DE102016208034A1

DE102016208034A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102016208034A1
Application number: DE102016208034.2A
Authority: DE
Inventors: Tadanori YAMADA
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2036-05-11
Also published as: US20160365298A1; US9711429B2; DE102016208034B4; CN106252294B; JP6515694B2; JP2017005170A; CN106252294A

Abstract

In einem Halbleiterbauelement 1 beinhaltet ein Isoliersubstrat 20, das in einem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 eines Harzgehäuses 10 untergebracht ist, eine Isolierplatte 21, eine erste Metallschicht 22, die auf der oberen Fläche der Isolierplatte 21 ausgebildet ist, eine zweite Metallschicht 23, die auf einem Außenumfangsrandabschnitt der oberen Fläche der Isolierplatte 21 ausgebildet ist und in Kontakt mit einem Höhenunterschiedsabschnitt 13 steht, und eine dritte Metallschicht 24, die auf der Unterfläche der Isolierplatte 21 ausgebildet ist und in Bezug auf die Höhe mit der Unterfläche des Harzgehäuses 10 ausgerichtet ist oder von der Unterfläche des Harzgehäuses 10 vorragt. Die erste Metallschicht 22 und die zweite Metallschicht 23 werden durch Ätzen von Kupferfolie, die auf der Isolierplatte 21 ausgebildet ist, ausgebildet, so dass diese Metallschichten dieselbe Dicke haben. Die Dicke der zweiten Metallschicht 23 kann verhältnismäßig frei gemäß der Unterbringungstiefe des Harzgehäuses 10 geändert werden. Somit kann das Halbleiterbauelement dünn gemacht werden.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die hierin erörterten Ausführungsformen betreffen ein Halbleiterbauelement.
2. Hintergrund des Standes der Technik
Bei einem Halbleiterbauelement, in dem ein Isoliersubstrat, über dessen obere Fläche ein Halbleiterelement angeordnet wird, in einem Öffnungsabschnitt eines Gehäuses untergebracht ist, ist ein Abstandshalter, bei dem es sich um ein elastisches Element handelt, das aus einem Harz auf Silikonbasis, einem Harz auf Epoxidbasis, einem Harz auf Urethanbasis oder dergleichen hergestellt ist, zwischen dem Isoliersubstrat und dem Öffnungsabschnitt angeordnet. Dadurch wird bei dem Halbleiterbauelement eine Wärmestrahlungsschicht (Metallschicht) auf der Unterfläche des Isoliersubstrats mit der Unterfläche des Gehäuses in Bezug auf die Höhe ausgerichtet wird. Des Weiteren wird bei dem Halbleiterbauelement Wärme durch eine Wärmestrahlungsrippe, die auf der Unterfläche des Gehäuses angeordnet ist, wirksam abgestrahlt (siehe beispielsweise japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-133769 ).
Gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-133769 wird beispielsweise ein kleiner Abstandshalter benötigt, um ein Halbleiterbauelement dünner zu machen.
Ein Abstandshalter, der beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-133769 offenbart ist, weist jedoch einen Durchmesser von mindestens 1 mm und eine Höhe von mindestens 0,5 mm auf und ist ein halbkugeliges elastisches Element mit einer bestimmten Größe. Es gibt Einschränkungen bei der Miniaturisierung eines derartigen elastischen Elements, das als ein Abstandshalter verwendet wird. Dementsprechend kann es schwierig sein, ein Halbleiterbauelement dünn zu machen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter den oben beschriebenen Hintergrundsumständen ersonnen. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein dünnes Halbleiterbauelement bereitzustellen.
Gemäß einem Gesichtspunkt wird ein Halbleiterbauelement bereitgestellt, das ein Gehäuse mit einem Unterbringungsöffnungsabschnitt in einer ersten Hauptebene, auf dessen Innenumfang ein Höhenunterschiedsabschnitt ausgebildet ist, ein Isoliersubstrat, das in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt untergebracht ist und eine Isolierplatte, eine erste Metallschicht, die auf einer zweiten Hauptebene der Isolierplatte ausgebildet ist, eine zweite Metallschicht, die auf einem Außenumfangsrandabschnitt der zweiten Hauptebene ausgebildet ist und die in Kontakt mit dem Höhenunterschiedsabschnitt steht, und eine dritte Metallschicht aufweist, die auf einer dritten Hauptebene der Isolierplatte ausgebildet ist und mit der ersten Hauptebene in Bezug auf die Höhe ausgerichtet ist oder von der ersten Hauptebene vorsteht, und ein Halbleiterelement, das über der ersten Metallschicht angeordnet ist, beinhaltet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Draufsicht eines Isoliersubstrats, das in das Halbleiterbauelement gemäß der ersten Ausführungsform eingebunden ist;
3 ist eine unvollständige Schnittansicht des Halbleiterbauelements gemäß der ersten Ausführungsform;
Die 4A und 4B sind unvollständige Schnittansichten eines Halbleiterbauelements, das als ein Referenzbeispiel genommen wird;
5 ist eine Draufsicht eines Isoliersubstrats, das in ein Halbleiterbauelement gemäß einer zweiten Ausführungsform eingebunden ist;
6 ist eine Draufsicht eines Isoliersubstrats, das in ein Halbleiterbauelement gemäß einer dritten Ausführungsform eingebunden ist; und
7 ist eine Draufsicht eines Isoliersubstrats, das in ein Halbleiterbauelement gemäß einer vierten Ausführungsform eingebunden ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es werden nun Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugsziffern sich im gesamten Text auf gleiche Elemente beziehen.
