie z. B. einer Schraube, angefügt. Die Wärmeableitungsrippe besteht aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Zusätzlich wird Wärmeleitfett zwischen der Grundplatte und der Wärmeabführungsrippe verwendet zum Erniedrigen des thermischen Kontaktwiderstands.
  • Wenn das Leistungsmodul betrieben wird, wird Wärme als eine Verlustleistung (Produkt aus Strom und Spannung) des Leistungshalbleiterelements erzeugt. Diese Wärme wird über die Wärmeabführungsrippe durch die Grundplatte nach außen abgeführt. Auf diese Weise ist es bei dem Aufbau, der Wärme von der Rückseite des Leistungsmoduls abführt, wichtig, die in dem Leistungshalbleiterelement erzeugte Wärme effektiv zu der Grundplatte zu leiten.
  • Das Leistungsmodul hat im Wesentlichen einen isolierenden Aufbau und weist dadurch gewöhnlich eine Isolationslage (Isolationssubstrat und isolierende Schicht) auf einem oberen Teil der Grundplatte auf. Im Allgemeinen hat eine isolierende Lage einen großen thermischen Widerstand, wodurch die Wärmeableitung in diesem Abschnitt verschlechtert wird. Zur Lösung dieses Problems wurde die Wärmeleitfähigkeit der isolierenden Lage selbst vergrößert, die Dicke derselben verringert und dergleichen.
  • Beispielsweise ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2000-174180 A eine Wärmeabführungsplatte sowohl auf der Unterseite als auch der Oberseite des Halbleiterelements vorgesehen zum effektiven Ableiten von Wärme.
  • Die Vergrößerung der Wärmeleitfähigkeit eines isolierenden Substrats selbst macht das Material selbst jedoch ziemlich teuer, was in einem Kostenanstieg resultiert. Darüber hinaus setzt eine Verringerung der Dicke des isolierenden Substrats eine zulässige Festigkeit des isolierenden Substrats herab, was in einem Bruch des isolierenden Substrats und einer unzureichenden Durchschlagsspannung resultiert.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung mit verbesserten Wärmeabführungseigenschaften ohne Nachteile bei den Kosten und der Durchschlagsspannung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Untersprüchen beschrieben.
  • Eine Halbleitervorrichtung beinhaltet eine Grundplatte, eine isolierende Lage, die auf einer oberen Oberfläche der Grundplatte vorgesehen ist und eine Metallstruktur(ierung), die auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Lage vorhanden ist. Die Halbleitervorrichtung enthält weiterhin ein Halbleiterelement, das auf der Metallstruktur befestigt ist und ein isolierendes Substrat, das in Kontakt zu einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet ist. Bei der Halbleitervorrichtung ist in der Draufsicht ein Ende des isolierenden Substrats außerhalb des Halbleiterelements angeordnet und das Ende des isolierenden Substrats und die Metallstruktur sind direkt oder indirekt aneinander befestigt. Das Halbleiterelement enthält eine Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements und ein Abschnitt des isolierenden Substrats, mit dem die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements in der Draufsicht überlappt, ist mit einem Durchgangsloch versehen.
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu der Wärmeableitung von einer unteren Oberfläche des Halbleiterelements Wärme von einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements durch das isolierende Substrat und die mit dem isolierenden Substrat verbundene Metallstruktur abgeführt werden. Auf diese Weise kann beim Betrieb des Halbleiterelements erzeugte Wärme mittels Wärmeleitung sowohl von der unteren Oberfläche als auch der oberen Oberfläche des Halbleiterelements zu der Grundplatte abgeführt werden. Mit anderen Worten, im Gegensatz zu dem konventionellen Verfahren zum Abführen von Wärme über eine Wärmeableitungsrippe in Kontakt zu der Grundplatte kann Wärme in effektiverer Weise abgeführt werden, ohne Nachteile bei der Isolation in Kauf nehmen zu müssen.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen unter Berücksichtigung der beigefügten Figuren.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel der Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausgangstechnologie.
  • Ausgangstechnologie
  • Bevor Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden, wird eine Ausgangstechnologie der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 50 gemäß der zugrundeliegenden Technologie. Die Halbleitervorrichtung 50 enthält eine Grundplatte 1, eine isolierende Lage 2, die auf einer oberen Oberfläche der Grundplatte 1 vorhanden ist, eine Metallstruktur 3, die auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Lage 2 vorhanden ist. Die Halbleitervorrichtung 50 enthält weiterhin ein Halbleiterelement 7, das auf der Metallstruktur 3 mittels eines Lots 4 befestigt ist, einen Hauptelektrodenanschluss 5, der über das Lot 4 auf der Metallstruktur 3 befestigt ist, sowie einen Signalanschluss 6. Auf einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 vorhandene Elektrode und die Metallstruktur 3 sind über Metalldrähte 8a und 8b verbunden.
  • Weiterhin enthält die Halbleitervorrichtung 50 ein Gehäuse 9 als Gehäuse der Halbleitervorrichtung 50. Wie in 8 gezeigt, ist das Gehäuse 9 an der isolierenden Lage 2 ohne einen Spalt dazwischen befestigt und umgibt die Metallstruktur 3, das Halbleiterelement 7, den Hauptelektrodenanschluss 5 und die Metalldrähte 8a und 8b. Ein Versiegelungsharz 16, wie z. B. ein Silikongel oder ein Epoxidharz, füllt das Innere des Gehäuses 9 aus.
