DE102016101579A1 - Halbleitermodul - Google Patents

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Abstract

Ein Halbleitermodul hat einen Aufbau, bei dem eine Halbleitervorrichtung, eine Isolierfolie und ein Kühler aufeinandergestapelt sind. Die Halbleitervorrichtung hat ein Halbleiterelement, eine Wärmetransferplatte, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und eine Harzformmasse, die das Halbleiterelement und die Wärmetransferplatte versiegelt. Eine Seitenfläche der Harzformmasse ist weg von einem Mittelpunkt der Harzformmasse relativ zu einer zu einer Kontaktfläche der Harzformmasse, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, senkrechten Richtung geneigt. Ein Neigungswinkel der Seitenfläche relativ zur senkrechten Richtung ist 3 Grad oder mehr und 17 Grad oder weniger.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 24. Februar 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2015-034141 , deren Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme vollständig aufgenommen ist.
  • Die vorliegende Anmeldung offenbart ein Halbleitermodul, in dem eine Halbleitervorrichtung, eine Isolierfolie und ein Kühler aufeinandergestapelt sind.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2011-216564 A offenbart eine Technologie, bei der eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement, das mit einer Harzformmasse versiegelt ist, und ein Kühler aufeinandergestapelt sind und das Halbleiterelement, das Wärme erzeugt, gekühlt wird. Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2011-216564 A wird nachfolgend als „Patentliteratur 1” bezeichnet. Bei der in Patentliteratur 1 offenbarten Technologie liegt eine Wärmetransferplatte, die derart ausgestaltet ist, um die von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme zu übertragen, an einer Fläche der Halbleitervorrichtung (der Harzformmasse) frei, und die Wärmetransferplatte ist am Kühler festgelegt.
  • KURZFASSUNG
  • Eine Wärmetransferplatte mit guter Wärmeleitfähigkeit hat oft eine hohe elektrische Leitfähigkeit und auch ein Kühler mit guten Kühleigenschaften hat oft eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Bei der in Patentliteratur 1 offenbarten Technologie ist eine Isolierfolie zwischen einer Elektrode (oder genauer gesagt: einem elektrisch mit der Elektrode verbundenen Wärmeverteiler) des Halbleiterelements und der Wärmetransferplatte angeordnet, um die Elektrode des Halbleiterelements und den Kühler elektrisch voneinander zu isolieren. Das bedeutet, die Isolierfolie ist innerhalb der Harzformmasse angeordnet, die das Halbleiterelement versiegelt. Die Isolierfolie besteht aus Harz und härtet aus, wenn das Halbeleiterelement mit der Harzformmasse versiegelt wird.
  • Um die Halbleitervorrichtung am Kühler zu befestigen, wird in Patentliteratur 1 ein Vergussmaterial bzw. Verbindungsmaterial verwendet, um diese aneinander zu befestigen. Die Verwendung eines Vergussmaterials bzw. Verbindungsmaterials wird unnötig, wenn eine Isolierfolie aus Harz außerhalb der Halbleitervorrichtung angeordnet wird und die Halbleitervorrichtung und der Kühler miteinander verbunden werden, wenn die Isolierfolie aushärtet.
  • Durch das Anordnen der Isolierfolie außerhalb der Halbleitervorrichtung (der Harzformmasse) wird jedoch eine Zugbelastung oder eine Schub- bzw. Scherbelastung leichter von der Harzformmasse auf die Isolierfolie aufgebracht, wenn sich die Harzformmasse thermisch ausdehnt. Das Beaufschlagen der Isolierfolie mit der Zugbelastung oder der Schub- bzw. Scherbelastung kann zu einem Ablösen und/oder Reißen der Isolierfolie führen. Die vorliegende Anmeldung offenbart eine Technologie zur Vermeidung einer Beschädigung einer Isolierfolie, die außerhalb einer Halbleitervorrichtung angeordnet ist.
  • Die Harzformmasse hat eine Kontaktfläche, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, und eine Seitenfläche, die fortlaufend mit der Kontaktfläche ist und von der Isolierfolie weg verläuft. Es wurde festgestellt, dass ein Neigungswinkel der Seitenfläche die Belastung beeinflusst, die auf die Isolierfolie wirkt, und eng damit zusammenhängt ist, ob die Isolierfolie leicht beschädigt wird oder kaum beschädigt wird.
  • 6 zeigt ein Beispiel einer Struktur, bei der eine Harzformmasse 48, eine Isolierfolie 46 und ein Kühler 13 aufeinandergestapelt sind. Die Harzformmasse 48 hat eine Kontaktfläche 48a (wobei an einem Teil derselben eine (nicht dargestellte) Wärmetransferplatte freiliegt) und eine Seitenfläche 48b. In der vorliegenden Anmeldung basiert ein Neigungswinkel der Seitenfläche 48b auf (d. h. ist Null relativ zu) einer zur Kontaktfläche (48a) senkrechten Richtung 57. Darüber hinaus ist ein Neigungswinkel der Seitenfläche 48b in einem Fall negativ, bei dem die Seitenfläche 48b relativ zur senkrechten Richtung 57 in Richtung zu einem Mittelpunkt der Harzformmasse 48 geneigt ist, und der Neigungswinkel der Seitenfläche 48b ist in einem Fall positiv, bei dem die Seitenfläche 48b relativ zur senkrechten Richtung 57 zu einer Außenseite der Harzformmasse 48 geneigt ist. In Studien wurde herausgefunden, dass, wenn die in 6 gezeigte Seitenfläche 48b in eine positive Richtung in einem Winkelbereich von 3 Grad oder mehr bis 17 Grad oder weniger geneigt ist, die Isolierfolie 46 kaum beschädigt wird und somit qualitativ hochwertige Harzformmassen 48 in großer Stückzahl gefertigt werden können. Die hierin offenbarte Technologie entstand auf Basis dieser Erkenntnisse.
  • Ein hier offenbartes Halbleitermodul weist auf: eine Halbleitervorrichtung, eine Isolierfolie und einen Kühler, wobei die Halbleitervorrichtung, die Isolierfolie und der Kühler aufeinandergestapelt sind. Die Halbleitervorrichtung hat ein Halbleiterelement, eine Wärmetransferplatte, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und eine Harzformmasse, die das Halbleiterelement und die Wärmetransferplatte versiegelt. Die Harzformmasse hat eine Kontaktfläche, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, und eine Seitenfläche, die sich von der Isolierfolie weg erstreckt. Die Wärmetransferplatte liegt an einem Teil der Kontaktfläche frei. In dem hier offenbarten Halbleitermodul ist die Seitenfläche der Harzformmasse weg von einem Mittelpunkt der Harzformmasse relativ zu einer zu der Kontaktfläche senkrechten Richtung geneigt. Ein Neigungswinkel der Seitenfläche relativ zur senkrechten Richtung ist 3 Grad oder mehr und 17 Grad oder weniger.
