DE102020119148A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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DE102020119148A1
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semiconductor element
semiconductor device
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bonded
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Takumi Shigemoto
Shohei Ogawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Bereitgestellt wird eine Halbleitervorrichtung, die Bonding-Eigenschaften zwischen einem auf einem Gehäuse vorgesehenen Elektrodenanschluss und einer mit einem Halbleiterelement verbundenen internen Verdrahtung stabilisiert. Eine Halbleitervorrichtung enthält einen Basisteil, ein Halbleiterelement, einen Elektrodenanschluss, einen Isolierblock und eine interne Verdrahtung. Das Halbleiterelement ist auf dem Basisteil montiert. Der Elektrodenanschluss wird von einem eine äußere Peripherie des Halbleiterelements umgebenden Gehäuse gehalten. Ein Endteilbereich des Elektrodenanschlusses steht in Richtung eines Inneren des Gehäuses vor. Der Isolierblock ist zwischen dem Halbleiterelement und dem Gehäuse auf dem Basisteil vorgesehen. In der internen Verdrahtung ist auf dem Isolierblock ein Endteilbereich an den Endteilbereich des Elektrodenanschlusses gebondet, und ein Teil eines Bereichs, der sich von dem einen Endteilbereich zum anderen Endteilbereich erstreckt, ist an das Halbleiterelement gebondet.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung.
  • Beschreibung der Hintergrundtechnik
  • Eine herkömmliche Halbleitervorrichtung besteht aus einem leitfähigen Teil, der ein Halbleiterelement enthält, das auf einem Substrat vorgesehen ist, einem Gehäuse, das den leitfähigen Teil beherbergt, und einem Elektrodenanschluss, der mit dem Gehäuse integriert und mit dem leitfähigen Teil elektrisch verbunden ist. In der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-81155 beschriebenen Halbleitervorrichtung ist eine erste plattenartige Verbindungsverdrahtung, die nicht mit dem Gehäuse integriert ist, über ein Lötmaterial mit einem externen Verbindungsanschluss und einem Halbleiterelement verbunden. Darüber hinaus ist eine zweite plattenartige Verbindungsverdrahtung mit einem externen Verbindungsanschluss und einem Verdrahtungssubstrat verbunden. Diese plattenartigen Verbindungsverdrahtungen sind aus Cu oder einem Material der Cu-Reihe gebildet.
  • In der herkömmlichen Halbleitervorrichtung ist eine Stabilisierung eines Bonding zwischen einem vom Gehäuse gehaltenen Elektrodenanschluss und einer an das Halbleiterelement gebondeten internen Verdrahtung (dem leitfähigen Teil oder der plattenartigen Verbindungsverdrahtung, die oben beschrieben wurden) erforderlich.
  • Beispielsweise muss eine Temperatur des Elektrodenanschlusses und der internen Verdrahtung ausreichend erhöht werden, um ein vorteilhaftes Bonden mittels des Lötmaterials zu erzielen. Eine Bonding-Fläche liegt jedoch auf dem aus dem Gehäuse vorstehenden Elektrodenanschluss, so dass die Temperatur tendenziell unzureichend erhöht wird, und in solch einem Fall kann das vorteilhafte Lötmetall-Bonden nicht erreicht werden.
  • Ein Heizmittel überträgt mittels Heizen ausreichend Wärme zu sowohl dem Elektrodenanschluss als auch der internen Verdrahtung; jedoch wird ein Substrat, auf dem das Halbleiterelement montiert ist, entsprechend einer Temperaturänderung wie etwa einem durch das Heizen hervorgerufenen Temperaturanstieg oder einem Temperaturabfall, nachdem das Heizen gestoppt ist, verformt. In diesem Fall schwankt ein Abstand vom Elektrodenanschluss zur internen Verdrahtung, verringert sich eine Bonding-Fläche und wird eine Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung reduziert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung wurde daher gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die imstande ist, Bonding-Eigenschaften zwischen einem auf einem Gehäuse vorgesehenen Elektrodenanschluss und einer mit einem Halbleiterelement verbundenen internen Verdrahtung zu stabilisieren.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Basisteil, ein Halbleiterelement, einen Elektrodenanschluss, einen Isolierblock und eine interne Verdrahtung. Das Halbleiterelement ist auf dem Basisteil montiert. Der Elektrodenanschluss wird von einem Gehäuse gehalten, das eine äußere Peripherie des Halbleiterelements umgibt. Ein Endteilbereich des Elektrodenanschlusses steht in Richtung eines Inneren des Gehäuses vor. Der Isolierblock weist Isolierungseigenschaften auf und ist auf dem Basisteil zwischen dem Halbleiterelement und dem Gehäuse vorgesehen. Der erste Endteilbereich der internen Verdrahtung ist an den Endteilbereich des Elektrodenanschlusses auf dem Isolierblock gebondet, und ein Teil eines Bereichs, der sich vom ersten Endteilbereich zum zweiten Endteilbereich der internen Verdrahtung erstreckt, ist an das Halbleiterelement gebondet.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die imstande ist, Bonding-Eigenschaften zwischen einem auf einem Gehäuse vorgesehenen Elektrodenanschluss und einer mit einem Halbleiterelement verbundenen internen Verdrahtung zu stabilisieren.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 4 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Bonding-Teils zwischen einem Hauptelektrodenanschluss und einer internen Elektrode in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 5 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration des Bonding-Teils zwischen dem Hauptelektrodenanschluss und der internen Elektrode in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 vergrößert darstellt.