(Erste Ausführungsform)
Ein Halbleiterbauelement gemäß einer ersten Ausführungsform wird durch Verwendung von 1 beschrieben.
1 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausführungsform.
Ein Halbleiterbauelement 1 beinhaltet ein Harzgehäuse 10, ein Isoliersubstrat 20, das in dem Harzgehäuse 10 untergebracht ist, und ein Halbleiterelement 30, das über dem Isoliersubstrat 20 angeordnet ist.
Das Harzgehäuse 10 ist aus Harz hergestellt und beinhaltet einen rahmenförmigen Körperabschnitt 11, einen Höhenunterschiedsabschnitt 13 und eine Leiterplatine 14, die in den Körperabschnitt 11 eingebettet ist. Ein rechteckiger Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 ist in der Mitte der Unterfläche des Körperabschnitts 11 ausgebildet und ein rechteckiger Öffnungsabschnitt 15 ist in der Mitte einer oberen Fläche des Körperabschnitts 11 ausgebildet. Der Höhenunterschiedsabschnitt 13 ist entlang einem Innenumfang des Unterbringungsöffnungsabschnitts 12 ausgebildet.
Das Isoliersubstrat 20 beinhaltet eine Keramikplatte (Isolierplatte) 21, eine erste Metallschicht 22, die auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet ist, eine zweite Metallschicht 23, die auf dem Außenumfangsrandabschnitt der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet ist, und eine dritte Metallschicht 24, die auf der Unterfläche der Keramikplatte 21 ausgebildet ist.
Die Keramikplatte 21 ist aus einem Keramikmaterial hergestellt, wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid. Die Wärmeleitfähigkeit der Keramikplatte 21 ist 100 W/(m·k) und ihre Dicke beträgt etwa 630 μm. Um die Beständigkeit der Keramikplatte 21 gegen thermische Beanspruchungen sicherzustellen, benötigt die Keramikplatte 21 mindestens diese Dicke.
Die erste Metallschicht 22, die zweite Metallschicht 23 und die dritte Metallschicht 24 sind aus demselben Material hergestellt, wie Kupfer. Des Weiteren beträgt die Dicke der ersten Metallschicht 22, der zweiten Metallschicht 23 und der dritten Metallschicht 24 200 bis 400 μm und ist in der ersten Ausführungsform beispielsweise etwa 240 μm.
Das Halbleiterelement 30 ist ein Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT), ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), eine Freilaufdiode (FWD) oder dergleichen. Das Halbleiterelement 30 wird durch Verwendung von Lötzinn (nicht dargestellt) mit der ersten Metallschicht 22 des Isoliersubstrats 20 verbunden.
Bei dem Halbleiterbauelement 1 ist das Isoliersubstrat 20, über dem das Halbleiterelement 30 angeordnet ist, in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 untergebracht und eine Elektrode (nicht dargestellt) des Halbleiterelements 30 und die Leiterplatine 14 sind durch einen Draht 25 elektrisch verbunden. Des Weiteren sind bei dem Halbleiterbauelement 1 das Isoliersubstrat 20 und das Halbleiterelement 30 in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 durch ein Versiegelungsharz 26 versiegelt.
Es wird nun die Anordnung der zweiten Metallschicht 23 in dem Halbleiterbauelement 1 in Bezug auf das Isoliersubstrat 20 (die Keramikplatte 21) durch Verwendung von 2 beschrieben.
2 ist eine Draufsicht des Isoliersubstrats, das in das Halbleiterbauelement gemäß der ersten Ausführungsform eingebunden ist.
2 ist eine Draufsicht des Isoliersubstrats 20, in dem die erste Metallschicht 22 und die zweite Metallschicht 23 auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet sind. Das Halbleiterelement 30 ist jedoch nicht dargestellt. Des Weiteren ist die Position des Höhenunterschiedsabschnitts 13, der durch Unterbringen des Isoliersubstrats 20 in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 gebildet wird, durch eine Strichlinie angezeigt.
Wie in 2 dargestellt, sind drei erste Metallschichten 22 auf der Keramikplatte 21 des Isoliersubstrats 20 angeordnet. Jede zweite Metallschicht 23 ist auf einem Eckabschnitt des Außenumfangsrandabschnitts der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Wenn jede zweite Metallschicht 23 von oben betrachtet wird, hat sie des Weiteren die Form eines konvexen Kreisbogens (Fächers) in Bezug auf den Mittelabschnitt des Isoliersubstrats 20. Diese ersten Metallschichten 22 und diese zweite Metallschicht 23 werden auf dieselbe Weise durch beispielsweise Ätzen von Kupferfolie, die auf der Keramikplatte 21 ausgebildet ist, gebildet, damit sie dieselbe Dicke haben.
Da jede zweite Metallschicht 23, die auf diese Weise ausgebildet wird, die Form eines konvexen Kreisbogens (Fächers) in Bezug auf den Mittelabschnitt des Isoliersubstrats 20 hat, wird der Abstand von (einem Eckabschnitt) einer ersten Metallschicht 22 auf r oder mehr gehalten.
Es wird nun ein wichtiger Teil A, der in der Schnittansicht des Halbleiterbauelements 1 von 1 dargestellt ist, durch Verwendung von 3 beschrieben.
3 ist eine unvollständige Schnittansicht des Halbleiterbauelements gemäß der ersten Ausführungsform.
