DE102018207532A1 - Halbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitereinrichtung umfasst: eine Radiatorplatte; eine Harzisolierungsschicht, die auf der Radiatorplatte vorgesehen ist; einen Harzblock, der aus Harz besteht und ringförmig angeordnet ist, um einen Endteil der Radiatorplatte und einen Endteil der Harzisolierungsschicht zu bedecken; ein Gehäuse, das angeordnet ist, um den Harzblock zu bedecken; und ein Versiegelungsmaterial, das in ein Inneres des Gehäuses gefüllt ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Radiatorplatte.
  • Stand der Technik
  • In einer herkömmlichen Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Radiatorplatte ist eine Verdrahtungsschicht mit einem Schaltungsmuster auf der Radiatorplatte mit einer Funktion zum Abstrahlen von Wärme nach außen über eine Harzisolierungsschicht ausgebildet, welche die Radiatorplatte von leitenden Teilen innerhalb der Einrichtung isoliert. Auf der Verdrahtungsschicht sind über ein Lot Halbleitervorrichtungen implementiert. Die Halbleitervorrichtungen sind mit der Verdrahtungsschicht über Drahtbonding verbunden, das die leitenden Teile bildet. Ein Gehäuse ist über ein Haftmaterial an die Harzisolierungsschicht gebondet. Es gibt eine Technologie, bei welcher die leitenden Teile, die innerhalb des Gehäuses liegen, mit einem Versiegelungsharz mit einem kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten versiegelt werden (siehe beispielsweise JP 2005-056873 A ).
  • Zusammenfassung
  • Eine herkömmliche Halbleitereinrichtung nutzt Halbleitervorrichtungen mit einem kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten als andere Komponenten. Dies bewirkt eine Verzerrung und Spannung zwischen den Halbleitervorrichtungen und peripheren Komponenten aufgrund einer Differenz im Ausdehnungs- und Kontraktionsbetrag dazwischen, wenn sich die Temperatur der Halbleitereinrichtung ändert. Die Halbleitervorrichtungen und die den Halbleitervorrichtungen benachbarten peripheren Komponenten sind jedoch mit einem Versiegelungsharz mit einem kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten versiegelt. Dementsprechend werden eine Verzerrung und eine Spannung, die zwischen den Halbleitervorrichtungen und den peripheren Komponenten auftreten, unterdrückt.
  • Indes kann die Harzisolierungsschicht, welche im Allgemeinen den nächstniedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten zu einem Halbleiterchip aufweist, nicht mit dem Versiegelungsharz hinsichtlich dessen struktureller Eigenschaft bedeckt werden. Dies ist der Fall, da ein Haftmaterial auf die Oberfläche der Harzisolierungsschicht aufgebracht wird und das Gehäuse mit dem Haftmaterial an die Harzisolierungsschicht gebondet wird, in einem integrierten Substrat, in welchem die Verdrahtungsschicht mit einem Schaltungsmuster über die Harzisolierungsschicht auf der Radiatorplatte implementiert ist. Die Oberfläche der Harzisolierungsschicht, die mehr einwärts der Halbleitereinrichtung als das Haftmaterial positioniert ist, ist mit dem Versiegelungsharz bedeckt, da das Harz, mit dem das Innere der Halbleitereinrichtung versiegelt werden soll, genutzt wird, um das Gehäuse zu versiegeln, nachdem das Gehäuse gebondet ist. Nichts desto trotz kann ein Endteil der Harzisolierungsschicht, der mehr auf der peripheren Seite der Halbleitereinrichtung als das Haftmaterial positioniert ist, nicht mit dem Versiegelungsharz bedeckt werden. Daher können ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht und der Radiatorplatte nicht unterdrückt werden. Temperaturänderungen in einer Leistungshalbleitereinrichtung selbst haben zugenommen. Daher ist es notwendig, ein Abblättern oder Risse am Endteil der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht und der Radiatorplatte zu unterdrücken.
  • Die vorliegende Erfindung ist konzipiert, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und deren Aufgabe besteht darin, eine Halbleitereinrichtung zu schaffen, die eine Radiatorplatte aufweist und ein Abblättern oder Risse, die an einem Endteil eines Bondingteils einer Harzisolierungsschicht und der Radiatorplatte entstehen, unterdrücken kann.
