DE102015207226A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung - Google Patents

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c/o Mitsubishi Electric Corp Takahashi Takuya
c/o Mitsubishi Electric Corpo Otsubo Yoshitaka
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasst ein Isoliersubstrat (12) mit einem Substrat (14), einer auf der oberen Oberfläche des Substrats (14) gebildeten Metallstruktur (16), und mit einem auf einer unteren Oberfläche des Substrats (14) gebildeten Metallfilms (18), ein Halbleiterelement (22), das auf der Metallstruktur (16) befestigt ist, ein Gehäuse (30), welches die Metallstruktur (16) umgibt und einen mit der oberen Oberfläche des Substrats (14) in Kontakt gehaltenen Kontaktabschnitt (30C) besitzt, und einen Haftvermittler (32), mit welchem das Gehäuse (30) und ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats (14) außerhalb eines in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt (30C) gehaltenen Abschnitts zusammengebondet sind. Eine Vielzahl von sich vertikal durch das Gehäuse (30) erstreckenden Durchgangslöchern (30D) ist in einem Randabschnitt des Gehäuses (30) gebildet. Der Metallfilm (18) liegt in zumindest einem Teil eines Bereiches direkt unterhalb des Kontaktabschnittes (30C) vor.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die zum Beispiel zur Steuerung eines großen Stroms verwendet wird, und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung.
  • Verwandte Techniken
  • Die japanische Offenlegungsschrift JP 07-326711 offenbart eine Halbleitervorrichtung mit einem sockelfreien Aufbau mit einem auf einem Isoliersubstrat befestigten Gehäuse. Das Isoliersubstrat umfasst ein Substrat (eine Keramikplatte), eine auf einer oberen Oberfläche des Substrats ausgebildete Metallstruktur und einen auf einer unteren Oberfläche des Substrats ausgebildeten Metallfilm.
  • Ein Haftvermittler wird verwendet, wenn das Isoliersubstrat einschließlich des Substrats, der auf der oberen Oberfläche des Substrats ausgebildeten Metallstruktur und des auf der unteren Oberfläche des Substrats ausgebildeten Metallfilms an das Gehäuse angebondet wird. Dieses Anbonden wird durchgeführt, indem eine Aushärte-Sockelplatte in engem Kontakt mit dem Metallfilm gehalten wird, und indem dem Haftvermittler durch den Metallfilm hindurch Wärme von der Aushärte-Sockelplatte zugeführt wird.
  • Die Halbleitervorrichtung mit dem Isoliersubstrat und dem Gehäuse, die aneinander gebondet sind, wird auf einem Wärmeableiter befestigt. Eine Verbesserung der Wärmedissipation von der Halbleitervorrichtung erfordert, dass der Metallfilm und der Wärmeableiter in engem Kontakt miteinander gehalten werden.
  • Folglich besteht das Erfordernis, den Metallfilm in engem Kontakt mit der Aushärte-Sockelplatte zu bringen, wenn der Haftvermittler verwendet wird, und es besteht ebenfalls ein Erfordernis, den Metallfilm in engem Kontakt mit dem Wärmeableiter zu bringen, wenn die Halbleitervorrichtung an dem Wärmeableiter befestigt wird. In einigen Fällen ist daher ein mit der oberen Oberfläche des Substrats in Kontakt zu bringender Kontaktabschnitt als ein Abschnitt des Gehäuses vorgesehen. Mit dem Kontaktabschnitt wird das Substrat in Richtung auf die Aushärte-Sockelplatte oder den Wärmeableiter gedrückt, um den Metallfilm und die Aushärte-Sockelplatte oder den Wärmeableiter in engen Kontakt miteinander zu bringen.
  • In einigen Fällen existiert kein Metallfilm direkt unter dem Kontaktabschnitt, wobei die untere Oberfläche des Substrats direkt unter dem Kontaktabschnitt freiliegt. In solch einem Fall besteht das Problem, dass das Substrat einreißt, wenn vom Kontaktabschnitt des Substrats beispielsweise aufgrund einer Wölbung (warp) des Gehäuses oder des Isoliersubstrats eine größere Kraft als gemäß Design vorgesehen ausgeübt wird.
  • ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Angesichts des oben beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung anzubieten, die in der Lage ist, die Wahrscheinlichkeit des Einreißens des Substrats zu verringern, sowie ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgend zusammengefasst werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Halbleitervorrichtung ein Isoliersubstrat mit einem Substrat, einer auf einer oberen Oberfläche des Substrats ausgebildeten Metallstruktur sowie einem auf einer unteren Oberfläche des Substrats ausgebildeten Metallfilm, ein auf der Metallstruktur befestigtes Halbleiterelement, ein die Metallstruktur umgebendes Gehäuse mit einem Kontaktabschnitt, der in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Substrats gehalten ist, und einen Haftvermittler auf, mit welchem das Gehäuse und ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats aneinander gebondet werden, der außerhalb eines in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt gehaltenen Abschnitts liegt. Eine Vielzahl von Durchgangslöchern sind in einem Randabschnitt des Gehäuses ausgebildet, wobei die Durchgangslöcher sich vertikal durch das Gehäuse erstrecken, und der Metallfilm liegt zumindest teilweise in einem Bereich direkt unterhalb des Kontaktabschnitts vor.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung auf: einen Vorbereitungsschritt mit einem Bilden eines Isoliersubstrats mit einer nach oben gerichteten konvexen Wölbung durch Ausbilden einer Metallstruktur auf einer oberen Oberfläche eines Substrats und durch Bilden eines Metallfilms auf einer unteren Oberfläche des Substrats, der dicker ist als die Metallstruktur, einen Anbringschritt mit einem Andrücken eines mittleren Abschnitts des Isoliersubstrats nach unten anhand eines Andrückabschnitts eines Gehäuses, während sich das Isoliersubstrat auf einer Aushärte-Sockelplatte befindet, wobei der Metallfilm in Oberflächenkontakt mit der Aushärte-Sockelplatte tritt, und zum In-Kontaktbringen eines an dem Gehäuse ausgebildeten Kontaktabschnitts mit der oberen Oberfläche des Substrats, um die Metallstruktur zu umgeben, und einen Bonding-Schritt mit einem Anbonden des Gehäuses und des Substrats aneinander, indem ein Haftvermittler zwischen dem Gehäuse und einem Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats außerhalb eines in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt stehenden Abschnitts ausgehärtet wird, und Wärme von der Aushärte-Sockelplatte dem Haftvermittler zugeführt wird, um den Haftvermittler auszuhärten.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Halbleitervorrichtung ein Isoliersubstrat mit einem Substrat, einer auf einer oberen Oberfläche des Substrats ausgebildeten Metallstruktur sowie einem auf einer unteren Oberfläche des Substrats ausgebildeten Metallfilms ein auf der Metallstruktur befestigtes Halbleiterelement, ein Gehäuse mit einem in Kontakt mit einer oberen Oberfläche der Metallstruktur gehaltenen Kontaktabschnitt, das das Halbleiterelement umgebende Gehäuse, und einen Haftvermittler auf, mit welchem ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats außerhalb des Kontaktabschnitts und das Gehäuse aneinander gebondet werden, wobei eine Vielzahl von Durchgangslöchern so ausgebildet sind, dass sie sich vertikal durch das Gehäuse erstrecken, und in Randabschnitten des Gehäuses ausgebildet sind.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser kenntlich aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Kontaktabschnitts, wie in 1 gezeigt;
  • 3 ist eine Ansicht des Gehäuses von unten;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die das Gehäuse und das Isoliersubstrat zeigt;
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die das Befestigen der Halbleitervorrichtung auf einem Wärmeableiter zeigt;
  • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Halbleitervorrichtung;
  • 7 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 8 ist eine Ansicht des Gehäuses von unten;
  • 9 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
  • 10 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung;
  • 11 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel;
  • 12 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
  • 13 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung;
  • 14 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
  • 15 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung und anderer Elemente;
  • 16 ist eine Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel von unten;
  • 17 ist eine Ansicht des Gehäuses und anderer Komponenten eines siebten Ausführungsbeispiels von unten;
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses;
  • 19 ist eine Querschnittsansicht eines Isoliersubstrats;
  • 20 zeigt ein Isoliersubstrat, welches so gewölbt ist, dass es nach oben gerichtet konvex ist;
  • 21 zeigt das Gehäuse, das Isoliersubstrat, und die Aushärte-Sockelplatte;
  • 22 zeigt das Gehäuse, das Isoliersubstrat, und die Aushärte-Sockelplatte;
  • 23 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung nach dem Entfernungsschritt;
  • 24 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel;
  • 25 ist eine Querschnittansicht entlang der gestrichelten Linie XXV-XXV' in 24; und
  • 26 ist eine Querschnittsansicht, die ein isolierendes Dichtmaterial zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Eine Halbleitervorrichtung und ein Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Identische oder einander entsprechende Bauteile werden durch die gleichen Bezugszeichen angezeigt, und die Wiederholung einiger Erläuterungen soll nachfolgend vermieden werden.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung 10 besitzt ein Isoliersubstrat 12. Das Isoliersubstrat 12 umfasst ein Substrat 14, eine Metallstruktur 16, das auf einer oberen Oberfläche des Substrats 14 ausgebildet ist, und einen Metallfilm 18, der auf einer unteren Oberfläche des Substrats 14 ausgebildet ist. Das Substrat 14 ist beispielsweise aus einer Keramik gebildet. Sowohl die Metallstruktur 16 als auch der Metallfilm 18 sind beispielsweise aus Aluminium gebildet.
