DE102018126311A1 - Leistungshalbleitermodul - Google Patents

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    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Abstract

Wenn „a“ der Abstand zwischen einem Endabschnitt eines Hartlots und einer nach unten verlängerten Linie einer Seitenfläche eines isolierenden Substrats ist und „b“ der Abstand zwischen einem Endabschnitt eines Lötresists seitlich des Lots und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats ist, wird die Lagebeziehung a < b erfüllt. Die Position des Endabschnitts des Lots wird durch das Lötresist geregelt, und die Position des Endabschnitts des Hartlots auf Seiten der Seitenfläche des isolierenden Substrats liegt näher an der Seitenfläche des isolierenden Substrats als an der Position des Endabschnitts des Lots auf Seiten der Seitenfläche des isolierenden Substrats. Selbst wenn zwischen dem Hartlot und dem Lot ein Hohlraum auftritt, sind die Potenziale des Hartlots und des Lots daher beide ein Erdpotenzial, wodurch das Auftreten einer Koronaentladung unterdrückt werden kann.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, das Koronaentladungen unterdrückt, um die Isolationszuverlässigkeit zu verbessern.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Ein Stromwandler (Wandler, Wechselrichter), der mit einem Leistungshalbleitermodul ausgestattet ist, wird auf verschiedenen Gebieten wie Eisenbahn, Automobil, Industrie, Elektroenergie und soziale Infrastruktur eingesetzt. Ein Leistungshalbleitermodul, das für eine Hochspannung vorgesehen ist, erfordert eine hohe Isolationszuverlässigkeit.
  • Der Außenumfangsteil des Leistungshalbleitermoduls ist durch die Kriechfläche von Luft und einen Isolator isoliert, wobei ein Raumabstand und ein Kriechweg durch eine Norm (zum Beispiel IEC 60664) so definiert sind, dass in einer bestimmten Umgebung kein Kurzschluss oder keine Entladung verursacht wird.
  • Die Vergrößerung des Raumabstands und des Kriechwegs erschwert die Sicherung der Isolationseigenschaften in einem Modul, in dem ein Leistungshalbleiterchip, ein isolierendes Substrat und ein Bonddraht usw. in hoher Dichte montiert sind, wobei interne Montageelemente mit einem Isolierharz abgedichtet sind, um die Isolation zwischen den Elementen zu gewährleisten.
  • Als isolierendes Harzmaterial zur Abdichtung des Inneren des Moduls wird zum Beispiel in einem Leistungshalbleitermodul hoher Kapazität mit einem Nennstrom von 100 Ampere oder mehr allgemein ein weiches Harz wie ein Silikon-Gel verwendet.
  • Im Leistungshalbleitermodul sind ein Lot, eine Rückseitenelektrode, ein Hartlot, ein isolierendes Substrat und ein Halbleiterchip aufeinanderfolgend auf eine Metallbasis montiert und in einem Isoliergehäuse angeordnet. Das Isoliergehäuse ist mit einem Isolierharz gefüllt, das die Isolation zwischen den Elementen gewährleistet.
  • Hierbei ist ein Bereich zwischen dem isolierenden Substrat und der Metallbasis schmal, doch das Lot neigt dazu, die Oberfläche der Metallbasis zu benetzen und sich auszubreiten. Es tritt ein Lotfluss auf, der bewirken kann, dass zwischen dem isolierenden Substrat und dem Lot ein schmaler Hohlraum entsteht. Der Bereich zwischen dem isolierenden Substrat und der Metallbasis ist schmal, doch der Bereich zwischen dem isolierenden Substrat und dem Lot ist noch schmaler.
  • Aus diesem Grund wird der Bereich zwischen dem isolierenden Substrat und dem Lot nicht mit Isolierharz gefüllt, was die Bildung eines Hohlraums zu Folge haben kann. Im Hohlraum kann eine Koronaentladung auftreten.
  • Deshalb wird bei der in JP 2008-207207 A beschriebenen Technik die Oberseite einer Metallbasis mit einem Laser bestrahlt, um eine Metalloxidschicht zu bilden und dadurch den Lotfluss zu unterdrücken.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei der in JP 2008-207207 A beschriebenen Technik wird die Metalloxidschicht jedoch unter Berücksichtigung der Schwankung der Montagepositionsgenauigkeit (der Positionsgenauigkeit in der Richtung parallel zur Oberfläche des isolierenden Substrats) des isolierenden Substrats auf der Metallbasis an einer Position gebildet, die um eine vorbestimmte Entfernung von einer Position getrennt ist, die einem Montagebereich des isolierenden Substrats entspricht. Aus diesem Grund tritt bis zur Metalloxidschicht ein erheblicher Lotfluss auf, wodurch ein Bereich entsteht, der zwischen dem isolierenden Substrat und dem Lot eine schmale Weite hat, und in diesem Bereich mit schmaler Weite ein Hohlraum gebildet wird, der nicht mit dem Isolierharz gefüllt ist. In diesem Hohlraum kann nachteiligerweise eine Koronaentladung auftreten.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Anbetracht der oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik ersonnen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Leistungshalbleitermoduls, das in der Lage ist, das Auftreten einer Koronaentladung zu unterdrücken, selbst wenn unter einem isolierenden Substrat ein Hohlraum gebildet wird, und das eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist.