  • Die Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Radiatorplatte; eine Harzisolierungsschicht, die auf der Radiatorplatte vorgesehen ist; einen Harzblock, der aus Harz besteht und ringförmig angeordnet ist, um einen Endteil der Radiatorplatte und einen Endteil der Harzisolierungsschicht zu bedecken; ein Gehäuse, das angeordnet ist, um den Harzblock zu bedecken; und ein in ein Inneres des Gehäuses gefülltes Versiegelungsmaterial..
  • In der Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der aus Harz bestehende ringförmige Harzblock an dem Endteil der Radiatorplatte und dem Endteil der Harzisolierungsschicht fixiert. Dieser kann dadurch eine Verzerrung unterdrücken, die zwischen dem Endteil der Radiatorplatte und dem Endteil der Harzisolierungsschicht auftritt, wenn sich die Temperatur im Betrieb der Halbleitereinrichtung ändert, und ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen der Radiatorplatte und dem Harzblock unterdrücken.
  • Figurenliste
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Darin zeigt:
    • 1 ein Konfigurationsdiagramm einer Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2 eine Querschnittsansicht einer Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 3 ein Konfigurationsdiagramm einer Halbleitereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 4 eine Querschnittsansicht einer Halbleitereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 5 ein Konfigurationsdiagramm einer Halbleitereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 6 eine Querschnittsansicht einer Halbleitereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 7 ein Konfigurationsdiagramm einer Halbleitereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 8 eine Querschnittsansicht einer Halbleitereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • Zunächst wird eine Konfiguration einer Halbleitereinrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der in 1 veranschaulichten Linie X-X gelegt ist.
  • Die Halbleitereinrichtung 100 umfasst eine Wärmeabstrahlungsplatine, in welcher eine Verdrahtungsschicht 3 mit einem Schaltungsmuster auf einer aus Kupfer bestehenden Radiatorplatte 1 über eine Harzisolierungsschicht 2 implementiert ist. Halbleitervorrichtungen 5 sind über ein Lot 4 mit der Verdrahtungsschicht 3 verbunden. Eine Gehäuse 8, das Anschlüsse 7 enthält, ist über ein Haftmaterial 6 mit der Harzisolierungsschicht 2 verbunden. Die Anschlüsse 7, die Halbleitervorrichtungen 5 und die Verdrahtungsschicht 3 sind mit Bondingdrähten 9 miteinander verbunden. Das Innere des Gehäuses 8 ist mit einem Versiegelungsmaterial 10 gefüllt. Insbesondere ist ein Endteil 3a der Verdrahtungsschicht 3 im Vergleich zu einem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und einem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 mehr einwärts der Halbleitereinrichtung positioniert. Die oben erwähnte Positions- bzw. Lagebeziehung zwischen den Endteilen führt zu einem Effekt, dass eine Kriechstrecke zwischen der Verdrahtungsschicht 3 und der Radiatorplatte 1 sichergestellt ist, um eine Isolierung zwischen der Verdrahtungsschicht 3 und der Radiatorplatte 1 zu verbessern. Der Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und der Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 sind auf der gleichen Ebene positioniert. Ein Harzblock 11 ist so ringförmig angeordnet, dass er die gesamten Umfänge des Endteils 1a der Radiatorplatte 1 und des Endteils 2a der Harzisolierungsschicht 2 bedeckt. Der Harzblock 11 ist an dem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 fixiert. Der Harzblock 11 besteht aus einem Harz auf Epoxidbasis mit guter Bondingeigenschaft an der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1. Aus nachher aufgeführten Gründen hat der Harzblock 11 wünschenswerterweise einen Youngschen bzw. Elastizitätsmodul von nicht weniger als 10 [GPa] und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 30 × 10-6 [/K].
  • Der in der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehene Harzblock 11 erzielt den Effekt, dass ein Abblättern oder Risse, welche durch eine Differenz im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 hervorgerufen werden, an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 unterdrückt werden.
  • Zunächst wird ein Mechanismus beschrieben, durch den ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 entstehen. Ein derartiges Abblättern oder Risse treten aufgrund einer durch eine Differenz im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 hervorgerufene Spannung oder Verzerrung auf, wenn sich die Temperatur der Halbleitereinrichtung ändert.
  • Die Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ermöglicht, dass erzeugte Wärme aus dem Inneren der Halbleitereinrichtung im Betrieb der Halbleitereinrichtung über die Verdrahtungsschicht 3 und die Harzisolierungsschicht 2 von der Radiatorplatte 1 abgestrahlt wird. Im Verlauf des Wärmeabstrahlungsprozesses steigt die Temperatur der Halbleitereinrichtung 100.