  • Ein Halbleiterelement 22 ist auf der Metallstruktur 16 vermittels eines Lötmittels 20 befestigt. Das Halbleiterelement 22 ist ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), eine Diode, oder ähnliches. Das Halbleiterelement 22 ist nicht speziell auf diese beschränkt. Drähte oder ähnliches sind mit dem Halbleiterelement 22 und der Metallstruktur 16 gemäß den spezifischen Wünschen verbunden, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 22 und externen Punkten ermöglicht wird.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 ist mit einem Gehäuse 30 versehen, das beispielsweise aus einem Polyphenylensulfid(PPS)-Harz gebildet ist. Das Gehäuse 30 besitzt einen Außenwandabschnitt 30A, eine Ausnehmung 30B und einen Kontaktabschnitt 30C. Der Außenwandabschnitt 30A ist der am weitesten außen liegende Abschnitt des Gehäuses 30. Der Außenwandabschnitt 30A umgibt das Isoliersubstrat 12. Der Kontaktabschnitt 30C steht in Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Substrats 14, während er die Metallstruktur 16 umgibt. Die Ausnehmung 30B ist zwischen denn Außenwandabschnitt 30A und dem Kontaktabschnitt 30C positioniert. Ein Haftvermittler 32 ist in der Ausnehmung 30B vorgesehen. Mit Hilfe des Haftvermittlers 32 sind das Gehäuse 30 und ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats 14 außerhalb des in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt 30C stehenden Abschnitts aneinander gebondet.
  • Ein Abschnitt des Metallfilms 18 liegt direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C vor. Der Abschnitt des Metallfilms 18 direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C wird als direkt unterhalb liegender Abschnitt 18A bezeichnet. Die Halbleitervorrichtung 10 verwendet einen sockelfreien Aufbau ohne Sockelplatte.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Kontaktabschnitts 30C gemäß 1 und von um den Kontaktabschnitt 30C herum vorliegenden Abschnitten. Der Metallfilm 18 ist direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C vollständig ausgebildet. Das bedeutet, der gesamte Abschnitt der unteren Oberfläche des Substrats 14 direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C ist mit dem Metallfilm 18 bedeckt. Direkt unterhalb des Haftvermittlers 32 ist zumindest ein Teil der unteren Oberfläche des Substrats 14 nach außen hin freiliegend.
  • 3 ist eine Ansicht des Gehäuses 30 von unten. Die Ausnehmung 30B ist innerhalb und entlang dem äußeren Wandabschnitt 30A vorgesehen. Sowohl die Ausnehmung 30B als auch der Kontaktabschnitt 30C sind in Draufsicht rechteckförmig. Durchgangslöcher 30D sind in Randendabschnitten des Gehäuses 30 an den vier Ecken ausgebildet. Die Durchgangslöcher 30D sind Löcher, durch welche Schrauben hindurchgeführt werden, wenn das Gehäuse 30 an eine externe Vorrichtung angebracht wird. Das in 1 gezeigte Gehäuse 30 entspricht dem entlang der Linie I-I' in 3 angenommenen Schnitt.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 10 wird erläutert. 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Bonding-Schritt zeigt, bei welchem das Gehäuse 30 und das Isoliersubstrat 12 miteinander vermittels des Haftvermittlers 32 verbondet werden. In dem Bonding-Schritt wird eine Aushärte-Sockelplatte 40 mit darin ausgebildeten Schraublöchern 40A verwendet. Die Durchgangslöcher 30D, die sich vertikal durch das Gehäuse erstrecken, sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Zunächst werden Schrauben 42 durch die Durchgangslöcher 30D in dem Gehäuse 30 hindurchgeführt und in den Schraublöchern 40A fixiert. Der äußere Wandabschnitt 30A wird dabei in Kontakt mit der Aushärte-Sockelplatte 40 gebracht. Dabei stößt der Kontaktabschnitt 30C an die obere Oberfläche des Substrats 14 an und drückt das Substrat 14 nach unten. Der Metallfilm 18 wird dabei in engem Kontakt mit der Aushärte-Sockelplatte 40 gehalten.
  • Nachfolgend wird dem Isoliersubstrat 12 von der Aushärte-Sockelplatte 40 Wärme zugeführt, um den Haftvermittler 32 wärme-auszuhärten. Das Isoliersubstrat 12 und das Gehäuse 30 werden dabei zusammengebondet. Nachfolgend werden die Schrauben 42 herausgeschraubt, und die Halbleitervorrichtung 10 wird von der Aushärte-Sockelplatte 40 entfernt. Die Halbleitervorrichtung 10 ist somit hergestellt.
  • Ein Verfahren zum Verwenden der Halbleitervorrichtung 10 wird beschrieben. Die Halbleitervorrichtung 10 wird verwendet, während sie auf einem Wärmeableiter befestigt ist. 5 ist eine Querschnittsansicht, die das Befestigen der Halbleitervorrichtung 10 auf einem Wärmeableiter 44 zeigt. Ein Wärme dissipierendes Schmiermittel 46 wird auf die obere Oberfläche des Wärmeableiters 44 gegeben. Die Schrauben 42 werden durch die Durchgangslöcher 30D des Gehäuses 30 geführt und in Schraublöchern 44A in dem Wärmeableiter 44 fixiert. Hierbei stößt der Kontaktabschnitt 30C an die obere Oberfläche des Substrats 14 und drückt das Substrat 14 nach unten. Der Metallfilm 18 und der Wärmeableiter 44 werden dabei in engem Kontakt miteinander durch das Wärme dissipierende Schmiermittel 46 gehalten. Die Halbleitervorrichtung 10 wird verwendet, indem sie auf diese Weise auf dem Wärmeableiter befestigt ist.
