DE102020133473A1 - Halbleitereinrichtung - Google Patents

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Koichi TOKUBO
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Eine Halbleitereinrichtung umfasst: eine Metallplatte; eine Halbleitervorrichtung, die auf der Metallplatte montiert ist; einen externen Anschluss, der mit der Halbleitervorrichtung oder der Metallplatte elektrisch verbunden ist; einen Metalldraht, der mit der Halbleitervorrichtung, der Metallplatte oder dem externen Anschluss verdrahtet ist; und ein Gehäuse, das die Halbleitervorrichtung, die Metallplatte und den Metalldraht abdeckt und mit Harz versiegelt, wobei der Metalldraht an einer ersten Verbindungsstelle und einer zweiten Verbindungsstelle an eine Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung gebondet ist und der Metalldraht eine niedrige Schleife enthält, die zwischen der ersten Verbindungsstelle und der zweiten Verbindungsstelle positioniert ist, zumindest einer der ersten Verbindungsstelle und der zweiten Verbindungsstelle benachbart ist und mit der Elektrode an einer oberen Schicht nicht in Kontakt ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitereinrichtung und insbesondere auf eine einen Metalldraht enthaltende Halbleitereinrichtung.
  • Hintergrund
  • In einer bisher verwendeten Halbleitereinrichtung wird, um die Zugspannung aufgrund einer thermischen Expansion und Kontraktion, die bei der Temperatur einer Nutzungsumgebung auftritt, zu reduzieren, eine Drahtverbindungsschleife mit einer ausreichenden Höhe mittels Ultraschall-Bonden auf Halbleitervorrichtungen ausgebildet, um eine elektrische interne Verbindung bereitzustellen (siehe zum Beispiel JP H10-32218 A (Absatz 0013 und 1)).
  • Zusammenfassung
  • Falls die in solch einer Halbleitereinrichtung montierten Halbleitervorrichtungen sogenannte Leistungs-Halbleitervorrichtungen sind, in denen ein hoher Strom genutzt wird und Leistung gesteuert wird, müssen jedoch, da der Herstellungsprozess für Halbleitervorrichtungen in jüngster Zeit stabilisiert wurde und die Kosten von Halbleitervorrichtungen reduziert wurden, so dass bei der Schrumpfung von Halbleitervorrichtungen ein Fortschritt erzielt wurde und die Größe der Halbleitervorrichtung reduziert wurde, die Drahtverbindungen getrennt werden, was eine Ausbildung einer Drahtverbindungsschleife mit ausreichender Höhe ausschließt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die geschaffen wurde, um das oben erwähnte Problem zu lösen, besteht darin, die Schrumpfung von Halbleitervorrichtungen zu bewältigen, äußerst zuverlässige Drahtverbindungen durch Metalldrähte zu erhalten und eine Halbleitereinrichtung bereitzustellen, die eine hohe Stromkapazität aufweisen kann und deren Größe verkleinert werden kann.
  • Eine Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Metallplatte; eine Halbleitervorrichtung, die auf der Metallplatte montiert ist; einen externen Anschluss, der mit der Halbleitervorrichtung oder der Metallplatte elektrisch verbunden ist; einen Metalldraht, der mit der Halbleitervorrichtung, der Metallplatte oder dem externen Anschluss drahtverbunden bzw. verdrahtet ist; und ein Gehäuse, das die Halbleitervorrichtung, die Metallplatte und den Metalldraht abdeckt und mit Harz versiegelt, wobei der Metalldraht an einer ersten Verbindungsstelle und einer zweiten Verbindungsstelle an eine Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung gebondet ist und der Metalldraht eine niedrige Schleife enthält, die zwischen der ersten Verbindungsstelle und der zweiten Verbindungsstelle positioniert ist, zumindest einer der ersten Verbindungsstelle und der zweiten Verbindungsstelle benachbart ist und mit der Elektrode an einer oberen Schicht nicht in Kontakt ist.