Der Höhenunterschiedsabschnitt 13, der in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 ausgebildet ist, beinhaltet eine Innenumfangsfläche 13a, die entlang einem Innenumfangsrand des Unterbringungsöffnungsabschnitts 12 ausgebildet ist, eine Auflagefläche 13b, die senkrecht zu der Innenumfangsfläche 13a ist und entlang dem Innenumfangsrand des Unterbringungsöffnungsabschnitts 12 ausgebildet ist, und eine Innenumfangsfläche 13c, die parallel zu der Innenumfangsfläche 13a ist und entlang einem Innenumfangsrand des Öffnungsabschnitts 15 ausgebildet ist, dessen Öffnung schmaler als eine Öffnung des Unterbringungsöffnungsabschnitts 12 ist. Wie in 3 dargestellt, steht bei dem Halbleiterbauelement 1 die obere Fläche der zweiten Metallschicht 23 des Isoliersubstrats 20 in Kontakt mit der Auflagefläche 13b des Höhenunterschiedsabschnitts 13 des Unterbringungsöffnungsabschnitts 12. Eine Seite der zweiten Metallschicht 23 des Isoliersubstrats 20 steht in Kontakt mit der Innenumfangsfläche 13a des Höhenunterschiedsabschnitts 13 des Unterbringungsöffnungsabschnitts 12. Die Strichlinie in 2, die die Position des Höhenunterschiedsabschnitts 13 anzeigt, entspricht der Innenumfangsfläche 13c. Das Isoliersubstrat 20 ist auf diese Weise in den Höhenunterschiedsabschnitt 13 des Unterbringungsöffnungsabschnitts 12 eingepasst.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Unterfläche der dritten Metallschicht 24 des Isoliersubstrats 20 in Bezug auf die Höhe mit der Unterfläche (ersten Hauptebene) des Harzgehäuses 10 ausgerichtet oder ragt von der Unterfläche (ersten Hauptebene) des Harzgehäuses 10 vor, je nach der Dicke der zweiten Metallschicht 23. In 3 wird angenommen, dass die Tiefe des Harzgehäuses 10 zum Unterbringen des Isoliersubstrats 20 (die Höhe der Innenumfangsfläche 13a (die Länge von der Unterfläche des Harzgehäuses 10 zu der Auflagefläche 13b)) beispielsweise etwa 1,1 mm ist. Des Weiteren wird angenommen, dass die Dicke des Isoliersubstrats 20 ungefähr gleich der bis mindestens die Gesamtdicke der Keramikplatte 21 (630 μm), der zweiten Metallschicht 23 (240 μm) und der dritten Metallschicht 24 (240 μm) ist, d. h. die Dicke des Isoliersubstrats 20 ist mindestens ungefähr 1,11 mm. 3 stellt einen Fall dar, in dem die Unterfläche der dritten Metallschicht 24 von der Unterfläche des Harzgehäuses 10 vorragt.
Wie beschrieben wurde, beinhaltet bei dem obigen Halbleiterbauelement 1 das Isoliersubstrat 20, das in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 untergebracht ist, die Isolierplatte 21, die ersten Metallschichten 22, die auf der oberen Fläche der Isolierplatte 21 ausgebildet sind, die zweiten Metallschichten 23, die auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Isolierplatte 21 ausgebildet sind und die in Kontakt mit dem Höhenunterschiedsabschnitt 13 stehen, und die dritte Metallschicht 24, die auf der Unterfläche der Isolierplatte 21 ausgebildet ist und die in Bezug auf die Höhe mit der Unterfläche des Harzgehäuses 10 ausgerichtet ist oder von der Unterfläche des Harzgehäuses 10 vorragt.
Wie oben angegeben, werden die zweiten Metallschichten 23 zusammen mit den ersten Metallschichten 22 durch Ätzen von Kupferfolie oder dergleichen, die auf der Keramikplatte 21 ausgebildet ist, ausgebildet, damit sie dieselbe Dicke wie die ersten Metallschichten 22 haben. Die Dicke der zweiten Metallschichten 23, die auf diese Weise ausgebildet werden, kann vergleichsweise frei gemäß der Unterbringungstiefe des Harzgehäuses 10 geändert werden. Infolgedessen wird das Halbleiterbauelement 1 dünn gemacht.
Des Weiteren wird bei dem Halbleiterbauelement 1 ein Raum zwischen den ersten Metallschichten 22, die auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet sind, und den zweiten Metallschichten 23, die auf den Eckabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet sind, durch Verwendung von Versiegelungsharz 26 versiegelt. Das heißt, das Versiegelungsharz 26 gelangt in Konkavitäten und Konvexitäten, die von den ersten Metallschichten 22 und den zweiten Metallschichten 23 gebildet werden, und härtet aus. Dadurch wird die Adhäsion des Versiegelungsharzes 26 an dem Harzgehäuse 10 und dem Isoliersubstrat 20 stärker (Verankerungseffekt). Folglich verbessert die Anordnung der zweiten Metallschichten 23 das Versiegelungsvermögen durch das Versiegelungsharz 26 und die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauelements 1 gegen eine externe Erschütterung oder dergleichen.