  • Als Ergebnis von Studien wurde herausgefunden, dass, wenn der Neigungswinkel der Seitenfläche der Harzformmasse +17 Grad oder weniger ist, die von der Harzformmasse auf die Isolierfolie aufgrund der thermischen Ausdehnung der Harzformmasse aufgebrachte Belastung verringert ist und gleich oder niedriger als eine Dehngrenze der Isolierfolie gehalten werden kann. Tatsächlich ist es möglich, wenn der Neigungswinkel der Seitenfläche der Harzformmasse +17 Grad oder weniger ist, eine Beschädigung der Isolierfolie zu verhindern. Wenn der Neigungswinkel der Seitenfläche der Harzformmasse +3 Grad oder mehr ist, kann die Harzformmasse leicht aus einer Form genommen werden. Wenn die Seitenfläche der Harzformmasse in positive Richtung in einem Winkelbereich von 3 Grad oder mehr und 17 Grad oder weniger geneigt ist, wird die Isolierfolie fast nicht beschädigt, so dass qualitativ hochwertige Harzformmassen (Halbleitervorrichtungen) in großer Stückzahl gefertigt werden können.
  • Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein hier offenbartes Halbleitermodul ferner ein Harzteil aufweisen, das sowohl mit der Seitenfläche der Harzformmasse als auch der Isolierfolie in Kontakt steht. In einem solchen Fall hat die Halbleitervorrichtung ein Halbleiterelement, eine Wärmetransferplatte, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und eine Harzformmasse, die das Halbleiterelement und die Wärmetransferplatte versiegelt. Die Harzformmasse hat eine erste Kontaktfläche, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, und eine Seitenfläche, die sich von der Isolierfolie weg erstreckt. Die Wärmetransferplatte liegt an einem Teil der ersten Kontaktfläche frei. In diesem Fall ist die Seitenfläche der Harzformmasse weg von einem Mittelpunkt der Harzformmasse relativ zu einer zu der ersten Kontaktfläche senkrechten Richtung geneigt. Ein Neigungswinkel der Seitenfläche der Harzformmasse relativ zur senkrechten Richtung ist 3 Grad oder mehr. Das Harzteil hat eine zweite Kontaktfläche, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, und eine Nichtkontaktfläche, die weder mit der Isolierfolie noch mit der Harzformmasse in Kontakt steht. Wenn ein zweiter Neigungswinkel der Nichtkontaktfläche des Harzteils in einem Fall positiv ist, bei dem die Nichtkontaktfläche des Harzteils weg von dem Mittelpunkt der Harzformmasse relativ zu einer zu der zweiten Kontaktfläche senkrechten Richtung geneigt ist, ist der Neigungswinkel der Nichtkontaktfläche des Harzteils relativ zu der senkrechten Richtung 17 Grad oder weniger. Wenn der Neigungswinkel der Nichtkontaktfläche des Harzteils 17 Grad oder weniger ist, führt dies zu einer Verringerung der Belastung, die in der Isolierfolie erzeugt wird. Hierdurch kann eine Beschädigung der Isolierfolie verhindert werden. In diesem Fall kann die Harzformmasse derart geformt werden, dass der Neigungswinkel der Seitenfläche der Harzformmasse größer als 17 Grad ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung, in der ein Halbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform verwendet wird;
  • 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Teils der in 1 gezeigten Vorrichtung;
  • 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 1;
  • 4 zeigt eine Schnittansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 5 zeigt eine Schnittansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • 6 zeigt eine Struktur, bei der eine Harzformmasse, eine Isolierfolie und ein Kühler aufeinandergestapelt sind; und
  • 7 zeigt eine Beziehung zwischen einem Winkel, der durch die Harzformmasse und eine Isolierfolie gebildet wird, und Kräften, die von der Harzformmasse auf die Isolierfolie aufgebracht werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Erste Ausführungsform
  • Ein Halbleitermodul 10 und ein Leistungswandler 100, in dem das Halbleitermodul 10 verwendet wird, werden Bezug nehmend auf die 1 bis 3 beschrieben. Es sei angemerkt, dass Komponenten, die im Wesentlichen die gleiche Struktur haben, nachfolgend manchmal beschrieben werden, wobei alphabetische Buchstaben, die an das Ende ihrer Bezugszeichen gesetzt wurden, weggelassen werden.
  • Der Leistungswandler 100 aus 1 ist eine Vorrichtung, die ausgestaltet ist, um einen Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, und ist beispielsweise an einem elektrischen Fahrzeug bzw. Elektrofahrzeug montiert. Der Leistungswandler 100 umfasst einen Spannungswandler, der ausgestaltet ist, um eine Ausgangsspannung einer Batterie zu verstärken, sowie einen Inverter bzw. Wechselrichter, der ausgestattet ist, um den verstärkten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, und den Wechselstrom einem Antriebsmotor zuzuführen. Der Leistungswandler 100 umfasst eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen 5a bis 5d. Die Halbleitervorrichtungen 5a bis 5d umfassen Halbleiterelemente, welche den vorstehend genannten Spannungswandler, den vorstehend genannten Inverter und dergleichen ausbilden. Wie später im Detail beschrieben wird, bilden die Halbleitervorrichtungen 5a bis 5d einen Teil des Halbleitermoduls 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Es sei angemerkt, dass es möglich ist, die Anzahl der Halbleitervorrichtungen 5 nach Bedarf zu erhöhen und zu verringern. Wie später im Detail beschrieben werden wird, umfasst jede Halbleitervorrichtung 5 ein Halbleiterelement, eine Wärmetransferplatte, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist, sowie eine Harzformmasse, die das Halbleiterelement und die Wärmetransferplatte versiegelt. Eine derartige Halbleitervorrichtung kann auch als „Leistungskarte” bezeichnet werden.
  • Der Leistungswandler 100 hat vier Halbleitervorrichtungen 5 (Halbleitervorrichtungen 5a bis 5d) und fünf Kühler 3 (Kühler 3a bis 3e). Die Halbleitervorrichtungen 5 und die Kühler 3 sind alternierend aneinander entlang einer X-Richtung (Stapelrichtung) gestapelt. Eine Abdeckung 4a ist an einer Fläche des Kühlers 3a, die nicht mit einer Halbleitervorrichtung in Kontakt steht, angebracht. Darüber hinaus ist eine Abdeckung 4b an einer Fläche des Kühlers 3e, die nicht mit einer Halbleitervorrichtung in Kontakt steht, angebracht. Die Kühler 3 und Halbleitervorrichtungen 5 werden aneinander durch Aufbringen einer Druckkraft auf die Abdeckung 4a und die Abdeckung 4b in X-Richtung fixiert. Wie später im Detail beschrieben werden wird, sind die Kühler 3 hohl und die Kühler 3a bis 3e kommunizieren miteinander. Eine Kühlmittelzufuhrleitung 91 sowie eine Kühlmittelaustragleitung 92 sind mit den Kühlern 3 verbunden. Das von der Kühlmittelzufuhrleitung 91 zugeführte Kühlmittel kühlt die Halbleitervorrichtung 5 während es durch das Innere der Kühler 3 zirkuliert, und wird aus der Kühlmittelaustragleitung 92 ausgetragen. Als Kühlmittel wird grundsätzlich Wasser oder ein LLC (langlebiges Kühlmittel) verwendet.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Teils des Leistungswandlers 100 aus 1, bei welcher die Halbleitervorrichtung 5a, der Kühler 3b und die Halbleitervorrichtung 5b aneinander gestapelt sind. Es sei angemerkt, dass die Halbleitervorrichtung 5a und die Halbleitervorrichtung 5b durch virtuelle bzw. gestrichelte Linien dargestellt sind. Der Kühler 3b hat einen Kühlerkorpus 30 aus Harz, ein paar Metallplatten 13a und 13b sowie ein Paar Dichtungen 12a und 12b. Die Metallplatten 13 bestehen aus Kupfer, Aluminium (Al) oder einer Legierung mit Kupfer und/oder Aluminium. Der Kühlerkorpus 30 hat einen Strömungskanal Ps, durch welchen das Kühlmittel fließt. Der Kühlerkorpus 30 hat beidseitig Öffnungen 32a und 32b, die an Stellen vorgesehen sind, die der Halbleitervorrichtung 5 zugewandt sind. Die Öffnungen 32a und 32b kommunizieren mit dem Strömungskanal Ps. Es sei angemerkt, dass in 2 die Isolierfolien 46, die später beschrieben werden, nicht dargestellt sind.