  • Indes fällt, nachdem die Halbleitereinrichtung ihren Betrieb einstellt bzw. unterbricht und die Wärme über den gleichen Weg wie oben abgestrahlt wird, die Temperatur der Halbleitereinrichtung 100 auf eine einer Umgebungstemperatur äquivalente Temperatur. Bei Betrieb der Halbleitereinrichtung steigt dann die Temperatur wieder an. Danach werden ein Anstieg der Temperatur und Abfall der Temperatur wiederholt.
  • Nimmt man an, dass ein Zyklus ein Heizzyklus von einem Anstieg der Temperatur bis zum nächsten Anstieg der Temperatur ist, tritt im Verhältnis zur Anzahl von Zyklen eine akkumulierte Verzerrung zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 auf. Wenn die Größe der akkumulierten Verzerrung eine Bindungskraft übersteigt, treten an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 ein Abblättern oder Risse auf.
  • Als Nächstes werden Funktion und Effekte des in der Halbleitereinrichtung 100 vorgesehenen Harzblocks 11 beschrieben. Der Harzblock 11 ist an dem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 fixiert, welche die gleiche Ebene bilden. Mit anderen Worten bildet die Bondingfläche des Harzblocks 11 zu der Radiatorplatte 1 und der Harzisolierungsschicht 2 eine flache Oberfläche ohne Unregelmäßigkeiten. Die Bondingfläche bildet so eine flache Oberfläche ohne Unregelmäßigkeiten und dadurch kann der Harzblock 11 Spannung von der Radiatorplatte 1 und der Harzisolierungsschicht 2 aufnehmen, welche sich ausdehnen und zusammenziehen, wobei die Spannung über die Bondingfläche verteilt wird. Dies kann eine Verformung aufgrund der Spannung unterdrücken, was ermöglicht, dass der Harzblock 11 gegenüber einer größeren Spannung als herkömmliche beständig ist. Mit anderen Worten wirkt der Harzblock 11 dahingehend, die Ebenheit der Bondingfläche aufrechtzuerhalten, und übt dadurch darauf eine Spannung aus, so dass die Bondingfläche die gleiche Ebene auf dem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2, welche sich im Betrag einer Ausdehnung und Kontraktion voneinander unterscheiden, wiederherstellt.
  • Beschreiben wird eine Wirkung einer Dehnung jeder Komponente, wenn die Temperatur der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ansteigt. Nachdem eine Komponente, die aus einer flachen Platte besteht, welche einen Umfang L [m] hat, erhitzt ist, wird ein Umfang L' [m] der Komponente nach einem Erhitzen durch L' = L [1 + (α × ΔT)] approximiert, wobei ΔT [°C] eine Temperaturänderung ist und α [/K] ein linearer Ausdehnungskoeffizient ist.
  • In der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Beziehung L1 = L2 = L3 erfüllt, wenn L1 [m] eine innere Umfangslänge des Harzblocks 11 vor einem Anstieg einer Temperatur ist, L2 [m] ein Umfangslänge der Radiatorplatte 1 vor dem Anstieg der Temperatur ist und L3 [m] eine Umfangslänge der Harzisolierungsschicht 2 vor dem Anstieg der Temperatur ist. Man nehme an, dass die Beziehung L1 = L2 = L3 = 1 [m] erfüllt sein wird, A [/K] als ein linearer Ausdehnungskoeffizient des Harzblocks 11 angesetzt wird, B [/K] als ein linearer Ausdehnungskoeffizient der Radiatorplatte 1 angesetzt wird und C [/K] als ein linearer Ausdehnungskoeffizient der Harzisolierungsschicht 2 angesetzt wird. In solch einem Fall kann, wenn die Temperatur von 25 [°C] auf 175 [°C] ansteigt, die innere Umfangslänge L1' des Harzblocks 11 nach dem Anstieg der Temperatur durch L1' = 1 + (A × 150) [m], die Umfangslänge L2' der Radiatorplatte 1 nach dem Anstieg der Temperatur durch L2' = 1 + (B × 150) [m] und die Umfangslänge L3' der Harzisolierungsschicht 2 nach dem Anstieg der Temperatur durch L3' = 1 + (C × 150) [m] approximiert werden, wobei eine Spannung an den jeweiligen Verbindungs- bzw. Bondingteilen ignoriert wird.