  • Um die obige Aufgabe zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung wie folgt konfiguriert.
  • Ein Leistungshalbleitermodul umfasst: ein isolierendes Substrat; eine Vorderseitenelektrode und eine Rückseitenelektrode, die jeweils durch ein zwischen der Vorderseitenelektrode und dem isolierenden Substrat angeordnetes vorderseitiges Hartlot und ein zwischen der Rückseitenelektrode und dem isolierenden Substrat angeordnetes rückseitiges Hartlot an einer Vorderseite und einer Rückseite des isolierenden Substrats befestigt sind; einen Leistungshalbleiterchip, der durch ein zwischen dem Leistungshalbleiterchip und der Vorderseitenelektrode angeordnetes vorderseitiges Lot mit der Vorderseitenelektrode verbunden ist; ein rückseitiges Lot, das auf einer Seite der Rückseitenelektrode gebildet ist, die dem isolierenden Substrat entgegengesetzt ist; eine Metallbasis, auf der das rückseitige Lot angeordnet ist, um die Rückseitenelektrode mit dem zwischen der Metallbasis und der Rückseitenelektrode angeordneten rückseitigen Lot zu befestigen; einen Lot-Fließwiderstand, der auf einer Fläche gebildet ist, auf welcher das rückseitige Lot der Metallbasis angeordnet ist; ein Isoliergehäuse, das mindestens das isolierende Substrat, die Vorderseitenelektrode, die Rückseitenelektrode, den Leistungshalbleiterchip und die Metallbasis aufnimmt; und ein Isolierharz, das in das Isoliergehäuse gefüllt ist. Das isolierende Substrat, das vorderseitige Lot, die Vorderseitenelektrode, das rückseitige Hartlot, die Rückseitenelektrode und das rückseitige Lot sind in einer vertikalen Richtung gestapelt, und eine Differenz zwischen einer seitlichen Position eines Endabschnitts des rückseitigen Hartlots und einer seitlichen Position eines Endabschnitts des isolierenden Substrats ist kleiner als eine Differenz zwischen einer Position eines Endabschnitts des Lot-Fließwiderstands, der einem Endabschnitt des rückseitigen Lots seitlich gegenübersteht, und der seitlichen Position des Endabschnitts des isolierenden Substrats.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung eines Leistungshalbleitermoduls, das in der Lage ist, das Auftreten einer Koronaentladung zu unterdrücken, selbst wenn der Hohlraum unter dem isolierenden Substrat auftritt, und das eine erhöhte Isolierzuverlässigkeit aufweist.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
    • 2 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
    • 3 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 3 darstellt;
    • 4 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 4 darstellt;
    • 5 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 5 darstellt;
    • 6 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 6 darstellt;
    • 7 stellt ein Leistungshalbleitermodul gemäß Ausführungsform 7 dar;
    • 8 ist ein Diagramm, das den schematischen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls darstellt, auf welches die vorliegende Erfindung angewandt wurde; und
    • 9 ist ein Diagramm, das zum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung das Konfigurationsbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls darstellt, wenn die vorliegende Erfindung nicht angewandt wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird ein Leistungshalbleitermodul der vorliegenden Erfindung anhand der dargestellten Ausführungsformen beschrieben. In jeder der Ausführungsformen werden für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • [Ausführungsformen]
  • [Ausführungsform 1]
  • 1 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 darstellt.
  • Bevor auf Ausführungsform 1 eingegangen wird, wird ein Leistungshalbleitermodul beschrieben, auf welches die vorliegende Erfindung angewandt wurde.
  • 8 ist ein Diagramm, das den schematischen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls darstellt, auf welches die vorliegende Erfindung angewandt wurde. In 8 umfasst das Leistungshalbleitermodul einen Leistungshalbleiterchip 1 wie z.B. einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einen Metalloxidhalbleiter (MOS), ein isolierendes Substrat 2, eine Metallbasis 3, einen Bonddraht 4, ein Isoliergehäuse 5 und ein Silikon-Gel 6 als isolierendes Vergussmaterial, usw.