  • Der Kühlerkorpus 30 hat einen röhrenförmigen Abschnitt 35a an einem Ende des Kühlerkorpus 30 in Y-Richtung (d. h. eine Richtung senkrecht zur X-Richtung und eine Richtung, welche die Kühlmittelzufuhrleitung 91 mit der Kühlmittelaustragleitung 92 verbindet). In dem röhrenförmigen Abschnitt 35a ist eine Kommunikationsöffnung 34a angeordnet, die von einem Ende zum anderen Ende entlang der X-Richtung verläuft. Der Kühlerkorpus 30 hat ferner einen röhrenförmigen Abschnitt 35b, der am anderen Ende des Kühlerkorpus 30 in Y-Richtung vorgesehen ist. In dem röhrenförmigen Abschnitt 35b ist eine Kommunikationsöffnung 34b vorgesehen, die von einem Ende zum anderen Ende entlang der X-Richtung verläuft. Die Kommunikationsöffnungen 34a und 34b kommunizieren mit Kommunikationsöffnungen, die in röhrenförmigen Abschnitten angrenzender Kühler 3 (d. h. den Kühlern 3a und 3c aus 1) vorgesehen sind. Die Kühler 3a bis 3e sind zueinander identisch. Daher kommunizieren alle Kühler 3 miteinander, so dass das von der Kühlmittelzufuhrleitung 91 eingebrachte Kühlmittel durch alle Kühler 3 fließt.
  • Die Metallplatte 13a ist an der Halbleitervorrichtung 5a angebracht. In ähnlicher Weise ist die Metallplatte 13b an der Halbleitervorrichtung 5b angebracht. Obgleich so in 2 nicht gezeigt, ist die den Kühler 3a bildende Metallplatte 13b an einer Seite der Halbleitervorrichtung 5a angebracht, die der Metallplatte 13a des Kühlers 3b (siehe auch 1) gegenüberliegt. Die den Kühler 3c bildende Metallplatte 13a ist auf einer Seite der Halbleitervorrichtung 5b angebracht, die der Metallplatte 13b des Kühlers 3b gegenüberliegt. Eine Beziehung zwischen den Halbleitervorrichtungen 5 und den Metallplatten 13 wird später beschrieben.
  • Die Kühleröffnung 32a wird durch die Metallplatte 13a verschlossen, wobei die Dichtung 12a sandwichartig zwischen der Kühleröffnung 32a und der Metallplatte 13a aufgenommen ist. Die Kühleröffnung 32b wird durch die Metallplatte 13b verschlossen, wobei die Dichtung 12b sandwichartig zwischen der Kühleröffnung 32b und der Metallplatte 13b aufgenommen ist. Eine Mehrzahl von Rippen 14a ist auf einer Fläche 15 der Metallplatte 13a angeordnet, die in Richtung zum Strömungskanal Ps weist. Eine Mehrzahl von Rippen 14b ist auf einer Fläche 15 der Metallplatte 13b angeordnet, die in Richtung zum Strömungskanal Ps weist. Die Rippen 14 sind der Strömung des Kühlmittels ausgesetzt. Das Vorsehen von Rippen 14 vergrößert einen Kontaktbereich zwischen den Metallplatten 13 und dem Kühlmittel. Durch die Halbleitervorrichtungen 5 erzeugte Wärme wird im Kühlmittel über die Metallplatten 13 absorbiert.
  • Das Halbleitermodul 10 wird Bezug nehmend auf 3 beschrieben. 3 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung 5b und der diese umgebenen Komponenten. Das Halbleitermodul 10 weist die Halbleitervorrichtung 5b, Isolierfolien 46a und 46b sowie die Metallplatten 13a und 13b auf (siehe auch 2). Das bedeutet, das Halbleitermodul 10 weist eine Halbleitervorrichtung 5, Isolierfolien 46 und einige der Komponenten, welche die Kühler 3 bilden (d. h. den Metallplatten 13) auf. Die Metallplatte 13a, die Isolierfolie 46a, die Halbleitervorrichtung 5b, die Isolierfolie 46b und die Metallplatte 13b sind in dieser Reihenfolge aufeinander gestapelt.
  • Die Halbleitervorrichtung 5b hat ein Halbleiterelement 56a und ein Halbleiterelement 56b. Das Halbleiterelement 56a ist zwischen einer Wärmetransferplatte 40a und einer Wärmetransferplatte 52a angeordnet. Das Halbleiterelement 56b ist zwischen einer Wärmetransferplatte 40b und einer Wärmetransferplatte 52b angeordnet. Jedes der Halbleiterelemente 56a und 56b umfasst einen IGBT und eine Regeldiode, die parallel mit dem IGBT geschalten ist. Obgleich nicht dargestellt, sind ein Emitter des IGBT und eine Anode der Regeldiode mit einer gemeinsamen Elektrode verbunden, und ein Kollektor des IGBT und eine Kathode der Regeldiode sind mit einer gemeinsamen Elektrode verbunden.
  • Eine Anodenelektrode (Emitterelektrode) des Halbleiterelements 56a ist über ein Verbindungselement 54a aus Metall mit der Wärmetransferplatte 52a verbunden. Eine Kathodenelektrode (Kollektorelektrode) des Halbleiterelements 56a ist über ein Verbindungselement 58a aus Metall mit einem Abstandselement 54a aus Metall verbunden. Das Abstandselement 44a ist über ein Verbindungselement 42a aus Metall mit der Wärmetransferplatte 40a verbunden. Eine Anodenelektrode (Emitterelektrode) des Halbleiterelements 56b ist über ein Verbindungselement 54b aus Metall mit der Wärmetransferplatte 52b verbunden. Eine Kathodenelektrode (Kollektorelektrode) des Halbleiterelements 56b ist über ein Verbindungselement 58b aus Metall mit einem Abstandselement 44b aus Metall verbunden. Das Abstandselement bzw. der Abstandshalter 44b ist über ein Verbindungselement 42b aus Metall mit der Wärmetransferplatte 40b verbunden. Die Wärmetransferplatte 40a ist über ein Verbindungselement 60a aus Metall mit einer Leitung bzw. einem Kabel 45 aus Metall verbunden. Zudem ist die Wärmetransferplatte 52b über ein Verbindungselement 60b mit der Leitung 45 aus Metall verbunden. Das bedeutet, die Wärmetransferplatte 40a und die Wärmetransferplatte 52b sind elektrisch miteinander verbunden. Das Halbleiterelement 56a und das Halbleiterelement 56b sind in Reihe geschaltet. Die Verbindungselemente 42, 54, 58 und 60 bestehen aus Lot. Die Wärmetransferplatten 40 und 52 sowie die Abstandselemente 44 bestehen aus Kupfer (Cu).
