DE102020123717A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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DE102020123717A1
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metal wire
semiconductor element
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Seiji Saiki
Masaru Furukawa
Takuro Mori
Takamasa ODA
Hideki Tsukamoto
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Die Halbleitervorrichtung weist ein Halbleiterelement, eine Mehrzahl von Anschlusselektroden, eine interne Verdrahtung, und ein Versiegelungsmaterial auf. Das Halbleiterelement ist auf einem Schaltungsmuster montiert, welches auf einem isolierenden Substrat bereitgestellt ist. Die Mehrzahl von Anschlusselektroden ist an einem Gehäuse vorgesehen, in welchem das isolierende Substrat und das Halbleiterelement beinhaltet sind. Die interne Verdrahtung verbindet das Halbleiterelement und die Mehrzahl von Anschlusselektroden. Das Versiegelungsmaterial füllt einen Raum innerhalb des Gehäuses. Die interne Verdrahtung beinhaltet eine Mehrzahl von Schaltungsmustern, eine Mehrzahl von Metallblöcken, und einen Metalldraht. Die Mehrzahl von Metallblöcken ist elektrisch mit den jeweiligen Schaltungsmustern verbunden. Der Metalldraht verbindet die Mehrzahl von Metallblöcken und ist mit der Mehrzahl von Metallblöcken an Positionen verbunden, welche näher an einer oberen Fläche des Versiegelungsmaterials liegen, als Flächen der Mehrzahl von Schaltungsmustern.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Halbleitervorrichtung verfügt über eine Überstromschutzfunktion, um einen Überstrom zu verhindern, welcher durch eine Fehlfunktion eines Halbleiter-Chips verursacht wird. Falls die Überstromschutzfunktion jedoch nicht funktioniert und eine nachgeordnete Fehlfunktion auftritt, fließt ein hoher Strom durch Elektroden, Drähte, und ein Schaltungsmuster einer Hauptschaltung. Als eine Technik zum Verhindern einer solchen Situation und zur Minimierung einer Beschädigung der Halbleitervorrichtung, ist eine Technik zum Bereitstellen eines Schnelltrennungsteils innerhalb der Halbleitervorrichtung bekannt. Der Schnelltrennungsteil ist zum Beispiel in einem Drahtbondteil ausgebildet. Wenn ein Überstrom auftritt, brennt der Drahtbondteil schnell durch und der Überstrom wird unterbrochen.
  • Die ungeprüfte Japanische Patentanmeldungsveröffentlichungs- (Übersetzung der PCT Anmeldung) Nr. 2001-524735 offenbart eine Halbleiterstruktur, in welcher ein Bonddraht, der ein Halbleitersubstrat und einen externen Verbindungsteil verbindet, als ein Schnelltrennungsteil fungiert. Der Bonddraht weist eine Schleifenform auf, und der Scheitelpunkt der Schleife liegt auf einer Fläche einer Pressmasse frei, die ein Versiegelungsmaterial ist. Wenn ein Überstrom fließt, schmilzt die Schleife, welche auf der Fläche der Pressmasse freiliegt.
  • Um den Draht auf der Fläche des Versiegelungsmaterials freizulegen, ist es notwendig, einen Drahtbondteil auszubilden, der stark gekrümmt ist, das heißt, ein Drahtbondteil, welcher eine hohe Schleifenform aufweist, In einer Struktur, in welcher die Höhe von einem Verbindungsabschnitt eines Metalldrahtes zu einer Fläche eines Versiegelungsmaterials groß ist, ist es schwierig, eine Schleifenform des Metalldrahtes stabil auszubilden.
  • Zusammenfassung
  • Um die obigen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrichtung bereit, in welcher ein schleifenförmiger Metalldraht, der als Schnelltrennungsteil fungiert, stabil ausgebildet ist.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterelement, eine Mehrzahl von Anschlusselektroden, eine interne Verdrahtung, und ein Versiegelungsmaterial. Das Halbleiterelement ist auf einem Schaltungsmuster unter eine Mehrzahl von Schaltungsmustern montiert, welche auf dem wenigstens einen isolierenden Substrat bereitgestellt sind. Die Mehrzahl von Anschlusselektroden ist an einem Gehäuse bereitgestellt, in welchem das wenigstens eine isolierende Substrat und das Halbleiterelement enthalten sind. Die interne Verdrahtung verbindet das Halbleiterelement und die Mehrzahl von Anschlusselektroden. Das Versiegelungsmaterial füllt einen Raum in dem Gehäuse und versiegelt das wenigstens eine isolierende Substrat und das Halbleiterelement. Die interne Verdrahtung umfasst die Mehrzahl von Schaltungsmustern, eine Mehrzahl von Metallblöcken, und wenigstens einen Metalldraht. Die Mehrzahl von Metallblöcken ist elektrisch mit den jeweiligen Schaltungsmustern verbunden. Der wenigstens eine Metalldraht verbindet die Mehrzahl von Metallblöcken. Der wenigstens eine Metalldraht ist mit der Mehrzahl von Metallblöcken an Positionen verbunden, welche sich näher an einer oberen Fläche des Versiegelungsmaterials befinden, als die Mehrzahl von Schaltungsmustern .