  • Eine Vorderseitenelektrode 7-1 ist durch ein Hartlot 8-1 mit einer Seite des isolierenden Substrats 2 verbunden, und eine Rückseitenelektrode 7-2 ist durch ein Hartlot 8-2 mit der anderen Seite des isolierenden Substrats 2 verbunden. Der Leistungshalbleiterchip 1 ist durch ein Lot 9-1 mit der Vorderseitenelektrode 7-1 verbunden, und die Rückseitenelektrode 7-2 ist durch ein Lot 9-2 mit der Metallbasis 3 verbunden. Das Isoliergehäuse 5 ist durch einen Klebstoff mit dem Umfang der Metallbasis 3 verbunden, und das Silikon-Gel 6 ist im Isoliergehäuse 5 eingekapselt.
  • Als nächstes wird Ausführungsform 1 Bezug nehmend auf 1 beschrieben.
  • In 1 umfasst ein Leistungshalbleitermodul 300 von Ausführungsform 1 einen Leistungshalbleiterchip 1, ein isolierendes Substrat 2, eine Metallbasis 3, einen Bonddraht 4, ein Isoliergehäuse 5, ein Silikon-Gel 6 als isolierendes Vergussmaterial, und ein Lötresist 11. Eine Vorderseitenelektrode 7-1 ist durch ein vorderseitiges Hartlot 8-1 mit einer Oberseite des isolierenden Substrats 2 verbunden, und eine Rückseitenelektrode 7-2 ist durch ein rückseitiges Hartlot 8-2 mit der Unterseite (der anderen Seite) des isolierenden Substrats 2 verbunden. Der Leistungshalbleiterchip 1 ist durch ein vorderseitiges Lot 9-1 mit der Vorderseitenelektrode 7-1 verbunden, und die Metallbasis 3 ist durch ein Lot 9-2, das zwischen der Rückseitenelektrode 7-2 und der Metallbasis 3 angeordnet ist, mit der Seite der Rückseitenelektrode 7-2 verbunden, die dem isolierenden Substrat 2 entgegengesetzt ist.
  • Der Leistungshalbleiterchip 1 und die Vorderseitenelektrode 7-1 des isolierenden Substrats 2 sind durch den Bonddraht 4 verbunden, und das Isoliergehäuse 5 ist durch einen Klebstoff (nicht dargestellt) mit dem Umfang der Metallbasis 3 verbunden. Das Silikon-Gel 6 ist im Isoliergehäuse 5 eingekapselt. Das Isoliergehäuse 5 nimmt mindestens das isolierende Substrat 2, die Vorderseitenelektrode 7-1, die Rückseitenelektrode 7-2, den Leistungshalbleiterchip 1 und die Metallbasis 3 auf.
  • Das Lötresist 11 ist auf der Oberseite der Metallbasis 3 entlang des Außenumfangs eines Montagebereichs des isolierenden Substrats gebildet. Hier sind die Potenziale des Hartlots 8-2 und des Lots 9-2 beide ein GND-Potenzial (Erdpotenzial).
  • Ein Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 zum Verbinden des isolierenden Substrats 2 mit der Rückseitenelektrode 7-2 des isolierenden Substrats springt in Bezug auf einen Endabschnitt 11e des Lötresists 11 seitlich des rückseitigen Lots 9-2 (der auch der Endabschnitt des Lots 9-2 ist) in Richtung einer Seitenfläche 2e des isolierenden Substrats 2 (Richtung parallel zur Vorderseite (Rückseite) des isolierenden Substrats 2) vor.
  • Das heißt, wenn „a“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche 2e des isolierenden Substrats 2 ist und „b“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 11e des Lötresists 11 seitlich des Lots 9-2 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist, wird die Lagebeziehung (a < b) erfüllt.
  • Mit anderen Worten, das isolierende Substrat 2, das Hartlot 8-2, die Rückseitenelektrode 7-2 und das Lot 9-2 sind in 1 in einer vertikalen Richtung gestapelt, und die Differenz a zwischen der seitlichen Position des Endabschnitts 8-2e des Hartlots 8-2 und der seitlichen Position des Endabschnitts (Seitenfläche 2e) des isolierenden Substrats 2 ist kleiner als die Differenz b zwischen der seitlichen Position des Endabschnitts 11e des Lots 9-2 und der seitlichen Position des Endabschnitts (Seitenfläche 2e) des isolierenden Substrats 2 (die Differenz a zwischen der seitlichen Position des Endabschnitts des rückseitigen Hartlots 8-2 und der seitlichen Position des Endabschnitts des isolierenden Substrats 2 ist kleiner als die Differenz b zwischen der seitlichen Position des Endabschnitts des Lötresists 11 als „Lot-Fließwiderstand“, der einem Endabschnitt des rückseitigen Lots 7-2 seitlich gegenübersteht, und der seitlichen Position des Endabschnitts des isolierenden Substrats 2).