  • Die Halbleiterelemente 56a und 56b sind mit einem ersten Formteil bzw. einer ersten Formmasse 48 versiegelt, das aus Harz bzw. Kunstharz besteht. Eine Fläche der ersten Formteils 48 ist über die Isolierfolie 46a mit der Metallplatte 13a (d. h. einem Teil des Kühlers 3) verbunden. Eine andere Fläche des ersten Formteils 48 ist mit der Metallplatte 13b über die Isolierfolie 46b verbunden. Das bedeutet, beide Flächen des ersten Formteils 48 sind über die Isolierfolien 46 mit den Metallplatten 13 verbunden. Dies ermöglicht es, dass beide Flächen jeder Halbleitervorrichtung 5 durch die Kühler 3 gekühlt werden können. Die Wärmetransferplatten 40a, 40b, 52a und 52b sind abgesehen von ihren Flächen nahezu vollständig von dem ersten Formteil 48 bedeckt. Die Wärmetransferplatten 40a, 40b, 52a und 52b sind teilweise von dem ersten Formteil 48 bedeckt, und die Flächen der Wärmetransferplatten 40a, 40b, 52a und 52b, welche den jeweiligen Metallplatten 13 zugewandt sind (d. h. mit den Isolierfolien 46 in Kontakt stehen) liegen von dem ersten Formteil 48 frei. Das bedeutet, die Wärmetransferplatten 40a, 40b, 52a und 52b liegen jeweils an einem Teil entsprechender Kontaktflächen 48a frei, an welchen jede Halbleitervorrichtung 5 mit den entsprechenden Isolierfolien 46 in Kontakt steht. Das erste Formteil bzw. die erste Formmasse 48 ist ein Beispiel der Harzformmasse. Die Metallplatten 13 bestehen aus Kupfer, Aluminium (Al) oder einer Legierung mit Aluminium und/oder Kupfer als Bestandteil.
  • Eine Seitenfläche 48b des ersten Formteils 48 (d. h. eine Fläche des ersten Formteils 48, die in Y-Richtung weist) verläuft von jeder Isolierfolie 46 weg. Die Seitenfläche 48b nimmt in Y-Richtung hin zu einem Mittelpunkt in X-Richtung an Größe zu. Genauer gesagt ist eine Größe des ersten Formteils 48 in Y-Richtung an beiden Enden in X-Richtung am kleinsten und am größten am Mittelpunkt in X-Richtung. Die Seitenfläche 48b ist bezüglich der Kontaktflächen 48a kegelförmig. Das bedeutet, die Größe des ersten Formteils 48 in Y-Richtung steigt mit einer konstanten Rate von einem äußeren Rand einer jeden Kontaktfläche 48a hin zum Mittelpunkt in X-Richtung an. Flächen beider Enden (Kontaktflächen 48a) des ersten Formteils 48 in X-Richtung sind zueinander gleich. Das erste Formteil 48 besteht aus Epoxidharz oder PPS-Harz (Polyphenylsulfid-Harz).
  • Die Isolierfolien 46 (Isolierfolien 46a und 46b) bestehen aus Harz. Jede Isolierfolie 46 ist zwischen korrespondierenden Wärmetransferplatten 40 und der korrespondierenden Metallplatte 13 (d. h. einem Teil des Kühlers 3) angeordnet. Die Isolierfolie 46 isoliert die Wärmetransferplatte 40 und die Metallplatte 13 voneinander. Ferner verbindet die Isolierfolie 46 die Metallplatte 13 mit dem ersten Formteil 48 und den Wärmetransferplatten 40. Eine Größe der Isolierfolie 46 ist größer als eine Größe der Kontaktfläche 48a des ersten Formteils 48. Das bedeutet, ein Bereich einer Seite einer jeden Isolierfolie 46, die mit dem ersten Formteil 48 in Kontakt steht, ist größer als ein Bereich einer Fläche (Kontaktfläche 48a) des ersten Formteil 48. Ein Bereich einer Seite der Isolierfolie 46, die mit der Metallplatte 13 in Kontakt steht, ist zudem kleiner als ein Bereich einer Fläche (eine Seite einer Fläche, die mit der Isolierfolie 46 in Kontakt steht) der Metallplatte 13. Die Isolierfolien 46 bestehen aus Epoxidharz, Polyimidharz oder dergleichen.
  • Jede Isolierfolie 46 isoliert die korrespondierende Metallplatte 13 und die korrespondierenden Wärmetransferplatten 40 voneinander, und verbindet die korrespondierende Metallplatte 13 und die korrespondierende Halbleitervorrichtung 5 miteinander. Die Metallplatten 13 und die Halbleitervorrichtung 5 können miteinander durch Anordnen einer Isolierfolie 46 zwischen jeder der Metallplatten 13 und der Halbleitervorrichtung 5 und Aufbringen einer Kraft zwischen jeder der Metallplatten 13 und der Halbleitervorrichtung 5 verbunden werden. Genauer gesagt können die Metallplatten 13 und die Halbleitervorrichtung 5 miteinander durch das Aufbringen einer Druckkraft zwischen dem Kühler 3a und dem Kühler 3e (genauer gesagt zwischen der Abdeckung 4a und der Abdeckung 4b) verbunden werden, wobei die Halbleitervorrichtungen 5 (Halbleitervorrichtungen 5a bis 5d) und die Kühler 3 (Kühler 3a bis 3e) alternierend aneinander gestapelt sind (siehe auch 1). Wie vorstehend angeführt ist, ist jede Metallplatte 13 ein Teil eines Kühlers 3. Es kann daher davon gesprochen werden, dass jede Halbleitervorrichtung 5 mit einem Kühler 3 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass, da die Bereiche beider Enden des ersten Formteils 48 in X-Richtung zueinander gleich sind, der Bereich der Kontaktfläche 48a zwischen dem ersten Formteil 48 und der Isolierfolie 46a und der Bereich der Kontaktfläche 48a zwischen dem ersten Formteil 48 und der Isolierfolie 46b zueinander gleich sind.
  • Eine virtuelle bzw. gestrichelte Linie 70 in 3 zeigt ein Segment, das entlang einer zur Kontaktfläche 48a zwischen dem ersten Formteil 48 und den Isolierfolien 46 senkrechten Richtung verläuft. Eine gestrichelte Linie 72 zeigt ferner ein Segment, das entlang der Seitenfläche 48b des ersten Formteils 48 verläuft. Im Halbleitermodul 10 ist die Seitenfläche 48b des ersten Formteils 48 weg von einem Mittelpunkt des ersten Formteils 48 relativ zu einer zu den Kontaktflächen 48a senkrechten Richtung (d. h. der Richtung entlang der gestrichelten Linie 70) geneigt. In anderen Worten: je größer ein Abstand von der Seitenfläche 48b des ersten Formteils bzw. der ersten Formmasse 48 zu jeder Kontaktfläche 48a wird, desto größer wird ein Abstand von einer Linie zur Seitenfläche 48b, wobei die Linie durch den Mittelpunkt des ersten Formteils 48 reicht und senkrecht zur Kontaktfläche 48a ist. Das erste Formteil 48 ist ferner derart ausgestaltet, dass ein Neigungswinkel θ1 der Seitenfläche 48b 3 Grad oder größer und 17 Grad oder weniger ist. Der Begriff ”Winkel” oder „Neigungswinkel” bezeichnet hierbei einen spitzen Winkel.