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, in welcher eine Schleifenform eines Metalldrahtes, welcher als der Schnelltrennungsteil fungiert, stabil ausgebildet ist.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Figuren deutlicher.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, welche eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 3 ist eine Draufsicht, welche eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 5 ist eine Draufsicht, welche eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 6 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 7 ist eine Draufsicht, welche eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 8 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 9 ist ein Diagramm, welches eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung veranschaulicht, die mit dem in 8 veranschaulichten Schaltbild korrespondiert.
    • 10 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht; und
    • 11 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • <Erste bevorzugte Ausführungsform>
  • Die 1 und 2 sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, welche jeweils eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulichen.
  • Die Halbleitervorrichtung umfasst eine Grundplatte 1, ein isolierendes Substrat 2, ein Halbleiterelement 3, ein Gehäuse 4, eine Anschlusselektrode 5, eine interne Verdrahtung 6, und ein Versiegelungsmaterial 10. In 1 ist die Veranschaulichung des Versiegelungsmaterials 10 ausgelassen.
  • Das isolierende Substrat 2 ist mit der Grundplatte 1 verbunden. Das isolierende Substrat 2 umfasst ein plattenförmiges isolierendes Element 2A und wenigstens ein Schaltungsmuster 2b, welches auf einer Fläche des plattenförmigen isolierenden Elementes 2A bereitgestellt ist. Die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst zwei isolierende Substrate 2, und die Halbleitervorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Schaltungsmustern 2B.
  • Das Halbleiterelement 3 ist auf einem Schaltungsmuster 2C unter einer Mehrzahl von Schaltungsmustern 2B durch ein Verbindungsmaterial verbunden. Das Halbleiterelement 3 ist zum Beispiel aus einem Halbleiter wie Si oder einem sogenannten Halbleiter mit einer breiten Bandlücke wie SiC oder GaN ausgebildet. Das Halbleiterelement 3 ist zum Beispiel ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), oder eine Schottky-Diode, oder dergleichen. Das Halbleiterelement 3 ist zum Beispiel ein Leistungshalbleiterelement.
  • Das Gehäuse 4 weist in einer Draufsicht eine Rahmenform auf. Das Gehäuse 4 beinhaltet das isolierende Substrat 2 und das Halbleiterelement 3 in sich. Das Gehäuse 4 ist zum Beispiel aus Harz hergestellt.
  • Die Anschlusselektrode 5 ist auf dem Gehäuse 4 bereitgestellt. Obwohl nur eine Anschlusselektrode 5 in den 1 und 2 veranschaulicht ist, umfasst die Halbleitervorrichtung zwei Anschlusselektroden (siehe 7, welche später beschrieben wird). Eine Anschlusselektrode ist mit einer P-Seite des Halbleiterelements 3 verbunden, und die andere Anschlusselektrode ist mit einer N-Seite des Halbleiterelements 3 verbunden. Ein Teil der Anschlusselektrode 5 ist in das Gehäuse 4 eingefügt. Mit anderen Worten, ist die Anschlusselektrode 5 integral am Gehäuse 4 befestigt. Die Anschlusselektrode 5 ist ein Anschluss zur Anbindung einer externen Schaltung.
  • Die interne Verdrahtung 6 verbindet das Halbleiterelement 3 und die jeweiligen Anschlusselektroden 5. Die interne Verdrahtung 6 umfasst die Mehrzahl von Schaltungsmustern 2B, eine Mehrzahl von Metallblöcken 7, einen ersten Metalldraht 8, und einen zweiten Metalldraht 9 als Schaltungselemente.