  • Selbst wenn die Halbleitervorrichtung geschrumpft wird und die Größe der Halbleitervorrichtung reduziert wird, können in der vorliegenden Offenbarung Drahtverbindungen durch den Metalldraht verwirklicht werden. Darüber hinaus ist es möglich, äußerst zuverlässige Drahtverbindungen zu erhalten und eine Halbleitereinrichtung bereitzustellen, die eine hohe Stromkapazität aufweisen kann und deren Größe verkleinert werden kann.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung vollständiger zeigen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • Nun wird die Konfiguration der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 1 dargestellt ist, sind mehrere externe Anschlüsse 4b auf den entgegengesetzten seitlichen Oberflächen des Gehäuses 5, das die Halbleitervorrichtung 1 enthält, freigelegt und verlaufen unter einem im Allgemeinen rechten Winkel gebogen. Die externen Anschlüsse 4b sind auf einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Steuerungsplatine mit einer Steuerungsschaltung montiert und mit einer Vorrichtung außerhalb der Halbleitereinrichtung elektrisch verbunden.
  • Innerhalb des Gehäuses 5 ist die Halbleitervorrichtung 1 auf den Leiterrahmen 4a montiert, unter Verwendung des Metalldrahts 3a drahtverbunden bzw. verdrahtet und mit dem äußeren Anschluss 4b verbunden. Man beachte, dass die erforderliche Anzahl an Halbleitervorrichtungen 1 mit den erforderlichen Nennwerten gemäß den Spezifikationen der Halbleitereinrichtung montiert werden kann. Obwohl der Metalldraht 3a mit der Halbleitervorrichtung 1 und den externen Anschlüssen 4b in 1 verdrahtet ist, ist dies nicht notwendigerweise der Fall, und der Metalldraht 3a ist gemäß der Schaltungskonfiguration mit dem Leiterrahmen 4a nach Bedarf mit dem Leiterrahmen 4a verbunden.
  • Das Gehäuse 5 wird mittels Transfer-Molding, bei dem Harz in eine Gussform injiziert wird, eingekapselt und eingehaust. Das das Gehäuse 5 einkapselnde Harz besteht hauptsächlich aus einem Epoxidharz, ist aber nicht auf dieses beschränkt und kann jedes beliebige wärmehärtende Harz mit einem gewünschten Elastizitätsmodul und Haftvermögen sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 1, die eine sogenannte Leistungs-Halbleitervorrichtung ist, die Leistung steuert und aus Si besteht, ist beispielsweise ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder eine Freilaufdiode (FWD). Die Länge einer Seite der Halbleitervorrichtung 1 beträgt etwa 3 mm bis 13 mm. Die Vorrichtung besteht nicht notwendigerweise aus Si, sondern kann aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke wie etwa SiC oder GaN bestehen.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 wird durch Bonden mit dem Bondingmaterial 2 auf dem Leiterrahmen 4a montiert. Das Material für das Bondingmaterial 2 ist ein Lotmaterial, das als Hauptkomponente Sn enthält. Man beachte, dass das Bondingmaterial 2 ein Material mit Wärmeableitungseigenschaften zum Ableiten von von der Halbleitervorrichtung 1 erzeugter Wärme wie etwa ein gesintertes Material oder ein Haftmaterial, das Ag als Hauptkomponente enthält, sein sollte.