  • Vorteile des Halbleitermoduls 10 werden nachstehend beschrieben. Wie vorstehend angemerkt ist, ist bei dem Halbleitermodul 10 der Neigungswinkel θ1 derart eingestellt, dass er 3 Grad oder mehr und 17 Grad oder weniger ist. In einem Fall, bei dem Halbleiterelemente 56 mit dem ersten Formteil bzw. der ersten Formmasse 48 versiegelt werden, werden die Halbleiterelemente 56 versiegelt, indem Harz in eine Form gespritzt wird, die in X-Richtung geteilt ist, so dass Flächen, die den Metallplatten 13 zugewandt sind, flach ausgestaltet sind. In diesem Fall wird es, beispielsweise wenn der Neigungswinkel θ1 kleiner als 3 Grad ist, schwierig, die Halbleitervorrichtung 5 (d. h. die das erste Formteil 48, dessen Harz ausgehärtet ist) aus der Form herauszunehmen. Das Einstellen des Neigungswinkels θ1 auf 3 Grad oder mehr ermöglicht es, dass sich die Halbleitervorrichtung 5 gut aus der Form lösen lässt. Das Einstellen des Neigungswinkels θ1 auf 17 Grad oder weniger macht es möglich, eine Beschädigung der Isolierfolien 46 zu vermeiden. Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 7 ein Grund für das Einstellen des Neigungswinkels θ1 auf 17 Grad oder weniger beschrieben, wodurch es möglich ist, eine Beschädigung der Isolierfolien zu vermeiden.
  • 7 zeigt eine Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θ1 und Belastungen, die von dem ersten Formteil 48 auf eine Isolierfolie 46 einwirken, wenn das erste Formteil 48 sich thermisch ausdehnt, wenn eine Polyimidharzfolie als Isolierfolie 46 verwendet wird. Eine horizontale Achse bezeichnet den Neigungswinkel θ1 (Grad) und eine vertikale Achse bezeichnet die Belastung (MPa), die auf die Isolierfolie 46 wirkt. Eine gerade Linie 80 bezeichnet eine vertikale Zugbelastung, die auf die Isolierfolie 46 wirkt, und eine gerade Linie 82 bezeichnet eine Schub- bzw. Scherbelastung, die auf die Isolierfolie 46 wirkt.
  • Wie in 7 gezeigt ist, sind, wenn der Neigungswinkel θ1 17 Grad oder geringer ist, die Belastungen (d. h. die vertikale Zugbelastung und die Scherbelastung), welche auf die Isolierfolie 46 wirken, geringer als 18 MPa. Wie vorstehend angemerkt ist, isoliert jede Isolierfolie 46 das erste Formteil bzw. die erste Formmasse 48 von der korrespondierenden Metallplatte 13, und verbindet das erste Formteil 48 mit der Metallplatte 13. Beispiele einer Isolierfolie mit derartigen Eigenschaften umfassen eine Polyimidharzfolie und eine Epoxidharzfolie. Eine Polyimidharzfolie hat eine Festigkeit (Zugfestigkeit, Scherfestigkeit) von 18 MPa und eine Epoxidharzfolie hat eine Festigkeit von 20 MPa. Daher kann, beispielsweise in einem Fall, bei dem die Isolierfolie 46 eine Polyimidharzfolie ist, das Aufbringen einer Kraft von mehr als 18 MPa auf die Isolierfolie 46 eine Beschädigung der Isolierfolie 46 verursachen. Wie aus 7 ersichtlich ist, kann, wenn der Neigungswinkel θ1 17 Grad oder weniger ist, die Kraft, die auf die Isolierfolie 46 wirkt, kleiner gehalten werden als die Kraft, die eine Beschädigung der Isolierfolie 46 (d. h. der Festigkeit der Polyimidharzfolie) bewirkt. Es sei angemerkt, dass, selbst in einem Fall, bei dem die Isolierfolie 46 eine Epoxidharzfolie ist, die Kraft, die auf die Isolierfolie 46 aufgebracht wird, kleiner als die Kraft (20 MPa) gehalten werden kann, die eine Beschädigung der Isolierfolie 46 verursacht, vorausgesetzt, dass der Neigungswinkel θ1 17 Grad oder weniger ist. Das Einstellen des Neigungswinkels θ1 auf 17 Grad oder weniger macht es möglich, eine Beschädigung der Isolierfolie 46 zu vermeiden.
  • Wie in 3 gezeigt ist, werden Teile der Kühler 3 (d. h. die Metallplatten 13 und Rippen 14) vorab mit dem Halbleitermodul 10 verbunden. Der Zusammenbau der Kühler 3 bestimmt damit eindeutig die Position der Halbleitervorrichtungen 5 relativ zum Kühler 3. Hierdurch ist es nicht notwendig, die Halbleitervorrichtungen 5 relativ zu den Kühlern 3 anzuordnen. Wie vorstehend angemerkt ist, werden die Halbleitervorrichtungen 5 und die Kühler 3 miteinander durch das Aufbringen einer Druckkraft zwischen den Kühlern 3 (d. h. dem Kühler 3a und dem Kühler 3e), die an beiden Enden in Stapelrichtung angeordnet sind, verbunden. Der Schritt zum Aufbringen einer Druckkraft zwischen den an beiden Enden in Stapelrichtung angeordneten Kühlern wird auch bei einer Konfiguration (Stand der Technik) durchgeführt, bei der eine Isolierfolie innerhalb einer Harzformmasse angeordnet ist. Das in der vorliegenden Ausführungsform offenbarte Halbleitermodul 10 ermöglicht es, ohne Erhöhung der Anzahl der Schritte im Vergleich zum Stand der Technik, die Isolierfolien 46 außerhalb eines jeden Harzformteils 48 anzuordnen, und die Kühler 3 an beiden Flächen einer jeden Halbleitervorrichtung 5 durch das Ausnutzen des Aushärtens der Isolierfolien 46 zu befestigen. Dies macht es möglich, auf die Verwendung eines Verbindungsmaterials (beispielsweise Fett) zwischen jedem Halbleitermodul 5 und dem korrespondierenden Kühler 3, nur um das Halbleitermodul 5 und den korrespondierenden Kühler 3 miteinander zu verbinden, zu verzichten. Da ferner die Isolierfolien 46 außerhalb der Harzformmasse 48 angeordnet sind, kann die Wärmeleitfähigkeit der Isolierfolien 46 per se verbessert werden, beispielsweise indem ein hoch wärmeleitfähiges Material als Material gewählt wird, aus dem die Isolierfolien 46 bestehen, oder durch Verringern der Dicke einer jeden Isolierfolie 46.
  • Zweite Ausführungsform
  • Ein Halbleitermodul 210 wird Bezug nehmend auf 4 beschrieben. Das Halbleitermodul 210 ist eine Abwandlung des Halbleitermoduls 10. Komponenten des Halbleitermoduls 210, die identisch zu jenen des Halbleitermoduls 10 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen oder Bezugszeichen versehen, die zwei Zahlen aufweisen, die identisch zu jenen des Halbleitermoduls 10 sind, und werden daher nachfolgend nicht erneut beschrieben. Das Halbleitermodul 210 unterscheidet sich vom Halbleitermodul 10 hinsichtlich einer Struktur, die jede Halbleitervorrichtung 5 (5b) umgibt. Es sei angemerkt, dass, wie bei dem Halbleitermodul 10, das Halbleitermodul 210 als Komponente eines Leistungswandlers (siehe 1) verwendet werden kann.