  • Beim Betrieb des Halbleiterelements 7 werden ein Strom und eine Spannung erzeugt und das Produkt aus Strom und Spannung führt zu einem Verlust während des Betriebs. Das meiste des Betriebsverlusts wird in Wärme umgewandelt. Die auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 vorhandene Elektrode ist mit den Metalldrähten hoher Leitfähigkeit 8a und 8b aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen verbunden und ein Strom wird herausgeführt. Die in dem Halbleiterelement 7 erzeugte Wärme wird von einer unteren Oberfläche des Halbleiterelements 7 zu der Grundplatte 1 über das Metallmuster 3 und die isolierende Lage 2, die beide an dem Halbleiterelement 7 befestigt sind, abgeführt. Die Grundplatte 1 ist in Kontakt zu einer Wärmeabführungsrippe, die nicht gezeigt ist, und die Wärme des Halbleiterelements 7 wird nach und nach von der Wärmeabführungsrippe abgeführt. Wie oben erwähnt, verursachen jedoch die Wärmeabführungseigenschaften der isolierenden Lage 2 Probleme.
  • Erste Ausführungsform
  • Aufbau
  • 1 zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung 100 enthält eine Grundplatte 1, eine isolierende Lage 2, die auf einer oberen Oberfläche der Grundplatte 1 vorhanden ist, und eine Metallstruktur 3, die auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Lage 2 vorhanden ist. Die isolierende Lage 2 ist ein Isolationssubstrat oder eine isolierende Schicht. Die Metallstruktur 3 besteht aus einem Material hoher Leitfähigkeit, wie z. B. Aluminium oder Kupfer. Eine Oberfläche der Metallstruktur 3 kann einer Oberflächenbehandlung (beispielsweise einer Ni-Plattierung oder einer Au-Plattierung) unterzogen werden, um sie ideal zu gestalten für das Löten, eine Verbindung mittels Ag (z. B. Ag-Bonden, Ag-Löten, verwendung eines Ag-haltigen Klebers) und dergleichen.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 enthält weiterhin ein Halbleiterelement 7, das mittels eines Lots 4 oder Ag-Bonden auf dem Metallmuster 3 befestigt ist, und ein Isolationssubstrat 11, das in Kontakt zu einer oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 angeordnet ist. Das Halbleiterelement 7 ist beispielsweise ein IGBT-Leistungshalbleiterelement. Das Isolationssubstrat 11 besteht aus einem isolierenden Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Aluminiumnitrid (AlN).
  • Die Halbleitervorrichtung 100 enthält weiterhin einen Metallrahmen 10, der auf einer oberen Oberfläche des Metallmusters 3 vorhanden ist. Von oben betrachtet ist der Metallrahmen 10 so angeordnet, dass er das Halbleiterelement 7 umgibt. Der Metallrahmen 10 besteht aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, und ist auf der oberen Oberfläche des Metallmusters 3 durch das Lot 4 oder mittels Ag-Bonden befestigt. Weiterhin kann der Metallrahmen 10 einer Oberflächenbehandlung (beispielsweise einer Ni-Plattierung oder Au-Plattierung) unterzogen werden, um ihn ideal für den Lötvorgang, das Ag-Bonden und dergleichen zu machen.
  • Eine Ende 11b des Isolationssubstrats 11 ist in der Draufsicht (von oben betrachtet) außerhalb des Halbleiterelements 7 angeordnet und das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 und die Metallstruktur 3 (bzw. das Metallmuster 3) sind über den Metallrahmen 10 indirekt verbunden (aneinander befestigt). Das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 kann einer Oberflächenbehandlung (beispielsweise einer Ni-Plattierung oder einer Au-Plattierung) unterzogen werden, die ideal für den Lötvorgang, das Ag-Bonden und dergleichen, ist.
  • Das Halbleiterelement 7 enthält eine Elektrode (beispielsweise eine Hauptelektrode und eine Steuerelektrode) auf der oberen Oberfläche. Ein Abschnitt des Isolationssubstrats 11, der in der Draufsicht mit der Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 überlappt, ist mit einem Durchgangsloch 11a versehen. Wie in 1 gezeigt, sind durch dieses Durchgangsloch 11a die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 und die Metallstruktur 3 über die Metalldrähte 8a und 8b verbunden. Mit anderen Worten, die durch einen Hauptelektrodenanschluss 5 kontaktierte Metallstruktur 3 und eine Hauptelektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 sind durch den Metalldraht 8b verbunden. Die Hauptelektrode ist über einen Relais-Anschluss 5a mit der Metallstruktur 3 verbunden.
  • Jene Metallstruktur 3, die durch einen Signalanschluss 6 kontaktiert ist, und eine Steuerelektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 sind über den Metalldraht 8a verbunden. Die Metalldrähte 8a und 8b bestehen aus einem Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. Aluminium oder Kupfer. Ein Teil des Hauptelektrodenanschlusses 5 und des Signalanschlusses 6 liegen zur Außenseite des Gehäuses 9 hin frei.
  • Ein Gehäuse 9 ist auf der isolierenden Lage 2 ohne einen Spalt dazwischen befestigt und umgibt die Metallstruktur 3, das Halbleiterelement 7, den Hauptelektrodenanschluss 5, den Signalanschluss 6 und die Metalldrähte 8a und 8b. Beispielsweise dient ein Silikongel als ein Versiegelungsharz 16, welches das Innere des Gehäuses 9 ausfüllt.