    • 6 ist eine Seitenansicht, die eine andere Konfiguration des Bonding-Teils zwischen dem Hauptelektrodenanschluss und der internen Elektrode in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Bonding-Teils zwischen einem Hauptelektrodenanschluss und einer internen Elektrode in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 vergrößert darstellt.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 veranschaulicht.
    • 10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Bonding-Teils zwischen einem Hauptelektrodenanschluss und einer internen Elektrode in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 vergrößert darstellt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Ausführungsform 1 >
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht. Die Halbleitervorrichtung umfasst einen Basisteil 1, ein Halbleiterelement 5, ein Gehäuse 8, einen Hauptelektrodenanschluss 7, eine interne Elektrode 6 und einen Isolierblock 10.
  • Der Basisteil 1 umfasst ein Isoliermaterial und ein Abstrahlungsmaterial. Der Basisteil 1 in der Ausführungsform 1 umfasst ein Isoliersubstrat 3 und eine Metallschicht 2 auf Vorder- und Rückseiten des Isoliersubstrats 3, und zumindest die Metallschicht 2 auf der Vorderseite ist als eine Vielzahl von Strukturen ausgebildet. Die Metallschicht 2 ist zum Beispiel aus Cu oder AI gebildet. Das Isoliersubstrat 3 enthält als Material beispielsweise Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si3N4).
  • Das Halbleiterelement 5 ist auf einer Oberfläche 1A des Basisteils 1 montiert. Hierin ist die rückseitige Oberfläche des Halbleiterelements 5 über ein Bonding-Material 4 an die Oberfläche 1A des Basisteils 1 gebondet. Das Bonding-Material 4 ist ein plattenartiges Lötmetall, ein stabartiges Lötmetall oder ein pastenartiges Lötmetall, das beispielsweise Sn enthält; jedoch ist ein Material oder eine Form des Bonding-Materials 4 nicht darauf beschränkt. Das Halbleiterelement 5 enthält als Material Si oder einen Halbleiter mit breiter Bandlücke, der eine größere Bandlücke als Si aufweist. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke ist beispielsweise SiC, GaN oder Diamant. Das Halbleiterelement 5 ist zum Beispiel ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder eine Schottky-Barrierendiode. Das Halbleiterelemen t 5 ist zum Beispiel ein Leistungs-Halbleiterelement wie etwa ein rückwärts leitender IGBT (RC-IGBT), in welchem ein IGBT und eine Diode in einem Halbleiterchip integriert sind. In 1 sind zwei Halbleiterelemente 5 auf der Oberfläche 1A des Basisteils 1 montiert; jedoch ist die Anzahl der montierten Elemente nicht darauf beschränkt. Die Halbleitervorrichtung enthält nach Verwendungszweck die erforderliche Anzahl an Halbleiterelementen 5.
  • Das Gehäuse 8 ist so vorgesehen, dass es eine äußere Peripherie des Halbleiterelements 5 umgibt. Das Gehäuse 8 hat zum Beispiel eine rahmenartige Form und ist über ein (nicht dargestelltes) Haftmittel an die Oberfläche 1A des Basisteils 1 gebondet. 1 veranschaulicht nur eine Seite der rahmenartigen Form. Das Gehäuse 8 enthält als Material ein Harz mit einem hohen thermischen Erweichungspunkt. Das Harz mit dem hohen thermischen Erweichungspunkt ist ein Material, das in einem Arbeitstemperaturbereich in der Halbleitervorrichtung nicht thermisch verformt wird und Isolierungseigenschaften aufweist. Das Harz mit dem hohen thermischen Erweichungspunkt ist zum Beispiel ein Polyphenylensulfid-Harz (PPS), und dessen Temperatur, bei der thermisches Erweichen auftritt, ist gleich 280°C oder höher. Das Gehäuse 8 ist in eine Behälterform mit dem Basisteil 1 als Bodenfläche ausgebildet. Das im Inneren der Behälterform untergebrachte Halbleiterelement 5 ist durch ein (nicht dargestelltes) Versiegelungsmaterial versiegelt. Das Versiegelungsmaterial ist beispielsweise ein Silikongel oder ein Epoxidharz, ist aber nicht darauf beschränkt. Als das Versiegelungsmaterial ist jedes beliebige Harz verwendbar, solange es eine ausreichende Elastizität, um eine Haftung sicherzustellen, und eine ausreichende Wärmebeständigkeit, um Zuverlässigkeit sicherzustellen, aufweist. Das Versiegelungsmaterial weist zum Beispiel vorzugsweise eine Temperaturbeständigkeit von 150°C oder höher auf.