  • Die Mehrzahl von Metallblöcken 7 ist elektrisch mit den jeweiligen Schaltungsmustern 2B verbunden. In der ersten bevorzugten Ausführungsform sind zwei Metallblöcke 7 einzeln auf zwei Schaltungsmustern 2B montiert. Zum Beispiel sind untere Flächen des Metallblocks 7 durch ein Verbindungsmaterial mit den Schaltungsmustern 2B verbunden. Ein Teil der jeweiligen Metallblöcke 7 ist in das Gehäuse 4 eingefügt. Mit anderen Worten sind die Metallblöcke 7 integral am Gehäuse 4 befestigt. Die Metallblöcke 7 sind aus Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, oder einer Legierung daraus hergestellt. Eine Form der Metallblöcke 7 ist nicht auf einen Würfel oder ein rechteckiges Parallelepiped beschränkt, und kann eine runde Form oder ein Dreieck sein.
  • Der erste Metalldraht 8 verbindet die Anschlusselektrode 5 und das Schaltungsmuster 2c, verbindet das Halbleiterelement 3 und das Schaltungsmuster 2B, und verbindet die beiden Schaltungsmuster 2B. Wie in 1 veranschaulicht, kann eine Mehrzahl erster Metalldrähte 8 zwei Schaltungselemente verbinden.
  • Der zweite Metalldraht 9 verbindet die beiden Metallblöcke 7. Wie in 1 veranschaulicht, kann eine Mehrzahl zweiter Metalldrähte 9 die beiden Metallblöcke 7 verbinden. Der zweite Metalldraht 9 ist mit den Metallblöcken 7 an Positionen verbunden, welche sich näher an einer oberen Fläche 10A des Versiegelungsmaterials 10 befinden, als eine Fläche des Schaltungsmusters 2B. Beide Enden des zweiten Metalldrahtes 9 sind mit oberen Flächen der jeweiligen zwei Metallblöcke 7 verbunden.
  • Ein Grad, mit welchem der zweite Metalldraht 9 gekrümmt ist, ist kleiner, als ein Grad, mit welchem der erste Metalldraht 8 gekrümmt ist. Alternativ ist eine Höhe von der oberen Fläche des Metallblocks 7 zum Scheitelpunkt des zweiten Metalldrahtes 9 niedriger, als eine Höhe von einer Fläche eines Schaltelements, mit welchem der erste Metalldraht 8 verbunden ist, zum Scheitelpunkt des ersten Metalldrahtes 8.
  • Das Grenzlastintegral (I2t) des zweiten Metalldrahtes 9 ist kleiner, als das Grenzlastintegral des Schaltungsmusters 2B und des ersten Metalldrahtes 8. Daher brennt der zweite Metalldraht 9 leichter durch, als der erste Metalldraht 8. Das heißt, der zweite Metalldraht 9 bildet einen Schnelltrennungsteil aus. Solch eine Konfiguration wird zum Beispiel realisiert, indem die Anzahl paralleler Verbindungen, die Drahtdurchmesser, die Drahtlängen, und dergleichen des ersten Metalldrahtes 8 und des zweiten Metalldrahtes 9 angepasst werden.
  • Das Versiegelungsmaterial 10 füllt einen Raum innerhalb der Rahmenform des Gehäuses 4 und versiegelt montierte Komponenten wie das isolierende Substrat 2 und das Halbleiterelement 3.
  • Wie oben beschrieben, umfasst die Halbleitervorrichtung wenigstens einen zweiten Metalldraht 9, welcher über ein kleineres Grenzlastintegral verfügt, als jene des ersten Metalldrahtes 8 und des Schaltungsmusters 2B. Mit anderen Worten umfasst die interne Verdrahtung 6 einen oder mehrere Teile, deren Grenzlastintegral kleiner ist, als das Grenzlastintegral des ersten Metalldrahtes 8 und des Schaltungsmusters 2b. Wenn die Überstromschutzfunktion nicht funktioniert und eine nachgeordnete Fehlfunktion auftritt, brennt der zweite Metalldraht 9 schnell durch, und folglich wird verhindert, dass die Halbleitervorrichtung und ein Halbleitermodul, welches die Halbleitervorrichtung aufweist, zerstört werden.