  • Das Halbleitermodul 210 umfasst ein erstes Formteil bzw. eine erste Formmasse 48 und zweite Formteile 78. Das erste Formteil 48 und eine Struktur innerhalb des ersten Formteils 48 ist gleich wie beim Halbleitermodul 10. Jedes zweite Formteil 78 steht mit einer Seitenfläche 48b des ersten Formteils 48 und einer Isolierfolie 46 in Kontakt. Genauer gesagt deckt jedes zweite Formteil 78 eine Fläche der Isolierfolie 46 und einen Teil der Seitenfläche 48b des ersten Formteils 48 ab. Darüber hinaus umfasst das zweite Formteil 78 eine Nicht-Kontaktfläche 78b, die weder mit der Isolierfolie 46 noch dem ersten Formteil 48 in Kontakt steht. Jedes zweite Formteil 78 verläuft um einen Kontaktbereich (d. h. eine Kontaktfläche 48a) zwischen der Halbleitervorrichtung 5 und der Isolierfolie 46. Das zweite Formteil 78 ist ein Beispiel für das Harzteil.
  • In dem Halbleitermodul 210 umgibt jedes zweite Formteil 78 einen Teil des ersten Formteils 48 an einer Position, an welcher das erste Formteil 48 mit der korrespondierenden Isolierfolie 46 in Kontakt steht, und deckt diesen ab. Jedes zweite Formteil 78 wird durch Verbinden des ersten Formteils 48 mit der Metallplatte 13 über eine Isolierfolie 46 und Aufbringen eines Vergussharzes auf einen Kontaktabschnitt zwischen dem ersten Formteil 48 und der Isolierfolie 46 gebildet. Das bedeutet, die zweiten Formteile 78 werden ausgebildet, nachdem die Halbleiterelemente 56 mit dem ersten Formteil bzw. der ersten Formmasse 48 versiegelt sind und die Halbleiterelemente 56, die derart versiegelt wurden (d. h. das erste Formteil 48) aus einer Form genommen wurden. Es sei angemerkt, dass die zweiten Formteile 78 (Vergussharz) aus Epoxidharz, Polyimidharz oder dergleichen bestehen.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist das erste Formteil 48 mit dem zweiten Formteilen 78 an Positionen bedeckt, an welchen das erste Formteil 48 mit den Isolierfolien 46 in Kontakt steht. Wenn sich das erste Formteil 48 und die zweiten Formteile 78 thermisch ausdehnen, konzentriert sich daher eine Kraft der thermischen Ausdehnung des ersten Formteils 48 und der zweiten Formteile 78 an äußeren Rändern der Kontaktflächen 78a zwischen jedem zweiten Formteil 78 und der korrespondierenden Isolierfolie 46.
  • Eine gestrichelte Linie 71 aus 4 zeigt ein Segment, das entlang einer zur Kontaktflächen 78a senkrechten Richtung zwischen jedem zweiten Formteil 78 und der korrespondierenden Isolierfolie 46 verläuft. Darüber hinaus bezeichnet eine gestrichelte Linie 73 ein Segment, das entlang der Nicht-Kontaktfläche 78b jedes zweiten Formteils 78 verläuft. Hierbei wird angenommen, dass, wenn ein Neigungswinkel der Nicht-Kontaktfläche 78b in einem Fall positiv ist, bei dem die Nicht-Kontaktfläche 78b sich vom Mittelpunkt des ersten Formteils 48 relativ zur senkrechten Richtung weg neigt, und der Neigungswinkel der Nicht-Kontaktfläche 78b in einem Fall negativ ist, bei dem die Nicht-Kontaktfläche 78b sich zum Mittelpunkt des ersten Formteils 48 relativ zur senkrechten Richtung hin neigt, der Neigungswinkel θ2 der Nicht-Kontaktfläche 78b einen negativen Wert annimmt. Wie vorstehend beschrieben ist, kann, bei dem Halbleitermodul 10, wenn der Neigungswinkel θ1 17 Grad oder geringer ist, die von dem ersten Formteil 48 auf die korrespondierende Isolierfolie 46 aufgebrachte Kraft kleiner gehalten werden als die Kraft, welche eine Beschädigung der Isolierfolie 46 verursacht (siehe auch 7). Dieses Phänomen gilt auch hinsichtlich der zweiten Formteile 78 und der Isolierfolien 46. Das bedeutet, wenn der Neigungswinkel θ2 17 Grad oder geringer ist, kann die von dem zweiten Formteil 78 auf die korrespondierende Isolierfolie 46 aufgebrachte Kraft kleiner gehalten werden, als die Kraft, die eine Beschädigung der Isolierfolie 46 verursacht.
  • Wie aus 7 ersichtlich ist, gibt es eine proportionale Beziehung zwischen einem Neigungswinkel θ (θ1, θ2) und einer auf eine Isolierfolie wirkende Kraft. Dieses Phänomen gilt auch, wenn der Neigungswinkel θ einen negativen Wert annimmt. Wenn der Neigungswinkel θ2 insbesondere –15 Grad oder kleiner ist, werden Druckkräfte von den Formteilen (d. h. dem ersten Formteil 48 und den zweiten Formteilen 78) auf die Isolierfolien 46 aufgebracht, wodurch es schwierig wird, dass sich die Formteile und Isolierfolien 46 voneinander ablösen. Wie vorstehend angemerkt ist, ist der Neigungswinkel θ2 des Halbleitermoduls 210 auf 3 Grad oder mehr eingestellt. Hierdurch wird es möglich, dass, wie beim Halbleitermodul 10, das erste Formteil 48 eine gute Formlöslichkeit von einer Gussform hat. Darüber hinaus konzentriert sich bei dem Halbleitermodul 210 die Kraft der thermischen Ausdehnung des ersten Formteils 48 und der zweiten Formteile 78 auf die Außenränder der zweiten Formteile 78. Selbst wenn der Neigungswinkel θ1 17 Grad oder mehr ist, kann somit eine Beschädigung der Isolierfolien 46 verhindert werden. In anderen Worten: die Verwendung der zweiten Formteile 78 ermöglicht es, den Neigungswinkel θ1 des ersten Formteils 48 auf 17 Grad oder mehr einzustellen. Dies macht es möglich, das erste Formteil 48 derart auszubilden, dass es gute Formlöseeigenschaften von einer Gussform bzw. Form aufweist.
  • Dritte Ausführungsform
  • Ein Halbleitermodul 310 wird nachfolgend Bezug nehmend auf 5 beschrieben. Das Halbleitermodul 310 ist eine Abwandlung des Halbleitermoduls 210 und unterscheidet sich vom Halbleitermodul 210 hinsichtlich des Aufbaus, der jede Halbleitervorrichtung 5 (5b) umgibt. Komponenten des Halbleitermoduls 310, die identisch zu jenen des Halbleitermoduls 210 sind, werden mit gleichen Bezugszeichen oder Bezugszeichen versehen, welche zwei Zahlen aufweisen, die identisch zu jenen des Halbleitermoduls 210 sind, und als solches nicht erneut beschrieben.