  • Betrieb
  • Beim Betrieb des Halbleiterelements 7 werden ein Strom und eine Spannung erzeugt und das Produkt aus Strom und Spannung ist verantwortlich für den Verlust im Betrieb. Die meisten Verluste im Betrieb werden in Wärme umgewandelt. Die obere Oberfläche des Halbleiterelements 7 ist mit den Metalldrähten 8a und 8b hoher elektrischer Leitfähigkeit aus Aluminium, Kupfer und dergleichen verbunden und der Strom fließt von der Elektrode durch das Durchgangsloch 11a im isolierenden Substrat 11 ab. Die in dem Halbleiterelement 7 erzeugte Wärme wird von einer unteren Oberfläche des Halbleiterelements 7 über die Metallstruktur 3 und die Isolationslage 2, die an dem Halbleiterelement 7 (beispielsweise durch Kleben) befestigt sind, zu der Basisplatte 1 dissipiert.
  • Andererseits ist das Isolationssubstrat 11 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus AlN, in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 und die Wärme wird ebenfalls zu dem Isolationssubstrat 11 geleitet. Da das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 an einer oberen Oberfläche des Metallrahmens 10 befestigt ist, wird die zu dem Isolationssubstrat 11 geleitete Wärme von diesem Verbindungsabschnitt aus über die Metallstruktur 3 und die isolierende Lage 2 zu der Grundplatte 1 dissipiert.
  • Der Hauptelektrodenanschluss 5 und der Signalanschluss 6 umfassen jeweils eine Elektrode in dem Gehäuse 9, welche über die Metalldrähte 8a und 8b mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer, angeschlossen ist und zur Außenseite des Gehäuses frei liegt. Auf der Metallstruktur 3 ist ein Bauteil (beispielsweise der Relais-Anschluss 5a) vorhanden, welches Teil einer äußeren Elektrode ist, beispielsweise eine zylindrische Buchse hoher elektrischer Leitfähigkeit aus Kupfer oder dergleichen. Der Hauptelektrodenanschluss 5 und der Relais-Anschluss 5a sind so aneinander mittels Presssitz, Löten, einer oder Ag-Bonden befestigt, dass der Hauptelektrodenanschluss 5 zur Außenseite hin freiliegt.
  • Weiterhin kann ein Leistungshalbleiterelement, das SiC als Grundmaterialaufweist aufweist, beispielsweise ein SiC-MOSFET oder eine SiC-SBD (Schottky-Barrieren-Diode) als Halbleiterelement 7 montiert sein. Das Leistungshalbleiterelement, das SiC als Grund- bzw. Basismaterial aufweist, kann im Vergleich zu einem Leistungshalbleiterelement, das Si als Basismaterial aufweist, bei höheren Temperaturen arbeiten aufgrund der Materialeigenschaften.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform (Halbleitervorrichtung 100) ist es ebenfalls möglich, Wärme von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 zu der Grundplatte 1, welche in dem unteren Teil des Moduls angeordnet ist, zu dissipieren, so dass im Vergleich zum Aufbau bei der Ausgangstechnologie (Halbleitervorrichtung 50) ein größerer Strombetrag durch das Modul fließen kann. Das Halbleiterelement 7 besteht aus SiC, welches für das Halbleiterelement 7 im Vergleich zu dem Fall des Halbleiterelements 7 aus Si eine kompaktere Bauform ermöglicht. Deshalb kann die Halbleitervorrichtung 100 (Leistungsmodul) kompakter ausgebildet werden.
  • Im Allgemeinen hat ein Halbleiterelement, welches Si als Basismaterial verwendet, bei einer Temperatur von ungefähr 150°C, welches eine normale Betriebstemperatur für Si ist, lediglich ungefähr ein Zehntel des Leistungsverlusts eines Halbleiterelements, welches Si als Basismaterial verwendet. Mit anderen Worten, das Halbleiterelement, welches SiC als Basismaterial verwendet, hat einen geringen Leistungsverlust, wodurch ein Anstieg der Temperatur des Halbleiterelements herabgedrückt wird. Bei der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform sind die Wärmedissipationseigenschaften (Wärmeabführeigenschaften) des Halbleiterelements 7 verbessert und dadurch kann die Wärmeabführrippe kompakter ausgebildet werden. Die Verkleinerung der Wärmeabführrippe erlaubt eine Größenreduktion einer Leistungselektronikvorrichtung, wie beispielsweise einem Wechselrichter. Mit anderen Worten, eine Leistungsdichte (W/cm3) ist verbessert.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine Hinzufügungen zu dem elektrischen Schaltkreis, da das Isolationssubstrat 11 an dem Halbleiterelement 7 befestigt ist (das Halbleiterelement 7 auf das Isolationssubstrat gebondet bzw. geklebt bzw. gelötet ist). Somit hat die Hinzufügung des Isolationssubstrats 11 keine Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 100 (des Leistungsmoduls).