  • Zusammenfassend weist die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform das Halbleiterelement 3, die Mehrzahl von Anschlusselektroden 5, die interne Verdrahtung 6, und das Versiegelungsmaterial 10 auf. Das Halbleiterelement 3 ist auf einem Schaltungsmuster 2C unter einer Mehrzahl von Schaltungsmustern 2B montiert, welche auf wenigstens einem isolierenden Substrat 2 bereitgestellt sind. Die Mehrzahl von Anschlusselektroden 5 ist am Gehäuse 4 bereitgestellt, in welchem wenigstens ein isolierendes Substrat 2 und das Halbleiterelement 3 enthalten sind. Die interne Verdrahtung 6 verbindet das Halbleiterelement 3 und die Mehrzahl von Anschlusselektroden 5. Das Versiegelungsmaterial 10 füllt einen Raum innerhalb des Gehäuses 4 und versiegelt wenigstens ein isolierendes Substrat 2 und das Halbleiterelement 3. Die interne Verdrahtung 6 umfasst die Mehrzahl von Schaltungsmustern 2B, die Mehrzahl von Metallblöcken 7, und wenigstens einen Metalldraht (den zweiten Metalldraht 9). Die Mehrzahl von Metallblöcken 7 ist elektrisch mit den jeweiligen Schaltungsmustern 2B verbunden. Wenigstens ein zweiter Metalldraht 9 verbindet die Mehrzahl von Metallblöcken 7. Wenigstens ein zweiter Metalldraht 9 ist mit der Mehrzahl von Metallblöcken 7 an Positionen verbunden, welche sich näher an der oberen Fläche 10A des Versiegelungsmaterials 10 befinden, als die Mehrzahl von Schaltungsmustern 2B.
  • In einer solchen Halbleitervorrichtung liegen Punkte, an welchen der zweite Metalldraht 9 verbunden ist, das heißt, Positionen, an denen der zweite Metalldraht 9 mit dem Metallblock 7 verbunden ist, nahe an der oberen Fläche 10A des Versiegelungsmaterials 10. Selbst in einem Fall, in dem ein Abstand vom Schaltungsmuster 2B zur Fläche des Versiegelungsmaterials 10 groß ist, weist der zweite Metalldraht 9 eine Schleifenform mit einer sanften Krümmung auf. Es ist einfach, eine solche sanfte Schleifenform auszubilden. Mit anderen Worten wird die Schleifenform des zweiten Metalldrahtes 9, welcher als der Schnelltrennungsteil fungiert, stabil ausgebildet. Es wird außerdem einfach, einen aufgrund eines Überstroms zerstörten Teil zu identifizieren.
  • Darüber hinaus ist die Mehrzahl von Metallblöcken 7 der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform integral am Gehäuse 4 befestigt und ist auf der Mehrzahl von Schaltungsmustern 2B montiert, und folglich ist die Mehrzahl von Metallblöcken 7 elektrisch mit der Mehrzahl von Schaltungsmustern 2B verbunden. Beide Enden wenigstens eines zweiten Metalldrahtes 9 sind mit den oberen Flächen der jeweiligen Metallblöcke 7 verbunden.
  • Mittels einer solchen Konfiguration werden in einem Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung Positionen des Metallblocks 7 bezüglich der Schaltungsmuster 2B automatisch festgelegt, durch Montieren des Gehäuses 4 an einer vordefinierten Position bezüglich der Grundplatte 1, auf welcher das isolierende Substrat 2 montiert wurde. Dies erleichtert den Zusammenbau der Halbleitervorrichtung.
  • <Zweite bevorzugte Ausführungsform>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird unten beschrieben. Die zweite bevorzugte Ausführungsform ist ein untergeordnetes Konzept der ersten bevorzugten Ausführungsform, und die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bestandteile der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs, die denen der ersten bevorzugten Ausführungsform ähnlich sind, ausgelassen wird.
  • Die 3 und 4 sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, welche jeweils eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform veranschaulichen. Eine Form eines Metallblocks 17 der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich von der Form des Metallblocks 7 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Der Metallblock 17 weist in einer Querschnittsansicht eine gekröpfte Form auf. Ein Teil der jeweiligen gekröpft geformten Metallblöcke 17 ist in das Gehäuse 4 eingefügt. Mit anderen Worten sind die Metallblöcke 17 integral am Gehäuse 4 befestigt.
  • Mittels einer solchen Konfiguration wird eine Schleifenform des zweiten Metalldrahtes 9, welcher als ein Schnelltrennungsteil fungiert, stabil ausgebildet. In einem Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung werden darüber hinaus Positionen der Metallblöcke 17 bezüglich der Schaltungsmuster 2B automatisch festgelegt durch Montieren des Gehäuses 4 an einer vordefinierten Position der Grundplatte 1, auf welcher das isolierende Substrat 2 montiert wurde. Dies erleichtert den Zusammenbau der Halbleitervorrichtung.