  • Wenn das Lot 9-2 zum Verbinden der Rückseitenelektrode 7-2 des isolierenden Substrats 2 mit der Metallbasis 3 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 (links in 1) fließt und eine Stelle erreicht, an der das Lötresist 11 gebildet ist, wird der Fluss des Lots 9-2 unterdrückt. Der Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 springt in Bezug auf den Endabschnitt 11e des Lötresists 11 seitlich des Lots 9-2 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 vor, wobei der Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 auch in Bezug auf den Endabschnitt des Lots 9-2 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 vorspringt.
  • Der Bereich zwischen dem Lot 9-2 und dem isolierenden Substrat 2 hat eine schmale vertikale Weite, weshalb im Bereich zwischen dem Lot 9-2 und dem isolierenden Substrat 2 in der vertikalen Richtung ein Hohlraum 10 gebildet werden kann.
  • In der vorliegenden Erfindung sind der obere und der untere Teil des Hohlraums 10 dazu konfiguriert, zwischen dem Lot 9-2 und dem Hartlot 8-2 zu liegen, die das gleiche GND-Potenzial haben. Daher liegt am Hohlraum 10 keine Spannung an. Deshalb kann an dieser Stelle eine Koronaentladung unterdrückt werden, selbst wenn der Hohlraum 10 gebildet wird.
  • Wenn der Endabschnitt 11e des Lötresists 11 seitlich des Lots 9-2 in Bezug auf den Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 auf Seiten der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 vorspringt (a > b), kann im Gegensatz zu Ausführungsform 1 zwischen dem isolierenden Substrat 2 und dem Lot 9-2 ein Hohlraum auftreten, ohne dass das Hartlot 8-2 dazwischen angeordnet ist, was zu einer Koronaentladung im Hohlraum führen kann.
  • Die in 1 dargestellte Lagebeziehung zwischen dem Hartlot 8-2 und dem Lötresist 11 ist im Herstellungsprozess des Leistungshalbleitermoduls 300 einstellbar.
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß Ausführungsform 1 die Position des Endabschnitts des Lots 9-2 durch das Lötresist 11 geregelt, und der Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 auf Seiten der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 liegt näher an der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 als der Endabschnitt des Lots 9-2 auf Seiten der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2.
  • Selbst, wenn zwischen dem Hartlot 8-2 und dem Lot 9-2 ein Hohlraum auftritt, sind die Potenziale des Hartlots 8-2 und des Lots 9-2 daher beide ein Erdpotenzial, wodurch das Auftreten einer Koronaentladung unterdrückt werden kann.
  • Das heißt, es kann ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt werden, das in der Lage ist, das Auftreten einer Koronaentladung zu unterdrücken, selbst wenn der Hohlraum unter dem isolierenden Substrat auftritt, und das eine erhöhte Isolierzuverlässigkeit aufweist.
  • [Ausführungsform 2]
  • Als nächstes wird Ausführungsform 2 beschrieben.
  • 2 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls 400 von Ausführungsform 2 darstellt.
  • In 2 ist im Leistungshalbleitermodul 400 von Ausführungsform 2 im Vergleich zum Leistungshalbleitermodul 300 von Ausführungsform 1 ein Abschnitt, der den Lotfluss eines Lots 9-2 zur Verbindung einer Rückseitenelektrode 7-2 eines isolierenden Substrats mit einer Metallbasis 3 unterdrückt, nicht das Lötresist 11 von Ausführungsform 1, sondern eine Metalloxidschicht 12. Die anderen Konfigurationen in Ausführungsform 2 entsprechen im Wesentlichen denen von Ausführungsform 1.
  • Die Metalloxidschicht 12 ist auf der Oberseite der Metallbasis 3 gebildet und schließt den Außenumfangsbereich der verlängerten Linie der Seitenfläche eines isolierenden Substrats 2 ein. Als Grundmaterial der Metallbasis 3 wird AlSiC der Cu verwendet, und um die Lotbenetzbarkeit zu verbessern, ist das Grundmaterial der Metallbasis 3 zum Beispiel mit Ni und dergleichen plattiert. Ein Plattierungsmaterial wird zum Beispiel mit einem Laserstrahl bestrahlt, um das Plattierungsmaterial zu oxidieren, wodurch die Metalloxidschicht 12 gebildet wird.
  • Wie oben beschrieben, verbindet das Lot 9-2 die Rückseitenelektrode 7-2 des isolierenden Substrats 2 mit der Metallbasis 3. Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 400 fließt das Lot 9-2 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 und erreicht eine Stelle, an welcher die Metalloxidschicht 12 gebildet ist, weshalb der Fluss des Lots 9-2 unterdrückt wird.
