DE102018204921A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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DE102018204921A1
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semiconductor device
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English (en)
Inventor
Kenshi KAI
Rikihiro Maruyama
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Bei einer Halbleitervorrichtung sind Schutzfilme auf zugewandten Seitenflächen einer Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen gebildet und wird an Teilen außer auf den Seitenflächen, auf denen die Schutzfilme gebildet sind, kein Plattierungsprozess oder dergleichen durchgeführt. Dies bedeutet, dass, wenn Halbleiterelemente und Kontaktelemente über Lot direkt auf die Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen gebondet werden, eine Verringerung der Benetzbarkeit der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen in Bezug auf das Lot vermieden wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die hierin erörterten Ausführungsformen beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung.
  • Hintergrund des verwandten Standes der Technik
  • Halbleitervorrichtungen umfassen Halbleiterelemente wie z. B. IGBT (Isolierte bipolare Gate-Transistoren) und Leistungs-MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren). Diese Halbleitervorrichtungen werden z. B. als Leistungsumwandlungsvorrichtungen verwendet.
  • Eine Halbleitervorrichtung umfasst ein Substrat mit einer Isolierplatte und einer Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen, die auf einer Vorderfläche der Isolierplatte gebildet sind. Halbleiterelemente und externe Anschlussklemmen sind auf den Schaltkreisstrukturen angeordnet und Signale, die von den externen Anschlussklemmen angelegt werden, werden über die Schaltkreisstrukturen in die Halbleiterelemente eingegeben.
  • Zylindrische Kontaktelemente werden beim Anbringen der externen Anschlussklemmen an den Schaltkreisstrukturen verwendet. Die externen Anschlussklemmen sind in Kontaktelemente eingepresst, die unter Verwendung von Lot an die Schaltkreisstrukturen gebondet wurden, wodurch die externen Anschlussklemmen über die Kontaktelemente mit den Schaltkreisstrukturen elektrisch verbunden werden. Siehe z. B. US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2009/0194884.
  • Bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung wird ein Plattierungsprozess unter Verwendung von Nickel oder dergleichen an den Oberflächen der Schaltkreisstrukturen durchgeführt. Dadurch wird eine Korrosion der Schaltkreisstrukturen unterdrückt, wodurch verhindert wird, dass durch Korrosion produzierte Substanzen (im Folgenden als „Korrosionsprodukte“ bezeichnet) Kurzschlüsse zwischen den Schaltkreisstrukturen verursachen.
  • Schaltkreisstrukturen, die einem Plattierungsprozess unterzogen wurden, sind in Bezug auf das Lot jedoch weniger benetzbar, wodurch es schwierig wird, die Bildung von Hohlräumen im Inneren des Lots zu vermeiden. Dies bedeutet, dass, wenn Komponenten wie z. B. zylindrische Kontaktelemente und Halbleiterelemente über Lot an plattierte Schaltkreisstrukturen gebondet werden, es nicht möglich ist, eine ausreichende Bondfestigkeit für die Komponenten auf den Schaltkreisstrukturen zu erzielen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegenden Ausführungsformen wurden angesichts des oben beschriebenen Problems entwickelt und haben das Ziel, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Abfall der Bondfestigkeit von Komponenten auf Schaltkreisstrukturen zu vermeiden.
  • Unter einem Aspekt der Ausführungsformen wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, die umfasst: ein Substrat, das eine Isolierplatte und eine Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen umfasst, die auf einer Vorderfläche der Isolierplatte gebildet sind; eine Mehrzahl von Schutzfilmen, die auf zumindest zugewandten Seitenabschnitten der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen gebildet sind, um Bondregionen auf Vorderflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen freizulegen; und eine Mehrzahl von Komponenten, die mithilfe von Lot auf die Bondregionen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen gebondet sind.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 3 ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wobei Komponenten weggelassen wurden;
    • 4 zeigt Schaltkreisstrukturen auf einem Substrat einer Halbleitervorrichtung, die eine Modifikation der ersten Ausführungsform ist;
    • 5 ist eine Draufsicht auf einen Hauptteil einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • 7 ist eine Draufsicht auf einen Hauptteil einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
    • 8 ist eine erste Querschnittsansicht eines Hauptteils der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform; und
    • 9 ist eine zweite Querschnittsansicht eines Hauptteils der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden mehrere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszeichen stets auf gleiche Elemente beziehen.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
  • 1 ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 2 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wobei Komponenten weggelassen wurden.
  • Man beachte, dass in 1 und 3 ein Abdeckabschnitt 21a eines Gehäuses 21 und ein Metallsubstrat 20 in den Zeichnungen weggelassen wurden. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Strich-Punkt-Linie X-X in 1. Man beachte außerdem, dass die in 1 gezeigten Komponenten, d. h. Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, eine elektronische Komponente 15c, Kontaktelemente 16a bis 16g und Bonddrähte 17a bis 17e, in 3 weggelassen wurden.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist eine Halbleitervorrichtung 10 ein Keramikschaltkreissubstrat 14 (oder einfach „Substrat“), die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g, die an eine Vorderfläche des Keramikschaltkreissubstrats 14 gebondet sind, und externe Anschlussklemmen 19a bis 19g, die jeweils an den Kontaktelementen 16a bis 16g angebracht sind, auf. Man beachte, dass die Anzahl und die Bondpositionen der Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, der elektronischen Komponente 15c und der Kontaktelemente 16a bis 16g, die auf das Keramikschaltkreissubstrat 14 (d. h. auf Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h, wie später beschrieben) gebondet sind, lediglich Beispiele sind. Solange sich die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g auf dem Keramikschaltkreissubstrat 14 (d. h. auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h) befinden, können Konfigurationen neben den in den 1 und 2 gezeigten verwendet werden.
  • Außerdem weist die Halbleitervorrichtung 10 das Metallsubstrat 20, auf dem das Keramikschaltkreissubstrat 14 angeordnet ist, und das Gehäuse 21 auf, das auf dem Metallsubstrat 20 bereitgestellt ist, das das Keramikschaltkreissubstrat 14 abdeckt und von dem sich die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g erstrecken.
  • Das Keramikschaltkreissubstrat 14 weist eine Isolierplatte 11, die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h, die auf der Vorderfläche der Isolierplatte 11 gebildet sind, und eine Metallplatte 13, die auf einer Rückseitenfläche der Isolierplatte 11 gebildet sind, auf.