  • Mit anderen Worten wird, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11 größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 ist, die innere Umfangslänge des Harzblocks 11 größer werden als die Umfangslänge der Radiatorplatte 1 und die Umfangslänge der Harzisolierungsschicht 2.
  • Betrachtet man den Fall, in welchem die Komponenten tatsächlich verbunden sind, erzeugt der Bondingteil der Radiatorplatte 1 und der Harzisolierungsschicht 2 eine Spannung, so dass die Differenz zwischen den Umfangslängen klein wird. Obgleich basierend auf den oben erwähnten Ausdrücken diese Differenz kleiner als die Differenz zwischen den Umfangslängen wird, tritt daher aufgrund der Spannung bei einer Dehnung eine Verzerrung auf. Diese bewirkt durch diese Verzerrung eine Verschiebung zwischen dem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2.
  • Der Harzblock 11 wirkt dahingehend, die Ebenheit der Bondingfläche zwischen dem Harzblock 11 und den oben erwähnten Endteilen zu bewahren. Daher wirken auch die Endteile der Radiatorplatte 1 und der Harzisolierungsschicht 2 dahingehend, die Verzerrung zu unterdrücken.
  • Was den für den Harzblock 11 erforderlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten anbetrifft, ist es hierin wünschenswert, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzblocks 11 30 × 10-6 [/K] oder weniger beträgt. Der lineare Ausdehnungskoeffizient der aus Kupfer bestehenden Radiatorplatte 1 beträgt annähernd 16 × 10-6 [/K]. Falls der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzblocks 11 30 × 10-6 [/K] oder mehr beträgt, bewirkt eine Differenz zwischen deren Ausdehnungs- und Kontraktionsbetrag möglicherweise ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen dem Harzblock 11 und der Radiatorplatte 1.
  • Wenn auf der anderen Seite der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11 kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 ist, wird die innere Umfangslänge des Harzblocks 11 kleiner werden als die Umfangslänge der Radiatorplatte 1 und die Umfangslänge der Harzisolierungsschicht 2.
  • Im obigen Fall übt der Harzblock 11 eine Druckspannung in einer zur Dehnungsrichtung entgegengesetzten Richtung auf den Endteil 1a der Harzplatte 1 und den Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 aus.
  • Der Harzblock 11 wirkt dahingehend, die Ebenheit der Bondingfläche der oben erwähnten Endteile aufrechtzuerhalten. Daher wirken auch die Endteile der Radiatorplatte 1 und der Harzisolierungsschicht 2 dahingehend, die Verzerrung zu unterdrücken.
  • Überdies wird eine Wirkung in dem Fall beschrieben, in dem der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11, der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 eine Beziehung C < A < B erfüllen werden.
  • Im obigen Fall drückt der Harzblock 11 den Endteil 1a der Radiatorplatte 1, dessen Umfangslänge sich am stärksten dehnt, in eine Richtung entgegengesetzt zu deren Dehnungsrichtung. Indes zieht der Harzblock 11 den Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2, deren Umfangslänge sich am wenigsten dehnt, in eine Richtung entgegengesetzt zu deren Dehnungsrichtung. Dadurch wirkt der Harzblock 11 dahingehend, die Ebenheit der Bondingfläche der Endteile aufrechtzuerhalten.
  • Anschließend wird eine Wirkung beschrieben, wenn die Temperatur der Halbleitereinrichtung 100 fällt. Nachdem die Temperatur fällt, wird der Umfang der Komponente, die aus einer flachen Platte besteht, ausgedrückt als L' = L[1 + (α × ΔT)]. In der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn L1 [m] eine innere Umfangslänge des Harzblocks 11 vor einem Abfall einer Temperatur ist, L2 [m] eine Umfangslänge der Radiatorplatte 1 vor dem Abfall der Temperatur ist und L3 [m] eine Umfangslänge der Harzisolierungsschicht 2 vor dem Abfall der Temperatur ist, die Beziehung L1 = L2 = L3 erfüllt. Man nehme nun an, dass die Beziehung L1 = L2 = L3 = 1 [m] erfüllt ist, der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzblocks 11 A [/K] ist, der lineare Ausdehnungskoeffizient der Radiatorplatte 1 B [/K] ist und der lineare Ausdehnungskoeffizient der Harzisolierungsschicht 2 C [/K] ist. In solch einem Fall kann, wenn die Temperatur von 175 [°C] auf 25 [°C] fällt, die innere Umfangslänge L1' des Harzblocks 11 nach dem Abfall der Temperatur durch L1' = 1 - (A × 150) [m], die Umfangslänge L2' der Radiatorplatte 1 nach dem Abfall der Temperatur durch L2' = 1 - (B × 150) [m] und die Umfangslänge L3' der Harzisolierungsschicht 2 nach dem Abfall der Temperatur durch L3' = 1 - (C × 150) [m] approximiert werden, wobei eine Spannung an deren Bondingteilen ignoriert wird.
  • Wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11 größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 ist, wird die innere Umfangslänge des Harzblocks 11 kleiner als die Umfangslänge der Radiatorplatte 1 und die Umfangslänge der Harzisolierungsschicht 2, was eine umgekehrte Beziehung zu derjenigen bei einem Anstieg der Temperatur angibt.
  • Mit anderen Worten ist die Wirkung in dem Fall, in dem der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11 bei einem Abfall der Temperatur größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 ist, ähnlich der Wirkung in dem Fall, in dem der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11 bei einem Anstieg der Temperatur kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 ist.
  • Desgleichen ist eine Wirkung in dem Fall, in dem der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11 bei einem Abfall der Temperatur kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 ist, ähnlich der Wirkung in dem Fall, in dem der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11 bei einem Anstieg der Temperatur größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 ist.
  • Überdies kann eine Wirkung in dem Fall, in dem der lineare Ausdehnungskoeffizient A des Harzblocks 11, der lineare Ausdehnungskoeffizient B der Radiatorplatte 1 und der lineare Ausdehnungskoeffizient C der Harzisolierungsschicht 2 bei einem Abfall der Temperatur die Beziehung C < A < B erfüllen werden, basierend auf der Erklärung der Wirkung bei einem Anstieg der Temperatur unter den oben erwähnten Bedingungen ebenfalls erklärt werden, indem die Richtung der Spannung umgekehrt wird.
  • Anschließend wird das Unterdrückungsvermögen des Harzblocks 11 der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform gegenüber einer Verzerrung beschrieben, die zwischen dem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 auftritt. Der Elastizitätsmodul des Harzblocks 11 beeinflusst das Unterdrückungsvermögen des Harzblocks 11 gegenüber der Verzerrung. Je höher der Elastizitätsmodul des Harzblocks 11 ist, desto größer wird das Unterdrückungsvermögen gegenüber die Verzerrung sein.
  • Im Vergleich zu Kupfer ist der Elastizitätsmodul der Harzisolierungsschicht 2 extrem klein, und es ist verhältnismäßig einfach, den Betrag einer Ausdehnung und Kontraktion der Harzisolierungsschicht 2 zu unterdrücken. Ein für den Harzblock 11 erforderlicher Elastizitätmodul beträgt daher wünschenswerterweise zumindest 10 GPa oder mehr, wobei dessen Verhältnis in Bezug auf den Elastizitätsmodul der Radiatorplatte 1 berücksichtigt wird.
  • Gemäß dem Obigen wirkt der Harzblock 11 dahingehend, eine Verzerrung zu unterdrücken, die zwischen dem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 in jeder beliebigen Beziehung zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Harzblocks 11, dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Radiatorplatte 1 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Harzisolierungsschicht 2 auftritt, wenn sich die Temperatur ändert.
  • Anschließend wird ein Formungsverfahren der Wärmeabstrahlungsplatine mit dem Harzblock 11 beschrieben. Der Harzblock 11 wird durch Spritzguss so geformt, dass er an dem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 fixiert ist.
  • Zuerst wird eine integrierte Harzisolierungsplatine vorbereitet, in der die leitfähige Verdrahtungsschicht 3 über die Harzisolierungsschicht 2 auf der Radiatorplatte 1 implementiert ist. Als Nächstes wird die integrierte Harzisolierungsplatine in eine Form gelegt, die so bearbeitet ist, dass sie der Kontur der Wärmeabstrahlungsplatine mit dem Harzblock 11 entspricht. Bei einer hohen Temperatur geschmolzenes Harz auf Epoxidbasis wird in die Form eingespritzt. Nachdem das Harz unter Auskühlung härtet, wird die Isolierungsplatine herausgenommen, um die Wärmeabstrahlungsplatine mit dem Harzblock 11 zu liefern.