  • Zusätzlich füllt ein Silikongel als Versiegelungsharz 16 das Innere des Gehäuses 9, welches durch einen Harzverguss unter Verwendung eines Epoxidharzes oder dergleichen abgedichtet werden kann. Im Falle des Abdichtens mit einem Harz durch ein Spritzpressverfahren wird eine Form zum Definieren eines Umrisses benötigt, so dass es notwendig ist, für jede Halbleitervorrichtung eine Form mit einer unterschiedlichen Größe (einem unterschiedlichen Umriss) vorzubereiten. Falls ein Harzverguss als Abdichtverfahren verwendet wird, wird andererseits eine Form nicht benötigt, wenn das Gehäuse 9 bereitgestellt wird, wodurch es möglich ist, die Herstellungskosten zu reduzieren und eine Herstellungszeit zu verkürzen. Bei einem Harzverguss wird nicht ein Harz unter einem hohen Druck injiziert wie beim Spritzpressen, so dass sogar falls das Anhaften an jedem Strukturelement schlecht ist, Übergänge zwischen den einzelnen Strukturelementen durch das Versiegelungsharz 16 nach dem Aushärten eingefasst werden. Wenn beim Betrieb des Halbleiterelements 17 Wärme erzeugt wird, kann somit ein Verzug, der durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den einzelnen Strukturelementen hervorgerufen wird, eingegrenzt werden. Eine thermische Spannung an einem Übergang kann verringert werden und somit kann eine Halbleitervorrichtung 100 hoher Zuverlässigkeit erhalten werden. Darüber hinaus ist es im Fall der Verwendung von SiC für das Halbleiterelement 7 möglich, bei höheren Temperaturen zu arbeiten, wobei dennoch die thermische Spannung an einem Übergang verringert werden kann, was einen größeren Effekt hat.
  • Wirkungen
  • Die Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ist wie folgt gekennzeichnet. Die Halbleitervorrichtung 100 enthält die Grundplatte 1, die Isolationslage bzw. isolierende Lage 2, welche auf der oberen Oberfläche der Grundplatte 1 vorhanden ist, die Metallstruktur (das Metallmuster) 3, die auf der oberen Oberfläche der Isolationslage 2 vorhanden ist, das an der Metallstruktur 3 befestigte Halbleiterelement 7 und das Isolationssubstrat 11, welches in Kontakt zu der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 angeordnet ist. Das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 ist in der Draufsicht (also von oben betrachtet) außerhalb des Halbleiterelements 7 angeordnet. Das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 und die Metallstruktur 3 sind direkt oder indirekt aneinander befestigt. Das Halbleiterelement 7 enthält eine Elektrode auf seiner oberen Oberfläche. Der Abschnitt des Isolationssubstrats 11, mit dem die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 in der Draufsicht überlappt, ist mit dem Durchgangsloch 11a versehen.
  • Deshalb kann die Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu der Wärmedissipation von der unteren Oberfläche des Halbleiterelements 7 Wärme von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 über das Isolationssubstrat 11 und die an dem Isolationssubstrat 11 befestigte Metallstruktur 3 abführen. Auf diese Weise kann die beim Betreiben des Halbleiterelements 7 erzeugte Wärme sowohl von der unteren Oberfläche als auch von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 zu der Grundplatte 1 hin geleitet werden. Mit anderen Worten, bei dem bekannten Verfahren zum Dissipieren von Wärme über die Wärmeabführrippe in Kontakt zu der Grundplatte 1 kann durch die vorliegende Erfindung Wärme effektiver abgeführt werden ohne Nachteile bei der Isolation. Somit kann ein Anstieg der Temperatur des Halbleiterelements 7 stärker unterdrückt werden, wodurch eine größere Strommenge durch das Halbleiterelement 7, welches die gleiche Größe wie beim Stand der Technik aufweist, fließen kann. Mit anderen Worten, die Betriebsstromdichte (beispielsweise Einheit [A/cm2]) des Halbleiterelements 7 kann vergrößert werden. Weiterhin kann im Falle des Betriebs bei dem gleichen Betriebsstrom wie im Stand der Technik die Größe des Halbleiterelements stärker verringert werden als beim Stand der Technik. Somit kann die Gesamtgröße der Halbleitervorrichtung 100 (Leistungsmodul) verringert werden. Darüber hinaus können die Kosten gesenkt werden.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ist wie folgt gekennzeichnet. Die Halbleitervorrichtung 100 weist weiterhin den Metallrahmen 10 auf, der auf der oberen Oberfläche der Metallstruktur 3 vorhanden ist. Der Metallrahmen 10 ist so vorgesehen, dass er in der Draufsicht das Halbleiterelement 7 umgibt. Das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 und die Metallstruktur 3 sind über den Metallrahmen 10 verbunden.
  • Falls der Metallrahmen 10 aus Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht, kann deshalb die Wärme des Isolationssubstrats 11 effektiv zu der Metallstruktur 3 geleitet werden.
  • Darüber hinaus ist die Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wie folgt gekennzeichnet. Die Halbleitervorrichtung 100 weist weiterhin das Gehäuse 9 auf, welches ohne einen Spalt so an der oberen Oberfläche der Isolationslage 2 befestigt ist, dass es das Halbleiterelement 7 und das Isolationssubstrat 11 umgibt. Das Gehäuse 9 ist mit dem Versiegelungsharz 16 ausgefüllt.
  • Deshalb kann der Harzversiegelungsschritt beim Vergießen durch Bereitstellen des Gehäuses 9 durchgeführt werden. Die Harzversiegelung durch das Vergießen kann leichter erreicht werden, als beim Spritzpressverfahren, so dass sogar in einem Fall, in dem eine geringe Anzahl an Halbleitervorrichtungen 100 hergestellt wird, die Herstellungskosten herabgedrückt werden können.