  • Die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h sind aus einem Material mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit und ausgezeichneter Benetzung in Bezug auf das Lot gebildet. Beispiele für diesen Materialtyp sind Silber, Kupfer und Legierungen, die zumindest eines dieser Metalle umfassen. Wie in 1 gezeigt, sind diese Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h jeweils in vordefinierten Formen ausgebildet. Man beachte, dass die Anzahl, die Formen und die gebildeten Positionen auf der Isolierplatte 11 der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h lediglich Beispiele sind und sich vom Beispiel in den 1 und 2 unterscheiden können.
  • Erste Schutzfilme 12a1, 12a2, 12b1 bis 12b3, 12c1 bis 12c3, 12d1, 12d2, 12e1 bis 12e4, 12f1, 12f2, 12g1 bis 12g3, 12h1 und 12h2 sind auf zugewandten Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet.
  • Mehr im Detail sind die ersten Schutzfilme 12a1 und 12a2 auf Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12a gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12b und 12e zugewandt sind. Die ersten Schutzfilme 12b1 bis 12b3 sind auf Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12b gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12c, 12e und 12a zugewandt sind. Die ersten Schutzfilme 12c1 bis 12c3 sind auf Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12c gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12d, 12e und 12b zugewandt sind. Die ersten Schutzfilme 12d1 und 12d2 sind auf Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12d gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12c und 12e zugewandt sind.
  • Die ersten Schutzfilme 12e1 bis 12e3 sind auf Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12e gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12d, 12c, 12b und 12a zugewandt sind. Außerdem ist der erste Schutzfilm 12e4 auf der Schaltkreisstruktur 12e auf einer Seitenfläche gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12f bis 12h zugewandt ist.
  • Die ersten Schutzfilme 12f1 und 12f2 sind auf Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12f gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12e und 12g zugewandt sind. Die ersten Schutzfilme 12g1 bis 12g3 sind auf Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12g gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12f, 12e und 12h zugewandt sind. Die ersten Schutzfilme 12h1 und 12h2 sind auf Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12h gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12g und 12e zugewandt sind.
  • Man beachte, dass, wenn zwischen den ersten Schutzfilmen keine spezifische Unterscheidung gemacht wird, die Bezugszeichen 12a1, 12a2, 12b1 bis 12b3, 12c1 bis 12c3, 12d1, 12d2, 12e1 bis 12e4, 12f1, 12f2, 12g1 bis 12g3, 12h1 und 12h2 in der folgenden Beschreibung weggelassen werden können.
  • Bei den ersten Schutzfilmen wird ein Material mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit verwendet. Beispielhafte Materialien umfassen Aluminium, Nickel, Titan, Chrom, Molybdän, Tantal, Niob, Wolfram, Vanadium, Bismut, Zirkonium, Hafnium, Gold, Platin, Palladium und Legierungen, die zumindest eines dieser Metalle umfassen.
  • Es ist möglich, die oben beschriebenen ersten Schutzfilme auf den Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h z. B. mittels stromloser Plattierung zu bilden. Dabei ist es möglich, die ersten Schutzfilme nur auf den gewünschten Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h zu bilden, indem eine Maske (Photolack) vorab in Regionen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet wird, in denen die ersten Schutzfilme nicht zu bilden sind, und der Photolack nach der stromlosen Plattierung entfernt wird.
  • Demgemäß werden die oben beschriebenen ersten Schutzfilme nur auf zugewandten Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet und wird in Regionen mit Ausnahme der Seitenflächen, auf denen die ersten Schutzfilme gebildet werden, kein Plattierungsprozess durchgeführt (d. h. keine Plattierungsfilme gebildet).
  • Als Keramikschaltkreissubstrat 14 mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es z. B. möglich, ein DCB-(Direktes Kupferbonding)-Substrat oder ein AMB-(Aktives Metall-Hartlöten)-Substrat zu verwenden. Das Keramikschaltkreissubstrat 14 ist in der Lage, durch die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d und die elektronische Komponente 15c produzierte Wärme über die Schaltkreisstrukturen 12e bis 12h, die Isolierplatte 11 und die Metallplatte 13 zur Seite des Metallsubstrats 20 zu leiten.
  • Die Metallplatte 13 ist aus einem Metallmaterial mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die zumindest eines dieser Metalle umfasst, gebildet.
  • Die Isolierplatte 11 ist aus einem Keramikmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliciumnitrid gebildet. Man beachte, dass die Isolierplatte 11 von oben aus betrachtet z. B. rechteckig sein kann. Die Metallplatte 13 ist auch als Rechteck mit einer kleineren Fläche als die Isolierplatte 11 gebildet, wenn von oben aus betrachtet.
  • Beispielsweise umfassen die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d Schaltelemente wie z. B. IGBT oder Leistungs-MOSFETs. Bei einer beispielhaften Konfiguration sind die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d jeweils auf ihren Rückseitenflächen mit Drain-Elektroden (oder „Kollektorelektroden“) als Hauptelektroden und auf ihren Vorderflächen mit Gate-Elektroden und Source-Elektroden (oder „Emitterelektroden“) als Hauptelektroden ausgestattet.
  • Die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d umfassen, wie jeweils anwendbar, auch Dioden wie z. B. SBDs (Schottky-Barriere-Dioden) und FWDs (Freilaufdioden). Die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d sind in diesem Fall jeweils auf ihren Rückseitenflächen mit Kathodenelektroden als Hauptelektroden und auf ihren Vorderflächen mit Anodenelektroden als Hauptelektroden ausgestattet. Die Rückseitenflächen der oben beschriebenen Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d sind an vordefinierte Schaltkreisstrukturen 12e bis 12h gebondet.
  • Es ist möglich, Silicium-Halbleiterelemente und Halbleiterelemente mit breitem Bandabstand wie z. B. Siliciumcarbid als Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d zu verwenden.
  • Man beachte, dass die Halbleiterelemente 15a und 15b über Lot 18h und 18i auf Bondregionen 15a1 und 15b1 der Schaltkreisstruktur 12e gebondet sind. Außerdem ist das Halbleiterelement 15d über Lot 18l auf eine Bondregion 15d1 der Schaltkreisstruktur 12h gebondet.
  • Beispielsweise ist die elektronische Komponente 15c ein Widerstand, ein Thermistor, ein Kondensator oder ein Überspannungsableiter. Die elektronische Komponente 15c erstreckt sich zwischen den Schaltkreisstrukturen 12f und 12g und ist über Lot 18j und 18k auf Bondregionen 15c1 und 15c2 der Schaltkreisstrukturen 12f und 12g gebondet.