  • Wie in 5 gezeigt ist, deckt jedes von zweiten Formteilen 78 die gesamte Fläche einer korrespondierenden Isolierfolie 46 ab, und deckt auch einen Teil einer Fläche einer korrespondierenden Metallplatte 13 ab. In anderen Worten: jede Isolierfolie 46 wird durch das korrespondierende zweite Formteil 378 versiegelt. Daher befindet sich kein Ende des zweiten Formteils 378 auf der Fläche der Isolierfolie 46. Selbst wenn sich ein erstes Formteil 78 und die zweiten Formteile 378 thermisch ausdehnen, konzentriert sich die durch die thermische Ausdehnung erzeugte Kraft nicht auf den Flächen der Isolierfolien 46. Dies macht es möglich, eine Beschädigung der Isolierfolien 46 zuverlässig zu verhindern. Darüber hinaus ist jedes zweite Formteil 378 mit dem ersten Formteil 48 und der korrespondierenden Metallplatte 13 in Kontakt, und macht es somit möglich, die Verbindungsfestigkeit zwischen dem ersten Formteil 48 und der Metallplatte 13 weiter zu verbessern.
  • Wie vorstehend angeführt ist, bestehen die zweiten Formteile 378 (Vergussharz) aus Epoxidharz, Polyimidharz oder dergleichen. Die zweiten Formteile 378 bestehen aus einem Material, dessen Längenausdehnungskoeffizient größer ist, als ein Längenausdehnungskoeffizient des ersten Formteils 48 und kleiner ist, als ein Längenausdehnungskoeffizient der Metallplatten 13. In einem Fall, bei dem das erste Formteil 48 beispielsweise aus Epoxidharz besteht, und die Metallplatten 13 aus Aluminium bestehen, bestehen die zweiten Formteile 378 aus Polyimidharz, dessen Längenausdehnungskoeffizient zwischen einem Längenausdehnungskoeffizient (14 ppm/K) von Epoxidharz und einem Längenausdehnungskoeffizient (23 ppm/K) von Aluminium liegt. Es sei angemerkt, dass die zweite Formteile 378 unter Verwendung einer größeren Menge von Vergussharz als im Halbleitermodul 210 ausgebildet werden können.
  • Jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde hinsichtlich eines Aufbaus beschrieben, bei dem die Kühler 3 (Metallplatten 13) mit beiden Flächen einer jeden Halbleitervorrichtung 5 verbunden sind. Die hier offenbarte Technologie kann jedoch auch bei einer Konfiguration Anwendung finden, bei welcher ein Kühler 3 über eine Isolierfolie 46 mit einer Fläche einer jeden Halbleitervorrichtung 5 verbunden ist. Hierbei ist wichtig, dass, im Falle des Halbleitermoduls 10, das erste Formteil bzw. die erste Formmasse 48 derart ausgestaltet ist, dass die Seitenfläche 48b des ersten Formteils 48 von einem Mittelpunkt des ersten Formteils 48 relativ zu einer zur Kontaktfläche 48a zwischen dem ersten Formteil 48 und der korrespondierenden Isolierfolie 46 senkrechten Richtung weg geneigt ist, und dass der Neigungswinkel θ1 der Seitenfläche 48b relativ zur senkrechten Richtung 3 Grad oder mehr und 17 Grad oder weniger ist. Im Fall der Halbleitermodule 210 oder 310 ist es ferner wichtig, dass der Neigungswinkel θ1 der Seitenfläche 48b des ersten Formteils 48 3 Grad oder mehr ist, und der Neigungswinkel θ der Fläche 78b (378b) des zweiten Formteils 78 relativ zu der zur Kontaktfläche 78a (378a) zwischen jedem Formteil 78 (378) und der korrespondierenden Isolierfolie 46 senkrechten Richtung 17 Grad oder weniger ist.
  • Nachfolgend werden einige technische Merkmale eines Halbleitermoduls, das hier offenbart ist, beschrieben. Es sei angemerkt, dass die nachfolgend beschriebenen Merkmale unabhängig voneinander technisch einsetzbar sind.
  • Ein Halbleitermodul kann eine Halbleitervorrichtung, eine Isolierfolie und einen Kühler aufweisen, und die Halbleitervorrichtung, die Isolierfolie und der Kühler können aufeinandergestapelt sein. Die Halbleitervorrichtung kann ein Halbleiterelement, eine Wärmetransferplatte, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und eine Harzformmasse aufweisen, welche das Halbleiterelement und die Wärmetransferplatte versiegelt. Die Harzformmasse kann eine Kontaktfläche aufweisen, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, sowie eine Seitenfläche, die von der Isolierfolie weg verläuft. Die Wärmetransferplatte kann an einem Teil der Kontaktfläche zwischen der Harzformmasse und der Isolierfolie freiliegen. Die Wärmetransferplatte kann elektrisch mit einer Elektrode des Halbleiterelements verbunden sein. Es sei angemerkt, dass die Wärmetransferplatte direkt mit der Elektrode des Halbleiterelements verbunden sein kann, oder indirekt mit der Elektrode des Halbleiterelements über eine andere Komponente verbunden werden kann. Die Halbleitervorrichtung kann an einem Teil einer Komponente angebracht sein, die den Kühler bildet, statt am Kühler als Endprodukt. Ein Bereich der Isolierfolie kann größer sein als ein Bereich der Kontaktfläche der Halbleitervorrichtung, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht. Ferner kann ein Bereich des Kühlers größer sein als eine Kontaktfläche der Isolierfolie, die mit dem Kühler in Kontakt steht.
  • Die Seitenfläche der Harzformmasse (d. h. eine Seitenfläche der Halbleitervorrichtung) kann kegelförmig sein. Die Seitenfläche der Harzformmasse kann von einem Mittelpunkt der Harzformmasse relativ zu einer zur Kontaktfläche zwischen der Harzformmasse und der Isolierfolie senkrechten Richtung weg geneigt sein. Ein Neigungswinkel der Seitenfläche der Harzformmasse relativ zur senkrechten Richtung kann 3 Grad oder mehr und 17 Grad oder weniger sein. In anderen Worten: ein Winkel zwischen der Fläche der Harzformmasse, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, und der Seitenfläche der Harzformmasse kann 93 Grad oder mehr und 107 Grad oder weniger sein.
  • Das Halbleitermodul kann ein Harzelement bzw. -teil umfassen, das mit der Seitenfläche der Harzformmasse und der Fläche der Isolierfolie in Kontakt steht. Das Harzteil kann entlang der Seitenfläche der Harzformmasse verlaufen. Alternativ kann das Harzteil an einem Teil der Seitenfläche der Harzformmasse vorgesehen sein. Das Harzteil kann eine Kontaktfläche umfassen, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, sowie eine Nicht-Kontaktfläche, die weder mit der Isolierfolie noch der Harzformmasse in Kontakt steht. Das Harzteil kann mit dem Kühler in Kontakt stehen. In diesem Fall kann das Harzteil die Isolierfolie außerhalb der Kontaktfläche zwischen der Harzformmasse und der Isolierfolie abdecken. Ein Längenausdehnungskoeffizient des Harzteils kann größer sein als ein Längenausdehnungskoeffizient der Harzformmasse und kleiner als ein Längenausdehnungskoeffizient des Kühlers.