  • Zweite Ausführungsform
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 200 enthält unterschiedlich zu der Halbleitervorrichtung 100 nicht den Metallrahmen 10 und hat einen unterschiedlichen Aufbau des Isolationssubstrats 11. Bei der Halbleitervorrichtung 200 erstreckt sich das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 im Wesentlichen senkrecht zu der Metallstruktur 3. Weiterhin sind das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 und die Metallstruktur 3 über das Lot 4 oder mittels Ag-Bonden (bzw. Befestigung über Leitsilber oder Silberlot) direkt miteinander verbunden. Die weiteren Strukturen sind gleich jenen der Ausführungsform 100 (1) und eine Beschreibung derselben wird unterlassen.
  • Wirkungen
  • Die Halbleitervorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform ist wie folgt gekennzeichnet. Das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu der Metallstruktur 3. Das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 ist direkt an der Metallstruktur 3 befestigt.
  • Zusätzlich zu den bei der ersten Ausführungsform erwähnten Wirkungen kann daher ein Pfad zum Abführen von Wärme von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 zu der Metallstruktur 3 hin durch den Aufbau, bei dem das Isolationssubstrat 11 direkt mit der Metallstruktur verbunden ist, kürzer gemacht werden. Dadurch können die Wärmedissipationseigenschaften verbessert werden, während der Platz zum Abführen von Wärme reduziert wird, was eine Verkleinerung der Halbleitervorrichtung 200 gestattet.
  • Dritte Ausführungsform
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung 300 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Bei der ersten Ausführungsform (1) sind die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 und die Metallstruktur 3 über die Metalldrähte 8a und 8b verbunden. Demgegenüber ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Hauptelektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 mit der Metallstruktur 3 über einen Metallanschluss 12 anstelle des Metalldrahts 8b verbunden. Zusätzlich ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Steuerelektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 direkt an den Signalanschluss 6 angeschlossen.
  • Ein Ende des Metallanschlusses 12 und die Hauptelektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 sind durch Ausfüllen des Durchgangslochs 11a des Isolationssubstrats 3 mit einem Lot oder Ag miteinander verbunden. Das andere Ende des Metallanschlusses 12 ist durch eine Befestigung mittels Lot 4 oder Ag an der Metallstruktur 3 befestigt. Wie in 3 gezeigt, sind der Metallanschluss 12 und die obere Oberfläche des Isolationssubstrats 11 in einem Bereich, in dem der Metallanschluss 12 und das Isolationssubstrat 11 in einer Draufsicht überlappen, in Kontakt zueinander. Der Metallanschluss 12 besteht aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. Kupfer oder Aluminium. Der Metallanschluss 12 kann einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden (beispielsweise einer Ni-Plattierung oder einer Au-Plattierung), die ideal zum Löten, für eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) oder dergleichen ist.
  • Bei der ersten Ausführungsform ist der Signalanschluss 6 durch die Metallstruktur 3 und den Metalldraht 8a mit der Steuerelektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 verbunden. Demgegenüber ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Signalanschluss 6 (direkt) mit der Steuerelektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 verbunden.
  • Ein Ende des Signalanschlusses 6 und die Steuerelektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 sind durch Einfüllen von Lot oder Ag in das Durchgangsloch 11a des Isolationssubstrats miteinander verbunden. Das andere Ende des Signalanschlusses 6 liegt zur Außenseite des Gehäuses 9 hin frei (an der Außenseite des Gehäuses 9 frei). Der weitere Aufbau der Halbleitervorrichtung 300 ist der gleiche wie jener bei der ersten Ausführungsform (1) und eine Beschreibung wird unterlassen.
  • Betrieb
  • Die in dem Halbleiterelement 7 erzeugte Wärme wird von der unteren Oberfläche des Halbleiterelements 7 zu der aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer, bestehenden Grundplatte 1 über die Metallstruktur 3 und die Isolationslage 2 dissipiert. Andererseits ist das Isolationssubstrat 11 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. AlN, in Kontakt zu der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 und die Wärme wird zu dem Isolationssubstrat 11 geleitet. Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Metallanschluss 12 in Kontakt zu dem Isolationssubstrat 11 und der Metallanschluss 12 ist an der Metallstruktur 3 befestigt. Somit kann die Wärme des Isolationssubstrats 11 effektiver zu der Grundplatte 1 hin geleitet werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die oben erwähnten Änderungen zu der Halbleitervorrichtung 100 (1) der ersten Ausführungsform hinzugefügt zum Erhalt der Halbleitervorrichtung 300 und die gleichen Änderungen können zu der Halbleitervorrichtung 200 (2) der zweiten Ausführungsform hinzugefügt werden zum Erhalt einer Halbleitervorrichtung 400 (4).
  • Bei der Halbleitervorrichtung 300 der vorliegenden Ausführungsform gibt es kein Zusatzelement auf der elektrischen Schaltung durch die Befestigung des Isolationssubstrats 11 auf dem Halbleiterelement 7. Selbst wenn der Metallanschluss 12 auf dem oberen Teil (der Oberseite) des Isolationssubstrats 11 angeordnet ist, hat der Metallanschluss 12 das gleiche Potential wie die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7, 50 dass kein Kondensator ausgebildet wird. Die Hinzufügung des Isolationssubstrats 11 und des Metallanschlusses 12 hat somit keine Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 300 (Leistungsmodul).