  • Wie zuvor beschrieben und in den 1 und 3 gezeigt, wird mit Ausnahme der Seitenflächen, auf denen die ersten Schutzfilme gebildet sind, an den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h kein Plattierungsprozess oder dergleichen durchgeführt. Dies bedeutet, dass das Lot 18h bis 18l direkt auf die Bondregionen der Schaltkreisstrukturen 12e bis 12h für die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d und die elektronische Komponente 15c aufgetragen wird, wodurch eine Verringerung der Benetzbarkeit der Schaltkreisstrukturen 12e bis 12h in Bezug auf das Lot 18h bis 18l vermieden wird. Demgemäß wird ein Abfall der Bondfestigkeit der Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d und der elektronischen Komponente 15c auf den Schaltkreisstrukturen 12e bis 12h vermieden.
  • Bei einer Konfiguration, bei der der Plattierungsprozess an den Bondregionen 15a1, 15b1 und 15d1 der Schaltkreisstrukturen 12e und 12h für die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d durchgeführt wird, kommt es zu einer Verringerung der Benetzbarkeit der Schaltkreisstrukturen 12e und 12h in Bezug auf das Lot 18h, 18i und 18l. Dies führt dazu, dass Hohlräume in den Bonds zwischen den Halbleiterelementen 15a, 15b und 15d und den Schaltkreisstrukturen 12e und 12h zurückbleiben, was einen Abfall der Bondfestigkeit der Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d verursacht. Außerdem erhöht sich der Wärmewiderstand zwischen den Halbleiterelementen 15a, 15b und 15d und dem Metallsubstrat 20, wodurch die Wärmeableitung verringert wird.
  • Bei einer Konfiguration, bei der ein Plattierungsprozess an den Bondregionen 15c1 und 15c2 der Schaltkreisstrukturen 12f und 12g für die elektronische Komponente 15c durchgeführt wird, kommt es zu einer Verringerung der Benetzbarkeit der Schaltkreisstrukturen 12f und 12g in Bezug auf das Lot 18j und 18k. Dies bewirkt, dass das Lot 18j und 18k eine Elektrodenoberfläche der elektronischen Komponente 15c hochwandert. Demgemäß kommt es zu einer Verringerung der Menge an Lot 18j und 18k, das zwischen den Schaltkreisstrukturen 12f und 12g und der elektronischen Komponente 15c gebildet wird, was zu einem Abfall der Bondfestigkeit der elektronischen Komponente 15c führt.
  • Die Kontaktelemente 16a bis 16g weisen zylindrische Formen auf, wobei interne Hohlräume zwischen offenen Enden gebildet sind. Ein offenes Ende jedes der Kontaktelemente 16a bis 16g ist über Lot 18a bis 18g auf Bondregionen 16a1 bis 16g1 der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h gebondet. Die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g sind jeweils in die anderen offenen Enden der Kontaktelemente 16a bis 16g eingepresst. Auf diese Weise werden die Kontaktelemente 16a bis 16g unter Verwendung des Lots 18a bis 18g jeweils an die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h gebondet. Man beachte, dass 2 von den Kontaktelementen 16a bis 16g die Kontaktelemente 16b und 16f auf die Schaltkreisstrukturen 12b und 12h gebondet zeigt. Die Kontaktelemente 16a bis 16g sind aus Metall mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit wie z. B. Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die zumindest eines dieser Metalle umfasst, gebildet. Um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, ist es außerdem möglich, einen Plattierungsfilm auf der Oberfläche der Kontaktelemente 16a bis 16g unter Verwendung eines Plattierungsprozesses mit einem Metall wie z. B. Nickel oder Gold zu bilden. Neben Nickel und Gold umfassen spezifische Materialien für einen Plattierungsfilm eine Nickel-Phosphor-Legierung und eine Nickel-Bor-Legierung.
  • Die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g sind aus Metall mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit wie z. B. Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die zumindest eines dieser Metalle umfasst, gebildet. Die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g sind stabförmig und weisen beispielsweise einen viereckigen Querschnitt auf. Die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g sind jeweils in die internen Hohlräume der Kontaktelemente 16a bis 16g eingepresst, so dass die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g über die Kontaktelemente 16a bis 16g mit den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h elektrisch verbunden sind.
  • Wie in den 1 und 3 gezeigt und zuvor beschrieben, wird an Teilen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h außer den Seitenflächen, auf denen die ersten Schutzfilme gebildet sind, kein Plattierungsprozess oder dergleichen durchgeführt. Dies bedeutet, dass das Lot 18a bis 18g direkt auf die Bondregionen für die Kontaktelemente 16a bis 16g auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h aufgetragen wird, wodurch eine Verringerung der Benetzbarkeit der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h in Bezug auf das Lot 18a bis 18g vermieden wird. Demgemäß wird ein Abfall der Bondfestigkeit der Kontaktelemente 16a bis 16g auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h vermieden und ist es möglich, die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g zuverlässig und stabil in die Kontaktelemente 16a bis 16g einzupressen.
  • Bei einer Konfiguration, bei der ein Plattierungsprozess an den Bondregionen für die Kontaktelemente 16a bis 16g auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h durchgeführt wird, wird die Benetzbarkeit der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h in Bezug auf das Lot 18a bis 18g verringert. Wenn die Kontaktelemente 16a bis 16g über das Lot 18a bis 18g auf die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h gebondet werden, wandert das Lot 18a bis 18g im Inneren der Kontaktelemente 16a bis 16g hoch. Dies bewirkt eine Verringerung der Menge an Lot 18a bis 18g, das zwischen den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h und den Kontaktelementen 16a bis 16g gebildet wird, was zu einem Abfall der Bondfestigkeit der Kontaktelemente 16a bis 16g führt. Es wird außerdem schwierig, die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g in die Kontaktelemente 16a bis 16g einzupressen. Alternativ besteht das Risiko, dass die Kontaktelemente 16a bis 16g verbogen werden, wenn die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g in die Kontaktelemente 16a bis 16g eingepresst werden.
  • Da an den Bondregionen für die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h kein Plattierungsprozess oder dergleichen durchgeführt wird, wird eine Verringerung der Benetzbarkeit der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h in Bezug auf das Lot 18a bis 18g vermieden. Demgemäß wird ein Abfall der Bondfestigkeit für die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h vermieden.
  • Das Lot 18a bis 18l ist aus einem bleifreien Lot gebildet, das zumindest eine Legierung von einer Zinn-Silber-Kupfer-Legierung, einer Zinn-Zink-Bismut-Legierung, einer Zinn-Kupfer-Legierung und einer Zinn-Silber-Indium-Bismut-Legierung als Hauptkomponente aufweist. Neben dieser Hauptkomponente kann das Lot 18a bis 18l Zusatzstoffe wie z. B. Nickel, Germanium, Kobalt oder Silicium umfassen.