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 ist auf den Leiterrahmen 4a montiert, unter Verwendung des Metalldrahts 3a verdrahtet und bildet eine Schaltung innerhalb der Halbleitereinrichtung. Die Dicke des Leiterrahmens 4a reicht von etwa 0,3 bis 1,0 mm. Der Leiterrahmen 4a und die externen Anschlüsse 4b werden durch Teilen einer einzigen Metallplatte erhalten. Dementsprechend sind der Leiterrahmen 4a und die externen Anschlüsse 4b aus dem gleichen Material geschaffen und haben die gleiche Dicke. Die Struktur des Leiterrahmens 4a mit einer Stufenstruktur und die Struktur der externen Anschlüsse 4b, die wie in 1 gezeigt unter dem im Allgemeinen rechten Winkel gebogen sind, können erhalten werden, indem eine einzige Metallplatte geschnitten und mit einer Form geformt wird. Der Leiterrahmen 4a und die externen Anschlüsse 4b bestehen aus einem leitfähigen Metallmaterial, das als Hauptkomponente Cu enthält. Dieses Material, das jedes beliebige leitfähige Material mit Wärmeableitungseigenschaften sein kann, kann beispielsweise ein Verbundmaterial wie etwa AI oder Cu/Invar/Cu oder eine Legierung wie etwa CuMo sein.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist eine integrierte Schaltung (IC) 7 zum Steuern der Halbleitervorrichtung 1 über ein Haftmaterial oder Bondingmaterial 2 auf einem Teil der externen Anschlüsse 4b montiert und durch einen dünnen Metalldraht 3d verdrahtet. Die IC 7 ist größenmäßig kleiner als beispielsweise ein IGBT oder ein MOSFET und weist einen kleinen Stromwert zur Steuerung auf und wird daher unter Verwendung des dünnen Metalldrahts 3d mittels Kugel-Bonding verdrahtet. Der dünne Metalldraht 3d hat einen Durchmesser von etwa einigen zehn Mikrometer und besteht aus einem leitfähigen Metall, das eines von Au, Cu und Ag enthält.
  • Eine Ableitungs-Isolierfolie 6 mit Wärmeableitungseigenschaften und Isoliereigenschaften ist mit der dem Bondingmaterial 2 entgegengesetzten Oberfläche des Leiterrahmens 4a in engem Kontakt und leitet von der Halbleitervorrichtung 1 erzeugte Wärme über den Leiterrahmen 4a ab. Die Ableitungs-Isolierfolie 6 weist eine Zweischichtstruktur aus einer Isolierschicht und einer Metallschicht auf, und die Metallschicht der Ableitungs-Isolierschicht 6 ist auf dem Gehäuse 5 freigelegt. Die Ableitungs-Isolierfolie 6 hat eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 2 bis 18 W/(m.K) und eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,2 mm. Die Isolierschicht besteht hauptsächlich aus einem einen Füllstoff enthaltenden Epoxidharz. Die Metallschicht besteht aus Cu, AI oder dergleichen mit Wärmeableitungseigenschaften.
  • Der Metalldraht 3a ist reines AI oder ein vorwiegend aus AI bestehendes leitfähiges Metall. Das Innere des Gehäuses 5 ist mittels Draht-Bonding, bei dem eine Verbindung mittels Ultraschallwellen kontinuierlich ohne Schneiden geschaffen wird, verdrahtet. Der Durchmesser des Metalldrahts 3a reicht von 0,1 bis 0,5 mm und hängt von der Kapazität eines durch den Metalldraht 3a fließenden Stroms ab. Daher kann ein Cu-Draht, der hauptsächlich aus Cu mit einem niedrigen elektrischen Widerstand besteht, oder ein Ag-Draht, der hauptsächlich aus Ag mit einem noch niedrigeren elektrischen Widerstand besteht, verwendet werden.
  • Die Drahtverbindungen durch den Metalldraht 3a zwischen jedem externen Anschluss 4b und der Halbleitervorrichtung 1 und zwischen den Halbleitervorrichtungen 1 bilden eine Schleife mit einer Höhe von zumindest dem 2- bis 3-Fachen des Durchmessers des Metalldrahts 3a. Man beachte, dass der Metalldraht 3a auf dem Gehäuse 5 nicht freigelegt ist.