  • Wirkungen
  • Die Halbleitervorrichtung 300 der vorliegenden Ausführungsform ist wie folgt gekennzeichnet: Die Halbleitervorrichtung 300 enthält zusätzlich den Metallanschluss 12. Ein Ende des Metallanschlusses 12 und die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 sind durch das Durchgangsloch 11a elektrisch miteinander verbunden. Das andere Ende des Metallanschlusses 12 ist mit der Metallstruktur 3 verbunden. In dem Bereich, in dem der Metallanschluss 12 und das Isolationssubstrat 11 in einer Draufsicht überlappen, sind der Metallanschluss 12 und die obere Oberfläche des Isolationssubstrats 11 in Kontakt zueinander.
  • Daher ist der Metallanschluss 12 in Kontakt zu der oberen Oberfläche des Isolationssubstrats 11 und der Metallanschluss 12 ist an der Metallstruktur befestigt, wodurch die von dem Halbleiterelement 7 zu dem Isolationssubstrat 11 geleitete Wärme effektiver zu der Grundplatte 1 geleitet werden kann. Mit anderen Worten, die in dem Halbleiterelement 7 erzeugte Wärme kann effektiver dissipiert werden und somit wird die Zuverlässigkeit des Betriebs der Halbleitervorrichtung 300 verbessert. Darüber hinaus stellt anstelle des Metalldrahts 8b der Metallanschluss 12 eine Verbindung her, wodurch eine größere Strommenge hindurch fließen kann. Insbesondere wenn im Hochtemperaturbetrieb ein Halbleiterelement 7 montiert ist, in dem SiC als Basismaterial verwendet wird, kann eine (EIN-/AUS-)-Schaltzykluslebensdauer verbessert werden, indem eine Verbindung mit dem Metallanschluss 12 anstelle des Metalldrahts 8b hergestellt wird.
  • Vierte Ausführungsform
  • Aufbau
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung 500 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 500 der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Mehrzahl (beispielsweise zwei) von Halbleiterelementen 7 im Gegensatz zur Halbleitervorrichtung 400 (4), die in der dritten Ausführungsform beschrieben wurde. Die Mehrzahl an Halbleiterelementen 7 bildet eine elektrische Schaltung. Wie später beschrieben wird, weist das Isolationssubstrat 11 einen gitterartigen Aufbau auf, der für diese Halbleiterelemente 7 geeignet ist.
  • In dem Isolationssubstrat 11 erstreckt sich ähnlich zu der dritten Ausführungsform das Ende 11b zu der Metallstruktur 3 und das Ende 11b und die Metallstruktur 3 sind durch das Lot 4 oder über eine Befestigung mittels Ag aneinander befestigt. In einem Abschnitt zwischen einander benachbarten Halbleiterelementen 7 (Angrenzabschnitt 11c) erstreckt sich das Isolationssubstrat 11 im Wesentlichen senkrecht zu der Metallstruktur 3 und der sich zu der Metallstruktur 3 hin erstreckende Abschnitt ist direkt mit der Metallstruktur 3 über das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) verbunden. Mit anderen Worten, das Isolationssubstrat 11 bildet einen gitterartigen Rahmen, der die Halbleiterelemente 7 umgibt.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 500 ist die obere Oberfläche der Halbleiterelemente 7 in Kontakt mit dem Isolationssubstrat 11. Ein Abschnitt des Isolationssubstrats 11, mit dem die Elektrode auf der oberen Oberfläche jedes Halbleiterelements 7 in der Draufsicht überlappt, ist mit dem Durchgangsloch 11a versehen. Die Elektrode auf der oberen Oberfläche jedes Halbleiterelements 7 und der Metallanschluss 12 oder der Signalanschluss 6 sind über das Durchgangsloch 11a mittels Löten oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) verbunden. Der weitere Aufbau der Halbleitervorrichtung 500 ist der gleiche wie jener der Halbleitervorrichtung 400 und eine Beschreibung desselben wird unterlassen.
  • Betrieb
  • Die in der Mehrzahl der Halbleiterelemente 7 erzeugte Wärme wird von der unteren Oberfläche jedes Halbleiterelements 7 zu der Grundplatte 1 über die Metallstruktur 3 und die Isolationslage 2 abgeführt. Andererseits ist das Isolationssubstrat 11 in Kontakt zu der oberen Oberfläche der Halbleiterelemente 7 und die Wärme der Halbleiterelemente 7 wird ebenfalls zu dem Isolationssubstrat 11 geleitet.
  • Der Metallanschluss 12 ist in Kontakt zu dem Isolationssubstrat 11 und das Isolationssubstrat 11 und der Metallanschluss 3 sind über das Lot 4 oder unter Verwendung einer Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) aneinander befestigt. Somit wird die Wärme des Isolationssubstrats 11 über die Metallstruktur 3 und die Isolationslage 2 zu der Grundplatte 1 geleitet.
  • Ein Teil der oberen Oberfläche des Isolationssubstrats 11 und der Metallanschluss 12 sind über das Durchgangsloch 11a durch Löten oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) verbunden. Somit wird die Wärme des Isolationssubstrats 11 zu dem Metallanschluss 12 geleitet und über die Metallstruktur 3 und die Isolationslage bzw. -schicht 2 zu der Grundplatte 1 geleitet.