  • Ein Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung 100, die die Wärmeabstrahlungsplatine mit dem Harzblock 11 nutzt, wird hierin weggelassen, da die Herstellung mittels herkömmlicher Technik durchgeführt werden kann.
  • Wie oben werden gemäß der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und der Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 auf die gleiche Ebene gelegt, und der Harzblock 11 wird so ringförmig angeordnet, dass er deren gesamte Umfänge bedeckt. Dieser kann dadurch eine Verzerrung unterdrücken, die zwischen dem Endteil 1a der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 auftritt, wenn sich die Temperatur ändert.
  • Zweite Ausführungsform
  • 3 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Halbleitereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der in 3 veranschaulichten Linie X-X gelegt ist. Eine Halbleitereinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in der Form des Endteils der Radiatorplatte 1 und der Form des Harzblocks 11. Insbesondere wird in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Beschreibung der gleichen Teile wie jene oder entsprechender Teile zu jenen, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, weggelassen.
  • In der Halbleitereinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Endteil der Radiatorplatte 1, die in der Halbleitereinrichtung 200 implementiert ist, ein oberes Ende 1b der Radiatorplatte 1, ein mittleres Ende 1c der Radiatorplatte 1 und ein unteres Ende 1d der Radiatorplatte 1, welche so ausgebildet sind, dass sie beim Mittelteil auf der Seitenfläche des Endteils konvex sind. Der Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 und das obere Ende 1b der Radiatorplatte 1 sind auf der gleichen Ebene positioniert. Der Harzblock 11 ist an dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 und dem oberen Ende 1b, dem mittleren Ende 1c und dem unteren Ende 1d der Radiatorplatte 1 ringförmig fixiert und hat eine der oben erwähnten konvexen Form entsprechende konkave Form.
  • Als Nächstes werden Funktion und Effekte der Halbleitereinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Der Endteil der Radiatorplatte 1 ist so ausgebildet, dass er beim Mittelteil auf der Seitenfläche des Endteils konvex ist. Der Endteil wird durch den Harzblock 11 mit der der konvexen Form entsprechenden Vertiefung bedeckt. Dies verstärkt dadurch eine Bindungskraft zwischen der Radiatorplatte 1 und dem Harzblock 11, was ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen der Radiatorplatte 1 und dem Harzblock 11 unterdrücken kann. Außerdem sind der Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 und das obere Ende 1b der Radiatorplatte 1 auf der gleichen Ebene angeordnet. Dies kann dadurch eine Konzentration von bei Ausdehnung und Kontraktion entstehender Spannung unterdrücken. Daher kann der Harzblock 11 dahingehend wirken, den Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 und das obere Ende 1b der Radiatorplatte 1 auf der gleichen Ebene zu halten.
  • Wie oben werden gemäß der Halbleitereinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform das oberen Ende 1b der Radiatorplatte 1 und der Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 auf die gleiche Ebene gelegt. Der Harzblock 11 mit einer der konvexen Form entsprechenden Vertiefung wird auf dem Endteil der Radiatorplatte 1, welcher so ausgebildet ist, dass er beim Mittelteil auf der Seitenfläche von deren Endteil konvex ist, und auf dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 so ringförmig angeordnet, dass er deren gesamten Umfang bedeckt. Dies kann dadurch eine Verzerrung unterdrücken, die zwischen dem oberen Ende 1b der Radiatorplatte 1 und dem Endteil 2a der Harzisolierungsschicht 2 auftritt, wenn sich die Temperatur ändert, was einen Effekt einer Unterdrückung von Abblättern oder Rissen an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 erzielt.
  • Dritte Ausführungsform
  • 5 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Halbleitereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der in 5 veranschaulichten Linie X-X gelegt ist. Eine Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform hinsichtlich einer Stelle, wo sich das Haftmaterial 6 befindet.
  • In der Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse 8 über das Haftmaterial 6 an den Harzblock 11 gebondet, während in der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform das Gehäuse 8 über das Lot 4 an die Harzisolierungsschicht 2 gebondet ist.
  • Als Nächstes werden Funktion und Effekte der Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. In der Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform kann verglichen mit derjenigen in der ersten Ausführungsform ein Unterdrückungsvermögen gegenüber Abblättern oder Risse zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 weiter verbessert werden.