  • Ein Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 springt in Bezug auf einen Endabschnitt 12e der Metalloxidschicht 12 seitlich des rückseitigen Lots 9-2 in Richtung der Seitenfläche 2e des isolierenden Substrats 2 (Richtung parallel zur Vorderseite (Rückseite) des isolierenden Substrats 2) vor.
  • Das heißt, wenn „a“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist und „b“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 12e der Metalloxidschicht 12 seitlich des Lots 9-2 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist, wird wie in Ausführungsform 1 die Lagebeziehung (a < b) erfüllt.
  • In einem Bereich zwischen dem Lot 9-2 und dem isolierenden Substrat 2 kann in einer vertikalen Richtung ein Hohlraum 10 entstehen. In Ausführungsform 2 sind der obere und der untere Teil des Hohlraums 10 wie in Ausführungsform 1 zwischen dem Lotmaterial 8-2 und dem Lot 9-2 angeordnet, die das gleiche GND-Potenzial aufweisen, weshalb keine Spannung an den Hohlraum 10 angelegt wird. Deshalb kann an dieser Stelle eine Koronaentladung unterdrückt werden, selbst wenn der Hohlraum 10 gebildet wird.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß Ausführungsform 2 die gleiche Wirkung erreicht werden wie in Ausführungsform 1, und die Metalloxidschicht 12 wird unter Verwendung des Laserstrahls gebildet, wodurch eine Wirkung erhalten wird, dass die Positionsgenauigkeit der Metalloxidschicht 12 erhöht wird.
  • [Ausführungsform 3]
  • Als nächstes wird Ausführungsform 3 beschrieben.
  • 3 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls 500 von Ausführungsform 3 darstellt.
  • In 3 ist im Leistungshalbleitermodul 500 von Ausführungsform 3 im Vergleich zum Leistungshalbleitermodul 300 von Ausführungsform 1 ein Abschnitt, der den Lotfluss eines Lots 9-2 zur Verbindung einer Rückseitenelektrode 7-2 eines isolierenden Substrats mit einer Metallbasis 3 unterdrückt, nicht das Lötresist 11 von Ausführungsform 1, sondern ein unplattierter Abschnitt 13. Die anderen Konfigurationen in Ausführungsform 3 entsprechen im Wesentlichen denen von Ausführungsform 1.
  • Wie oben beschrieben, wird AlSiC oder Cu als Grundmaterial der Metallbasis 3 verwendet, und um die Lotbenetzbarkeit zu verbessern, ist das Grundmaterial der Metallbasis 3 mit Ni und dergleichen plattiert. Der unplattierte Abschnitt 13 ist auf der Oberseite der Metallbasis 3 gebildet und schließt den Außenumfangsbereich der verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ein. Die Vorderseite des Metallbasis 3 ist plattiert und wird dann einer Behandlung zur Entfernung der Plattierung unterzogen, um den unplattierten Abschnitt 13 zu bilden.
  • Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 500 fließt das Lot 9-2 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2, wobei der unplattierte Abschnitt 13 eine schlechte Lotbenetzbarkeit aufweist, weshalb der Fluss des Lots 9-2 durch einen Endabschnitt 13e des unplattierten Abschnitts 13 unterdrückt wird.
  • Ein Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 springt in Bezug auf den Endabschnitt 13e des unplattierten Abschnitts 13 seitlich des Lots 9-2 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 (die Richtung parallel zur Vorderseite (Rückseite) des isolierenden Substrats 2) vor.
  • Das heißt, wenn „a“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist und „b“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 13e des unplattierten Abschnitts 13 seitlich des Lots 9-2 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist, wird wie in Ausführungsform 1 die Lagebeziehung (a < b) erfüllt.
  • In einem Bereich zwischen dem Lot 9-2 und dem isolierenden Substrat 2 kann in einer vertikalen Richtung ein Hohlraum 10 entstehen. In Ausführungsform 3 sind der obere und der untere Teil des Hohlraums 10 wie in Ausführungsform 1 zwischen dem Lotmaterial 8-2 und dem Lot 9-2 angeordnet, die das gleiche GND-Potenzial aufweisen, weshalb keine Spannung an den Hohlraum 10 angelegt wird. Deshalb kann eine Koronaentladung an dieser Stelle unterdrückt werden, selbst wenn der Hohlraum 10 gebildet wird.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß Ausführungsform 3 die gleiche Wirkung erhalten werden wie in Ausführungsform 1.
  • [Ausführungsform 4]
  • Als nächstes wird Ausführungsform 4 beschrieben.
  • 4 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls 600 von Ausführungsform 4 darstellt.