  • Wirkungen
  • Die Halbleitervorrichtung 500 der vorliegenden Ausführungsform ist wie folgt gekennzeichnet: Es gibt eine Mehrzahl von Halbleiterelementen 7. Die Mehrzahl von Halbleiterelementen 7 teilt sich das Isolationssubstrat 11. Das Isolationssubstrat 11 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu der Metallstruktur 3 in dem Abschnitt zwischen benachbarten Halbleiterelementen 7 (Angrenzabschnitt 11c). Der sich senkrecht erstreckende Abschnitt ist direkt an der Metallstruktur 3 befestigt.
  • Die Mehrzahl von Halbleiterelementen 7 ist daher von dem gitterartigen Rahmen des gemeinsamen Isolationssubstrats 11 umgeben, wodurch die Wärme jedes Halbleiterelements 7 gleichförmig über den gitterartigen Rahmen abgeführt werden kann.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In der Halbleitervorrichtung 600 ist die Elektrode (beispielsweise eine Emitterelektrode, eine Gateelektrode und dergleichen im Fall eines IGBT) auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 ausgebildet und das Isolationssubstrat 11 ist durch das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) befestigt.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 600 sind das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 und die obere Oberfläche des Metallrahmens 10 durch das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) aneinander befestigt. Der weitere Aufbau ist der gleiche wie jener der Halbleitervorrichtung 300 (3) der dritten Ausführungsform und eine Beschreibung desselben wird unterlassen.
  • Die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 und das Isolationssubstrat 11 sind durch das Lot oder eine Befestigung mittels Ag aneinander befestigt, so dass im Vergleich zu dem Fall, in dem sie einfach nur in Kontakt zueinander sind, die Wärme effektiver von den Halbleiterelementen 7 zu dem Isolationssubstrat 11 geleitet werden kann. Der Metallrahmen 10 und das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 sind über das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag aneinander befestigt, so dass im Vergleich zu dem Fall, in dem sie einfach nur in Kontakt zueinander sind, die Wärme effektiver von dem Isolationssubstrat 11 zu dem Metallrahmen 10 geleitet werden kann.
  • In den Halbleitervorrichtungen 100, 200, 400 und 500 sind die Elektrode auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 7 und das Isolationssubstrat 11 über das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) aneinander befestigt, so dass die oben erwähnten Wirkungen erzielt werden können. In der Halbleitervorrichtung 600 sind der Metallrahmen 10 und das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 über das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) aneinander befestigt, so dass die oben erwähnten Wirkungen erzielt werden können.
  • Wirkungen
  • Die Halbleitervorrichtung 600 der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden auf den oberen Oberflächen der Halbleiterelemente 7 und das Isolationssubstrat 11 durch das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag aneinander befestigt sind.
  • Die obere Oberfläche des Halbleiterelements 7 und das Isolationssubstrat 11 sind daher durch das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag aneinander befestigt, so dass die Wärme effektiver von dem Halbleiterelement 7 zu dem Isolationssubstrat 11 geleitet wird, wodurch die Wärmedissipationseigenschaften des oberen Teils des Halbleiterelements 7 erhöht werden.
  • Weiterhin ist die Halbleiterelementvorrichtung 600 der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 und der Metallrahmen 10 durch das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) aneinander befestigt sind,
  • Das Ende 11b des Isolationssubstrats 11 und der Metallrahmen 10 sind daher durch das Lot 4 oder eine Befestigung mittels Ag (bzw. Ag-Bonden) aneinander befestigt, so dass die Wärme effektiver von dem Isolationssubstrat 11 zu dem Metallrahmen 10 geleitet wird, wodurch die Wärmedissipationseigenschaften des oberen Teils der Halbleiterelemente 7 erhöht werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung 700 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 700 ist dadurch gekennzeichnet, dass der grundsätzliche Aufbau (Hauptteil) der Halbleitervorrichtung 700 (die obere Oberfläche der Isolationslage 2, die Metallstruktur 3, das Halbleiterelement 7, das Isolationssubstrat 11 und die Metalldrähte 8a und 8b) mittels eines Spritzpressverfahrens mit einem Dichtharz 17 versiegelt sind.
  • Im Fall des Versiegelns mit einem Harz durch das Spritzpressverfahren definiert eine Form einen äußeren Umriss und dadurch ist ein Gehäuse zum Einschließen eines Dichtmaterials im Inneren im Grunde nicht notwendig. Bei einem Prozess gemäß dem Spritzpressverfahren wird das Dichtharz 17 in die Form mit hohem Druck injiziert, so dass das Dichtharz 17 zuverlässig an jedem Teil des Aufbaus anhaftet. Zur Zeit des Aushärtens des Dichtharzes 17 kann sich daher das Dichtharz 17 um jedes Teil des Aufbaus insbesondere um die Übergänge zwischen den Teilen herumlegen.
  • Wenn daher durch den Betrieb des Halbleiterelements 7 Wärme erzeugt wird, kann ein durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den einzelnen Teilen des Aufbaus erzeugter Verzug eingegrenzt werden. Eine thermische Spannung an einem Übergang kann verringert werden, und somit kann eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung 700 erhalten werden. In einem Fall, in dem SiC für das Halbleiterelement 7 verwendet wird, ist es darüber hinaus möglich, bei höheren Temperaturen zu arbeiten, wobei dennoch die thermische Spannung an einem Übergang verringert werden kann, wodurch ein Effekt größer ist.