  • 2 ist indes eine vergrößerte Querschnittsansicht des Metalldrahts 3a auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1. An einer ersten Verbindungsstelle 3b, die der erste Draht-Bondingpunkt ist, kommt ein Ultraschallwerkzeug (engl.: ultrasonically vibrating tool), das am Drahtkopf in der (in der Zeichnung nicht dargestellten) Draht-Bondingvorrichtung angebracht ist, mit dem Metalldraht 3a in Kontakt und stellt Ultraschall zum Bonden an die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 bereit. Nach dem Bonden bewegt sich der Drahtkopf in der (in der Zeichnung nicht dargestellten) Draht-Bondingvorrichtung in Richtung einer zweiten Verbindungsstelle 3c, die die nächste Verbindungsstelle ist, und hebt sich zusammen mit dem angebrachten Werkzeug von der ersten Verbindungsstelle 3b der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 in solch einem Maß, dass eine Beschädigung und Kratzer an der Halbleitervorrichtung 1 unterdrückt werden (für den Betrachter in 2 nach oben). Anschließend bewegt er sich oberhalb und parallel zu der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 in Richtung der zweiten Verbindungsstelle 3c auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1. Da die Distanz der Hebung des Drahtkopfes derart ist, dass eine Beschädigung und Kratzer an der Halbleitervorrichtung 1 unterdrückt werden, ist es möglich, den Einfluss auf die Taktzeit einer Verbindung durch den Metalldraht 3a zu unterdrücken.
  • Folglich bildet unmittelbar nach dem Bonden an die erste Verbindungsstelle 3b der Metalldraht 3a eine niedrige Schleife, die mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 nicht in Kontakt ist. Danach wird der Metalldraht 3a nicht abgeschnitten, und der Drahtkopf bewegt sich oberhalb und parallel zu der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1, wodurch der Metalldraht 3a linear so positioniert wird, dass er mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 in Kontakt kommt. An der zweiten Verbindungsstelle 3c, die der nächste Draht-Bondingpunkt ist, wird der Metalldraht 3a unter Anwendung von Ultraschallschwingungen gebondet, so dass sich der Drahtkopf der (in der Zeichnung nicht dargestellten) Draht-Bondingvorrichtung (für den Betrachter in 2 nach unten) senkt und der Metalldraht 3a zurückgezogen wird, wodurch eine niedrige Schleife gebildet wird, die mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 nicht in Kontakt ist.
  • Der Metalldraht 3a ist dann an der zweiten Verbindungsstelle 3c an die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 gebondet. Anschließend bewegt sich nötigenfalls der Drahtkopf der (in der Zeichnung nicht dargestellten) Draht-Bondingvorrichtung in Richtung einer anderen Halbleitervorrichtung 1 oder des externen Anschlusses 4b, was der nächste Draht-Bondingpunkt ist, um eine Verdrahtungsform auszubilden. Schließlich wird der Metalldraht 3a durch eine am Drahtkopf angebrachte Schneidvorrichtung abgeschnitten. Die Höhe der niedrigen Schleife des Metalldrahts 3a bezüglich der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 ist geringer als das Doppelte des Durchmessers des Metalldrahts 3a, und der Metalldraht 3a ist mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 nicht in Kontakt.
  • Die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1, an die der Metalldraht 3a gebondet ist, besteht aus AI oder Al-Si und hat eine Dicke von etwa 0,003 bis 0,005 mm. Die Elektroden, die mit dem Metalldraht 3a verbunden oder in Kontakt sind, haben das gleiche elektrische Potential wie die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1.
  • Wie in 1 und 2 dargestellt ist, beseitigt solch eine Drahtverbindungsform des Metalldrahts 3a bezüglich der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 den Bedarf an einer großen Schleife zwischen dem externen Anschluss 4b und der Halbleitervorrichtung 1 und zwischen den Halbleitervorrichtungen 1. Selbst wenn die Halbleitervorrichtung 1 geschrumpft und die Größe der Halbleitervorrichtung 1 reduziert wird, können somit Drahtverbindungen durch den Metalldraht 3a verwirklicht werden. Außerdem wird die für die Halbleitervorrichtung 1 erforderliche Montagefläche reduziert, sodass die Halbleitereinrichtung verkleinert werden kann.