  • <Dritte bevorzugte Ausführungsform>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform wird unten beschrieben. Die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bestandteile der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsformen. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs, die denen der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform ähnlich sind, ausgelassen wird.
  • Die 5 und 6 sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, welche jeweils eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform veranschaulichen. Eine Konfiguration von Metallblöcken der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich von jener der ersten bevorzugten Ausführungsform.
  • Die Mehrzahl von Metallblöcken gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Anschlusselektroden 15. Das heißt, die Anschlusselektroden 15 weisen die Funktionen der Metallblöcke 7 in der ersten bevorzugten Ausführungsform auf. Konkret weisen zwei Anschlusselektroden 15, welche auf der rechten Seite in 5 veranschaulicht sind, die Funktionen der beiden Metallblöcke 7 auf. Die beiden Anschlusselektroden 15 sind mit einer Polarität des Halbleiterelements 3 verbunden. Die Anschlusselektrode 5, welche auf der linken Seite in 5 veranschaulicht ist, ist mit der anderen Polarität des Halbleiterelements 3 verbunden und weist die Funktionen der Metallblöcke 7 nicht auf.
  • Ein Teil der jeweiligen beiden Anschlusselektroden 15, welche die Funktionen der Metallblöcke 7 aufweisen, ist in das Gehäuse 4 eingefügt. Mit anderen Worten sind die Anschlusselektroden 15 integral am Gehäuse 4 befestigt. Untere Teile 15A der Anschlusselektroden 15 sind durch erste Metalldrähte 8 mit Schaltungsmustern 2B verbunden. Obere Flächen 15B der Anschlusselektroden 15 liegen höher, als die obere Fläche 10A des Versiegelungsmaterials 10. Die oberen Flächen 15B der Anschlusselektroden 15 sind auf einer oberen Fläche des Gehäuses 4 bereitgestellt. Beide Enden des zweiten Metalldrahtes 9 sind mit den oberen Flächen 15B der jeweiligen beiden Anschlusselektroden 15 verbunden.
  • Mittels einer solchen Konfiguration wird eine Schleifenform des zweiten Metalldrahtes 9, welcher als ein Schnelltrennungsteil fungiert, stabil ausgebildet. Des Weiteren werden in einem Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung Positionen der Metallblöcke 7, das heißt, Positionen der Anschlusselektroden 15 bezüglich der Schaltungsmuster 2B, automatisch festgelegt durch Montieren des Gehäuses 4 an einer vordefinierten Position auf der Grundplatte 1, auf welcher das isolierende Substrat 2 montiert wurde. Darüber hinaus können die unteren Teile 15A der Anschlusselektroden 15 und die Schaltungsmuster 2B durch die ersten Metalldrähte 8 miteinander verbunden werden, und ferner können die beiden Anschlusselektroden 15 selbst nach dem Einfüllen des Versiegelungsmaterials 10 durch den zweiten Metalldraht 9 miteinander verbunden werden. Dies erleichtert den Zusammenbau der Halbleitervorrichtung.
  • <Vierte bevorzugte Ausführungsform>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform wird unten beschrieben. Die Halbleitervorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bestandteile der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs, die denen der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsform ähnlich sind, ausgelassen wird.
  • 7 ist eine Draufsicht, welche eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Das Gehäuse 4 weist eine rechteckige flache Form auf, und weist in einer Draufsicht konkret eine rechteckige Rahmenform auf. Ein Rahmen einer kurzen Seite ist breiter, als ein Rahmen einer langen Seite.
  • Die Anschlusselektroden 5 und die Metallblöcke 27 sind an den kurzen Seiten des Gehäuses 4 bereitgestellt. Ein Teil der jeweiligen Anschlusselektroden 5 und der Metallblöcke 27 ist in das Gehäuse 4 eingefügt. Mit anderen Worten sind die Anschlusselektroden 5 und die Metallblöcke 27 integral am Gehäuse 4 befestigt. Ein unterer Teil der jeweiligen Anschlusselektroden 5 und der Metallblöcke 27 ist durch die ersten Metalldrähte 8 mit dem Schaltungsmuster 2B verbunden.
  • Obere Flächen der Metallblöcke 27 liegen höher, als die obere Fläche 10A des Versiegelungsmaterials 10. Die oberen Flächen der Metallblöcke 27 sind auf der oberen Fläche des Gehäuses 4 bereitgestellt. Beide Enden des zweiten Metalldrahtes 9 sind mit den oberen Flächen der jeweiligen beiden Metallblöcke 27 verbunden.