  • Wie oben beschrieben wird das Substrat 14 mit dem Kontaktabschnitt 30C nach unten gedrückt, wenn die Halbleitervorrichtung auf der Aushärte-Sockelplatte 40 oder dem Wärmeableiter 44 befestigt ist. Daher hatte ein Problem darin bestanden, dass das Substrat 14 durch die von dem Kontaktabschnitt 30C ausgeübte Kraft in demjenigen Fall einreißt, wo kein Metallfilm 18 direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C vorliegt, sondern lediglich das Substrat 14. Um dieses Problem zu lösen, wird der Metallfilm 18 (der direkt unterhalb liegende Abschnitt 18A) direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C in der Halbleitervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet. Das Substrat 14 (das Isoliersubstrat 12) kann folglich weitaus beständiger gegenüber dem Einreißen ausgebildet werden als in demjenigen Fall, wo kein Metallfilm direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C vorliegt.
  • In dem Zustand, wo die Halbleitervorrichtung 10 auf dem Wärmeableiter 44 befestigt ist, nimmt der direkt unterhalb liegende Abschnitt 18A die Kraft des Kontaktabschnitts 30C auf, und der Metallfilm 18 kann daher in engen Kontakt mit dem Wärmeableiter 44 über das Wärme dissipierende Schmiermittel 46 gehalten werden. Folglich kann bei der Halbleitervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Bruchbeständigkeit der Halbleitervorrichtung 10 vergrößert und die Wärmedissipation von der Halbleitervorrichtung 10 verbessert werden.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Abschnitt des Metallfilms 18 direkt unterhalb des Haftvermittlers 32 wie in 2 gezeigt ausgebildet. Dieser Abschnitt kann jedoch auch entfernt oder weggelassen werden.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Halbleitervorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel. 6 zeigt die Bedeckung lediglich eines Teils der unteren Oberfläche des Substrats 14 durch den Metallfilm direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C, Das heißt, dass die untere Oberfläche (der durch die gestrichelte Linie angedeutete Abschnitt) des Substrat 14 direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C einen Abschnitt aufweist, welcher mit dem Metallfilm 18 bedeckt ist, und einen Abschnitt aufweist, der nach außen hin frei liegt, Wenn der Metallfilm 18 zumindest teilweise in einem Bereich direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C wie oben beschrieben vorliegt, kann die Wahrscheinlichkeit des Einreißens des Isoliersubstrats 12 im Vergleich mit demjenigen Fall reduziert werden, bei dem kein Metallfilm direkt unterhalb des Kontaktabschnitts 30C vorliegt.
  • Es ist bevorzugt, dass das Substrat 14 aus SiN (Siliziumnitrid) gebildet ist. Indem das Substrat aus SiN gebildet wird, kann die Bruchbeständigkeit (Beständigkeit gegenüber dem Einreißen) des Substrats 14 um das Doppelte im Vergleich zu demjenigen Fall verbessert werden, bei dem das Substrat aus Aluminium oder AlN (Aluminiumnitrid) gebildet ist.
  • Das Wärme dissipierende Schmiermittel 46 kann durch ein anderes Wärme dissipierendes Material ersetzt werden, Eine Wärmeleitplaste (thermal interface material, TIM) kann auf der Oberfläche des Metallfilms 18 aufgetragen werden. Eine TIM-Paste ist ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit, die höher ist als diejenige des Wärme dissipierenden Schmiermittels und ist bei gewöhnlichen Temperaturen fest. Wenn eine TIM-Paste auf die Oberfläche des Metallfilms gegeben wird, kann das Wärme dissipierende Schmiermittel auf der Wärmeableiteroberfläche weggelassen werden.
  • Das Halbleiterelement 22 ist gewöhnlich aus Silizium gebildet. Jedoch kann das Halbleiterelement 22 alternativ auch aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke gebildet werden, der also eine Bandlücke besitzt, die größer als diejenige von Silizium ist. Halbleiter mit breiter Bandlücke sind beispielsweise Siliziumcarbid, ein Galliumnitrid-basiertes Material oder Diamant.
  • Diese Abwandlungen können auch auf die Halbleitervorrichtungen und Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren gemäß den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen angewendet werden, Die Halbleitervorrichtungen und Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren gemäß den nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen besitzen eine Anzahl von Gemeinsamkeiten mit dem ersten Ausführungsbeispiel und werden daher hauptsächlich in Bezug auf unterschiedliche Punkte gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 7 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 50 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 30 ist mit einem Erweiterungsabschnitt 30E und einem Andrückabschnitt 30F versehen. Der Erweiterungsabschnitt 30E ist vorgesehen, um zwei Innenwände des Gehäuses 30 ineinander zu verbinden. Der Andrückabschnitt 30F ist ein Abschnitt, der mit dem Erweiterungsabschnitt 30E verbunden ist und sich nach unten erstreckt. Der Andrückabschnitt 30F steht in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Metallstruktur 16. Der Andrückabschnitt 30F kann in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Substrats 14 stehen. 8 ist eine Ansicht des in 7 gezeigten Gehäuses von unten. Der Andrückabschnitt 30F ist in einem Gebiet vorgesehen, das von dem Kontaktabschnitt 30C umgeben ist, wenn dies in Draufsicht betrachtet wird.
  • Wenn die Halbleitervorrichtung 50 auf einem Wärmeableiter (oder einer Aushärte-Sockelplatte) befestigt ist, werden sowohl der Kontaktabschnitt 30C als auch der Andrückabschnitt 30F mit dem Isoliersubstrat 12 in Kontakt gebracht, um das Isoliersubstrat 12 nach unten zu drücken. Daher kann eine in dem Isoliersubstrat 12 verursachte Belastung im Vergleich mit demjenigen Fall durchaus verteilt werden, in welchem das Isoliersubstrat 12 lediglich mit dem Kontaktabschnitt 30C nach unten gedrückt wird, wodurch einem Einreißen des Isoliersubstrats 12 weiter vorgebeugt werden kann.
  • Mit Bezug auf 7 stehen der Andrückabschnitt 30F und das Isoliersubstrat 12 in Kontakt miteinander. In einem Zustand vor dem Befestigen der Halbleitervorrichtung 50 auf dem Wärmeableiter besteht jedoch eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Andrückabschnitt 30F nicht in Kontakt mit dem Isoliersubstrat 12 aufgrund einer Wölbung (warp) des Isoliersubstrats 12 oder ähnlichem steht. Das heißt, dass eine Wahrscheinlichkeit für eine nach unten gerichtete konvexe Wölbung (warp) bei dem Isoliersubstrat 12 besteht. Wenn eine nach unten gerichtete konvexe Wölbung (warp) bei dem Isoliersubstrat 12 vorliegt, ist ein mittlerer Abschnitt des Isoliersubstrats in engem Kontakt mit dem Wärmeableiter gebracht. Dieser Zustand wird einem Zustand bevorzugt, bei dem das Isoliersubstrat flach ist. Das Isoliersubstrat kann nicht so gewölbt werden, dass es nach oben gerichtet konvex ist. Daher kann das Problem einer nach oben gerichteten konvexen Wölbung bei dem Isoliersubstrat, welches einen mittleren Abschnitt des Isoliersubstrats daran hindern würde, in engem Kontakt mit dem Wärmeableiter gebracht zu werden, vermieden werden.