  • Der Hauptelektrodenanschluss 7 hat eine plattenartige Form. Der Hauptelektrodenanschluss 7 wird vom Gehäuse 8 gehalten. Ein Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 steht in Richtung eines Inneren der rahmenartigen Form des Gehäuses 8 vor. Der Hauptelektrodenanschluss 7 in der Ausführungsform 1 wird in einem in das Gehäuse 8 eingefügten Zustand gehalten. Das heißt, der Hauptelektrodenanschluss 7 und das Gehäuse 8 sind miteinander integriert. Solch ein Hauptelektrodenanschluss 7 wird durch Insert-Molding so hergestellt, dass er mit dem Gehäuse 8 integriert ist. Der Hauptelektrodenanschluss 7 ist eine planare Platte mit einer Dicke von beispielsweise annähernd 0,5 mm bis 1,2 mm und ist aus Cu oder einem Cu enthaltenden Material gebildet. Selbst wenn das Halbleiterelement 5 ein Leistungs-Halbleiterelement ist, ist solch ein Hauptelektrodenanschluss 7 imstande, einen großen Strom zum Halbleiterelement 7 fließen zu lassen.
  • Die interne Elektrode 6 ist ein leitfähiger Körper mit einer langgestreckten plattenartigen Form und ist eine interne Verdrahtung, die den Hauptelektrodenanschluss 7 und das Halbleiterelement 5 verbindet. Ein Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 ist auf dem im Folgenden beschriebenen Isolierblock 10 an den Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 gebondet. Ein erster Bonding-Teil 14, der einem Teil eines Bereichs entspricht, der sich von dem einen Endteilbereich 6A zum anderen Endteilbereich 6B der internen Elektrode 6 erstreckt, ist an eine Oberfläche des Halbleiterelements 5 gebondet. Eine Bonding-Oberfläche des ersten Bonding-Teils 14 in der internen Elektrode 6 und die Oberfläche des Halbleiterelements 5 sind parallel zueinander. Die beiden zueinander parallelen planaren Oberflächen sind über das Bonding-Material 4 gebondet. Die interne Elektrode 6 ist eine planare Platte mit einer Dicke von zum Beispiel annähernd 0,5 mm bis 1,2 mm und ist aus Cu oder einem Cu enthaltenden Material gebildet. Selbst wenn das Halbleiterelement 5 ein Leistungs-Halbleiterelement ist, ist solch eine interne Elektrode 6 imstande, einen großen Strom zum Halbleiterelement 5 fließen zu lassen. Auf den einen Endteilbereich 6A kann auch als der erste Endteilbereich verwiesen werden, und auf den anderen Endteilbereich 6B kann auch als der zweite Endteilbereich verwiesen werden.
  • Der Isolierblock 10 ist auf einer Oberfläche 1A des Basisteils 1 zwischen dem Halbleiterelement 5 und dem Gehäuse 8 vorgesehen. Der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 und der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 sind durch ein Bonding-Material 15 auf einer oberen Oberfläche des Isolierblocks 10 gebondet. Dementsprechend sind der Hauptelektrodenanschluss 7 und das Halbleiterelement 5 elektrisch verbunden, das heißt verdrahtet. Auf eine Bonding-Fläche, wo die interne Elektrode 6 und der Hauptelektrodenanschluss 7 gebondet sind, wird als zweiter Bonding-Teil 9 verwiesen.
  • Eine Höhe der oberen Oberfläche des Isolierblocks 10 stimmt mit einer unteren Oberfläche des Endteilbereichs 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 überein, der vom Gehäuse 8 aus vorsteht. Der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 im zweiten Bonding-Teil 9 werden durch den Isolierblock 10 von einer Unterseite aus gehalten.
  • Sowohl der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 als auch der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 im zweiten Bonding-Teil 9 weisen eine zur Oberfläche des Halbleiterelements 5 parallele planare Oberfläche auf. Die beiden, zueinander parallelen planaren Oberflächen sind über das Bonding-Material 15 im zweiten Bonding-Teil 9 gebondet. Das Bonding-Material 15 ist zum Beispiel ein Lötmetall.
  • Der Isolierblock 10 in der Ausführungsform 1 ist entlang einer Innenseite des Gehäuses 8 wie in 1 veranschaulicht vorgesehen. Eine Form des Isolierblocks 10 ist vorzugsweise ein rechtwinkliges Parallelepiped, ist aber nicht darauf beschränkt. Jede beliebige Form ist verwendbar, solange sie eine Fläche aufweist, die mit dem Basisteil 1 und dem zweiten Bonding-Teil 9 ausreichend Kontakt hat, und eine gewisse Höhe vom Basisteil 1 aus sichergestellt ist.