  • Eine Spannung, die bewirkt, dass an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 ein Abblättern oder Risse auftreten, umfasst die oben erwähnte Spannung, die durch die Differenz im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 hervorgerufen wird, und eine Spannung, die von dem Gehäuse 8 und dem Versiegelungsmaterial 10 aufgenommen wird, welche der Harzisolierungsschicht 2 benachbart sind. Die Halbleitereinrichtungen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die erstgenannte Spannung unterdrücken. Indes kann die Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die letztgenannte Spannung, insbesondere die vom Gehäuse 8 aufgenommene Spannung, unterdrücken.
  • Eine Wirkung der Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform, welche die vom Gehäuse 8 aufgenommene Spannung der Harzisolierungsschicht 2 unterdrückt, wird konkret beschrieben.
  • Die oben erwähnte unterdrückende Wirkung wird erzielt aufgrund eines Unterschieds zwischen Anordnungen des Haftmaterials 6 in 2, welche eine Querschnittsansicht der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und in 6, welche eine Querschnittsansicht der Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • Wenn sich die Temperatur ändert, dehnt sich das Gehäuse 8 aus oder zieht sich zusammen. Wenn sich das Gehäuse 8 ausdehnt oder zusammenzieht, verteilt und überträgt in der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Gehäuse 8 die Spannung über zwei Wege. Einer von diesen ist ein Weg, über welchen die Spannung über das Haftmaterial 6 zur Harzisolierungsschicht 2 übertragen wird. Der andere davon ist ein Weg, über welchen die Spannung über das Versiegelungsmaterial 10 zur Harzisolierungsschicht 2 übertragen wird. Auf der anderen Seite wird in der Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn sich das Gehäuse 8 ausdehnt oder zusammenzieht, die Spannung über einen Weg verteilt und übertragen, über welchen die Spannung über das Haftmaterial 6 zum Harzblock 11 übertragen wird, und über einen Weg, über welchen die Spannung über das Versiegelungsmaterial 10 zur Harzisolierungsschicht 2 übertragen wird.
  • Mit anderen Worten wird in der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spannung, die das Gehäuse 8 über die beiden Wege überträgt, von der Harzisolierungsschicht 2 aufgenommen, was eine große Auswirkung auf ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen dieser und der Radiatorplatte 1 hat. Im Gegensatz dazu kann in der Halbleitereinrichtung 300 der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Spannung, die das Gehäuse 8 überträgt, durch den Harzblock 11, was eine geringere Auswirkung auf ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen diesem und der Radiatorplatte 1 hat, und durch die Harzisolierungsschicht 2 verteilt und aufgenommen werden. Gemäß dem Obigen kann die Spannung, die das Gehäuse 8 überträgt, durch den Harzblock 11 verteilt und aufgenommen werden, was eine geringere Auswirkung auf ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 hat. Daher kann die Halbleitereinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 unterdrücken.
  • Vierte Ausführungsform
  • 7 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Halbleitereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der in 7 veranschaulichten Linie X-X gelegt ist. Eine Halbleitereinrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in der Form des Harzblocks 11.
  • In der Halbleitereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist der Harzblock 11 so ringförmig angeordnet, dass er die gesamten Umfänge des Endteils 1a der Radiatorplatte 1 und des Endteils 2a der Harzisolierungsschicht 2 bedeckt. Im Gegensatz dazu ist in der Halbleitereinrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Harzblock 11 so ringförmig angeordnet, dass er die gesamten Umfänge des Endteils 1a der Radiatorplatte 1 und des Endteils 2a der Harzisolierungsschicht 2 bedeckt und überdies einen Umfang auf der Oberfläche der Harzisolierungsschicht 2 bedeckt. In dem Gehäuse 8 ist eine Vertiefung vorgesehen, in die der Harzblock 11 nach Bedarf nach einem Bonden eingepasst wird.
  • Als Nächstes werden Funktion und Effekte der Halbleitereinrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben. In der Halbleitereinrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform ist der Harzblock 11 so ringförmig angeordnet, dass er die gesamten Umfänge des Endteils 1a der Radiatorplatte 1 und des Endteils 2a der Harzisolierungsschicht 2 bedeckt und überdies den Umfang auf der Oberfläche der Harzisolierungsschicht 2 bedeckt. Ein Bedecken der Oberfläche der Harzisolierungsschicht 2 mit dem Harzblock 11 erhöht eine Bindungskraft der Harzisolierungsschicht 2 und des Harzblocks 11, was ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und dem Harzblock 11 unterdrücken kann. Selbst wenn, wie in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, eine Spannung des Gehäuses 8 und des Versiegelungsmaterials 10 auftritt, die die Harzisolierungsschicht 2 zieht, kann außerdem eine Bewegung zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1, die ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche dazwischen hervorruft, unterdrückt werden. Gemäß dem Obigen kann ein Unterdrückungsvermögen gegenüber Abblättern oder Risse zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 verglichen mit demjenigen in der ersten Ausführungsform weiter verbessert werden.