  • Während der Verwendung der Halbleitervorrichtung führt eine Temperaturänderung des Isoliersubstrats aufgrund eines Arbeitstakts oder ähnlichem zu einer Verstellung des Isoliersubstrats. Wenn die Verstellung des Isoliersubstrats groß ist, besteht eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein sogenanntes Auspumpen (pumping-out) stattfindet, d. h., das Wärme dissipierende Schmiermittel wird aus der Position zwischen dem Isoliersubstrat 12 und dem Wärmeableiter herausgedrängt. Bei der Halbleitervorrichtung 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Verstellung des Isoliersubstrats 12 durch den Andrückabschnitt 30F begrenzt, so dass auch das Auspumpen begrenzt ist. Die Schwächung des Lötmittels 20 oder dergleichen kann dabei ebenfalls begrenzt werden. Die Beständigkeit bzw. Verlässlichkeit der Halbleitervorrichtung kann daher verbessert werden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • 9 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung 100 ist mit einer Vielzahl von Isoliersubstraten versehen. Insbesondere sind ein erstes Isoliersubstrat 102 und ein zweites Isoliersubstrat 110 vorgesehen, die seitlich nebeneinander Seite an Seite angeordnet sind. Das erste Isoliersubstrat 102 weist ein Substrat 104, eine Metallstruktur 106 und einen Metallfilm 108 auf. Das zweite Isoliersubstrat 110 weist ein Substrat 112, eine Metallstruktur 114 und einen Metallfilm 116 auf. Ein Halbleiterelement 122 ist an der Metallstruktur 114 durch ein Lötmittel 120 befestigt.
  • Das Gehäuse 30 besitzt einen direkt oberhalb der Grenze zwischen dem ersten Isoliersubstrat 102 und dem zweiten Isoliersubstrat 110 vorgesehen Abschnitt 30G. Der direkt oberhalb der Grenze liegende Abschnitt 30G weist einen zusätzlichen Kontaktabschnitt 30H, der in Kontakt mit dem Substrat 104 des ersten Isoliersubstrats 102 steht, und einen zusätzlichen Kontaktabschnitt 30I auf, der in Kontakt mit dem Substrat 112 des zweiten Isoliersubstrats 110 steht. Ferner ist eine einen Haftvermittler 109 enthaltende Ausnehmung in dem direkt oberhalb der Grenze liegenden Abschnitt 30G ausgebildet. Mit dem Haftvermittler 109 wird das Substrat 104 mit dem direkt oberhalb der Grenze liegenden Abschnitt 30G verbondet, und das Substrat 112 und der direkt oberhalb liegende Grenzabschnitt 30G sind ebenfalls miteinander verbondet.
  • 10 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100. Der direkt oberhalb der Grenze liegende Abschnitt 30G ist so vorgesehen, dass einander gegenüberliegende Innenwandabschnitte des Gehäuses miteinander verbunden werden. Dementsprechend umgeben der Kontaktabschnitt 30C (dessen linke Hälfte) und der zusätzliche Kontaktabschnitt 30H die Metallstruktur 106, während der Kontaktabschnitt 30C (dessen rechte Hälfte) und der zusätzliche Kontaktabschnitt 30I die Metallstruktur 114 umgeben. Demzufolge wird ein Randabschnitt des Substrats 104 durch den Kontaktabschnitt 30C (dessen linke Hälfte) und dem zusätzlichen Kontaktabschnitt 30H nach unten gedrückt, und ein Randabschnitt des Substrats 112 wird durch den Kontaktabschnitt 30C (dessen rechte Hälfte) und den zusätzlichen Kontaktabschnitt 30I nach unten gedrückt. Somit kann die eine Vielzahl von Isoliersubstraten einschließende Halbleitervorrichtung 100 bereitgestellt werden, indem der direkt oberhalb der Grenze liegende Abschnitt 30G in dem Gehäuse 30 vorgesehen ist. Während zwei Isoliersubstrate in dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, ist die Anzahl von Isoliersubstraten tatsächlich nicht speziell festgelegt, sondern kann natürlich auch eine Vielzahl betragen. Während der direkt oberhalb der Grenze liegende Abschnitt 30G quer durch die Halbleitervorrichtung verlaufend angeordnet ist, kann er alternativ auch in einer beliebigen anderen Form vorgesehen sein, beispielsweise kreuzweise, wenn dies in Draufsicht betrachtet wird.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem modifiziertem Beispiel. Das Gehäuse 30 besitzt einen Trennabschnitt 30J, der zwischen dem ersten Isoliersubstrat 102 und dem zweiten Isoliersubstrat 110 positioniert ist. Eine Ausnehmung enthaltend einen Haftvermittler 130 und eine Ausnehmung enthaltend einen Haftvermittler 132 sind in dem direkt oberhalb der Grenze liegenden Abschnitt 30G ausgebildet. Bei der Halbleitervorrichtung gemäß diesem modifizierten Beispiel beugt der Partitionierungs- oder Trennabschnitt 30J einem Einreißen der Substrate vor, welches durch einen direkten Kontakt zwischen den Isoliersubstraten verursacht sein könnte.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • 12 ist eine Querschnittsansieht einer Halbleitervorrichtung 150 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Elektrode 152 ist auf dem direkt oberhalb der Grenze liegenden Abschnitt 30G vorgesehen. Die Elektrode 152 und das Halbleiterelement 22 sind miteinander durch Drähte 154 verbunden. Die Elektrode 152 und die Metallstruktur 114 sind miteinander über Drähte 156 verbunden. 13 ist eine Draufsicht auf die in 12 gezeigte Halbleitervorrichtung. Die Elektrode 152 ist so vorgesehen, dass sie einander gegenüberliegende Innenwandabschnitte des Gehäuses miteinander verbindet. Folglich ist die Elektrode 152 auf dem direkt oberhalb der Grenze liegenden Abschnitt 30G vorgesehen, um eine effektive Nutzung eines Raums oberhalb des direkt oberhalb der Grenze liegenden Abschnitts 30G zu ermöglichen, wobei der Aufbau der Halbleitervorrichtung 150 geeignet ist, die Größe der Vorrichtung zu reduzieren.
  • Ebenso ist die Festigkeit des Gehäuses 30 verbessert aufgrund der Einrichtung der Elektrode 152 in Kontakt mit dem direkt oberhalb der Grenze liegenden Abschnitt 30G. Daher kann das Wärme dissipierende Schmiermittel verteilt werden, indem eine große Kraft von dem Gehäuse 30 auf die Substrate 104 und 112 ausgeübt wird, wenn die Halbleitervorrichtung 150 auf dem Wärmeableiter befestigt wird. Durch das Verteilen des Wärme dissipierenden Schmiermittels wird der thermische Kontaktwiderstand zwischen dem Isoliersubstrat (erstes Isoliersubstrat 102 und zweites Isoliersubstrat 110) und dem Wärmeableiter reduziert.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • 14 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der zusätzliche Kontaktabschnitt 30H, der in Kontakt mit der oberen Oberfläche des ersten Isoliersubstrats 102 zu bringen ist, und der zusätzliche Kontaktabschnitt 30I, der in Kontakt mit der oberen Oberfläche des zweiten Isoliersubstrats 110 zu bringen ist, erstrecken sich in Bezug auf den Kontaktabschnitt 30C weiter nach unten gerichtet. Das heißt, dass die y-Koordinate der unteren Enden der zusätzlichen Kontaktabschnitte 30H und 30I geringer ist als diejenige des unteren Endes des Kontaktabschnitts 30C in dem in 14 gezeigten Koordinatensystem. Das erste Isoliersubstrat 102 und das zweite Isoliersubstrat 110 sind Seite an Seite in einer seitlichen Richtung (x-Achsenrichtung) angeordnet.