  • Der Isolierblock 10 ist aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und Isolierungseigenschaften wie etwa Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid gebildet. Gemäß solch einer Konfiguration wird die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem zweiten Bonding-Teil 9 und dem Basisteil 1 verbessert.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht. Hierin wird ein Beispiel dafür beschrieben, dass der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 durch ein Lötmetall gebondet werden, das heißt, das Bonding-Material 15 ein Lötmetall ist.
  • In Schritt S1 wird die rückseitige Oberfläche des Halbleiterelements 5 durch das Bonding-Material 4 an die Oberfläche 1A des Basisteils 1 gebondet. Das Bonding-Material 4 ist ein pastenartiges Lötmetall oder ein plattenartiges Lötmetall. In diesem Fall wird die Bonding-Fläche mittels Kontaktheizung von einer rückseitigen Oberfläche 1 B des Basisteils 1 aus erhitzt. Eine Heiztemperatur wird entsprechend einem Schmelzpunkt des Sn enthaltenden Lötmetalls auf annähernd 230 bis 300°C eingestellt.
  • In Schritt S2 werden das Gehäuse 8 und der Isolierblock 10 an die Oberfläche 1A des Basisteils 1 gebondet. Beispielsweise werden an die Bonding-Oberflächen ein Silikon enthaltendes Haftmittel oder ein ein Epoxidharz enthaltendes Haftmittel aufgebracht. Die Bonding-Oberflächen werden bei einer Temperatur von annähernd 150 bis 300°C erhitzt, so dass das Gehäuse 8 und der Isolierblock 10 an den Basisteil 1 gebondet werden.
  • In Schritt S3 wird durch das Bonding-Material 4 der erste Bonding-Teil 14 der internen Elektrode 6 an die Oberfläche des Halbleiterelements 5 gebondet und wird der andere Endteilbereich 6B der internen Elektrode 6 an die Oberfläche 1A des Basisteils 1 gebondet. In der Schritt S2 ähnlichen Art und Weise wird die Bonding-Fläche mittels Kontaktheizung von der rückseitigen Oberfläche 1 B des Basisteils 1 aus erhitzt. Eine Heiztemperatur wird entsprechend einem Schmelzpunkt des Sn enthaltenen Lötmetalls auf annähernd 230 bis 300°C eingestellt.
  • In Schritt S4 werden der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 und der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 mittels des Bonding-Materials 15 gebondet. Das Bonding-Material 15 ist ein Lötmetall. In diesem Fall wird in der Schritt S3 ähnlichen Art und Weise der zweite Bonding-Teil 9 von der rückseitigen Oberfläche 1B des Basisteils 1 aus erhitzt. Der Isolierblock 10 ist zwischen dem Basisteil 1 und dem zweiten Bonding-Teil 9, das heißt, auf einem unteren Teil des zweiten Bonding-Teils 9, vorgesehen. Der Isolierblock 10 ist aus einem Material mit einer ausreichenden Wärmeleitfähigkeit wie etwa Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid gebildet. Die dem Basisteil 1 zugeführte Wärme wird durch den Isolierblock 10 effizient zum zweiten Bonding-Teil 9 geleitet, so dass die Temperatur des zweiten Bonding-Teils 9 einfach erhöht wird. Infolgedessen wird eine vorteilhafte Lötverbindung gebildet.
  • Der zweite Bonding-Teil 9, in welchem der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 gebondet werden, wird von der Unterseite aus durch den Isolierblock 10 gehalten, so dass ein stabiler Prozess eines Lötmetall-Bonding erreicht wird. Als Ergebnis wird der vorteilhafte zweite Bonding-Teil 9 gebildet. Schritt S4 kann zur gleichen Zeit wie Schritt S3 ausgeführt werden, und in diesem Fall wird die Produktivität verbessert.
  • In Schritt S5 werden das Halbleiterelement 5, die interne Elektrode 6 und der Hauptelektrodenanschluss 7 mit einem Versiegelungsmaterial versiegelt.
  • Das Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung wird durch die obigen Prozesse abgeschlossen.
  • Zusammenfassend enthält die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 den Basisteil 1, das Halbleiterelement 5, den Hauptelektrodenanschluss 7, den Isolierblock 10 und die interne Elektrode 6. Das Halbleiterelement 5 ist auf den Basisteil 1 montiert. Der Hauptelektrodenanschluss 7 wird von dem die äußere Peripherie des Halbleiterelements 5 umgebenden Gehäuse 8 gehalten, und der Endteilbereich 7A steht in Richtung des Inneren des Gehäuses 8 vor. Der Isolierblock 10 weist die Isolierungseigenschaften auf und ist auf dem Basisteil 1 zwischen dem Halbleiterelement 5 und dem Gehäuse 8 vorgesehen. Der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 ist auf dem Isolierblock 10 an den Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 gebondet, und der Teil des Bereichs, der sich von dem einen Endteilbereich 6A zum anderen Endteilbereich 6B der internen Elektrode 6 erstreckt, ist an das Halbleiterelement 5 gebondet.