  • Solch eine Konfiguration kann eine gesamte Form des Gehäuses 4 reduzieren, wodurch eine Größenzunahme der Halbleitervorrichtung verhindert wird.
  • <Fünfte bevorzugte Ausführungsform>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform wird unten beschrieben. Die Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bestandteile der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs, die denen der ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsform ähnlich sind, ausgelassen wird.
  • 8 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht. 9 veranschaulicht eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung, welche mit dem in 8 veranschaulichten Schaltbild korrespondiert.
  • Die Halbleitervorrichtung umfasst zwei Halbleiterelemente 3, eine erste Anschlusselektrode 25, und eine zweite Anschlusselektrode 35. Die beiden Halbleiterelemente 3 sind einzeln auf zwei Schaltungsmustern 2C montiert und sind durch den ersten Metalldraht 8 seriell miteinander verbunden.
  • Die erste Anschlusselektrode 25 ist mit einer P-Seite des Halbleiterelements 3 verbunden, und die zweite Anschlusselektrode 35 ist mit einer N-Seite des Halbleiterelements 3 verbunden.
  • Die Mehrzahl von Metallblöcken 7 umfasst eine Mehrzahl erster Metallblöcke 37, welche zwischen der ersten Anschlusselektrode 25 und den Halbleiterelementen 3 bereitgestellt ist. Die Mehrzahl der Metallblöcke 7 umfasst ferner eine Mehrzahl zweiter Metallblöcke 47, welche zwischen der zweiten Anschlusselektrode 35 und den Halbleiterelementen 3 bereitgestellt ist. In diesem Beispiel sind zwei erste Metallblöcke 37 und zwei zweite Metallblöcke 47 bereitgestellt. Wie oben beschrieben, ist die Mehrzahl von Metallblöcken 7, gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform, sowohl auf der P-Seite, als auch auf der N-Seite der Halbleiterelemente 3 angeordnet.
  • Die beiden ersten Metallblöcke 37 sind durch einen zweiten Metalldraht 9 miteinander verbunden, und die beiden zweiten Metallblöcke 47 sind über einen zweiten Metalldraht 9 miteinander verbunden.
  • Mittels einer solchen Konfiguration wird ein Kurschlussausfall oder ein Masseschlussausfall verhindert. Obwohl oben ein Beispiel beschrieben wurde, in welchem die Mehrzahl von Metallblöcken 7 sowohl auf der P-Seite, als auch auf der N-Seite des Halbleiterelements 3 angeordnet ist, kann eine Mehrzahl von Anschlusselektroden 15, welche die Funktionen der Metallblöcke 7 aufweist, sowohl auf der P-Seite, als auch auf der N-Seite des Halbleiterelements 3 angeordnet sein, wie in der dritten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist. Ähnliche Effekte werden auch in einem solchen Fall erzeugt.
  • <Sechste bevorzugte Ausführungsform>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform wird unten beschrieben. Die Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bestandteile der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs, die denen der ersten bis fünften bevorzugten Ausführungsform ähnlich sind, ausgelassen wird.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Obere Flächen 57A von Metallblöcken 57 ragen oberhalb der oberen Fläche 10A des Versiegelungsmaterials 10 hervor. Mit anderen Worten weisen die Metallblöcke 57 eine solche Höhe auf, dass die oberen Flächen 57A höher liegen, als die obere Fläche 10A des Versiegelungsmaterials 10. Beide Enden des zweiten Metalldrahtes 9 sind mit den oberen Flächen 57A des Metallblocks 57 verbunden.
  • Mittels einer solchen Konfiguration wird eine Schleifenform des zweiten Metalldrahtes 9, welcher als ein Schnelltrennungsteil fungiert, stabil ausgebildet. In einem Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung kann ferner ein Schritt zum Verbinden des Metallblocks 57 durch den zweiten Metalldraht 9 nach dem Einfüllen des Versiegelungsmaterials 10, das heißt, ein Nachverdrahtungsverbindungsschritt, realisiert werden. Dies erleichtert den Zusammenbau der Halbleitervorrichtung.