  • 15 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 200 und anderer Elemente, wenn die Halbleitervorrichtung 200 auf dem Wärmeableiter 44 angebracht ist. Während die Halbleitervorrichtung 200 näher an den Wärmeableiter 44 gebracht wird, werden Abschnitte der Metallfilme 108 und 116 direkt unterhalb der zusätzlichen Kontaktabschnitte 30H und 30I (nachfolgend als ”innere Metallfilmabschnitte” bezeichnet) zunächst in Kontakt mit dem Wärme dissipierenden Schmiermittel 46 gebracht, und Abschnitte des Metallfilms 108 und 116 direkt unterhalb des zusätzlichen Kontaktabschnitts 30C (nachfolgend als ”äußere Metallfilmabschnitte” bezeichnet) werden nachfolgend in Kontakt mit dem Wärme dissipierenden Schmiermittel 46 gebracht. Bei diesem Prozess wird ein Teil des Wärme dissipierenden Schmiermittels 46 von den Positionen direkt unterhalb der inneren Metallfilmabschnitte in Richtung auf die äußeren Metallfilmabschnitte verteilt, so dass die Dicke des Wärme dissipierenden Schmiermittels 46 optimiert und der thermische Kontaktwiderstand reduziert wird. Nach dem Vervollständigen der Befestigung anhand von Schrauben 42 stehen die gesamten Oberflächen der Metallfilme 108 und 116 in engem Kontakt mit dem Wärme dissipierenden Schmiermittel 46.
  • Wenn beispielsweise das untere Ende des Kontaktabschnitts und die unteren Enden der zusätzlichen Kontaktabschnitte in der gleichen Höhe (y-Koordinate) vorliegen, werden die äußeren Metallfilmabschnitte, die näher zu den Schrauben liegen als die inneren Metallfilmabschnitte, stärker gegen das Wärme dissipierende Schmiermittel gedrückt als die inneren Metallfilmabschnitte, wenn das Befestigen anhand der Schrauben vervollständigt ist. In diesem Fall besteht eine Möglichkeit, dass der Grad des engen Kontakts zwischen den inneren Metallfilmabschnitten und dem Wärme dissipierenden Schmiermittel nicht hinreichend groß ist.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 200 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die zusätzlichen Kontaktabschnitte 30H und 30I weiter nach unten gerichtet in Bezug auf den Kontaktabschnitt 30C, und die inneren Metallfilmabschnitte werden daher gegen den Wärmeableiter mit einer Kraft gedrückt, die größer ist als eine Kraft, durch welche die äußeren Metallfilmabschnitte gegen den Wärmeableiter gedrückt werden. Die inneren Metallfilmabschnitte können dadurch in engen Kontakt mit dem Wärme dissipierenden Schmiermittel gebracht werden.
  • Darüber hinaus besitzt der direkt oberhalb der Grenze liegende Abschnitt 30G eine bestimmte Flexibilität, weil es sich um einen Träger handelt, der zwischen den Innenwandabschnitten des Gehäuses 30 angeordnet diese wie oben beschrieben verbindet. Daher ist es im Wesentlichen unmöglich, dass das eine oder andere Substrat 104 oder 112 gebrochen wird, indem es durch den zusätzlichen Kontaktabschnitt 30H oder 30I mit einer übermäßigen Kraft gedrückt wird.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • 16 ist eine Ansicht der Halbleitervorrichtung 250 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von unten. Ein Metallfilm 252 ist in Draufsicht von oktagonaler Form. Die Kontur der Metallstruktur 16 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Metallstruktur 16 ist in Draufsicht rechteckförmig. Die Ecken des Metallfilms 252 werden gebildet, indem sie aus den Bereichen direkt unterhalb der Ecken der Metallstruktur 16 herausgehalten werden. Dementsprechend werden der Metallfilm 252 und die Metallstruktur 16 auf solche Weise gebildet, dass die Ecken des Metallfilms 252 und die Ecken der Metallstruktur 16 nicht einander überlagern, wenn dies in Draufsicht betrachtet wird.
  • In Abschnitten des Substrats 14 verursachte Spannungen, die in Kontakt mit den Ecken des Metallfilms stehen, sind größer als jene, die in anderen Abschnitten des Substrats 14 auftreten. Ebenso sind in Abschnitten des Substrats 14 verursachte Spannungen, die in Kontakt mit den Ecken der Metallstruktur stehen, größer als jene, die in anderen Abschnitten des Substrats 14 verursacht sind. Das bedeutet, dass größere Kräfte auf das Substrat von den Ecken des Metallfilms und der Metallstruktur ausgeübt werden. Wenn die Ecken der Metallstruktur daher direkt unterhalb der Ecken des Metallfilms vorliegen würden, würden die Spannungen in dem Substrat konzentriert sein, und könnten einen Riss oder einen Bruch des Substrats verursachen.
  • Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird daher die Bildung von Ecken des Metallfilms 252 direkt unterhalb der Metallstruktur 16 vermieden. Die in dem Substrat 14 verursachten Spannungen aufgrund des Metaliflims 252 und die in dem Substrat 14 aufgrund der Metallstruktur 16 verursachten Spannungen können daher verteilt werden.
  • Die Formen des Metallfilms und der Metallstruktur sind nicht besonders festgelegt, solange die Platzierung der Ecken des Metallfilms direkt unterhalb der Ecken der Metallstruktur vermieden wird. Sowohl die Metallstruktur als auch der Metallfilm können beispielsweise in Draufsicht betrachtet polygonal ausgebildet sein.
  • Siebtes Ausführungsbeispiel
  • 17 ist eine Ansicht des Gehäuses und anderer Komponenten eines siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung von unten. Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Kontaktabschnitt so gebildet ist, dass er in Draufsicht betrachtet rechteckförmig erscheint, sind bei dem siebten Ausführungsbeispiel die entlang vier geraden Linien – in Draufsicht betrachtet – gebildeten Abschnitte als Kontaktabschnitte 302 vorgesehen. Das Substrat 14, dessen Kontur in 17 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, ist in Kontakt mit den Kontaktabschnitten 302 gebracht. Die Kontaktabschnitte 302 werden dabei dazu gebracht, die obere Oberfläche des Substrats 14 zu berühren, ohne aber die Eckabschnitte des Substrats 14 zu kontaktieren. 18 ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses.
  • Wenn der Kontaktabschnitt die Eckabschnitte des Substrats kontaktiert, werden von dem Kontaktabschnitt große Kräfte auf die Eckabschnitte des Substrats ausgeübt und können einen Riss oder Bruch des Substrats verursachen. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Kontaktabschnitte 302 so ausgelegt, dass sie nicht die Eckabschnitte des Substrats kontaktieren. Insbesondere kontaktieren die Kontaktabschnitte 302 Randendabschnitte des Substrats 14, während sie den Kontakt mit Eckabschnitten des Substrats 14 vermeiden, wodurch sie die Möglichkeit des Einreißens oder Brechens des Substrats 14 vermindern.
  • Das Substrat ist nicht besonders festgelegt, solange es in Draufsicht betrachtet polygonal ist. Wenn beispielsweise das Substrat in Draufsicht betrachtet pentagonal ist, werden die Kontaktabschnitte so ausgebildet, dass sie das Substrat kontaktieren, während sie den Kontakt mit fünf Eckabschnitten des Substrats vermeiden. Folglich sind verschiedene Abwandlungen möglich, solange jeder Kontaktabschnitt einen solchen Aufbau hat, dass er einen Randendabschnitt (die Kante) des Substrats kontaktiert, während er den Kontakt mit Eckabschnitten des Substrats vermeidet.