  • Darüber hinaus ist, wie in 2 dargestellt ist, zusätzlich zu der ersten Verbindungsstelle 3b und der zweiten Verbindungsstelle 3c auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 der Metalldraht 3a mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 linear in Kontakt, was eine große Kontaktfläche und eine ausreichende stromführende Fläche sicherstellt. Daher ist es möglich, ohne Vergrößern der Gehäusegröße der Halbleitereinrichtung die große Stromkapazität der Halbleitereinrichtung zu bewältigen.
  • Die Halbleitereinrichtung weist eine Nennspannung von 600 V oder 1200 V und einen Nennstrom von etwa 5 A bis 150 A auf. Um die Halbleitervorrichtung 1 zu steuern, ist die IC 7 auf dem externen Anschluss 4b montiert. Ferner können, um die Wandler- und die Unterbrechungsfunktion bereitzustellen, eine Diode für den Wandler und ein IGBT für die Unterbrechung auf dem Leiterrahmen 4a montiert werden und können in der gleichen Halbleitereinrichtung eingebaut werden. Ähnlich kann der Metalldraht 3a Drahtverbindungen in der Diode für den Wandler und dem IGBT für die Unterbrechung bilden.
  • Die Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform besteht aus der Halbleitervorrichtung 1, dem Leiterrahmen 4a, der mit der Halbleitervorrichtung 1 montiert ist, dem Metalldraht 3a, der eine Drahtverbindung zwischen der Halbleitervorrichtung 1 und dem externen Anschluss 4b einrichtet, und dem mit Harz eingekapselten Gehäuse 5, das die Halbleitervorrichtung 1, den Leiterrahmen 4a und den Metalldraht 3a abdeckt. Der Metalldraht 3a ist an der ersten Verbindungsstelle 3b und der zweiten Verbindungsstelle 3c an die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 gebondet. Zwischen der ersten Verbindungsstelle 3b und der zweiten Verbindungsstelle 3c bildet der Metalldraht 3a eine niedrige Schleife, die der ersten Verbindungsstelle 3b und/oder der zweiten Verbindungsstelle 3c benachbart und mit der Elektrode an einer oberen Schicht nicht in Kontakt ist. Mit der oben erwähnten Konfiguration muss der Metalldraht 3a keine große Schleife ausbilden, sodass Drahtverbindungen unter Verwendung des Metalldrahts 3a verwirklicht werden können, selbst wenn die Größe einer Halbleitervorrichtung durch Schrumpfen der Halbleitervorrichtung 1 reduziert ist. Außerdem können die Drahtverbindungen durch den oben beschriebenen Metalldraht 3a die Größe der Halbleitereinrichtung reduzieren.
  • Zusätzlich zu der ersten Verbindungsstelle 3b und der zweiten Verbindungsstelle 3c auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 ist der Metalldraht 3a ferner mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 linear in Kontakt, was eine große Kontaktfläche und somit eine ausreichende stromführende Fläche sicherstellt. Es ist daher möglich, ohne Vergrößern der Gehäusegröße der Halbleitereinrichtung die große Stromkapazität der Halbleitereinrichtung zu bewältigen.
  • Da der Metalldraht 3a auf dem Gehäuse 5 nicht freigelegt ist, ermöglicht eine Verkapselung mittels Transfer-Molding des Metalldrahts 3a unter Verwendung eines Harzes, dass der Metalldraht 3a und die Halbleitervorrichtung 1 durch das Verkapselungsharz eng fixiert werden. Dies unterdrückt Risse und Schnitte im Metalldraht 3a und erhöht die Zuverlässigkeit eines Bonding des Metalldrahts 3a an die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1.
  • Man beachte, dass die Schrumpfung der Halbleitervorrichtung 1 nicht notwendigerweise der Fall ist und Drahtverbindungen durch den Metalldraht 3a für Halbleitervorrichtungen 1 geringer Größe geschaffen werden können. Natürlich kann die Größe der Halbleitereinrichtung reduziert werden.