  • In 4 ist im Leistungshalbleitermodul 600 von Ausführungsform 4 im Vergleich zum Leistungshalbleitermodul 300 von Ausführungsform 1 ein Abschnitt, der den Lotfluss eines Lots 9-2 zur Verbindung einer Rückseitenelektrode 7-2 eines isolierenden Substrats mit einer Metallbasis 3 unterdrückt, kein Lötresist 11, sondern ein vertiefter Abschnitt 14 der Metallbasis. Die anderen Konfigurationen in Ausführungsform 4 entsprechen im Wesentlichen denen von Ausführungsform 1. Der vertiefte Abschnitt 14 der Metallbasis kann durch mechanische Bearbeitung gebildet werden.
  • Der vertiefte Abschnitt 14 der Metallbasis ist auf der Oberseite der Metallbasis 3 gebildet und schließt den Außenumfangsbereich der verlängerten Linie der Seitenfläche eines isolierenden Substrats 2 ein. Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 600 fließt das Lot 9-2 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2, doch der Lotfluss wird durch den vertieften Abschnitt 14 der Metallbasis unterdrückt.
  • Ein Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 springt in Bezug auf einen Endabschnitt 14e des vertieften Abschnitts 14 der Metallbasis seitlich des rückseitigen Lots 9-2 in Richtung der Seitenfläche 2e des isolierenden Substrats 2 (die Richtung parallel zur Vorderseite (Rückseite) des isolierenden Substrats 2) vor.
  • Das heißt, wenn „a“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist und „b“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 14e des vertieften Abschnitts 14 der Metallbasis und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist, wird wie in Ausführungsform 1 die Lagebeziehung (a < b) erfüllt.
  • Der Bereich zwischen dem Lot 9-2 und dem isolierenden Substrat 2 hat eine schmale Weite, weshalb in diesem Bereich ein Hohlraum 10 gebildet werden kann. In Ausführungsform 4 sind der obere und der untere Teil des Hohlraums 10 wie in Ausführungsform 1 zwischen dem Lotmaterial 8-2 und dem Lot 9-2 angeordnet, die das gleiche GND-Potenzial aufweisen, weshalb keine Spannung an den Hohlraum 10 angelegt wird. Deshalb kann an dieser Stelle eine Koronaentladung unterdrückt werden, selbst wenn der Hohlraum 10 gebildet wird.
  • [Ausführungsform 5]
  • Als nächstes wird Ausführungsform 5 beschrieben.
  • 5 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls von Ausführungsform 5 darstellt.
  • In 5 ist in einem Leistungshalbleitermodul 700 von Ausführungsform 5 auf der Oberseite einer Metallbasis 3 ein Lötresist 11 gebildet, wie in Ausführungsform 1. In Ausführungsform 5 ist der Endabschnitt einer Rückseitenelektrode 7-2 ein abgeschrägter Abschnitt 15, der sich in Bezug auf einen Endabschnitt 11e des Lötresists 11 in Richtung der Seitenfläche eines isolierenden Substrats 2 erstreckt.
  • In der Lagebeziehung zwischen einem Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 und dem Endabschnitt 11e des Lötresists 11 seitlich des Lots 9-2 ist a in Ausführungsform 5 kleiner als b, wie in Ausführungsform 1.
  • Der Bereich zwischen dem Lot 9-2 und dem isolierenden Substrat 2 weist eine schmale Weite auf, doch der Endabschnitt der Rückseitenelektrode 7-2 ist ein abgeschrägter Abschnitt 15 mit einer abgeschrägten Form, der leicht mit einem Isolierharz 6 gefüllt werden kann, wobei dennoch ein Hohlraum 10 gebildet werden kann. In Ausführungsform 5 sind der obere und der untere Teil des Hohlraums 10 zwischen dem abgeschrägten Abschnitt 15 der Rückseitenelektrode 7-2 und dem Lot 9-2 angeordnet, die das gleiche GND-Potenzial aufweisen, wodurch keine Spannung an den Hohlraum 10 angelegt wird.
  • Daher kann eine Koronaentladung im Hohlraum unterdrückt werden, selbst wenn der Hohlraum 10 gebildet wird, und in Ausführungsform 5 kann die gleiche Wirkung wie in Ausführungsform 1 erhalten werden.
  • Der konische Abschnitt 15 in Ausführungsform 5 kann auch auf der Rückseitenelektrode 7-2 in Ausführungsform 2 bis 4 gebildet sein.
  • [Ausführungsform 6]
  • Als nächstes wird Ausführungsform 6 beschrieben.
  • 6 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls 800 von Ausführungsform 6 darstellt.
  • In 6 wird im Leistungshalbleitermodul 800 von Ausführungsform 6 eine Leitpaste 16 auf der Rückseite eines isolierenden Substrats 2 aufgebracht, sodass die Leitpaste 16 zum Endabschnitt eines Hartlots 8-2 hinzugefügt wird. Wie bei Ausführungsform 1 wird auf einer Metallbasis 3 ein Lötresist 11 gebildet. Ein Endabschnitt 16e der Leitpaste 16 ist in Bezug auf einen Endabschnitt 11e des Lötresists 11 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 angeordnet.