  • Achtes Ausführungsbeispiel
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Als erstes wird ein Isoliersubstrat gebildet. 19 ist eine Querschnittsansicht eines Isoliersubstrats 400. Eine Metallstruktur 404 wird auf der oberen Oberfläche des Substrats 402 gebildet, und ein Metallfilm 406, der dicker ist als die Metallstruktur 404, wird auf der unteren Oberfläche des Substrats 402 gebildet. 19 zeigt den Zustand, in welchem die Dicke T2 des Metallfilms 406 größer ist als die Dicke T1 der Metallstruktur 404. Sowohl die Metallstruktur 404 als auch der Metallfilm 406 werden bei einer hohen Temperatur gebildet, und sie ziehen sich zusammen, wenn die Temperatur der Metallstruktur 404 oder des Metallfilms 406 zu einer gewöhnlichen Temperatur zurückkehrt. Weil der Metallfilm 406 dicker ist als die Metallstruktur 404, verursacht es größere Kompressionsspannungen in dem Substrat 402 im Vergleich zu der Metallstruktur 404. Folglich wird das Isoliersubstrat 400 gewölbt, so dass es nach oben gerichtet konvex ist, wie in 20 gezeigt. Der Prozessschritt des Bildens des Isoliersubstrats 400, das in 20 gezeigt ist, wird als ein Vorbereitungsschritt bezeichnet.
  • Als nächstes wird das Isoliersubstrat 400 auf der Aushärte-Sockelplatte platziert. In diesem Zustand wird ein mittlerer Abschnitt des Isoliersubstrats mit dem Andrückabschnitt des Gehäuses nach unten gedrückt. Insbesondere wird das Gehäuse 30 in Richtung auf die Aushärte-Sockelplatte 40 bewegt (in der Richtung des Pfeils), wie in 21 gezeigt ist. Die untere Oberfläche des Andrückabschnitts 30F ist um einen Abstand L1 niedriger positioniert als die untere Oberfläche des Kontaktabschnitts 30C. Der Abstand L1 ist um ungefähr 200 μm größer als die Dicke T1 der Metallstruktur 404. Der mittlere Abschnitt des Isoliersubstrats 400 wird mit dem Andrückabschnitt 30F in Richtung nach unten gedrückt, um den Grad der Wölbung des Isoliersubstrats 400 allmählich zu reduzieren. Wie in 22 gezeigt ist, wird nach dem Vervollständigen des Befestigens anhand von Schrauben 42 der Metallfilm 406 in Oberflächenkontakt mit der Aushärte-Sockelplatte 40 gebracht, und der Kontaktabschnitt 30C, der auf dem Gehäuse 30 ausgebildet ist, um die Metallstruktur 404 zu umgeben, wird in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Substrats 402 gebracht. Ebenso ist der Erstreckungsabschnitt 30E gewölbt, um nach oben gerichtet konvex zu sein. Dieser Prozessschritt wird als ein Anbringschritt bezeichnet.
  • Als nächstes wird dem Haftvermittler 32 von der Aushärte-Sockelplatte 40 Wärme zugeführt, um den Haftvermittler 32 auszuhärten, wobei das Gehäuse 30 und das Substrat 402 aneinander gebondet werden. Der Haftvermittler 32 liegt zwischen dein Gehäuse 30 und dem Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats 402 außerhalb des in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt 30C gehaltenen Abschnitts vor. Dieser Prozessschritt wird als ein Bonding-Schritt bezeichnet. Nachfolgend wird das Gehäuse 30 und das Isoliersubstrat 400 von der Aushärte-Sockelplatte 40 entfernt. Dieser Prozessschritt wird als ein Entfernungsschritt bezeichnet. 23 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung nach dem Entfernungsschritt. Nach der Entfernung des Gehäuses 30 und des Isoliersubstrats 400 von der Aushärte-Sockelplatte 40 ist das Isoliersubstrat nach unten gerichtet konvex, während der Erstreckungsabschnitt 30C so gewölbt ist, dass er in geringem Maße nach oben gerichtet konvex ist.
  • Beispielsweise in einem solchen Fall, bei dem der Anbringschritt ausgeführt wird, während das Isoliersubstrat so gewölbt ist, dass es nach unten gerichtet konvex ist, gibt es eine Möglichkeit des Kontakts zwischen einem Endabschnitt des Isoliersubstrats und dem Gehäuse, und folglich eines Bruchs des Isoliersubstrats. Bei dem Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist jedoch das Isoliersubstrat 400 so gewölbt, dass es nach oben gerichtet konvex ist, wodurch es einen Kontakt zwischen einem Endabschnitt des Isoliersubstrats und dem Gehäuse in dem Anbringschritt vorzubeugen ermöglicht wird.
  • Weil das Isoliersubstrat in dem Anbringschritt anhand des Andrückabschnitts 30F gegen die Aushärte-Sockelplatte 40 gedrückt wird, wird die Wölbung des Isoliersubstrats 400 korrigiert. Nach dem Bonding-Schritt verhindert der Andrückabschnitt 30F, dass sich das Isoliersubstrat 400 so wölbt, dass es nach oben gerichtet konvex ist. Nach dem Bonding-Schritt besitzt das Isoliersubstrat 400 daher eine nach unten gerichtet konvexe Wölbung oder ist flach wie in 23 gezeigt ist. In dem Fall, in welchem das Isoliersubstrat so gewölbt ist, dass es nach unten gerichtet konvex ist, kann der Metallfilm 406 und das wärmeabgebende Schmiermittel leicht in engem Kontakt miteinander gehalten werden, und daher kann die Menge an Wärme dissipierendem Schmiermittel im Vergleich mit dem Fall reduziert werden, bei dem das Isoliersubstrat flach ist.
  • Neuntes Ausführungsbeispiel
  • 24 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Kontaktabschnitte 30N sind auf dem Gehäuse 30 ausgebildet, das so eingerichtet ist, dass es das Halbleiterelement 22 und das Isoliersubstrat umgibt. Die Kontaktabschnitte 30N stoßen an die Metallstruktur 16 an. Das Halbleiterelement 22 ist auf der Metallstruktur 16 befestigt. Das Halbleiterelement 22 und die Metallstruktur 16 sind miteinander über Drähte 500 verbunden. Weil die Kontaktabschnitte 30N an der Metallstruktur 16 anstoßen, auf welchem das Halbleiterelement 22 befestigt ist, werden Abschnitte des Isoliersubstrats nahe dem Halbleiterelement 22 durch die Kontaktabschnitte 30N nach unten gedrückt, wenn die Halbleitervorrichtung auf einer Wärme-Aushärteplatte oder einem Wärmeableiter befestigt wird.
  • 25 ist eine Querschnittsansicht entlang einer gestrichelte Linie XXV-XXV' in 24. Das Isoliersubstrat 12 weist das Substrat 14, die auf der oberen Oberfläche des Substrats 14 gebildete Metallstruktur 16 und den auf der unteren Oberfläche des Substrats 14 gebildeten Metallfilm 18 auf. Das Gehäuse 30 besitzt einen Außenwandabschnitt 30A, welcher das Isoliersubstrat 12 umgibt, ferner die an der Metallstruktur 16 anstoßenden Kontaktabschnitte 30N, und Nichtkontaktabschnitte 30K, welche den Außenwandabschnitt 30A und die Kontaktabschnitte 30N miteinander verbinden.