Darüber hinaus ist bei dem Halbleiterbauelement 1 jede zweite Metallschicht 23 an einem Eckabschnitt der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet. Wenn jede zweite Metallschicht 23 von oben betrachtet wird, hat sie die Form eines konvexen Kreisbogens (Fächers) in Bezug auf den Mittelabschnitt des Isoliersubstrats 20. Infolgedessen wird ein bestimmter Abstand zwischen der zweiten Metallschicht 23 und der ersten Metallschicht 22 sichergestellt. Dementsprechend wird die Isolierung zwischen den zweiten Metallschichten 23 und den ersten Metallschichten 22 aufrechterhalten. Konkret wird ein potentieller Unterschied, der zwischen einer ersten Metallschicht 22 und einer zweiten Metallschicht 23 erzeugt wird, aus einem potentiellen Unterschied, der zwischen der ersten Metallschicht 22 und der dritten Metallschicht 24 erzeugt wird, auf der Basis des Verhältnisses der Kapazitanz, die zwischen der zweiten Metallschicht 23 und der dritten Metallschicht 24 mittels der Keramikplatte 21 erzeugt wird, zu der Kapazitanz, die zwischen der ersten Metallschicht 22 und der zweiten Metallschicht 23 mittels des Versiegelungsharzes 26 erzeugt wird, berechnet. Ein Abstand von r oder mehr wird zwischen der zweiten Metallschicht 23 und der ersten Metallschicht 22 sichergestellt, so dass ein potentieller Unterschied zwischen der ersten Metallschicht 22 und der zweiten Metallschicht 23 die Durchschlagsfestigkeitsspannung des Versiegelungsharzes 26 überschritten wird.
Neben dem Halbleiterbauelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird nun ein Halbleiterbauelement, in dem ein anderes Substrat, über dem das Halbleiterelement 30 angeordnet ist, in dem Harzgehäuse 10 untergebracht ist, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird, als ein Referenzbeispiel durch Verwendung der 4A und 4B beschrieben.
Die 4A und 4B sind unvollständige Schnittansichten eines Halbleiterbauelements, das als ein Referenzbeispiel genommen wird.
4A stellt einen Fall dar, in dem ein Metall-Isoliersubstrat 40 in dem Harzgehäuse 10 untergebracht ist. 4B stellt einen Fall dar, in dem das Isoliersubstrat 20 mit Ausnahme der zweiten Metallschichten 23 in dem Harzgehäuse 10 untergebracht ist. Des Weiteren ist das Halbleiterelement 30 nicht in 4A oder 4B dargestellt.
In 4A ist das Metall-Isoliersubstrat 40 in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 untergebracht, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird.
Das Metall-Isoliersubstrat 40 beinhaltet ein stützendes Basismetall 41, das aus Aluminium oder dergleichen hergestellt ist, eine Isolierplatte 42, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist und auf dem stützenden Basismetall 41 ausgebildet ist, und eine Metallschicht 43, die auf der Isolierplatte 42 durch Verwendung von Kupferfolie oder dergleichen ausgebildet ist. Die Isolierplatte 42 des Metall-Isoliersubstrats 40 steht in Kontakt mit dem Höhenunterschiedsabschnitt 13 (der Auflagefläche 13b) des Harzgehäuses 10. Dies stellt eine Isolierung zwischen dem Harzgehäuse 10 und dem Metall-Isoliersubstrat 40 sicher.
Die Wärmeleitfähigkeit der Isolierplatte 42 beträgt etwa 10 W/(m·k) und ist ausreichend niedriger als die des Isoliersubstrats 20 (der Keramikplatte 21), das in der ersten Ausführungsform verwendet wird. Folglich wird die Isolierplatte 42 des Metall-Isoliersubstrats 40 dünner gemacht. Das heißt, die Dicke der Isolierplatte 42 ist auf etwa 100 μm eingestellt, um eine bestimmte Wärmeleitfähigkeit aufrechtzuerhalten.
Um die Festigkeit des Metall-Isoliersubstrats 40 sicherzustellen, wird die Dicke des stützenden Basismetalls 41 des Weiteren auf etwa 1 mm eingestellt. Wenn das Metall-Isoliersubstrat 40 in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 untergebracht ist, kann bewirkt werden, dass das Metall-Isoliersubstrat 40 von der Unterfläche des Harzgehäuses 10 um etwa 50 μm vorragt, um die Wärmebeständigkeit eines externen Kühlkörpers zu verringern und zu stabilisieren, der auf der Unterfläche des Harzgehäuses 10 und dem Metall-Isoliersubstrat 40 angeordnet ist. Die Tiefe des Harzgehäuses 10, die zum Unterbringen des Metall-Isoliersubstrats 40 erforderlich ist, ist ungefähr gleich mindestens der Gesamtdicke des stützenden Basismetalls 41 und der Isolierplatte 42 des Metall-Isoliersubstrats 40, d. h. die Tiefe des Harzgehäuses 10, die zum Unterbringen des Metall-Isoliersubstrats 40 erforderlich ist, beträgt mindestens ungefähr 1,1 mm.
Andererseits ist in der ersten Ausführungsform das Isoliersubstrat 20, das die ersten Metallschichten 22 und die zweiten Metallschichten 23 beinhaltet, in dem Harzgehäuse 10 untergebracht. Das Isoliersubstrat 20 beinhaltet die zweiten Metallschichten 23 (3). Infolgedessen kann das Harzgehäuse 10, das das Metall-Isoliersubstrat 40 unterbringt, verwendet werden. Des Weiteren wird die Unterfläche der dritten Metallschicht 24 des Isoliersubstrats 20 in Bezug auf die Höhe mit der Unterfläche des Harzgehäuses 10 ausgerichtet oder ragt von der Unterfläche des Harzgehäuses 10 vor. Folglich wird die Wärmebeständigkeit eines externen Kühlkörpers, der auf der Unterfläche des Harzgehäuses 10 und dem Isoliersubstrat 20 angeordnet ist, verringert und stabilisiert. Dies gilt genauso für 4A. Darüber hinaus beträgt die Wärmeleitfähigkeit der Keramikplatte 21 des Isoliersubstrats 20 100 W/(m·k) und ist höher als die der Isolierplatte 42 des Metall-Isoliersubstrats 40. Dementsprechend ist das Isoliersubstrat 20 dem Metall-Isoliersubstrat 40 in Bezug auf die Wärmestrahlungseigenschaft überlegen.