  • Der Leiterrahmen 4a, der als ein Beispiel in der oben erwähnten Ausführungsform verwendet wird, kann jeder beliebige Rahmen sein, der die Funktion seiner Komponente, der Metallplatte, erfüllt. Andere isolierende Substrate können ähnlich übernommen werden und die gleichen Effekte liefern. Genauer gesagt kann anstelle des Leiterrahmens 4a und der Ableitungs-Isolierfolie 6 ein isolierendes Substrat verwendet werden. Das isolierende Substrat besteht aus einer leitfähigen Metallschicht und einer Isolierschicht aus einer Keramik, die Al2O3, AlN, Si3N4 oder dergleichen ist. Somit verbessert die Verwendung des isolierenden Substrats die Eigenschaften einer Wärmeableitung auf bis zu einige zehn Watt pro Meter-Kelvin oder mehr, wodurch ausreichende Wärmeableitungseigenschaften gegenüber der von der Halbleitervorrichtung 1 erzeugten Wärme sichergestellt werden und die Größe der Halbleitereinrichtung reduziert und gleichzeitig ermöglicht wird, dass sich die Eigenschaften der Halbleitereinrichtung 1 ausreichend zeigen und wirken, ohne die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 1 zu verschlechtern.
  • Im Fall des oben beschriebenen isolierenden Substrats können die benötigten Wärmeableitungseigenschaften für die Halbleitervorrichtung 1 ausreichend sichergestellt werden; somit werden, wenn eine Vorrichtung aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke wie etwa SiC oder GaN als die Halbleitervorrichtung 1 montiert wird, die Effekte beachtlich.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 auf dem isolierenden Substrat kann von einem mit Harz vergossenen Gehäuse umgeben sein, das mit einem hauptsächlich aus Silikonharz oder einem Epoxidharz bestehenden Gelmaterial gefüllt und verkapselt ist, in welchem Fall die Halbleitereinrichtung in der Größe verkleinert werden kann und durch die oben erwähnten Drahtverbindungen unter Verwendung des Metalldrahts 3a eine hohe Stromkapazität aufweisen kann.
  • Ein Kühler mit Lamellen kann über eine Wärmeableitungspaste optional an der auf dem Gehäuse 5 freigelegten Ableitungs-Isolierfolie 6, dem isolierenden Substrat oder der Wärmeableitungsplatte angebracht werden, die an dem isolierenden Substrat angebracht ist, um die Wärmeableitungseigenschaften weiter zu verbessern. Beispielsweise wird sie als Leistungsumwandlungssystem wie etwa ein Inverter genutzt, in welchem Fall eine Reduzierung der Größe der Halbleitereinrichtung einen signifikanten Beitrag zu einer Reduzierung der Größe dieses Inverters oder anderer Systeme von Leistungs-Halbleitereinrichtungen zur Folge hat.
  • Zweite Ausführungsform
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die die Halbleitereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Die Halbleitereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist viele mit der ersten Ausführungsform gemeinsame Konfigurationen auf. Daher werden Teile, die von jenen in der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verschieden sind, beschrieben, und die gleichen oder entsprechenden Konfigurationen werden mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Wie in 3 dargestellt ist, ist diese Ausführungsform von der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als der lineare Metalldraht 3a, ohne abgeschnitten zu werden, durchgehend an mehrere Punkte der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 gebondet wird.
  • Der Metalldraht 3a ist an zumindest drei Stellen der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 gebondet und linear positioniert. Der Teilbereich mit Ausnahme der Verbindungsstellen mit dem Metalldraht 3a, die auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 gelegen sind, ist wünschenswerterweise, nicht aber notwendigerweise, in Kontakt mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1.
  • Die Bondingstärke jeder Verbindungsstelle reicht aus, um zum Beispiel eine Trennung an der Bonding-Grenzfläche zwischen der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 und dem Metalldraht 3a in einem Ablösetest zu verhindern. Ferner kann eine ausreichende Bonding-Lebensdauer unter der Temperatur einer Nutzungsumgebung der Halbleitereinrichtung erfüllt werden.