  • Gemäß solch einer Konfiguration werden Bonding-Eigenschaften zwischen dem auf dem Gehäuse 8 vorgesehenen Hauptelektrodenanschluss 7 und der mit dem Halbleiterelement 5 verbundenen internen Elektrode 6 stabilisiert. Konkret überträgt im Prozess zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der Isolierblock 10 die auf die rückseitige Oberfläche 1B des Basisteils 1 beaufschlagte Wärme effizient zum zweiten Bonding-Teil 9. Somit wird die Temperatur des zweiten Bonding-Teils 9 einfach erhöht. Infolgedessen wird der zweite Bonding-Teil 9 im vorteilhaften Bonding-Zustand gebildet. Darüber hinaus werden der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 auf dem Isolierblock 10 im Bonding-Prozess fixiert gehalten, so dass die Bonding-Eigenschaften verbessert werden. Der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6, die jeweils die plattenartige Form aufweisen, überlappen parallel miteinander auf dem Isolierblock 10, so dass die Bonding-Fläche vergrößert ist und die Bonding-Eigenschaften verbessert werden.
  • Infolgedessen ist beispielsweise, selbst wenn das Halbleiterelement 5 ein Leistungs-Halbleiterelement ist, die Halbleitervorrichtung imstande, einen großen Strom zwischen dem Halbleiterelement 5 und dem Hauptelektrodenanschluss 7 fließen zu lassen.
  • In Schritt S2 sind das Gehäuse 8 und der Isolierblock 10 als separate Komponenten beschrieben; jedoch können das Gehäuse 8, der Hauptelektrodenanschluss 7 und der Isolierblock 10 eine integrierte Komponente sein.
  • Der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 und der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 in der Ausführungsform 1 sind durch das Lötmetall gebondet.
  • Gemäß solch einer Konfiguration wird im Prozess zum Herstellen der Halbleitervorrichtung die auf die rückseitige Oberfläche 1B des Basisteils 1 beaufschlagte Wärme über den Isolierblock 10 effizient zum zweiten Bonding-Teil 9 übertragen. Somit wird die Temperatur des zweiten Bonding-Teils 9 einfach erhöht, und die vorteilhafte Lötmetallverbindung wird gebildet.
  • <Ausführungsform 2>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 wird beschrieben. Die Ausführungsform 2 ist ein untergeordnetes Konzept der Ausführungsform 1, und die Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform 2 beinhaltet jede Konfiguration der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform 1. Die Beschreibung der Konfiguration und Funktion, die jenen in der Ausführungsform 1 ähnlich sind, wird unterlassen.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht. 4 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration des zweiten Bonding-Teils 9 veranschaulicht, in dem der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 gebondet sind. Konfigurationen des Basisteils 1, des Halbleiterelements 5, des Gehäuses 8 und des Isolierblocks 10 in der Ausführungsform 2 sind jenen in der Ausführungsform 1 ähnlich.
  • Ein Spitzenteilbereich des einen Endteilbereichs 6A der internen Elektrode 6 und ein Spitzenteilbereich des Endteilbereichs 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 weisen in einer planaren Ansicht kammartige Formen 16 bzw. 17 auf. Die kammartige Form 16 der internen Elektrode 6 ist an die kammartige Form 17 des Hauptelektrodenanschlusses 7 angepasst. Eine Lagebeziehung zwischen der internen Elektrode 6 und dem Hauptelektrodenanschluss 7 in einer Ebene (in 4 einer Richtung nach oben und unten) wird durch diese kammartigen Formen 16 und 17 entsprechend aufrechterhalten. Die kammartigen Formen 16 und 17 der internen Elektrode 6 und des Hauptelektrodenanschlusses 7 sind nicht auf jene beschränkt, die in 4 veranschaulicht sind. Jede beliebige Form ist verwendbar, solange sie aneinander angepasst sein können.
  • Ein Abstand von 0 bis 500 µm, das heißt ein Spalt 18, ist zwischen einer seitlichen Oberfläche der kammartigen Struktur 16 der internen Elektrode 6 und einer seitlichen Oberfläche der kammartigen Form 17 des Hauptelektrodenanschlusses 7 vorgesehen. Ein (in 4 nicht dargestelltes) Lötmetall, das den Spalt 18 füllt, bondet die seitliche Oberfläche der kammartigen Form 16 der internen Elektrode 6 und die seitliche Oberfläche der kammartigen Form 17 des Hauptelektrodenanschlusses 7. Dementsprechend sind der Hauptelektrodenanschluss 7 und das Halbleiterelement 5 verdrahtet.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 wird beschrieben. Schritte S1 und S2 in dem in 2 veranschaulichten Flussdiagramm sind ähnlich jenen in der Ausführungsform 1.