  • Das heißt, wenn „a“ der Abstand zwischen einem Endabschnitt 16e der Leitpaste 16 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist und „b“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 11e des Lötresists 11 und der nach unten verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist, wird die Lagebeziehung (a < b) erfüllt.
  • Der Bereich zwischen einem Lot 9-2 und der Leitpaste 16 weist eine schmale Weite auf, weshalb in diesem Bereich ein Hohlraum 10 gebildet werden kann. Doch der obere und der untere Teil des Hohlraums 10 sind zwischen der Leitpaste 16 und dem Lot 9-2 angeordnet, die wie in Ausführungsform 1 das gleiche GND-Potenzial aufweisen, weshalb keine Spannung an den Hohlraum 10 angelegt wird.
  • Daher kann selbst, wenn der Hohlraum 10 gebildet wird, an dieser Stelle eine Koronaentladung unterdrückt werden, und in Ausführungsform 6 kann die gleiche Wirkung wie in Ausführungsform 1 erhalten werden.
  • Die Leitpaste 16 in Ausführungsform 6 ist auch auf die Ausführungsformen 2 bis 4 angewendbar.
  • [Ausführungsform 7]
  • Als nächstes wird Ausführungsform 7 beschrieben.
  • 7 ist ein Diagramm, das den Hauptteil eines Leistungshalbleitermoduls 900 gemäß Ausführungsform 7 darstellt.
  • In 7 springt im Leistungshalbleitermodul 900 von Ausführungsform 7 im Vergleich zum Leistungshalbleitermodul 300 von Ausführungsform 1 ein Endabschnitt 8-1e eines Hartlots 8-1 zur Verbindung eines isolierenden Substrats 2 mit einer Vorderseitenelektrode 7-1 in Bezug auf die Position eines Endabschnitts 8-2e eines Hartlots 8-2 zur Verbindung des isolierenden Substrats 2 mit einer Rückseitenelektrode 7-2 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 vor. Die anderen Konfigurationen in Ausführungsform 7 entsprechen im Wesentlichen denen von Ausführungsform 1.
  • Wenn „c“ der Abstand zwischen dem Endabschnitt 8-1e des Hartlots 8-1 und der nach oben verlängerten Linie der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 ist, werden die Beziehungen c < a und a < b erfüllt (c < a < b). Das heißt, die Differenz c zwischen der seitlichen Position eines Endabschnitts 8-1e des vorderseitigen Hartlots 8-1 und der seitlichen Position des Endabschnitts 2e des isolierenden Substrats 2 ist kleiner als die Differenz zwischen der seitlichen Position des Endabschnitts 8-2e des rückseitigen Hartlots 8-2 und der seitlichen Position des Endabschnitts 2e des isolierenden Substrats 2.
  • Am Endabschnitt des Hartlots 8-1, das im Leistungshalbleitermodul 900 das isolierende Substrat 2 mit der Vorderseitenelektrode 7-1 des isolierenden Substrats verbindet, nimmt ein elektrisches Feld zu, wodurch ein dielektrischer Durchschlag dazu neigt, an dieser Stelle als Ausgangspunkt des dielektrischen Durchbruchs aufzutreten.
  • Das elektrische Feld an dieser Stelle kann reduziert werden, indem der Abstand zwischen dieser Stelle und der Erde (GND) vergrößert wird.
  • In Ausführungsform 7 wird der Abstand zwischen dem Endabschnitt 8-1e des Hartlots 8-1 und der Erde (GND) vergrößert, indem der Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 (Erdpotenzial) zur Mitte (linke Seite in 7) des isolierenden Substrats 2 hin verschoben wird, um das elektrische Feld an der Stelle zu mindern und dadurch den Isolierwiderstand zu verbessern.
  • Die Lagebeziehung zwischen dem Hartlot 8-2 und einem Lot 9-2 ist die gleiche wie in Ausführungsform 1, und der Endabschnitt 8-2e des Hartlots 8-2 springt in Bezug auf einen Endabschnitt 11e eines Lötresists 11 in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 vor. Deshalb kann eine Koronaentladung an dieser Stelle unterdrückt werden, selbst wenn zwischen dem Lot 9-2 und dem isolierenden Substrat 2 ein Hohlraum 10 auftritt.
  • Die Konfiguration von Ausführungsform 7 ermöglicht die Bereitstellung des Leistungshalbleitermoduls 900, das eine erhöhte Isolierfähigkeit aufweist und die Koronaentladung in einem Hohlraum unter dem isolierenden Substrat unterdrückt.
  • (Vergleichsbeispiel)
  • 9 ist ein Diagramm, das zum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung ein Konfigurationsbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls 200 darstellt, wenn die vorliegende Erfindung nicht angewandt wird.