  • Man beachte, dass die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h auf dem Keramikschaltkreissubstrat 14 durch Bonddrähte 17a bis 17e entsprechend verbunden sein können. Mehr im Detail sind, wie in den 1 und 3 gezeigt, eine Bondregion 12b4 der Schaltkreisstruktur 12b und eine Bondregion 12e5 der Schaltkreisstruktur 12e durch den Bonddraht 17a elektrisch verbunden. Eine Bondregion 12c4 der Schaltkreisstruktur 12c und das Halbleiterelement 15a (die Source-Elektrode davon) sind durch den Bonddraht 17b elektrisch verbunden und eine Bondregion 12d4 der Schaltkreisstruktur 12d und das Halbleiterelement 15a (die Gate-Elektrode davon) sind durch den Bonddraht 17c elektrisch verbunden. Außerdem sind die Halbleiterelemente 15a und 15b durch den Bonddraht 17d elektrisch verbunden und sind eine Bondregion 12a4 der Schaltkreisstruktur 12a und eine Bondregion 12h4 der Schaltkreisstruktur 12h durch den Bonddraht 17e elektrisch verbunden.
  • Man beachte, dass das Bonden der Bonddrähte 17a bis 17e an die Bondregionen 12a4, 12b4, 12c4, 12d4, 12e5 und 12h4 auf die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12e und 12h z. B. mittels Ultraschallbonding durchgeführt wird. Die Bonddrähte 17a bis 17e sind aus Metall mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit wie z. B. Aluminium, Kupfer, Gold oder einer Legierung, die zumindest eines dieser Metalle umfasst, gebildet.
  • Wie in den 1 und 3 gezeigt und zuvor beschrieben, wird an Teilen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h außer den gewünschten Seitenflächen kein Plattierungsprozess oder dergleichen durchgeführt. Demgemäß ist es möglich, die Bonddrähte 17a bis 17e ohne Abfall der Bondfestigkeit zuverlässig an die Bondregionen 12a4, 12b4, 12c4, 12d4, 12e5 und 12h4 der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12e und 12h zu bonden.
  • Bei dieser Halbleitervorrichtung 10 sind die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h und die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d durch die Bonddrähte 17a bis 17e entsprechend verbunden. Außerdem wird durch elektrisches Verbinden der externen Anschlussklemmen 19a bis 19g mit den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h ein vordefinierter Schaltkreis gebildet, der die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d und die elektronische Komponente 15c umfasst.
  • Das Metallsubstrat 20 ist aus einem Metall mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die zumindest eines dieser Metalle umfasst, gebildet. Um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, ist es außerdem möglich, einen Plattierungsprozess oder dergleichen durchzuführen, um ein Material wie z. B. Nickel auf der Oberfläche des Metallsubstrats 20 bereitzustellen. Als spezifisches Beispiel kann anstatt Nickel eine Nickel-Phosphor-Legierung oder eine Nickel-Bor-Legierung verwendet werden.
  • Man beachte, dass es auch möglich ist, die Wärmeableitung durch Bereitstellen eines Kühlers (nicht veranschaulicht) auf einer Rückseitenfläche des Metallsubstrats 20 durch Bonden über ein Lot, Silberlot oder dergleichen oder durch mechanisches Anbringen mit Wärmeleitpaste oder dergleichen dazwischen zu verbessern. Der hier erwähnte Kühler ist aus einem Metall mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die zumindest eines dieser Metalle umfasst, gebildet. Es ist möglich, eine Lamelle, eine Wärmesenke mit einer Mehrzahl von Lamellen, eine Kühlvorrichtung mit Wasserkühlung oder dergleichen als Kühler zu verwenden. Es ist außerdem möglich, eine Konfiguration zu verwenden, bei der das Metallsubstrat 20 mit dem Kühler integral ausgebildet ist. Diese Konfiguration ist aus einem Metall mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die zumindest eines dieser Metalle umfasst, gebildet. Um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, ist es außerdem möglich, einen Plattierungsprozess oder dergleichen durchzuführen, um ein Material wie z. B. Nickel auf der Oberfläche des Metallsubstrats 20 bereitzustellen, das in den Kühler integriert ist. Als spezifisches Beispiel kann anstatt Nickel eine Nickel-Phosphor-Legierung oder eine Nickel-Bor-Legierung verwendet werden.
  • Das Gehäuse 21 ist kastenförmig ausgebildet und weist den Abdeckabschnitt 21a auf, der das Keramikschaltkreissubstrat 14 von oben abdeckt, und weist einen Seitenwandabschnitt 21b auf, der auf dem Außenumfang des Keramikschaltkreissubstrats 14 bereitgestellt ist und Seitenabschnitte des Keramikschaltkreissubstrats 14 abdeckt. Das Gehäuse 21 ist aus einem thermoplastischen Harz gebildet. Es ist möglich, Polyphenylensulfid (PPS), Polybutylenterephthalatharz (PBT-Harz), Polybutylensuccinatharz (PBS-Harz), Polyamidharz (PA-Harz), Acrylonitril-Butadien-Styrol-Harz (ABS-Harz) oder dergleichen als Harz zu verwenden.
  • Der Seitenwandabschnitt 21b des Gehäuses 21 ist über einen Klebstoff (nicht veranschaulicht) an das Metallsubstrat 20 gebondet. Man beachte, dass der Klebstoff auf einen Basisabschnitt des Seitenwandabschnitts 21b des Gehäuses 21 oder auf eine Region des Metallsubstrats 20, in der das Gehäuse 21 befestigt ist, aufgetragen werden kann. Es ist möglich, ein beliebiges auf dem Gebiet bekanntes Verfahren als Verfahren zum Auftragen des Klebstoffs zu verwenden, wie z. B. Siebdruck unter Verwendung einer Maske oder ein Ausgabeverfahren unter Verwendung einer Spritze.
  • Es ist außerdem möglich, das Innere des Gehäuses 21 unter Verwendung eines Dichtungsmittels (nicht veranschaulicht) abzudichten. Beispielsweise ist das Dichtungsmittel aus einem wärmehärtenden Harz wie z. B. maleimidmodifiziertem Epoxidharz, maleimidmodifiziertem Phenolharz und Maleimidharz gebildet. Das Dichtungsmittel kann auch aus einem Gel gebildet sein. Das Dichtungsmittel wird aus einem vordefinierten Einspritzloch, das im Gehäuse 21 gebildet ist, in das Gehäuse 21 eingespritzt. Das in das Gehäuse 21 eingespritzte Dichtungsmittel dichtet das Keramikschaltkreissubstrat 14, die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c, die Kontaktelemente 16a bis 16g, die Bonddrähte 17a bis 17e und Teile der externen Anschlussklemmen 19a bis 19g auf dem Metallsubstrat 20 ab.