  • In Schritt S3 wird durch das Bonding-Material 4 der erste Bonding-Teil 14 der internen Elektrode 6 an die Oberfläche des Halbleiterelements 5 gebondet und wird der andere Endteilbereich 6B der internen Elektrode 6 an die Oberfläche 1A des Basisteils 1 gebondet. Das Bonding-Material 4 ist ein pastenartiges Lötmetall oder ein plattenartiges Lötmetall. In diesem Fall wird die interne Elektrode 6 so positioniert, dass die auf dem einen Endteilbereich 6A vorgesehene kammartige Form 16 an die kammartige Form 17 des Endteilbereichs 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 angebracht wird, und dann an das Halbleiterelement 5 gebondet.
  • Die Schritte S4 und S5 sind ähnlich jenen in der Ausführungsform 1.
  • 5 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration des zweiten Bonding-Teils 9 vergrößert darstellt, in dem der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 gebondet sind. Der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 ist parallel zum Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 angeordnet. In diesem Fall überlappen die seitliche Oberfläche der kammartigen Form 17 des Hauptelektrodenanschlusses 7 und die seitliche Oberfläche der kammartigen Form 16 der internen Elektrode 6 in einer Seitenansicht miteinander. Der Spalt 18 wird mit dem Lötmetall gefüllt, so dass eine ausreichend große Bonding-Fläche beim Bonden des Hauptelektrodenanschlusses 7 und der internen Elektrode 6 sichergestellt wird und der vorteilhafte Bonding-Zustand ausgebildet wird.
  • 6 ist eine Seitenansicht, die eine andere Konfiguration des zweiten Bonding-Teils 9 veranschaulicht, in dem der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 in der Halbleitervorrichtung gebondet sind. Aufgrund des Heizens im Prozess zum Herstellen der Halbleitervorrichtung, der oben beschrieben wurde, kann beispielsweise in dem Basisteil 1 oder der internen Elektrode 6 eine Verformung auftreten. Es besteht eine Möglichkeit, dass der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 so verbunden wird, dass er in Bezug auf den Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 geneigt ist. Selbst in solch einem Fall überlappen die seitliche Oberfläche der kammartigen Form 17 des Hauptelektrodenanschlusses 7 und die seitliche Oberfläche der kammartigen Form 16 der internen Elektrode 6 in einer Seitenansicht miteinander. Folglich wird eine ausreichend große Bonding-Fläche sichergestellt und wird der vorteilhafte Bonding-Zustand ausgebildet.
  • Die obige Beschreibung zusammenfassend weisen der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 und der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 in der Ausführungsform 2 in einer planaren Ansicht die kammartigen Formen 16 bzw. 17 auf. Die kammartige Form 16 der internen Elektrode 6 ist an die kammartige Form 17 des Hauptelektrodenanschlusses 7 angepasst. Die seitliche Oberfläche der kammartigen Form 16 der internen Elektrode 6 und die seitliche Oberfläche der kammartigen Form 17 des Hauptelektrodenanschlusses 7 werden aneinander gebondet.
  • Selbst wenn die Lagebeziehung zwischen dem Hauptelektrodenanschluss 7 und der internen Elektrode 6 im zweiten Bonding-Teil 9 aufgrund einer Temperaturänderung im Prozess zum Herstellen der Halbleitervorrichtung schwankt, sind der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 vor dem Bonden aneinander angepasst, so dass die Lagebeziehung dazwischen geeignet korrigiert wird. Der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 werden im oben beschriebenen Zustand gebondet, so dass der zweite Bonding-Teil 9 gebildet wird, in welchem eine Restspannung gering ist und die ausreichende Bonding-Fläche sichergestellt ist. Infolgedessen werden der zweite Bonding-Teil 9 und die Verdrahtung, welche elektrisch stabil sind, ausgebildet und wird die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert.
  • <Ausführungsform 3>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 wird beschrieben. Die Ausführungsform 3 ist ein untergeordnetes Konzept der Ausführungsform 1, und die Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform 3 enthält jede Konfiguration der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform 1. Die Beschreibung der Konfiguration und Funktion, die jenen in der Ausführungsform 1 oder 2 ähnlich sind, wird unterlassen.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht. 8 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration des zweiten Bonding-Teils 9 vergrößert darstellt, in dem der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 gebondet sind.