Des Weiteren stellt 4B einen Fall dar, in dem ein Isoliersubstrat 50, das keine zweite Metallschicht 23 beinhaltet und das eine erste Metallschicht 22 auf seiner oberen Fläche und eine dritte Metallschicht 24 auf seiner Unterfläche beinhaltet, in dem Harzgehäuse 10 untergebracht ist. In diesem Fall wird die Unterfläche der dritten Metallschicht 24 des Isoliersubstrats 50 nicht in Bezug auf die Höhe mit der Unterfläche des Harzgehäuses 10 ausgerichtet. Infolgedessen tritt ein Gesenk in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 auf, in dem das Isoliersubstrat 50 untergebracht wird. Wenn ein externer Kühlkörper auf der Unterfläche des Harzgehäuses 10 angeordnet ist, besteht ein Freiraum zwischen dem externen Kühlkörper und dem Isoliersubstrat 50 (der dritten Metallschicht 24). Dies führt zu einer Verschlechterung der Wärmestrahlungseigenschaft.
Um dies anzugehen, können die erste Metallschicht 22 und die dritte Metallschicht 24 dicker gemacht werden, so dass kein Freiraum zwischen dem externen Kühlkörper und dem Isoliersubstrat 50 zurückgelassen wird. In diesem Fall werden jedoch die Wärmeausdehnungsumfänge der ersten Metallschicht 22 und der dritten Metallschicht 24 größer. Infolgedessen wird eine größere Beanspruchung in einer Keramikplatte 21 erzeugt. Dies führt zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit. Wenn Kupferfolie, die auf der Keramikplatte 21 ausgebildet ist, geätzt wird, um die erste Metallschicht 22 und die dritte Metallschicht 24 zu bilden, nehmen des Weiteren die Ätzumfänge der ersten Metallschicht 22 und der dritten Metallschicht 24 in der horizontalen Richtung (in der Richtung der Ebene der Keramikplatte 21) im Verhältnis zu der Dicke der Kupferfolie zu. Infolgedessen wird die Lücke zwischen benachbarten ersten Metallschichten 22 breiter und die Fläche jeder ersten Metallschicht 22 wird kleiner. Dies gestaltet es schwierig, eine Fläche sicherzustellen, über die das Halbleiterelement 30 montiert wird. Darüber hinaus erhöht die Verwendung von dicker Kupferfolie einen Materialpreis und die Arbeitsstunden zum Durchführen eines Vorgangs, d. h. die Kosten.
Ein anderes Verfahren, um keinen Freiraum zwischen dem externen Kühlkörper und dem Isoliersubstrat 50 (der dritten Metallschicht 24) zurückzulassen, kann darin bestehen, die Keramikplatte 21 dicker zu machen. Wenn eine dicke Keramikplatte 21 verwendet wird, wird jedoch die Wärmeleitfähigkeit höher. Dies führt zu einer Verschlechterung der Wärmestrahlungseigenschaft.
Andererseits sind in der ersten Ausführungsform die zweiten Metallschichten 23 über den Eckabschnitten des Isoliersubstrats 20 (der Keramikplatte 21) ausgebildet. Infolgedessen wird die Unterfläche der dritten Metallschicht 24 des Isoliersubstrats 20 in Bezug auf die Höhe mit der Unterfläche des Harzgehäuses 10 ausgerichtet oder ragt von der Unterfläche des Harzgehäuses 10 vor. Wenn ein externer Kühlkörper auf der Unterfläche des Harzgehäuses 10 angeordnet wird, gibt es folglich keinen Freiraum zwischen dem Isoliersubstrat 20 (der dritten Metallschicht 24) und dem externen Kühlkörper. Dies minimiert das Risiko einer Verschlechterung der Wärmestrahlungseigenschaft. Im Gegensatz zu 4B ist bzw. sind des Weiteren die Keramikplatte 21, die ersten Metallschichten 22 oder die dritte Metallschicht 24, die in dem Isoliersubstrat 20 eingebunden sind, nicht dick. Dies verhindert zur Zeit des Bildens der ersten Metallschichten 22 durch Ätzen, dass der Abstand zwischen benachbarten ersten Metallschichten 22 breiter wird, und folglich wird eine Fläche, über der das Halbleiterelement 30 montiert wird, sichergestellt. Darüber hinaus verhindert dies das Ansteigen eines Materialpreises und der Arbeitsstunden zum Durchführen eines Vorgangs, d. h. der Kosten. Die Keramikplatte 21 ist nicht dick. Dies verhindert eine Verschlechterung der Wärmeleitungseigenschaft der Keramikplatte 21 und eine Verschlechterung der Wärmestrahlungseigenschaft des Isoliersubstrats 20.
(Zweite Ausführungsform)
In einer zweiten Ausführungsform wird ein Fall, in dem ein Isoliersubstrat 20 eine zweite Metallschicht beinhaltet, die sich von den zweiten Metallschichten 23 unterscheidet, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden, durch Verwendung von 5 beschrieben.
5 ist eine Draufsicht eines Isoliersubstrats, das in ein Halbleiterbauelement gemäß einer zweiten Ausführungsform eingebunden ist.
In der zweiten Ausführungsform sind erste Metallschichten 22 auf der oberen Fläche einer Keramikplatte 21 ausgebildet und eine dritte Metallschicht 24 (nicht dargestellt) ist auf der Unterfläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Dies gilt genauso für die erste Ausführungsform (2).