  • Wie zuvor beschrieben, wird an Teilen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h außer den Seitenflächen, auf denen der erste Schutzfilm gebildet ist, kein Plattierungsprozess oder dergleichen durchgeführt. Dies verbessert die Klebekraft des Dichtungsmittels auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h. Demgemäß ist es möglich, das Keramikschaltkreissubstrat 14, die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und dergleichen im Inneren des Gehäuses 21 mit dem Dichtungsmittel entsprechend abzudichten.
  • Dies vervollständigt die Beschreibung der Konfiguration der Halbleitervorrichtung 10.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 10 werden Eingabesignale von außen an die externen Anschlussklemmen 19a bis 19g angelegt und Ausgabesignale werden ausgegeben. Bei einer Konfiguration, bei der die ersten Schutzfilme nicht auf den Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet sind, können Kurzschlüsse zwischen den Schaltkreisstrukturen durch Korrosionsprodukte auftreten. Mehr im Detail wird das Kupfer der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h durch elektrische Felder und dergleichen, die zwischen zugewandten Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h produziert werden, ionisiert, so dass Produkte der Kupferkorrosion zwischen den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h produziert werden (ein Phänomen, das als „Ionenwanderung“ bezeichnet wird). Wenn Korrosionsprodukte zwischen benachbarten Schaltkreisstrukturen produziert werden, treten Kurzschlüsse zwischen den benachbarten Schaltkreisstrukturen auf.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 10 sind von den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h jedoch die ersten Schutzfilme auf zugewandten Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet. Dies verhindert, dass Korrosionsprodukte durch Ionenwanderung auf zugewandten Seitenflächen benachbarter Schaltkreisstrukturen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h produziert werden. Dadurch ist es möglich, Kurzschlüsse zwischen benachbarten Schaltkreisstrukturen zu vermeiden.
  • Die oben beschriebene Halbleitervorrichtung 10 weist das Keramikschaltkreissubstrat 14 auf, das die Isolierplatte 11 und die Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h umfasst, die auf der Vorderfläche der Isolierplatte 11 gebildet sind. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c, die Kontaktelemente 16a bis 16g, die durch das Lot 18a bis 18i auf den Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 auf den Vorderflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h angeordnet sind, und auch die Bonddrähte 17a bis 17e. Außerdem umfasst die Halbleitervorrichtung 10 eine Mehrzahl von ersten Schutzfilmen, die auf zugewandten Seitenflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet sind.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 10 ist die Mehrzahl von ersten Schutzfilmen auf den zugewandten Seitenflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet und an Teilen außer auf den Seitenflächen wird kein Plattierungsprozess oder dergleichen durchgeführt.
  • Dies bedeutet, dass, wenn die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g durch das Lot 18a bis 18i direkt auf die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebondet sind, eine Verringerung der Benetzbarkeit der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h in Bezug auf das Lot 18a bis 18i vermieden wird. Demgemäß wird ein Abfall der Bondfestigkeit für die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g auf der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h vermieden.
  • Da die ersten Schutzfilme auf den zugewandten Seitenflächen der benachbarten Schaltkreisstrukturen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet sind, wird die Produktion von Korrosionsprodukten durch Ionenwanderung auf den zugewandten Seitenflächen von benachbarten Schaltkreisstrukturen vermieden. Dadurch ist es möglich, Kurzschlüsse zwischen benachbarten Schaltkreisstrukturen zu vermeiden.
  • Demgemäß werden Fehlfunktionen der Halbleitervorrichtung 10 verringert, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
  • Man beachte, dass die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c, die Kontaktelemente 16a bis 16g und die Bonddrähte 17a bis 17e bei der obigen Beschreibung als Komponenten der Halbleitervorrichtung 10 umfasst sind. Der Ausdruck „Komponenten“ ist jedoch nicht auf diese beschränkt und es ist außerdem möglich, beliebige Komponenten zu integrieren, die durch Lot auf die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebondet werden, wie z. B. eine Leiterplatine.
  • Beispielsweise werden die Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h des Keramikschaltkreissubstrats 14 der Halbleitervorrichtung 10 durch Bilden einer Kupferfolie auf der Isolierplatte 11 und Ätzen der Kupferfolie in vordefinierte Muster erhalten. Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden die Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h durch Ätzen gebildet, so dass sie normal zur Vorderfläche der Isolierplatte 11 verlaufen. Je nach Status des Ätzens und der Kupferfolie oder dergleichen auf der Isolierplatte 11 kann es jedoch zu Fällen kommen, in denen Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h nicht wie oben beschrieben normal zu der Vorderfläche der Isolierplatte 11 verlaufen. Als Beispiele für diese Situation sind die Schaltkreisstrukturen 12e und 12h nachstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
  • 4 zeigt Schaltkreisstrukturen auf einem Substrat einer Halbleitervorrichtung, die eine Modifikation der ersten Ausführungsform ist.
  • Man beachte, dass die in 4 gezeigte Fläche eine Vergrößerung eines Hauptteils des in 2 gezeigten Querschnitts ist. Die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g auf dem Keramikschaltkreissubstrat 14 und die Bonddrähte 17a bis 17e sind in 4 weggelassen.
  • Wie in 4 gezeigt, werden Seitenflächen 12es und 12hs der Schaltkreisstrukturen 12e und 12h durch Ätzen gebildet, so dass sie geneigt sind und daher nicht normal zur Vorderfläche der Isolierplatte 11 verlaufen.
  • Sogar wenn die Seitenflächen 12es und 12hs der Schaltkreisstrukturen 12e und 12h auf diese Weise zur Vorderfläche der Isolierplatte 11 geneigt sind, genau wie oben beschrieben, sind die ersten Schutzfilme 12e4 und 12h2 auf den Seitenflächen 12es und 12hs gebildet. Gleichermaßen sind erste Schutzfilme auf die gleiche Weise auf Seitenflächen der anderen Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d, 12f und 12g gebildet, die in den Zeichnungen weggelassen wurden, sogar wenn die Seitenflächen zur Vorderfläche der Isolierplatte 11 geneigt sind.