  • Konfigurationen des Basisteils 1, des Halbleiterelements 5, des Gehäuses 8 und des Isolierblocks 10 in der Ausführungsform 3 sind ähnlich jenen in der Ausführungsform 1. Die Formen und die Anordnung der internen Elektrode 6 und des Hauptelektrodenanschlusses 7 in der Ausführungsform 3 sind ähnlich jenen in der Ausführungsform 1; jedoch sind der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 und der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 durch Metalldrähte 11 auf dem Isolierblock 10 gebondet. Dementsprechend sind der Hauptelektrodenanschluss 7 und das Halbleiterelement 5 verdrahtet. In 7 sind die interne Elektrode 6 und der Hauptelektrodenanschluss 7 durch die drei Metalldrähte 11 gebondet; jedoch ist die Anzahl der Metalldrähte 11 nicht darauf beschränkt. Die erforderliche Anzahl an Metalldrähten 11 wird zum Beispiel entsprechend einer Stromdichte eines im Halbleiterelement 5 fließenden Stroms vorgesehen. Der Metalldraht 11 ist aus AI, Ag, Cu oder Au gebildet. Der Metalldraht 11 ist hier ein linearer Körper mit einem kreisförmigen Querschnitt; jedoch ist die Form des Metalldrahts 11 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Metalldraht 11 aus einem Band einer Vielzahl von Kupferplatten, die jeweils einen quadratischen Querschnitt aufweisen, gebildet sein.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 wird beschrieben. Die Schritte S1 bis S3 in dem in 2 veranschaulichten Flussdiagramm sind ähnlich jenen in der Ausführungsform 1.
  • In Schritt S4 werden der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 und der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 mittels der Metalldrähte 11 gebondet. Dieser Prozess ist ein sogenannter Drahtbonding-Prozess, und der Metalldraht 11 und der Hauptelektrodenanschluss 7 oder die interne Elektrode 6 werden mittels Ultraschall-Bonden in fester Phase gebondet, während eine konstante Last empfangen wird. Das Bonding-Verfahren ist nicht auf das Ultraschall-Bonden beschränkt; jedoch ist jedes beliebige Verfahren verwendbar, solange eine Struktur, die einen erforderlichen Strom und eine erforderliche Spannung vom Hauptelektrodenanschluss 7 dem Halbleiterelement 5 bereitstellen kann, gebildet werden kann.
  • Schritt S5 ist ähnlich demjenigen in der Ausführungsform 1.
  • Die obige Beschreibung zusammenfassend werden der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 und der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 in der Ausführungsform 3 mittels zumindest eines Metalldrahts 11 gebondet.
  • Die Unterseite des zweiten Bonding-Teils 9 wird im Drahtbonding-Prozess zum Bonden des Hauptelektrodenanschlusses 7 und der internen Elektrode 6 vom Isolierblock 10 gehalten, so dass die stabile Verbindung des Metalldrahts 11 ausgebildet wird. Infolgedessen werden der zweite Bonding-Teil 9 und die Verdrahtung, welche elektrisch stabil sind, gebildet, und die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung wird verbessert.
  • <Ausführungsform 4>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 wird beschrieben. Die Ausführungsform 4 ist ein untergeordnetes Konzept der Ausführungsform 1, und die Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform 4 umfasst jede Konfiguration der Halbleitervorrichtung in der Ausführungsform 1. Die Beschreibung der Konfiguration und Funktion, die jenen in einer der Ausführungsformen 1 bis 3 ähnlich sind, wird unterlassen.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 veranschaulicht. 10 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration des zweiten Bonding-Teils 9 vergrößert darstellt, in dem der Hauptelektrodenanschluss 7 und die interne Elektrode 6 in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 gebondet sind.
  • Konfigurationen des Basisteils 1, des Halbleiterelements 5, des Gehäuses 8 und des Isolierblocks 10 in der Ausführungsform 4 sind jenen in der Ausführungsform 1 ähnlich.
  • Auf dem einen Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 ist ein vorstehender Teil 12 ausgebildet. Ein Vertiefungsteil 13, der an den vorstehenden Teil 12 der internen Elektrode 6 angepasst ist, ist auf der oberen Oberfläche des Isolierblocks 10 vorgesehen. Der vorstehende Teil 12 der internen Elektrode 6 und der Vertiefungsteil 13 des Isolierblocks 10 sind so aneinander angepasst, dass eine Lage der internen Elektrode 6 fixiert wird. Der vorstehende Teil 12 weist in Anbetracht einer Toleranz für eine Lageabweichung des vorstehenden Teils 12 und des Vertiefungsteils 13 vorzugsweise eine kreisrunde Lochform auf, und der Vertiefungsteil 13 weist vorzugsweise eine Langlochform auf. Jedoch ist jede beliebige Form verwendbar, solange die Lage der internen Elektrode 6 durch den vorstehenden Teil 12 und den Vertiefungsteil 13 fixiert werden kann.
  • Der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 und der Endteilbereich 7A des Hauptelektrodenanschlusses 7 sind durch die Metalldrähte 11 auf dem Isolierblock 10 gebondet. Dementsprechend sind der Hauptelektrodenanschluss 7 und das Halbleiterelement 5 verdrahtet. Die Konfiguration des Metalldrahts 11 und dessen Modifikationsbeispiel sind jenen in der Ausführungsform 1 ähnlich.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 wird beschrieben. Die Schritte S1 und S2 in dem in 2 veranschaulichten Flussdiagramm sind ähnlich jenen in der Ausführungsform 1.