  • Man beachte, dass der Metalldraht 3a auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1, für den Betrachter in 3 links gelegen, eine niedrige Schleife zwischen der zweiten Verbindungsstelle 3c, die mit dem externen Anschluss 4b verdrahtet ist, und einer ersten Verbindungsstelle 3b bildet, die mit einer anderen Halbleitervorrichtung 1 verbunden ist, und die Schleife jeder Verbindungsstelle benachbart und mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 nicht in Kontakt ist.
  • Der Metalldraht 3a auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1, für den Betrachter in 3 rechts gelegen, ist mit der anderen Halbleitervorrichtung 1 verdrahtet und bildet an der Verbindungsstelle auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 eine niedrige Schleife, die jeder Verbindungsstelle benachbart und mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 nicht in Kontakt ist.
  • Auch in der zweiten Ausführungsform ist eine Halbleitervorrichtung 1 auf einem Leiterrahmen 4a montiert, sind die Halbleitervorrichtung 1 und externen Anschlüsse 4b durch den Metalldraht 3a verdrahtet und ist in einem mit Harz gekapselten Gehäuse 5, das die Halbleitervorrichtung 1, den Leiterrahmen 4a und den Metalldraht 3a abdeckt, der Metalldraht 3a an zumindest drei Stellen der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 linear gebondet. Bei der oben erwähnten Konfiguration muss der Metalldraht 3a keine große Schleife ausbilden, sodass Drahtverbindungen unter Verwendung des Metalldrahts 3a verwirklicht werden können, selbst wenn die Größe einer Halbleitervorrichtung durch Schrumpfen der Halbleitervorrichtung 1 reduziert ist. Außerdem können die Drahtverbindungen durch den Metalldraht 3a die Größe der Halbleitereinrichtung reduzieren.
  • Mit zumindest drei Verbindungsstellen, wo der Metalldraht 3a eine adäquate Bondingstärke mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 aufweist, können zuverlässige Drahtverbindungen durch den Metalldraht 3a erhalten werden, selbst wenn der Metalldraht 3a eine niedrige Schleife ausbildet.
  • Da der Metalldraht 3a drei oder mehr Verbindungsstellen auf der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 aufweist, kann, selbst wenn aufgrund einer Wärmeerzeugung durch die Halbleitervorrichtung 1 oder der Temperatur einer Nutzungsumgebung der Halbleitereinrichtung mehr als erwartete thermische Spannungen auf die Verbindungsstellen angewendet werden und eine partielle Rissbildung oder Trennung auftritt, die Halbleitereinrichtung als Halbleitereinrichtung betrieben werden.
  • Mit zumindest drei Verbindungsstellen mit einer adäquaten Bondingstärke zwischen dem Metalldraht 3a und der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 kann eine adäquate stromführende Fläche sichergestellt werden, was ermöglicht, dass die Halbleitereinrichtung ohne Vergrößern der Gehäusegröße eine große Stromkapazität aufweist.
  • Dritte Ausführungsform
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die die Halbleitereinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt. Die Halbleitereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist viele, mit der ersten Ausführungsform gemeinsame Konfigurationen auf. Daher werden Teile, die von jenen in der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verschieden sind, beschrieben, und die gleichen oder entsprechenden Konfigurationen werden mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Wie in 4 dargestellt ist, unterscheidet sich diese Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Teilbereich des Metalldrahts 3a ausgenommen die erste Verbindungsstelle 3b und die zweite Verbindungsstelle 3c, wo der Metalldraht 3a an die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 gebondet ist, durch einen gewissen Abstand von der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 getrennt ist, wodurch eine lineare Verdrahtung ohne Kontakt mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 vorgesehen wird.
  • Der Teilbereich des Metalldrahts 3a ausgenommen die erste Verbindungsstelle 3b und die zweite Verbindungsstelle 3c, wo der Metalldraht 3a an die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 gebondet ist, ist durch einen gewissen Abstand von der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 getrennt, wodurch eine lineare Verdrahtung ohne Kontakt mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 vorgesehen wird. Wie in 4 dargestellt ist, liegt der Metalldraht 3a parallel zur Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1. Man beachte, dass zwischen der ersten Verbindungsstelle 3b und der zweiten Verbindungsstelle 3c der Metalldraht 3a eine niedrige Schleife bildet, die der ersten Verbindungsstelle 3b und der zweiten Verbindungsstelle 3c benachbart und mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 nicht in Kontakt ist.