  • <Siebte bevorzugte Ausführungsform>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform wird unten beschrieben. Die Halbleitervorrichtung gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bestandteile der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs, die denen der ersten bis sechsten bevorzugten Ausführungsform ähnlich sind, ausgelassen wird.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie in der sechsten bevorzugten Ausführungsform, ragen die oberen Flächen 57A des Metallblocks 57 oberhalb der oberen Fläche 10A des Versiegelungsmaterials 10 hervor. In der siebten bevorzugten Ausführungsform ist ferner ein isolierendes Material 11 zwischen den beiden Metallblöcken 57 bereitgestellt. Das isolierende Material 11 verbindet die beiden Metallblöcke 57. Beide Enden des zweiten Metalldrahtes 9 sind mit den oberen Flächen 57A des Metallblocks 57 verbunden. In einem Herstellungsprozess kann eine Komponente, welche im Vorfeld durch Koppeln der beiden Metallblöcke 57 unter Verwendung des isolierenden Materials 11 vorbereitetet wird, das heißt, ein gekoppelter Block 12, welcher ein halbfertiges Produkt ist, mit dem Schaltungsmuster 2B verbunden werden. Darüber hinaus kann der zweite Metalldraht 9 mit den beiden Metallblöcken 57 verbunden werden, bevor der gekoppelte Block 12 mit dem Schaltungsmuster 2B verbunden wird.
  • Mittels einer solchen Konfiguration wird eine Schleifenform eines zweiten Metalldrahtes 9, welcher als ein Schnelltrennungsteil fungiert, stabil ausgebildet. In dem Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung kann darüber hinaus ein Schritt zum Einbringen des Versiegelungsmaterials 10 nach dem Verbinden des gekoppelten Blocks 12 unter Verwendung des zweiten Metalldrahtes 9, das heißt, ein Vorverdrahtungsverbindungsschritt, realisiert werden. Dies erleichtert den Zusammenbau der Halbleitervorrichtung. In einem Fall, in dem das isolierende Material 11 dünn ist, wird darüber hinaus ein Abstand zwischen den beiden Metallblöcken 57 gering und eine Verdrahtungsinduktivität (Ls) wird klein.
  • <Achte bevorzugte Ausführungsform>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der achten bevorzugten Ausführungsform wird unten beschrieben. Die Halbleitervorrichtung gemäß der achten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bestandteile der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass eine Beschreibung der Konfiguration und des Betriebs, die denen der ersten bis siebten bevorzugten Ausführungsform ähnlich sind, ausgelassen wird.
  • Das Halbleiterelement 3 ist wie oben beschrieben ein Schaltelement oder ein Diodenelement. Die Halbleitervorrichtung 3 kann aus Silizium (Si) hergestellt sein, sie kann aber bevorzugt aus einem Halbleiter mit einer breiten Bandlücke hergestellt sein, welcher eine breitere Bandlücke aufweist, als die von Silizium. Der Halbleiter mit der breiten Bandlücke ist zum Beispiel ein Material, welches Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) beinhaltet. Alternativ ist der Halbleiter mit der breiten Bandlücke zum Beispiel Diamant.
  • Das Schaltelement und das Diodenelement, welche aus dem Halbleiter mit der breiten Bandlücke ausgebildet sind, weisen eine hohe Spannungsfestigkeit, eine hohe erlaubte Stromdichte, und eine hohe Wärmewiderstandsfähigkeit und einen geringen Leistungsverlust auf.
  • Die hohe Spannungsfestigkeit und die hohe erlaubte Stromdichte ermöglichen eine Reduzierung der Größe des Schaltelementes und des Diodenelementes, wodurch eine Reduzierung der Größe des Halbleitermoduls ermöglicht wird, welches das Schaltelement und das Diodenelement beinhaltet.
  • Die hohe Wärmewiderstandsfähigkeit erlaubt eine Reduzierung einer Größe einer Wärmeabstrahlungslamelle oder eines Kühlkörpers, wodurch eine weitere Reduzierung der Größe des Halbleitermoduls ermöglicht wird.
  • Der geringe Leistungsverlust ermöglicht eine Verbesserung der Effizienz des Schaltelements und des Diodenelementes, wodurch eine Verbesserung der Effizienz des Halbleitermoduls ermöglicht wird.
  • Sowohl das Schaltelement, als auch das Diodenelement sind bevorzugt aus einem Halbleiter mit einer breiten Bandlücke ausgebildet, aber entweder das Schaltelement oder das Diodenelement kann aus dem Halbleiter mir der breiten Bandlücke ausgebildet sein. Selbst mit einer solchen Konfiguration können die Effekte, die in den obigen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben sind, erhalten werden.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung frei kombiniert und verändert oder in geeigneter Weise ausgelassen werden.