Des Weiteren, wie in 5 dargestellt, ist eine zweite Metallschicht 63 zusammen mit den ersten Metallschichten 22 auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Halbleiterelemente 30, die über den ersten Metallschichten 22 angeordnet sind, sind nicht dargestellt. Darüber hinaus ist die Position eines Höhenunterschiedsabschnitts 13, der durch Unterbringen des obigen Isoliersubstrats 20 in einem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 eines Harzgehäuses 10 (nicht dargestellt) gebildet wird, in 5 durch eine Strichlinie angezeigt.
Wie in 5 dargestellt, ist die zweite Metallschicht 63 in der zweiten Ausführungsform auf Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet. Des Weiteren wird der Abstand von einer ersten Metallschicht 22 zu der zweiten Metallschicht 63 bei r oder mehr gehalten.
Das Isoliersubstrat 20, das die zweite Metallschicht 63 beinhaltet, ist in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 untergebracht. Ein Raum zwischen den ersten Metallschichten 22, die auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet sind, und der zweiten Metallschicht 63, die auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet ist, wird durch Verwendung von Versiegelungsharz 26 versiegelt. Das heißt, das Versiegelungsharz 26 gelangt in Konkavitäten und Konvexitäten auf der Keramikplatte 21, die von den ersten Metallschichten 22 und der zweiten Metallschicht 63 gebildet werden, und härtet aus. Dadurch wird die Adhäsion des Versiegelungsharzes 26 an dem Harzgehäuse 10 und dem Isoliersubstrat 20 stärker. In diesem Fall wird die zweite Metallschicht 63 auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Folglich ist im Vergleich zu dem Fall der ersten Ausführungsform die Kontaktfläche mit dem Versiegelungsharz 26 groß. Infolgedessen ist im Vergleich zu dem Fall der ersten Ausführungsform das Versiegelungsvermögen durch das Versiegelungsharz 26 groß.
Da ein bestimmter Abstand zwischen der zweiten Metallschicht 63 und den ersten Metallschichten 22 sichergestellt wird, wird darüber hinaus eine Isolierung zwischen der zweiten Metallschicht 63 und den ersten Metallschichten 22 aufrechterhalten.
(Dritte Ausführungsform)
In einer dritten Ausführungsform wird ein Fall, in dem das Isoliersubstrat 20, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird, mehrere zweite Metallschichten in seinen Außenumfangsrandabschnitten beinhaltet, durch Verwendung von 6 beschrieben.
6 ist eine Draufsicht eines Isoliersubstrats, das in ein Halbleiterbauelement gemäß einer dritten Ausführungsform eingebunden ist.
In der dritten Ausführungsform sind erste Metallschichten 22 auf der oberen Fläche einer Keramikplatte 21 ausgebildet und eine dritte Metallschicht 24 (nicht dargestellt) ist auf der Unterfläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Dies gilt genauso für die erste Ausführungsform (2).
Des Weiteren, wie in 6 dargestellt, sind zweite Metallschichten 73 und 74 zusammen mit den ersten Metallschichten 22 auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Halbleiterelemente 30, die über den ersten Metallschichten 22 angeordnet sind, sind nicht dargestellt. Darüber hinaus ist die Position eines Höhenunterschiedsabschnitts 13, der durch Unterbringen des obigen Isoliersubstrats 20 in einem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 eines Harzgehäuses 10 gebildet wird, in 6 durch eine Strichlinie angezeigt.
Die zweiten Metallschichten 73 sind auf Eckabschnitten von Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet. Des Weiteren sind die zweiten Metallschichten 74 auf Seiten in Längsrichtung der Außenumfangsrandabschnitte der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet.
Wie in 6 dargestellt, wenn jede zweite Metallschicht 73 in der dritten Ausführungsform von oben betrachtet wird, hat sie die Form eines konkaven Kreisbogens in Bezug auf den Mittelabschnitt des Isoliersubstrats 20. Infolgedessen wird ein Abstand von r zwischen einer zweiten Metallschicht 73 und einem Eckabschnitt einer entsprechenden ersten Metallschicht 22 aufrechterhalten.
Darüber hinaus hat jede zweite Metallschicht 74 die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks und jede ihrer zwei Seiten, die gleich lang sind, hat die Form eines konkaven Kreisbogens in Bezug auf den Mittelabschnitt einer entsprechenden ersten Metallschicht 22. Darüber hinaus ist jede zweite Metallschicht 74 auf einer Seite in der Längsrichtung der Außenumfangsrandabschnitte der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet, so dass ihr Scheitelpunkt in demselben Abstand von Eckabschnitten von benachbarten ersten Metallschichten 22, die einander gegenüberliegen, sein wird. Zwei Seiten jeder zweiten Metallschicht 74, die gleich lang sind, haben die Form eines konkaven Kreisbogens in Bezug auf die Mittelabschnitte benachbarter erster Metallschichten 22.
Infolgedessen wird ein Abstand von r zwischen einer zweiten Metallschicht 74 und Eckabschnitten von benachbarten ersten Metallschichten 22, die einander gegenüberliegen, aufrechterhalten.
Das Isoliersubstrat 20, das die zweiten Metallschichten 73 und 74 beinhaltet, ist in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 untergebracht. Ein Raum zwischen den ersten Metallschichten 22, die auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet sind, und den zweiten Metallschichten 73 und 74, die auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet sind, wird durch Verwendung von Versiegelungsharz 26 versiegelt. Das heißt, das Versiegelungsharz 26 gelangt in Konkavitäten und Konvexitäten auf der Keramikplatte 21, die von den ersten Metallschichten 22 und den zweiten Metallschichten 73 und 74 gebildet werden, und härtet aus. Dadurch wird die Adhäsion des Versiegelungsharzes 26 an dem Harzgehäuse 10 und dem Isoliersubstrat 20 stärker. In diesem Fall werden neben den zweiten Metallschichten 73 die zweiten Metallschichten 74 auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Folglich ist im Vergleich zu der ersten Ausführungsform die Kontaktfläche mit dem Versiegelungsharz 26 groß. Infolgedessen ist im Vergleich zu dem Fall der ersten Ausführungsform das Versiegelungsvermögen durch das Versiegelungsharz 26 groß.