  • Sogar wenn die ersten Schutzfilme auf diese Weise auf geneigten Seitenflächen gebildet sind, werden die gleichen Effekte wie bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung 10 erhalten.
  • Zweite Ausführungsform
  • Bei dieser zweiten Ausführungsform wird eine Konfiguration beschrieben, bei der zusätzlich zu den ersten Schutzfilmen der ersten Ausführungsform zweite Schutzfilme gebildet sind.
  • Eine Halbleitervorrichtung 10a gemäß der zweiten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
  • 5 ist eine Draufsicht auf einen Hauptteil der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. 6 ist eine Querschnittsansicht des Hauptteils der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Man beachte, dass bei der in den 5 und 6 gezeigten Halbleitervorrichtung 10a Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform (in den 1 bis 3 gezeigt) die gleichen Konfigurationen indizieren.
  • 5 entspricht einer Draufsicht auf den Umfang der Schaltkreisstruktur 12e in 1 der ersten Ausführungsform. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie X-X in 5.
  • Gleich wie die Halbleitervorrichtung 10 ist der erste Schutzfilm der Halbleitervorrichtung 10a auf zugewandten Seitenflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet. Außerdem sind die zweiten Schutzfilme bei der Halbleitervorrichtung 10a auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h entlang der ersten Schutzfilme gebildet, die auf den Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet sind.
  • Beispielsweise wie in den 5 und 6 gezeigt, weist die Schaltkreisstruktur 12e einen ersten Schutzfilm 12e1 auf, der auf der Seitenfläche gebildet ist, die den Schaltkreisstrukturen 12b bis 12d zugewandt ist (siehe 1) und weist einen zweiten Schutzfilm 12e6 auf, der auf einem Randabschnitt der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12e entlang des ersten Schutzfilms 12e1 gebildet ist. Die Schaltkreisstruktur 12e weist erste Schutzfilme 12e2 und 12e3 auf, die auf Seitenflächen gebildet sind, die der Schaltkreisstruktur 12a zugewandt sind (siehe 1) und weist zweite Schutzfilme 12e7 und 12e8 auf, die auf Randabschnitten der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12e entlang der ersten Schutzfilme 12e2 und 12e3 gebildet sind. Außerdem weist die Schaltkreisstruktur 12e einen ersten Schutzfilm 12e4 auf, der auf einer Seitenfläche gebildet ist, die den Schaltkreisstrukturen 12f bis 12h zugewandt ist (siehe 1) und weist den zweiten Schutzfilm 12e9 auf, der auf einem Randabschnitt der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12e entlang des ersten Schutzfilms 12e4 gebildet ist.
  • Wie in 5 gezeigt, weist die Schaltkreisstruktur 12a erste Schutzfilme 12a1 und 12a2 auf, die auf den Seitenflächen gebildet sind, die den Schaltkreisstrukturen 12b und 12e zugewandt sind (siehe 1) und weist die zweite Schutzfilme 12a5 und 12a6 auf, die auf Randabschnitten der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12a entlang der ersten Schutzfilme 12a1 und 12a2 gebildet sind. Man beachte, dass, wenn zwischen den zweiten Schutzfilmen keine spezifische Unterscheidung gemacht wird, die Bezugszeichen 12a6, 12a7 und 12e6 bis 12e9 weggelassen werden können.
  • Auch wenn in den Zeichnungen nicht gezeigt, sind erste Schutzfilme auf zugewandten Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12b bis 12d und 12f bis 12h auf die gleiche Weise wie die Schaltkreisstrukturen 12a und 12e gebildet und sind zweite Schutzfilme (auch nicht veranschaulicht) auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12b bis 12d und 12f bis 12h entlang der ersten Schutzfilme gebildet.
  • Gleich wie bei den ersten Schutzfilmen wird bei den zweiten Schutzfilmen ein Material mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit verwendet. Beispielhafte Materialien umfassen Aluminium, Nickel, Titan, Chrom, Molybdän, Tantal, Niob, Wolfram, Vanadium, Bismut, Zirkonium, Hafnium, Gold, Platin, Palladium und Legierungen, die zumindest eines dieser Metalle umfassen.
  • Gleich wie bei den ersten Schutzfilmen der ersten Ausführungsform ist es möglich, die zweiten Schutzfilme durch stromlose Plattierung zu bilden. Dabei ist es möglich, die ersten Schutzfilme und die zweiten Schutzfilme auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h zu bilden, indem eine Maske (Photolack) vorab in Teilen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet wird, in denen die ersten Schutzfilme und die zweiten Schutzfilme nicht zu bilden sind, und der Photolack nach der stromlosen Plattierung entfernt wird.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform oben beschrieben, ist es durch die ersten Schutzfilme, die auf den zugewandten Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet sind, möglich, die Produktion von Korrosionsprodukten auf den Seitenflächen zu verhindern.
  • Mit nur den ersten Schutzfilmen ist es jedoch nicht möglich, die Produktion von Korrosionsprodukten auf Randabschnitten entlang der ersten Schutzfilme der jeweiligen Vorderflächen von benachbarten Schaltkreisstrukturen zu verhindern. Insbesondere wenn der Abstand zwischen benachbarten Schaltkreisstrukturen gering ist und große elektrische Felder zwischen benachbarten Schaltkreisstrukturen angelegt werden, werden Korrosionsprodukte an den Randabschnitten der Vorderflächen von benachbarten Schaltkreisstrukturen produziert. Dadurch kann das Risiko entstehen, dass benachbarte Schaltkreisstrukturen elektrisch verbunden werden.
  • Aus diesem Grund sind bei der zweiten Ausführungsform zusätzlich zu den ersten Schutzfilmen, die auf den Seitenabschnitten der Schaltkreisstrukturen gebildet sind, die zweiten Schutzfilme auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen entlang der ersten Schutzfilme gebildet. Dadurch wird die Produktion von Korrosionsprodukten durch Ionenwanderung auf zugewandten Seitenflächen und den Randabschnitten der Vorderflächen von benachbarten Schaltkreisstrukturen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h unterdrückt. Dies bedeutet, dass es möglich ist, Kurzschlüsse zwischen benachbarten Schaltkreisstrukturen zuverlässig zu vermeiden.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 10a ist auf diese Weise die Mehrzahl von ersten Schutzfilmen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h auf Seitenflächen gebildet, die benachbarten Schaltkreisstrukturen zugewandt sind, und sind die zweiten Schutzfilme entlang der ersten Schutzfilme auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet. Teile der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h außer den Seitenflächen und den Randabschnitten, wie oben erwähnt, werden keinem Plattierungsprozess oder dergleichen unterzogen.