  • In Schritt S3 wird durch das Bonding-Material 4 der erste Bonding-Teil 14 der internen Elektrode 6 an die Oberfläche des Halbleiterelements 5 gebondet und wird der andere Endteilbereich 6B der internen Elektrode 6 an die Oberfläche 1A des Basisteils 1 gebondet. Das Bonding-Material 4 ist ein pastenartiges Lötmetall oder ein plattenartiges Lötmetall. In diesem Fall wird die interne Elektrode 6 so positioniert, dass der auf dem einen Endteilbereich 6A vorgesehene vorstehende Teil 12 am Vertiefungsteil 13 des Isolierblocks 10 angebracht wird, und wird dann an das Halbleiterelement 5 gebondet.
  • Die Schritte S4 und S5 sind ähnlich jenen in der Ausführungsform 3.
  • Die obige Beschreibung zusammenfassend enthält der eine Endteilbereich 6A der internen Elektrode 6 in der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 den vorstehenden Teil 12. Der Isolierblock 10 enthält den an den vorstehenden Teil 12 der internen Elektrode 6 angepassten Vertiefungsteil 13.
  • Im Drahtbonding-Prozess zum Bonden des Hauptelektrodenanschlusses 7 und der internen Elektrode 6 werden die Bonding-Oberfläche sowohl des Hauptelektrodenanschlusses 7 als auch der internen Elektrode 6 und der Metalldraht 11 fixiert. Die beiden Bonding-Oberflächen liegen dann in der gleichen Ebene. Folglich wird die Verdrahtung des Metalldrahts 11 einfach ausgebildet, und eine Länge des Metalldrahts 11 kann reduziert werden. Somit wird der elektrische Widerstand reduziert, und eine durch den im Metalldraht 11 fließenden Strom hervorgerufene Wärmeerzeugung wird ebenfalls reduziert. Infolgedessen kann man einen größeren Strom zwischen dem Hauptelektrodenanschluss 7 und dem Halbleiterelement 5 fließen lassen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können die obigen Ausführungsformen beliebig kombiniert werden, oder jede Ausführungsform kann innerhalb des Umfangs der Erfindung entsprechend variiert oder weggelassen werden.
  • Obgleich die Erfindung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007081155 [0002]

Claims (6)

  1. Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen Basisteil (1); ein Halbleiterelement (5), das auf dem Basisteil (1) montiert ist; einen Elektrodenanschluss (7), der von einem Gehäuse (8) gehalten wird, das eine äußere Peripherie des Halbleiterelements (5) umgibt, und einen Endteilbereich (7A) aufweist, der in Richtung eines Inneren des Gehäuses (8) vorsteht; einen Isolierblock (10), der Isolierungseigenschaften aufweist und auf dem Basisteil (1) zwischen dem Halbleiterelement (5) und dem Gehäuse (8) vorgesehen ist; und eine interne Verdrahtung, in der ein erster Endteilbereich an den Endteilbereich (7A) des Elektrodenanschlusses (7) auf dem Isolierblock (10) gebondet ist und ein Teil eines Bereichs, der sich vom ersten Endteilbereich zu einem zweiten Endteilbereich erstreckt, an das Halbleiterelement (5) gebondet ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Endteilbereich der internen Verdrahtung und der Endteilbereich (7A) des Elektrodenanschlusses (7) mittels eines Lötmetalls gebondet sind.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder des ersten Endteilbereichs der internen Verdrahtung und des Endteilbereichs (7A) des Elektrodenanschlusses (7) in einer planaren Ansicht eine kammartige Form aufweist, die kammartige Form (16) der internen Verdrahtung an die kammartige Form (17) des Elektrodenanschlusses (7) angepasst ist, und eine seitliche Oberfläche der kammartigen Form (16) der internen Verdrahtung und eine seitliche Oberfläche der kammartigen Form (17) des Elektrodenanschlusses (7) aneinander gebondet sind.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Endteilbereich der internen Verdrahtung und der Endteilbereich (7A) des Elektrodenanschlusses (7) mittels eines Metalldrahts (11) gebondet sind.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste Endteilbereich der internen Verdrahtung einen vorstehenden Teil (12) enthält, und der Isolierblock (10) einen Vertiefungsteil (13) enthält, der an den vorstehenden Teil (12) der internen Verdrahtung angepasst ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Endteilbereich (7A) des Elektrodenanschlusses (7) eine plattenartige Form aufweist, und die interne Verdrahtung eine plattenartige Form aufweist und den Endteilbereich (7A) des Elektrodenanschlusses (7) und das Halbleiterelement (5) elektrisch verbindet.
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