Da ein Abstand von r zwischen den zweiten Metallschichten 73 oder 74 und den ersten Metallschichten 22 sichergestellt wird, wird darüber hinaus eine Isolierung zwischen den zweiten Metallschichten 73 oder 74 und den ersten Metallschichten 22 aufrechterhalten.
(Vierte Ausführungsform)
In einer vierten Ausführungsform wird ein Fall, in dem das Isoliersubstrat 20, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird, mehrere zweite Metallschichten in seinen Außenumfangsrandabschnitten beinhaltet, durch Verwendung von 7 beschrieben.
7 ist eine Draufsicht eines Isoliersubstrats, das in ein Halbleiterbauelement gemäß einer vierten Ausführungsform eingebunden ist.
In der vierten Ausführungsform sind erste Metallschichten 22 auf der oberen Fläche einer Keramikplatte 21 ausgebildet und eine dritte Metallschicht 24 (nicht dargestellt) ist auf der Unterfläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Dies gilt genauso für die erste Ausführungsform (2).
Des Weiteren, wie in 7 dargestellt, sind zweite Metallschichten 73 und 75 zusammen mit den ersten Metallschichten 22 auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Halbleiterelemente 30, die über den ersten Metallschichten 22 angeordnet sind, sind nicht dargestellt. Darüber hinaus ist die Position eines Höhenunterschiedsabschnitts 13, der durch Unterbringen des obigen Isoliersubstrats 20 in einem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 eines Harzgehäuses 10 gebildet wird, in 7 durch eine Strichlinie angezeigt.
Die zweiten Metallschichten 73 sind auf Eckabschnitten von Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet. Des Weiteren sind die zweiten Metallschichten 75 auf Seiten in lateralen Richtung der Außenumfangsrandabschnitte der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet. Darüber hinaus sind Kerbenabschnitte 76 auf Seiten der ersten Metallschichten 22, die den zweiten Metallschichten 75 gegenüberliegen, ausgebildet. Die Kerbenabschnitte 76 der ersten Metallschichten 22 sind so ausgebildet, dass Flächen der ersten Metallschichten 22, über die die Halbleiterelemente 30 angeordnet werden, sichergestellt werden.
Wenn jede zweite Metallschicht 73 in der vierten Ausführungsform von oben betrachtet wird, hat sie die Form eines konkaven Kreisbogens in Bezug auf den Mittelabschnitt des Isoliersubstrats 20. Dies gilt genauso für die dritte Ausführungsform. Infolgedessen wird ein Abstand von r zwischen einer zweiten Metallschicht 73 und einem Eckabschnitt einer entsprechenden ersten Metallschicht 22 aufrechterhalten.
Darüber hinaus, wie in 7 dargestellt, hat jede zweite Metallschicht 75 die Form eines gleichschenkeligen Trapezes und ist auf dem mittleren Abschnitt einer Seite in der lateralen Richtung der Außenumfangsrandabschnitte der oberen Fläche der Keramikplatte 21 angeordnet. Darüber hinaus ist jede zweite Metallschicht 75 so angeordnet, dass sie dem Kerbenabschnitt 76 einer ersten Metallschicht 22 gegenüberliegen wird. Infolgedessen wird ein Abstand von r zwischen einer zweiten Metallschicht 75 und einer entsprechenden ersten Metallschicht 22 aufrechterhalten.
Das Isoliersubstrat 20, das die zweiten Metallschichten 73 und 75 beinhaltet, ist in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 untergebracht. Ein Raum zwischen den ersten Metallschichten 22, die auf der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet sind, und den zweiten Metallschichten 73 und 75, die auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet sind, wird durch Verwendung von Versiegelungsharz 26 versiegelt. Das heißt, das Versiegelungsharz 26 gelangt in Konkavitäten und Konvexitäten auf der Keramikplatte 21, die von den ersten Metallschichten 22 (und den Kerbenabschnitten 76 der ersten Metallschichten 22) und den zweiten Metallschichten 73 und 75 gebildet werden, und härtet aus. Dadurch wird die Adhäsion des Versiegelungsharzes 26 an dem Harzgehäuse 10 und dem Isoliersubstrat 20 stärker. In diesem Fall werden neben den zweiten Metallschichten 73 die zweiten Metallschichten 75 auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Folglich ist im Vergleich zu der ersten Ausführungsform die Kontaktfläche mit dem Versiegelungsharz 26 groß. Infolgedessen ist im Vergleich zu dem Fall der ersten Ausführungsform das Versiegelungsvermögen durch das Versiegelungsharz 26 groß.
Da ein Abstand von r zwischen den zweiten Metallschichten 73 oder 75 und den ersten Metallschichten 22 oder den Kerbenabschnitten 76 der ersten Metallschichten 22 sichergestellt wird, wird darüber hinaus eine Isolierung zwischen den zweiten Metallschichten 73 oder 75 und den ersten Metallschichten 22 aufrechterhalten.