  • Jeder Nichtkontaktabschnitt 30K weist einen Bonding-Abschnitt 30L und einen Brückenabschnitt 30M auf. Der Bonding-Abschnitt 30L und das Substrat 14 sind miteinander durch einem Haftvermittler 32 verbondet. Der Nichtkontaktabschnitt 30K kontaktiert das Isoliersubstrat 12 nicht unmittelbar. Lediglich der Kontaktabschnitt 30N des Gehäuses 30 kontaktiert das Isoliersubstrat 12 unmittelbar.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besitzt den oben beschriebenen Aufbau. Schrauben werden durch eine Vielzahl von Durchgangslöchern 30D, die in den Randendabschnitten des Gehäuses 30 ausgebildet sind, hindurchgesteckt, um sich vertikal durch das Gehäuse 30 zu erstrecken, und sie sind in Gewindelöchern, die in der Aushärte-Sockelplatte oder dem Wärmeableiter vorgesehen sind, befestigt. Dabei üben die Kontaktabschnitte 30N Kräfte auf die Metallstruktur 16 aus, um das Isoliersubstrat 12 nach unten gerichtet zu drücken. Der Metallfilm 18 wird dabei in engen Kontakt mit der Aushärte-Sockelplatte, dem Wärmeableiter oder das Wärme dissipierende Schmiermittel gebracht.
  • Weil das Halbleiterelement 22 eine Wärmeerzeugungsquelle ist, besteht Anlass zur Annahme, dass die Verschiebung des Isoliersubstrats um den Rand des Halbleiterelements 22 herum erhöht ist. Bei der Halbleitervorrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stoßen jedoch die Kontaktabschnitte 30N an die Metallstruktur 16 an, so dass das Isoliersubstrat an Positionen nach unten gerichtet gedrückt wird, die dem Halbleiterelement 22 näher liegen im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Kontaktabschnitt an das Substrat anstößt. Die Verlässlichkeit der Halbleitervorrichtung kann daher verbessert werden, indem die Verschiebung des Substrats begrenzt wird. Die Festigkeit des Isoliersubstrats 12 kann ebenfalls verbessert werden, indem der Metaliflim 18 zumindest teilweise in Bereichen direkt unterhalb der Kontaktabschnitte 30N vorgesehen ist. Wenn das Erfordernis nicht besteht, die Festigkeit speziell zu verbessern, braucht die Bereitstellung des Metallfilms direkt unterhalb der Kontaktabschnitte 30N auch nicht erforderlich zu sein.
  • Der Kontaktabschnitt 30C bei dem ersten Ausführungsbeispiel stößt an den Abschnitt des Substrats 14 nahe dem Randende des Substrats 14 an. Daher besteht eine Möglichkeit der Konzentration von Spannungen in einem Abschnitt des Substrats nahe dem Randende, wenn das Isoliersubstrat 12 aufgrund einer Wölbung oder ähnlichem geneigt ist. Bei der Halbleitervorrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kontaktiert jeder Kontaktabschnitt 30N nicht einen Abschnitt nahe dem Randende des Substrats 14 sondern die Metallstruktur 16 in einer sicheren Distanz von dem Randende, wodurch das oben beschriebene Problem vermieden werden kann.
  • Das besondere Merkmal der Halbleitervorrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel ist darin zu sehen, dass die ”Metallstruktur 16” durch die Kontaktabschnitte des Gehäuses nach unten gerichtet gedrückt wird. Verschiedene Abwandlungen können innerhalb solcher Grenzen gemacht werden, dass dieses Merkmal nicht verloren geht. Die Kontaktabschnitte 30N werden in Anschlag auf die Metallstruktur gebracht, auf welchem das Halbleiterelement ausgebildet wird, wodurch das Andrücken in der Umgebung des Halbleiterelements ermöglicht wird. Auch wenn die Kontaktabschnitte in Kontakt mit der Metallstruktur gebracht werden, auf welchem kein Halbleiterelement ausgebildet ist, kann das Problem der Konzentration von Spannungen in einem Abschnitt des Substrats 14 nahe dem Randende gelöst werden. Somit ist der Aufbau effektiv. Die Anzahl der Kontaktabschnitte ist nicht auf eine besondere Zahl begrenzt. Der Haftvermittler 32 ist zum Zweck des Bondens der Nichtkontaktabschnitte 30K und des Isoliersubstrats 12 miteinander vorgesehen. Daher ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Haftvermittler 32 an der äußersten Position der Nichtkontaktabschnitte 30K ausgebildet wird. Das heißt, dass solange der Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats 14 außerhalb der Kontaktabschnitte 30N und das Gehäuse 30 miteinander verbondet werden können, die Position des Haftvermittlers 32 nicht besonders festgelegt ist.
  • Wie aus 25 ersichtlich ist, macht die Platzierung der Kontaktabschnitte 30N getrennt von dem Randende des Substrats 14 eine vergleichsweise lange Auslegung der Nichtkontaktabschnitte 30K erforderlich. Weil kein Erfordernis besteht, den Haftvermittler auf die lang ausgebildeten Nichtkontaktabschnitte 30K vollständig aufzutragen, bleibt ein Raum direkt unterhalb einem Teil jedes Nichtkontaktabschnittes 30K frei. Ein isolierendes Dichtmaterial kann in diesem freien Raum vorgesehen sein. 26 ist eine Querschnittsansicht, die ein isolierendes Dichtmaterial oder ähnliches zeigt. Das isolierende Dichtmaterial 502 ist zwischen dem Nichtkontaktabschnitt 30K und dem Isoliersubstrat 12 vorgesehen. Die isolierende Widerstandsspannung der Halbleitervorrichtung kann durch das isolierende Dichtmaterial 502 verbessert werden. Das isolierende Dichtmaterial ist beispielsweise ein Gel oder ein Harz.
  • Merkmale der Halbleitervorrichtung, die als das neunte Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, können in gewünschter Weise in Kombination mit beliebigen der Merkmale der Halbleitervorrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
  • Eine Kombination der Merkmale der Halbleitervorrichtungen und der Halbleiterherstellungsverfahren gemäß den Ausführungsbeispielen wie oben beschrieben können wie gewünscht vorgenommen werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Metallfilm direkt unterhalb des Kontaktabschnitts vorgesehen, so dass die Möglichkeit des Einreißens des Substrats verringert wird.
  • Offensichtlich sind viele Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der oben angegebenen Lehre möglich. Es ist daher so zu verstehen, dass die Erfindung anders als speziell beschrieben innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche in die Praxis umgesetzt werden kann.
  • 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 07-326711 [0002]

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Isoliersubstrat (12) mit einem Substrat (14), einer auf der oberen Oberfläche des Substrats (14) gebildeten Metallstruktur (16), und mit einem auf einer unteren Oberfläche des Substrats (14) gebildeten Metallfilms (18); ein Halbleiterelement (22), das auf der Metallstruktur (16) befestigt ist; ein Gehäuse (30), welches die Metallstruktur (16) umgibt und einen mit der oberen Oberfläche des Substrats (14) in Kontakt gehaltenen Kontaktabschnitt (30C) besitzt; und einen Haftvermittler (32), mit welchem das Gehäuse (30) und ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats (14) außerhalb eines in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt (30C) gehaltenen Abschnitts zusammengebondet sind; wobei eine Vielzahl von sich vertikal durch das Gehäuse (30) erstreckenden Durchgangslöchern (30D) in einem Randabschnitt des Gehäuses (30) gebildet ist, und wobei der Metallfilm (18) in zumindest einem Teil eines Bereiches direkt unterhalb des Kontaktabschnittes (30C) vorliegt.