  • Bei einem Halbleitermodul mit einem Harzteil kann, davon ausgehend, dass eine Kontaktfläche zwischen der Harzformmasse und einer Isolierfolie eine erste Kontaktfläche darstellt, und eine Kontaktfläche zwischen dem Harzteil und der Isolierfolie eine zweite Kontaktfläche darstellt, eine Seitenfläche der Harzformmasse von einem Mittelpunkt der Harzformmasse relativ zu einer zur ersten Kontaktfläche senkrechten Richtung weg geneigt sein, und ein Neigungswinkel der Seitenfläche der Harzformmasse relativ zur senkrechten Richtung kann 3 Grad oder mehr sein. Wenn ferner ein Neigungswinkel einer Fläche des Harzteils in einem Fall positiv ist, bei dem die Fläche vom Mittelpunkt der Harzformmasse relativ zu der zur zweiten Kontaktfläche senkrechten Richtung weg geneigt ist (d. h. wenn der Neigungswinkel der Fläche des Harzteils in einem Fall negativ ist, bei dem die Fläche in Richtung zum Mittelpunkt der Harzformmasse relativ zu der zur zweiten Kontaktfläche senkrechten Richtung hin geneigt ist), kann der Neigungswinkel der Fläche des Harzteils relativ zur senkrechten Richtung 17 Grad oder weniger sein. In anderen Worten: ein Winkel zwischen einer Fläche der Harzformmasse, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, und der Seitenfläche der Harzformmasse kann 93 Grad oder mehr sein, und ein Winkel zwischen einer Fläche des Harzteils, die mit der Isolierfolie in Kontakt steht, und einer Fläche des Harzteils, die weder mit der Isolierfolie noch der Harzformmasse in Kontakt steht, kann 107 Grad oder weniger sein.
  • Vorstehend wurden spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei diese Beispiele nur illustrativ sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der beigefügten Ansprüche zu beschränken. Die in den Ansprüchen beschriebene Technologie umfasst auch verschiedene Änderungen und Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Beispiele. Die in der vorliegenden Beschreibung oder den Zeichnungen beschriebenen technischen Elemente sind unabhängig voneinander oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einsetzbar. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zum Zeitpunkt der Einreichung der Ansprüche beschriebenen Kombinationen beschränkt. Darüber hinaus ist der Zweck der in der vorliegenden Anmeldung oder den Zeichnungen gezeigten Beispiele, verschiedene Aufgaben gleichzeitig zu lösen, und die Lösung jeder einzelnen dieser Aufgabe zeigt die technische Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung.
  • 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 2015-034141 [0001]
    • JP 2011-216564 A [0003, 0003]

Claims (6)

  1. Halbleitermodul (10, 210, 310), aufweisend eine Halbleitervorrichtung (5), eine Isolierfolie (46) und einen Kühler (3), wobei die Halbleitervorrichtung (5), die Isolierfolie (46) und der Kühler (3) aufeinandergestapelt sind, die Halbleitervorrichtung (5) ein Halbleiterelement (56), eine Wärmetransferplatte (40), die mit dem Halbleiterelement (56) verbunden ist, und eine Harzformmasse (48) aufweist, die das Halbleiterelement (56) und die Wärmetransferplatte (40) versiegelt, die Harzformmasse (40) eine Kontaktfläche (48a), die mit der Isolierfolie (46) in Kontakt steht, und eine Seitenfläche (48b) aufweist, die sich von der Isolierfolie (46) weg erstreckt, die Wärmetransferplatte (40) an einem Teil der Kontaktfläche (48a) freiliegt, die Seitenfläche (48b) der Harzformmasse (48) weg von einem Mittelpunkt der Harzformmasse (48) relativ zu einer zu der Kontaktfläche (48a) senkrechten Richtung (X) geneigt ist, und ein Neigungswinkel der Seitenfläche (48b) relativ zur senkrechten Richtung (X) 3 Grad oder mehr und 17 Grad oder weniger ist.
  2. Halbleitermodul (10, 210, 310) nach Anspruch 1, wobei ein Abstand von der Seitenfläche (48b) zu einer Mittellinie umso größer wird, je größer ein Abstand von der Seitenfläche (48b) zu der Kontaktfläche (48a) wird, wobei die Mittellinie durch den Mittelpunkt der Harzformmasse (48) geht und entlang der senkrechten Richtung (X) verläuft.
  3. Halbleitermodul (10, 210, 310) nach Anspruch 2, wobei die Isolierfolie (46) zwischen der Halbleitervorrichtung (5) und dem Kühler (3) angeordnet ist.
  4. Halbleitermodul (210, 310), aufweisend eine Halbleitervorrichtung (5), eine Isolierfolie (46), einen Kühler (3) und ein Harzteil (78), wobei die Halbleitervorrichtung (5), die Isolierfolie (46) und der Kühler (3) aufeinandergestapelt sind, die Halbleitervorrichtung (5) ein Halbleiterelement (56), eine Wärmetransferplatte (40), die mit dem Halbleiterelement (56) verbunden ist, und eine Harzformmasse (48) aufweist, die das Halbleiterelement (56) und die Wärmetransferplatte (40) versiegelt, die Harzformmasse (48) eine erste Kontaktfläche (48a), die mit der Isolierfolie (46) in Kontakt steht, und eine Seitenfläche (48b) aufweist, die sich von der Isolierfolie (46) weg erstreckt, die Wärmetransferplatte (40) an einem Teil der ersten Kontaktfläche (48a) freiliegt, die Seitenfläche (48b) der Harzformmasse (48) weg von einem Mittelpunkt der Harzformmasse (48) relativ zu einer zu der ersten Kontaktfläche (48a) senkrechten Richtung (X) geneigt ist, und ein erster Neigungswinkel der Seitenfläche (48b) relativ zur senkrechten Richtung (X) 3 Grad oder mehr ist, das Harzteil (78) mit der Seitenfläche (48b) und der Isolierfolie (46) in Kontakt steht, das Harzteil (78) eine zweite Kontaktfläche (78a), die mit der Isolierfolie (46) in Kontakt steht, und eine Nichtkontaktfläche (78b) aufweist, die weder mit der Isolierfolie (46) noch mit der Harzformmasse (48) in Kontakt steht, und wenn ein zweiter Neigungswinkel der Nichtkontaktfläche (78b) in einem Fall positiv ist, bei dem die Nichtkontaktfläche (78b) weg von dem Mittelpunkt der Harzformmasse (48) relativ zu einer zu der zweiten Kontaktfläche (78a) senkrechten Richtung geneigt ist, der zweite Neigungswinkel relativ zu der senkrechten Richtung (X) 17 Grad oder weniger ist.
  5. Halbleitermodul (310) nach Anspruch 4, wobei die Isolierfolie (46) größer als die erste Kontaktfläche (48a) ist, der Kühler (3) größer als die Isolierfolie (46) ist, und das Harzteil (78) mit der Harzformmasse (48), der Isolierfolie (46) und dem Kühler (3) in Kontakt steht.
  6. Halbleitermodul (310) nach Anspruch 5, wobei ein Längenausdehnungskoeffizient des Harzteils (78) größer ist als ein Längenausdehnungskoeffizient der Harzformmasse (48), und kleiner ist als ein Längenausdehnungskoeffizient des Kühlers (3).
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