  • Aus diesem Grund wird, wenn die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g durch das Lot 18a bis 18i direkt auf die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebondet sind, eine Verringerung der Benetzbarkeit der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h in Bezug auf das Lot 18a bis 18i vermieden. Demgemäß wird ein Abfall der Bondfestigkeit für die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g auf der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h vermieden.
  • Da die Mehrzahl von ersten Schutzfilmen (Bezugszeichen weggelassen) der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h auf den Seitenflächen von benachbarten Schaltkreisstrukturen gebildet ist und die zweiten Schutzfilme entlang der ersten Schutzfilme auf den Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen gebildet sind, wird außerdem die Produktion von Korrosionsprodukten durch Ionenwanderung auf den gegenüberliegenden Seitenflächen von benachbarten Schaltkreisstrukturen vermieden. Dadurch ist es möglich, Kurzschlüsse zwischen den benachbarten Schaltkreisstrukturen zuverlässig zu vermeiden.
  • Demgemäß werden Fehlfunktionen der Halbleitervorrichtung 10a verringert, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
  • Dritte Ausführungsform
  • Bei der Halbleitervorrichtung 10a gemäß der zweiten Ausführungsform sind die ersten Schutzfilme und die zweiten Schutzfilme so gebildet, dass die Produktion von Korrosionsprodukten durch Ionenwanderung auf zugewandten Seitenflächen und Randabschnitten von Vorderflächen entlang dieser Seitenflächen von benachbarten Schaltkreisstrukturen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h unterdrückt wird.
  • Eine Halbleitervorrichtung 10b, die in der Lage ist, die Produktion von Korrosionsprodukten zwischen den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h durch Ionenwanderung zuverlässiger zu unterdrücken, wird nun unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben.
  • 7 ist eine Draufsicht auf einen Hauptteil einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. Die 8 und 9 sind Querschnittsansichten von Hauptteilen der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Man beachte, dass bei der in den 7 und 9 gezeigten Halbleitervorrichtung 10b Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform (in den 1 bis 3 gezeigt) die gleichen Konfigurationen indizieren.
  • Gleich wie bei der zweiten Ausführungsform entspricht 7 einer Draufsicht auf den Umfang der Schaltkreisstruktur 12e der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Strich-Punkt-Linie X1-X1 in 7 und 9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Strich-Punkt-Linie X2-X2 in 7.
  • Gleich wie bei der Halbleitervorrichtung 10 sind erste Schutzfilme der Halbleitervorrichtung 10b auf zugewandten Seitenflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet. Außerdem sind die ersten Schutzfilme bei der Halbleitervorrichtung 10b auf Seitenfläche außer den zugewandten Seitenflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet. Zweite Schutzfilme sind bei der Halbleitervorrichtung 10b auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h entlang der ersten Schutzfilme gebildet, die auf den Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet sind. Zweite Schutzfilme sind bei der Halbleitervorrichtung 10b außerdem auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h entlang der ersten Schutzfilme gebildet, die auf Seitenflächen außer den zugewandten Seitenflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet sind. Bei der Halbleitervorrichtung 10b sind dritte Schutzfilme auf den Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet, um die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h freizulegen.
  • Anders ausgedrückt bedecken die ersten Schutzfilme, die zweiten Schutzfilme und die dritten Schutzfilme alle der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h der Halbleitervorrichtung 10b, wobei gleichzeitig die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 auf den Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h freigelegt sind.
  • Beispielsweise wie in den 7 bis 9 gezeigt, weist die Schaltkreisstruktur 12e gleich wie bei der zweiten Ausführungsform erste Schutzfilme 12e1 bis 12e4 auf, die auf den Seitenflächen gebildet sind, die den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12d und 12f bis 12h zugewandt sind (siehe 1). Außerdem sind erste Schutzfilme 12e11 und 12e12 auf den restlichen Seitenflächen der Schaltkreisstruktur 12a gebildet. Zweite Schutzfilme 12e6 bis 12e9 sind auf Randabschnitten der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12e entlang der ersten Schutzfilme 12e1 bis 12e4 gebildet. Außerdem weist die Schaltkreisstruktur 12e zweite Schutzfilme 12e13 und 12e14 auf, die auf Randabschnitten der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12e entlang der ersten Schutzfilme 12e11 und 12e12 gebildet sind.
  • Außerdem ist der dritte Schutzfilm 12e10 bei der Schaltkreisstruktur 12e auf der Vorderfläche gebildet, so dass die Bondregionen 15a1 und 15b1 freigelegt sind.
  • Wie in 7 gezeigt, sind die ersten Schutzfilme 12a1 und 12a2 der Schaltkreisstruktur 12a auf den Seitenflächen gebildet, die den Schaltkreisstrukturen 12b und 12e zugewandt sind (siehe 1) und sind die zweiten Schutzfilme 12a5 und 12a6 auf Randabschnitten der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12a entlang der ersten Schutzfilme 12a1 und 12a2 gebildet.
  • Die Schaltkreisstruktur 12a weist außerdem einen ersten Schutzfilm 12a7 auf, der auf der restlichen Seitenfläche gebildet ist, und den zweiten Schutzfilm 12a8 auf, der auf dem Randabschnitt der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12a entlang des ersten Schutzfilms 12a7 gebildet ist. Auf der Schaltkreisstruktur 12a der Halbleitervorrichtung 10b sind der erste Schutzfilm 12a2 und der zweite Schutzfilm 12a6 jedoch so gebildet, dass sie sich entlang des Rands der Schaltkreisstruktur 12a erstrecken, anders als bei der Halbleitervorrichtung 10a.
  • Außerdem weist die Schaltkreisstruktur 12a einen dritten Schutzfilm 12a10 auf, der auf der Vorderfläche der Schaltkreisstruktur 12a gebildet ist, um die Bondregion 16a1 freizulegen (siehe 1, in 7 jedoch weggelassen). Man beachte, dass, wenn zwischen den dritten Schutzfilmen keine spezifische Unterscheidung gemacht wird, die Bezugszeichen 12a10 und 12e10 weggelassen werden können.
  • Auch wenn in den Zeichnungen nicht gezeigt, sind die ersten Schutzfilme und die zweiten Schutzfilme der Schaltkreisstrukturen 12b bis 12d und 12f bis 12h gleich wie bei den Schaltkreisstrukturen 12a und 12e auf allen der Seitenflächen um den Umfang und den Randabschnitten der Vorderflächen entlang dieser Seitenflächen gebildet und sind außerdem dritte Schutzfilme (nicht veranschaulicht) auf den Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12b bis 12d und 12f bis 12h gebildet, um die Bondregionen 12b1, 12c1, 12d1, 12f1, 12g1, 12h1 und 16a1 bis 16g1 freizulegen.