  2. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei zumindest ein Teilbereich der unteren Oberfläche des Substrats (14) direkt unterhalb des Haftvermittlers (32) nach außen freiliegt.
  3. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (30) besitzt: einen Erweiterungsabschnitt (30E), der vorgesehen ist, zwei Innenwandabschnitte des Gehäuses (30) miteinander zu verbinden; und einen Andrückabschnitt (30F), der mit dem Erweiterungsabschnitt (30E) verbunden ist und sich nach unten erstreckt, wobei der Andrückabschnitt (30F) in einem von dem Kontaktabschnitt (30C) in Draufsicht umgebenen Bereich vorgesehen ist.
  4. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vielzahl von Isoliersubstraten (102, 110) vorgesehen ist.
  5. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Isoliersubstraten (102, 110) ein erstes Isoliersubstrat (102) und ein zweites Isoliersubstrat (110) aufweist, die Seite an Seite seitlich zueinander angeordnet sind, wobei das Gehäuse (30) einen direkt oberhalb der Grenze zwischen dem ersten Isoliersubstrat (102) und dem zweiten Isoliersubstrat (110) liegenden Abschnitt (30G) besitzt, wobei der direkt oberhalb der Grenze liegende Abschnitt (30G) zusätzliche Kontaktabschnitte (30H, 30I) in Kontakt mit einer oberen Oberfläche des ersten Isoliersubstrats (102) und einer oberen Oberfläche des zweiten Isoliersubstrats (110) besitzt, und wobei der direkt oberhalb der Grenze liegende Abschnitt (30G) anhand eines Haftvermittlers (109) an das erste Isoliersubstrat (102) und an das zweite Isoliersubstrat (110) angebondet ist.
  6. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Isoliersubstraten (102, 110) ein erstes Isoliersubstrat (102) und ein zweites Isoliersubstrat (110) aufweist, die Seite an Seite seitlich zueinander angeordnet sind, wobei das Gehäuse (30) einen Trennabschnitt (30J) besitzt, der zwischen dem ersten Isoliersubstrat (102) und dem zweiten Isoliersubstrat (110) positioniert ist.
  7. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Isoliersubstraten (102, 110) ein erstes Isoliersubstrat (102) und ein zweites Isoliersubstrat (110) aufweist, die Seite an Seite seitlich zueinander angeordnet sind, wobei das Gehäuse (30) einen direkt oberhalb der Grenze zwischen dem ersten Isoliersubstrat (102) und dem zweiten Isoliersubstrat (110) liegenden Abschnitt (30G) besitzt, wobei der direkt oberhalb der Grenze liegende Abschnitt (30G) zusätzliche Kontaktabschnitte (30H, 30I) in Kontakt mit einer oberen Oberfläche des ersten Isoliersubstrats (102) und einer oberen Oberfläche des zweiten Isoliersubstrats (110) besitzt, und wobei eine Elektrode (152) oberhalb des oberhalb der Grenze liegenden Abschnitts (30G) vorgesehen ist.
  8. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die zusätzlichen Kontaktabschnitte (30H, 30I) in Bezug auf den Kontaktabschnitt (30C) weiter nach unten erstrecken.
  9. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sowohl die Metallstruktur (16) als auch der Metallfilm (252) in Draufsicht betrachtet polygonal sind, und wobei Ecken des Metallfilms (252) ausgebildet werden, indem sie in Bereichen direkt unterhalb von Ecken der Metallstruktur (16) ausgelassen werden.
  10. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Substrat (14) in Draufsicht betrachtet polygonal ist, und wobei der Kontaktabschnitt (302) die obere Oberfläche des Substrats kontaktiert, während ein Kontakt mit den Eckabschnitten des Substrats (14) vermieden wird.
  11. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Substrat (14) aus Siliziumnitrid (SiN) gebildet ist.
  12. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Wärmeleitpaste (TIM) auf die Oberfläche des Metallfilms (18) aufgetragen ist.
  13. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Metallfilm (406) dicker ist als die Metallstruktur (404).
  14. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Halbleiterelement (22) aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke gebildet ist.
  15. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Halbleiter mit breiter Bandlücke Siliziumcarbid, ein Galliumnitrid-basiertes Material oder Diamant ist.
  16. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Vorbereitungsschritt des Bildens eines Isoliersubstrates (400) mit einer nach oben gerichtet konvexen Wölbung, indem eine Metallstruktur (404) auf einer oberen Oberfläche eines Substrats (402) gebildet wird, und indem eine Metallfilm (406) auf einer unteren Oberfläche des Substrats (402) gebildet wird, die dicker ist als die Metallstruktur (404); einen Anbringungsschritt des Andrückens eines mittleren Abschnitts des Isoliersubstrats (400) nach unten anhand eines Andrückabschnitts (30F) eines Gehäuses (30), während sich das Isoliersubstrat (400) auf einer Aushärte-Sockelplatte (40) befindet, wobei der Metallfilm (406) in Oberflächenkontakt mit der Aushärte-Sockelplatte (40) gebracht und ein auf dem Gehäuse (30) zum Umgeben der Metallstruktur (404) gebildeter Kontaktabschnitt (30C) in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Substrats (402) gebracht wird; und einen Bondingschritt des Bondens des Gehäuses (30) und des Substrats (402) miteinander durch Aushärten eines Haftvermittlers (32) zwischen dem Gehäuse (30) und einem Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats (402) außerhalb eines Abschnitts in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt (30C), wobei dem Haftvermittler (32) von der Aushärte-Sockelplatte (40) Wärme zugeführt wird, um den Haftvermittler (32) auszuhärten.
  17. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Isoliersubstrat (12) mit einem Substrat (14), einer auf der oberen Oberfläche des Substrats (14) gebildeten Metallstruktur (16), und mit einem auf einer unteren Oberfläche des Substrats (14) gebildeten Metallfilms (18); ein Halbleiterelement (22), das auf der Metallstruktur (16) befestigt ist; ein Gehäuse (30) mit einem Kontaktabschnitt (30N), der mit einer oberen Oberfläche der Metallstruktur (16) in Kontakt gehalten wird, wobei das Gehäuse (30) das Halbleiterelement (22) umgibt, und einen Haftvermittler (32), mit welchem ein Abschnitt der oberen Oberfläche des Substrats (14) außerhalb des Kontaktabschnitts (30N) und das Gehäuse (30) zusammengebondet sind; wobei eine Vielzahl von sich vertikal durch das Gehäuse (30) erstreckenden Durchgangslöchern (30D) in einem Randabschnitt des Gehäuses (30) gebildet ist.
  18. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei kein Abschnitt des Gehäuses (30) außer dem Kontaktabschnitt (30N) das Isoliersubstrat (12) unmittelbar kontaktiert.
  19. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei das Gehäuse aufweist: einen Außenwandabschnitt (30A), der das Isoliersubstrat umgibt; und einen Nichtkontaktabschnitt (30K), der den Außenwandabschnitt (30A) und den Kontaktabschnitt (30N) miteinander verbindet, wobei der Nichtkontaktabschnitt (30K) das Isoliersubstrat (12) nicht unmittelbar kontaktiert, und wobei der Haftvermittler (32) an den Nichtkontaktabschnitt (30K) anbondet.
  20. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 19, ferner umfassend ein isolierendes Dichtmaterial (502), das zwischen dem Nichtkontaktabschnitt (30K) und dem Isoliersubstrat (12) vorgesehen ist.
  21. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Metallfilm (18) in zumindest einem Teil eines Gebiets direkt unterhalb des Kontaktabschnitts (30N) vorliegt.
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