  • In den ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Halbleitervorrichtungen 5 auch aus SiC geschaffen sein. Eine SiC-Halbleitervorrichtung weist eine höhere thermische Leitfähigkeit als eine Si-Halbleitervorrichtung auf. Dieses Merkmal ermöglicht, dass eine SiC-Halbleitervorrichtungen nutzende Halbleitereinrichtung bei einem Betrieb mit höherer Temperatur als eine Si-Halbleitereinrichtung genutzt wird. Bei solch einem Betrieb mit höherer Temperatur werden eine Spannung und eine Verzerrung, die zwischen den Komponenten auftreten, aufgrund der Differenz im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Komponenten, die die Halbleitereinrichtung bilden, größer. Daher wirkt die vorliegende Erfindung effektiv, falls die Halbleitervorrichtungen 5 SiC-Halbleitervorrichtungen sind.
  • Eine Kombination der ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Unterdrückungsvermögen gegenüber Abblättern oder Risse zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 verbessern.
  • In den ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bedeckt der Harzblock 11 nicht notwendigerweise die gesamten Umfänge des Endteils 1a der Radiatorplatte 1 und des Endteils 2a der Harzisolierungsschicht 2, kann aber jene mit darin nach Bedarf vorgesehenen Lücken bedecken.
  • Die ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind für den Fall effektiv, in dem ein Harz auf Epoxidbasis für das Versiegelungsmaterial 10 genutzt wird. Eine Bindungskraft ist zwischen einem Harz auf Epoxidbasis und der Harzisolierungsschicht 2 hoch, und Harz auf Epoxidbasis weist einen hohen Elastizitätsmodul auf. Die bewirkt eine starke Zugspannung, infolge der ein Abblättern oder Risse zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 auftreten. In solch einem Fall funktioniert die vorliegende Erfindung effektiv, da ein Abblättern oder Risse an der Grenzfläche zwischen der Harzisolierungsschicht 2 und der Radiatorplatte 1 unterdrückt werden können.
  • Offensichtlich sind im Lichte der obigen Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es versteht sich daher, dass innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung auf andere Weise als konkret beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann.
  • Die gesamte Offenbarung der am 29. September 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-190985 , einschließlich Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung, worauf die Priorität gemäß Übereinkommen der vorliegenden Anmeldung basiert, ist in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin einbezogen.
  • 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 2005056873 A [0002]
    • JP 2017190985 [0060]

Claims (6)

  1. Halbleitereinrichtung, umfassend: eine Radiatorplatte (1); eine auf der Radiatorplatte (1) vorgesehene Harzisolierungsschicht (2); einen Harzblock (11), der aus Harz besteht und ringförmig angeordnet ist, um einen Endteil der Radiatorplatte (1) und einen Endteil der Harzisolierungsschicht (2) zu bedecken; ein Gehäuse (8), das angeordnet ist, um den Harzblock (11) zu bedecken; und ein Versiegelungsmaterial (10), das in ein Inneres des Gehäuses (8) gefüllt ist.
  2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Endteil der Radiatorplatte (1) eine konvexe Form bei einem Mittelteil auf einer Seitenfläche des Endteils der Radiatorplatte (1) aufweist, und der Harzblock (11) eine der konvexen Form entsprechende konkave Form hat.
  3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Harzblock (11) angeordnet ist, um einen Teil einer Oberfläche der Harzisolierungsschicht (2) zu bedecken.
  4. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse (8) über ein Haftmaterial (6) an den Harzblock (11) gebondet ist.
  5. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Versiegelungsmaterial (10) ein Harz auf Epoxidbasis ist.
  6. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine Verdrahtungsschicht (3), die auf der Harzisolierungsschicht (2) vorgesehen ist, und eine SiC-Halbleitervorrichtung (5), die über ein Lot (4) mit der Verdrahtungsschicht (3) verbunden ist.
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