  • Man beachte, dass bei den dritten Schutzfilmen gleich wie bei den ersten Schutzfilmen und den zweiten Schutzfilmen ein Material mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit verwendet wird. Gleich wie bei den ersten Schutzfilmen umfassen beispielhafte Materialien Aluminium, Nickel, Titan, Chrom, Molybdän, Tantal, Niob, Wolfram, Vanadium, Bismut, Zirkonium, Hafnium, Gold, Platin, Palladium und Legierungen, die zumindest eines dieser Metalle umfassen.
  • Gleich wie bei den ersten und zweiten Schutzfilmen der ersten und zweiten Ausführungsform ist es möglich, die dritten Schutzfilme durch stromlose Plattierung zu bilden. Dabei ist es möglich, die ersten Schutzfilme, die zweiten Schutzfilme und die dritten Schutzfilme auf den Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h zu bilden, indem eine Maske (Photolack) vorab in Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c1 und 16a1 bis 16g1 der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet und der Photolack nach der stromlosen Plattierung entfernt wird. Demgemäß sind die ersten Schutzfilme, die zweiten Schutzfilme und die dritten Schutzfilme integral ausgebildet. Anders ausgedrückt ist es ausreichend, die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 zu maskieren (d. h. einen Photolack auf diesen aufzutragen), um die ersten Schutzfilme, die zweiten Schutzfilme und die dritten Schutzfilme auf der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h der Halbleitervorrichtung 10b zu bilden. Dies bedeutet, dass die Bildung der ersten Schutzfilme, der zweiten Schutzfilme und der dritten Schutzfilme im Vergleich zu der ersten und zweiten Ausführungsform einfach ist.
  • Bei der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung 10b ist die Mehrzahl von ersten Schutzfilmen bei der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h auf den Seitenflächen um die Umfänge der Schaltkreisstrukturen gebildet und sind die zweiten Schutzfilme entlang der ersten Schutzfilme auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebildet. Außerdem sind die dritten Schutzfilme bei der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h auf den Vorderflächen gebildet, um die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 freizulegen.
  • Dies bedeutet, dass, wenn die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g durch das Lot 18a bis 18i direkt an die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h gebondet sind, eine Verringerung der Benetzbarkeit der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h in Bezug auf das Lot 18a bis 18i vermieden wird. Demgemäß wird ein Abfall der Bondfestigkeit für die Halbleiterelemente 15a, 15b und 15d, die elektronische Komponente 15c und die Kontaktelemente 16a bis 16g auf der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12e bis 12h vermieden.
  • Außerdem ist eine Mehrzahl von ersten Schutzfilmen bei der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h auf den Seitenflächen um die Umfänge der Schaltkreisstrukturen gebildet, sind zweite Schutzfilme entlang der ersten Schutzfilme auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen gebildet und sind die dritten Schutzfilme so gebildet, dass Bondregionen auf den Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen freigelegt sind. Dies bedeutet, dass die Produktion von Korrosionsprodukten zwischen den Schaltkreisstrukturen durch Ionenwanderung zuverlässig unterdrückt wird. Dadurch ist es möglich, Kurzschlüsse zwischen den Schaltkreisstrukturen zuverlässig zu verhindern.
  • Demgemäß werden Fehlfunktionen der Halbleitervorrichtung 10b verringert, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
  • Man beachte, dass es bei der Entscheidung, wie die ersten Schutzfilme, die zweiten Schutzfilme und die dritten Schutzfilme in der Halbleitervorrichtung 10b gemäß der dritten Ausführungsform zu bilden sind, ausreichend ist, eine Mehrzahl von ersten Schutzfilmen auf zumindest zugewandten Seitenflächen von benachbarten Schaltkreisstrukturen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h zu bilden, solange die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h bei der Halbleitervorrichtung 10 freigelegt sind.
  • Gleichermaßen ist es ausreichend, die Mehrzahl von ersten Schutzfilmen, die auf zugewandten Seitenflächen der Schaltkreisstrukturen zu bilden sind, zu bilden und die zweiten Schutzfilme entlang der ersten Schutzfilme auf Randabschnitten der Vorderflächen der Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h zu bilden, solange die Bondregionen 15a1, 15b1, 15d1, 15c1, 15c2 und 16a1 bis 16g1 der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen 12a bis 12h bei der Halbleitervorrichtung 10b freigelegt sind.
  • Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ist es möglich, einen Abfall der Bondfestigkeit von Komponenten auf Schaltkreisstrukturen zu vermeiden und eine Verringerung der Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung zu vermeiden.

Claims (10)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Substrat, das eine Isolierplatte mit einer Vorderfläche und einer Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen umfasst, die auf der Vorderfläche der Isolierplatte gebildet sind; eine Mehrzahl von Schutzfilmen, die auf zumindest zugewandten Seitenabschnitten der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen gebildet sind, so dass Bondregionen auf Vorderflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen freigelegt sind; und eine Mehrzahl von Komponenten, die über Lot auf die Bondregionen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen gebondet sind.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Schutzfilmen auf zumindest den zugewandten Seitenabschnitten und auf Randabschnitten der Vorderflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen entlang der Seitenabschnitte gebildet ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Schutzfilmen auf den Seitenabschnitten, auf den Randabschnitten und auf den Vorderflächen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen gebildet ist, so dass die Bondregionen freigelegt sind.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Mehrzahl von Komponenten so gebondet ist, dass sie sich zwischen benachbarten Schaltkreisstrukturen der Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen erstreckt.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Komponenten zumindest eines der Halbleiterelemente und Kontaktelemente ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von Komponenten elektronische Komponenten ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Schaltkreisstrukturen aus Kupfer oder Kupferlegierung gebildet ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von ersten Schutzfilmen aus Nickel oder Nickellegierung gebildet ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lot ein bleifreies Lot ist, das zumindest eine Legierung umfasst, die aus einer Zinn-Silber-Kupfer-Legierung, einer Zinn-Zink-Bismut-Legierung, einer Zinn-Kupfer-Legierung und einer Zinn-Silber-Indium-Bismut-Legierung als Hauptkomponente ausgewählt ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei Nickel, Germanium, Kobalt oder Silicium zum Lot hinzugefügt wird.
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