  • In 9 benetzt ein Lot 9-2 zur Verbindung einer Rückseitenelektrode 7-2 eines isolierenden Substrats 2 mit einer Metallbasis 3 die Metallbasis und breitet sich in Richtung der Seitenfläche des isolierenden Substrats 2 aus. Der Abstand zwischen dem isolierenden Substrat 2 und der Metallbasis 3 ist etwa 500 µm schmal, und der Bereich zwischen dem isolierenden Substrat 2 und dem Lot 9-2 hat eine schmalere Weite.
  • Daher sind das isolierende Substrat 2 und das Lot 9-2 in der Nachbarschaft der Endabschnitte sowohl des isolierenden Substrats 2 als auch des Lots 9-2 einander gegenüberliegend angeordnet, und zwischen dem isolierenden Substrat 2 und dem Lot 9-2 ist kein Silikon-Gel 6 als Isolierharz vorhanden, wodurch ein Hohlraum 10 auftritt. Das Potenzial des Lots 9-2 ist ein Erdpotential, und das isolierende Substrat 2 ist kein Erdungssubstrat, weshalb im Hohlraum 10 eine Koronaentladung auftreten kann.
  • Dagegen kann, wie oben in Ausführungsform 1 bis 7 beschrieben, das Auftreten einer Koronaentladung im Hohlraum 10unterdrückt werden, selbst wenn der Hohlraum 10 zwischen dem Hartlot 8-2 und dem Lot 9-2 auftritt, da das Hartlot 8-2 und das Lot 9-2 beide ein Erdpotenzial aufweisen.
  • Das Lötresist 11, die Metalloxidschicht 12, der unplattierte Abschnitt 13 und der vertiefte Abschnitt 14 auf der Metallbasis können zusammenfassend als „Lot-Fließwiderstand“ bezeichnet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008207207 A [0009, 0010]

Claims (6)

  1. Leistungshalbleitermodul, umfassend: ein isolierendes Substrat; eine Vorderseitenelektrode und eine Rückseitenelektrode, die jeweils durch ein zwischen der Vorderseitenelektrode und dem isolierenden Substrat angeordnetes vorderseitiges Hartlot und ein zwischen der Rückseitenelektrode und dem isolierenden Substrat angeordnetes rückseitiges Hartlot an einer Vorderseite und einer Rückseite des isolierenden Substrats befestigt sind; einen Leistungshalbleiterchip, der durch ein zwischen dem Leistungshalbleiterchip und der Vorderseitenelektrode angeordnetes vorderseitiges Lot mit der Vorderseitenelektrode verbunden ist; ein rückseitiges Lot, das auf einer dem isolierenden Substrat entgegengesetzten Seite der Rückseitenelektrode gebildet ist; eine Metallbasis, auf welcher das rückseitige Lot angeordnet ist, um die Rückseitenelektrode mit dem zwischen der Metallbasis und der Rückseitenelektrode angeordneten rückseitigen Lot zu befestigen; einen Lot-Fließwiderstand, der auf einer Fläche der Metallbasis gebildet ist, auf welcher das rückseitige Lot angeordnet ist; ein Isoliergehäuse, das mindestens das isolierende Substrat, die Vorderseitenelektrode, die Rückseitenelektrode, den Leistungshalbleiterchip und die Metallbasis aufnimmt; und ein Isolierharz, das in das Isoliergehäuse gefüllt ist, wobei das isolierende Substrat, das vordereitige Lot, die Vorderseitenelektrode, das rückseitige Hartlot, die Rückseitenelektrode und das rückseitige Lot in einer vertikalen Richtung gestapelt sind, und eine Differenz zwischen einer seitlichen Position eines Endabschnitts des rückseitigen Hartlots und einer seitlichen Position eines Endabschnitts des isolierenden Substrats kleiner ist als eine Differenz zwischen einer Position eines Endabschnitts des Lot-Fließwiderstands, der einem Endabschnitt des rückseitigen Lots seitlich gegenübersteht, und der seitlichen Position des Endabschnitts des isolierenden Substrats.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der Lot-Fließwiderstand ein Lötresist ist.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der Lot-Fließwiderstand eine Metalloxidschicht ist.
  4. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der Lot-Fließwiderstand ein unplattierter Abschnitt ist.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der Lot-Fließwiderstand ein vertiefter Abschnitt der Metallbasis ist.
  6. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Differenz zwischen einer seitlichen Position eines Endabschnitts des vorderseitigen Hartlots und der seitlichen Position des Endabschnitts des isolierenden Substrats kleiner ist als die Differenz zwischen der seitlichen Position des Endabschnitts des rückseitigen Hartlots und der seitlichen Position des Endabschnitts des isolierenden Substrats.
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