  • Während die Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehenden Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen erdacht werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2001524735 [0002]

Claims (10)

  1. Halbleitervorrichtung aufweisend: • ein Halbleiterelement (3), welches auf einem Schaltungsmuster (2C) unter einer Mehrzahl von Schaltungsmustern (2B) montiert ist, welche auf wenigstens einem isolierenden Substrat (2) bereitgestellt ist; • eine Mehrzahl von Anschlusselektroden (5), welche an einem Gehäuse (4) bereitgestellt ist, in welchem das wenigstens eine isolierende Substrat (2) und das Halbleiterelement (3) enthalten sind; • eine interne Verdrahtung (6), welche das Halbleiterelement (3) und die Mehrzahl von Anschlusselektroden (5) verbindet; und • ein Versiegelungsmaterial (10), welches einen Raum innerhalb des Gehäuses (4) ausfüllt und das wenigstens eine isolierende Substrat (2) und das Halbleiterelement (3) versiegelt, wobei • die interne Verdrahtung (6) aufweist ◯ die Mehrzahl von Schaltungsmustern (2B), ◯ eine Mehrzahl von Metallblöcken (7), welche elektrisch mit den jeweiligen Schaltungsmustern (2B) verbunden ist, und ◯ wenigstens einen Metalldraht (9), welcher die Mehrzahl von Metallblöcken (7) verbindet, und • der wenigstens eine Metalldraht (9) mit der Mehrzahl von Metallblöcken (7) an Positionen verbunden ist, welche näher an einer oberen Fläche (10A) des Versiegelungsmaterials (10) liegen, als Flächen der Mehrzahl von Schaltungsmustern (2B).
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei • die Mehrzahl von Metallblöcken (7) integral am Gehäuse (4) befestigt ist, auf einer Mehrzahl von Schaltungsmusters (2B) montiert ist, und somit elektrisch mit der Mehrzahl von Schaltungsmustern (2B) verbunden ist, und • beide Enden des wenigstens einen Metalldrahtes (9) mit oberen Flächen der jeweiligen Metallblöcke (7) verbunden sind.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei jeder der Mehrzahl von Metallblöcken (17) eine gekröpfte Form aufweist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei • die Mehrzahl von Anschlusselektroden (15) integral mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, • die Mehrzahl von Metallblöcken (7) die Mehrzahl von Anschlusselektroden (15) ist, und • beide Enden des wenigstens einen Metalldrahtes (9) mit oberen Flächen (15B) der jeweiligen Anschlusselektroden (15) verbunden sind.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei • das Gehäuse (4) eine rechteckige flache Form aufweist, und • die Mehrzahl von Metallblöcken (27) an einer kurzen Seite des Gehäuses (4) bereitgestellt ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei • die Mehrzahl von Anschlusselektroden (5) aufweist • eine erste Anschlusselektrode (25), welche mit einer P-Seite des Halbleiterelements (3) verbunden ist und • eine zweite Anschlusselektrode (35), welche mit einer N-Seite des Halbleiterelements (3) verbunden ist, • die Mehrzahl von Metallblöcken (7) aufweist ◯ eine Mehrzahl erster Metallblöcke (37) welche zwischen der ersten Anschlusselektrode (25) und dem Halbleiterelement (3) bereitgestellt ist und ◯ eine Mehrzahl zweiter Metallblöcke (47), welche zwischen der zweiten Anschlusselektrode (35) und dem Halbleiterelement (3) bereitgestellt ist, und • der wenigstens eine Metalldraht (9) eine Mehrzahl von Metalldrähten ist, die einen Metalldraht zum Verbinden der Mehrzahl erster Metallblöcke (37) und einen Metalldraht zum Verbinden der Mehrzahl zweiter Metallblöcke (47) beinhaltet.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei obere Flächen (57A) der Mehrzahl von Metallblöcken (57), mit welchen der wenigstens eine Metalldraht (9) verbunden ist, jeweils oberhalb der oberen Fläche (10A) des Versiegelungsmaterials (10) hervorragen.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mehrzahl von Metallblöcken (57) durch ein isolierenden Material (11) gekoppelt ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Halbleiterelement (3) SiC enthält.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Grenzlastintegral des wenigstens einen Metalldrahtes (9) kleiner ist, als das Grenzlastintegral jedes der Mehrzahl von Schaltungsmustern (2B).
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