Die zweiten Metallschichten 74 in der dritten Ausführungsform können auf der Keramikplatte 21 des Isoliersubstrats 20, das in 7 dargestellt ist, angeordnet werden. In diesem Fall ist das Isoliersubstrat 20 in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt 12 des Harzgehäuses 10 untergebracht. Ein Raum zwischen den ersten Metallschichten 22 und den zweiten Metallschichten 73, 74 und 75, die auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet sind, wird durch Verwendung von Versiegelungsharz 26 versiegelt. In diesem Fall werden im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform die zweiten Metallschichten 74 und 75 neben den zweiten Metallschichten 73 auf den Außenumfangsrandabschnitten der oberen Fläche der Keramikplatte 21 ausgebildet. Dementsprechend ist im Vergleich zu dem Fall der ersten Ausführungsform das Versiegelungsvermögen durch das Versiegelungsharz 26 groß.
Da ein Abstand von r zwischen den zweiten Metallschichten 73, 74 oder 75 und den ersten Metallschichten 22 oder den Kerbenabschnitten 76 der ersten Metallschichten 22 sichergestellt wird, wird darüber hinaus eine Isolierung zwischen den zweiten Metallschichten 73, 74 oder 75 und den ersten Metallschichten 22 aufrechterhalten.
Gemäß der offenbarten Technik wird ein dünnes Halbleiterbauelement bereitgestellt.
Merkmale, Komponenten und spezifische Details der Strukturen der oben beschriebenen Ausführungsformen können ausgetauscht oder kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die für die jeweilige Anwendung optimiert sind. Insofern diese Modifizierungen einem Fachmann leicht offensichtlich sind, sollen sie implizit durch die obige Beschreibung offenbart werden, ohne jede mögliche Kombination explizit zu spezifizieren, der Kürze der vorliegenden Beschreibung halber.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000-133769 [0002, 0003, 0004]

Claims

Halbleiterbauelement (1), das Folgendes umfasst: ein Gehäuse (10), das in einer ersten Hauptebene des Gehäuses (10) einen Unterbringungsöffnungsabschnitt (12) aufweist, auf dessen Innenumfang ein Höhenunterschiedsabschnitt (13) ausgebildet ist; ein Isoliersubstrat (20), das in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt (12) untergebracht ist und eine Isolierplatte (21), eine erste Metallschicht (22), eine zweite Metallschicht (23; 63; 73, 74; 75) und eine dritte Metallschicht (24) beinhaltet, wobei die erste Metallschicht (22) auf einer zweiten Hauptebene der Isolierplatte (21) ausgebildet ist, wobei eine zweite Metallschicht (23) auf einem Außenumfangsrandabschnitt der zweiten Hauptebene ausgebildet ist und in Kontakt mit dem Höhenunterschiedsabschnitt (13) steht, wobei die dritte Metallschicht (24) auf einer dritten Hauptebene der Isolierplatte (21) ausgebildet ist und in Bezug auf die Höhe mit der ersten Hauptebene ausgerichtet ist oder von der ersten Hauptebene vorragt; und ein Halbleiterelement (30), das über der ersten Metallschicht (22) angeordnet ist.
Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, das weiterhin Versiegelungsharz (26) umfasst, das das Isoliersubstrat (20) und das Halbleiterelement (30) in dem Unterbringungsöffnungsabschnitt (12) versiegelt.
Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Isolierplatte (21) eine Keramikplatte ist.
Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die erste Metallschicht (22) rechteckig ist, wenn sie von oben betrachtet wird; und die zweite Metallschicht (23; 63; 73, 74) auf der Isolierplatte (21) in einem bestimmten Abstand oder mehr von der ersten Metallschicht (22) angeordnet ist.
Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 4, wobei die zweite Metallschicht (23; 73) auf jedem Eckabschnitt der zweiten Hauptebene ausgebildet ist.
Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 5, wobei: die zweite Metallschicht (23; 73) eine Form eines Kreisbogens hat, wenn sie von oben betrachtet wird; und die zweite Metallschicht (23; 73) sich in dem Abstand oder mehr von einem Eckabschnitt der ersten Metallschicht (22) in Nähe dazu befindet.
Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 6, wobei die zweite Metallschicht (23; 73) eine Form eines konvexen oder konkaven Kreisbogens in Bezug auf eine Mitte des Isoliersubstrats (20) hat, wenn sie von oben betrachtet wird.
Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 4, wobei die zweite Metallschicht (23; 63; 73, 74) auf einem Außenumfangsrandabschnitt der Isolierplatte (21) ausgebildet ist.
Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 4, wobei: die zweite Metallschicht (74) eine Form eines gleichschenkeligen Dreiecks hat und die zweite Metallschicht (74) auf einer Seite der Isolierplatte angeordnet ist, so dass jede von zwei Seiten der zweiten Metallschicht (74), die gleich lang sind, eine Form eines konkaven Kreisbogens in Bezug auf eine Mitte der ersten Metallschicht (22) in Nähe dazu hat und so dass ein Scheitelpunkt der zweiten Metallschicht (74) sich in einem gleichen Abstand von Eckabschnitten von benachbarten ersten Metallschichten (22), die einander gegenüberliegen, befindet; oder wobei: die zweite Metallschicht (75) auf einer Seite der Isolierplatte (21) der ersten Metallschicht (22) gegenüberliegend angeordnet ist; ein Kerbenabschnitt (76) in der ersten Metallschicht (22) auf einer Seite ausgebildet wird, die der zweiten Metallschicht (75) gegenüberliegt; und die erste Metallschicht (22) sich in einem Abstand (r) oder mehr von der zweiten Metallschicht (75) befindet.
Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Metallschicht (22) und die zweite Metallschicht (23) aus demselben Material hergestellt sind oder wobei die erste Metallschicht (22) und die zweite Metallschicht (23; 63; 73, 74; 75) sich auf derselben Höhe befinden.