  • Wirkungen
  • Die Halbleitervorrichtung 700 der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die obere Oberfläche der Isolierschicht 2, die Metallstruktur 3, das Halbleiterelement 7 und das Isolationssubstrat 11 durch ein Spritzpressverfahren mit einem Harz abgedichtet sind.
  • Beim Prozess des Spritzpressverfahrens wird daher Abdichtharz 17 unter hohem Druck in die Form injiziert, so dass das Abdichtharz 17 zuverlässig an jedem Teil des Aufbaus anhaftet. Wenn durch den Betrieb des Halbleiterelements 7 Wärme erzeugt wird, kann somit ein durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Teilen des Aufbaus erzeugter Verzug eingegrenzt werden. Eine thermische Spannung an einem Übergang kann verringert werden und dadurch kann eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung 700 erhalten werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können weiterhin die oben erwähnten Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden oder jede Ausführungsform kann in geeigneter Weise im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden oder in jeder Ausführungsform können im Rahmen der Erfindung in geeigneter Weise Merkmale weggelassen werden.
  • 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 2000-174180 A [0007]

Claims (9)

  1. Halbleitervorrichtung (100) mit: einer Grundplatte (1), einer Isolationslage (2), die auf einer oberen Oberfläche der Grundplatte (1) vorhanden ist, einer Metallstruktur (3), die auf einer oberen Oberfläche der Isolationslage (2) vorhanden ist, zumindest einem Halbleiterelement (7), das an der Metallstruktur (3) befestigt ist, und einem Isolationssubstrat (11), das in Kontakt zu einer oberen Oberfläche des zumindest einen Halbleiterelements (7) angeordnet ist, wobei ein Ende (11b) des Isolationssubstrats (11) in der Draufsicht außerhalb des zumindest einen Halbleiterelements (7) angeordnet ist, das Ende (11b) des Isolationssubstrats (11) und die Metallstruktur (3) direkt oder indirekt aneinander befestigt sind, das zumindest eine Halbleiterelement (7) eine Elektrode auf der oberen Oberfläche des zumindest einen Halbleiterelements (7) aufweist und ein Abschnitt des Isolationssubstrats (11), mit dem die Elektrode auf der oberen Oberfläche des zumindest einen Halbleiterelements (7) in der Draufsicht überlappt, mit einem Durchgangsloch (11a) versehen ist.
  2. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen Metallrahmen (10), der auf einer oberen Oberfläche der Metallstruktur (3) vorhanden ist, wobei der Metallrahmen so vorhanden ist, dass er in der Draufsicht das zumindest eine Halbleiterelement (7) umgibt, und das Ende (11b) des Isolationssubstrats (11) und die Metallstruktur (3) durch den Metallrahmen (10) verbunden sind.
  3. Halbleitervorrichtung (200) nach Anspruch 1, wobei das Ende (11b) des Isolationssubstrats (11) sich im Wesentlichen senkrecht zu der Metallstruktur (3) erstreckt und das Ende (11b) des Isolationssubstrats (11) direkt an der Metallstruktur (3) befestigt ist.
  4. Halbleitervorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiterhin einen Metallanschluss (12) aufweist, wobei ein Ende des Metallanschlusses (12) und die Elektrode auf der oberen Oberfläche des zumindest einen Halbleiterelements (7) über das Durchgangsloch (11a) elektrisch miteinander verbunden sind, das andere Ende des Metallanschlusses (12) an der Metallstruktur (3) befestigt ist und in einer Region, in der der Metallanschluss (12) und das Isolationssubstrat (11) in einer Draufsicht überlappen, der Metallanschluss (12) und eine obere Oberfläche des Isolationssubstrats (11) in Kontakt miteinander sind.
  5. Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 1 oder 3, wobei das zumindest eine Halbleiterelement (7) eine Mehrzahl von Halbleiterelementen (7) aufweist, die Mehrzahl von Halbleiterelementen (7) sich das Isolationssubstrat (11) teilt, in einem Abschnitt zwischen einander benachbarten Halbleiterelementen (7) das Isolationssubstrat (11) sich im Wesentlichen senkrecht zu der Metallstruktur (3) erstreckt und ein sich im Wesentlichen senkrecht zu der Metallstruktur (3) erstreckender Abschnitt des Isolationssubstrats (11) direkt an der Metallstruktur (3) befestigt ist.
  6. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Elektrode auf der oberen Oberfläche des zumindest einen Halbleiterelements (7) und das Isolationssubstrat (11) mittels Lötens oder eine Befestigung unter Verwendung von Ag aneinander befestigt sind.
  7. Halbleitervorrichtung (600) nach Anspruch 2, wobei das Ende (11b) des Isolationssubstrats (11) und der Metallrahmen (10) mittels Lötens oder durch eine Befestigung unter Verwendung von Ag aneinander befestigt sind.
  8. Halbleitervorrichtung (700) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die obere Oberfläche der Isolationslage (2), die Metallstruktur (3), das zumindest eine Halbleiterelement (7) und das Isolationssubstrat (11) mit einem Harz durch ein Spritzpressverfahren versiegelt sind.
  9. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin aufweisend ein Gehäuse (9), das ohne einen Spalt auf der oberen Oberfläche der Isolationslage (2) so befestigt ist, dass es die Metallstruktur (3), das zumindest eine Halbleiterelement (7) und das Isolationssubstrat (11) umgibt, wobei das Gehäuse (9) mit einem Versiegelungsharz (16) ausgefüllt ist.
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