  • Auch in der dritten Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 1 auf dem Leiterrahmen 4a montiert; sind die Halbleitervorrichtung 1 und der externe Anschluss 4b durch den Metalldraht 3a verdrahtet; ist in einem mit Harz gekapselten Gehäuse 5, das die Halbleitervorrichtung 1, den Leiterrahmen 4a und den Metalldraht 3a abdeckt, der Metalldraht 3a an der ersten Verbindungsstelle 3b und zweiten Verbindungsstelle 3c an die Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 gebondet; und ist zwischen der ersten Verbindungsstelle 3b und der zweiten Verbindungsstelle 3c der Metalldraht 3a mit der Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung 1 nicht in Kontakt, sondern diesbezüglich linear positioniert. Bei der oben erwähnten Konfiguration muss der Metalldraht 3a keine große Schleife ausbilden, sodass Drahtverbindungen unter Verwendung des Metalldrahts 3a verwirklicht werden können, selbst wenn die Größe einer Halbleitervorrichtung durch Schrumpfen der Halbleitervorrichtung 1 reduziert ist. Außerdem können die Drahtverbindungen durch den Metalldraht 3a die Größe der Halbleitereinrichtung reduzieren.
  • Dies ist besonders effektiv, falls eine adäquate Bondingstärke mit der Halbleitervorrichtung 1 an der ersten Verbindungsstelle 3b und der zweiten Verbindungsstelle 3c erhalten werden kann, eine adäquate Bondingfläche sichergestellt werden kann und eine notwendige Stromkapazität sichergestellt werden können.
  • Man beachte, dass die Ausführungsformen wie jeweils anwendbar frei kombiniert und modifiziert oder weggelassen werden können.
  • Offensichtlich sind im Lichte der obigen Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung möglich. Es versteht sich daher, dass innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders als konkret beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann.
  • Die gesamte Offenbarung der am 6. März 2020 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-038809 , 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 H1032218 A [0002]
    • JP 2020038809 [0049]

Claims (6)

  1. Halbleitereinrichtung, aufweisend: eine Metallplatte (4a); eine Halbleitervorrichtung (1), die auf der Metallplatte (4a) montiert ist; einen externen Anschluss (4b), der mit der Halbleitervorrichtung (1) oder der Metallplatte (4a) elektrisch verbunden ist; einen Metalldraht (3a), der mit der Halbleitervorrichtung (1), der Metallplatte (4a) oder dem externen Anschluss (4b) verdrahtet ist; und ein Gehäuse (5), das die Halbleitervorrichtung (1), die Metallplatte (4a) und den Metalldraht (3a) abdeckt und mit Harz versiegelt, wobei der Metalldraht (3a) an einer ersten Verbindungsstelle (3b) und einer zweiten Verbindungsstelle (3c) an eine Elektrode an einer oberen Schicht der Halbleitervorrichtung (1) gebondet ist und der Metalldraht (3a) eine niedrige Schleife enthält, die zwischen der ersten Verbindungsstelle (3b) und der zweiten Verbindungsstelle (3c) positioniert ist, zumindest einer der ersten Verbindungsstelle (3b) und der zweiten Verbindungsstelle (3c) benachbart ist und mit der Elektrode an einer oberen Schicht nicht in Kontakt ist.
  2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Metalldraht (3a) zwischen der der ersten Verbindungsstelle (3b) benachbarten niedrigen Schleife und der der zweiten Verbindungsstelle (3c) benachbarten niedrigen Schleife mit der Elektrode an einer oberen Schicht linear in Kontakt ist.
  3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Metalldraht (3a) zwischen der der ersten Verbindungsstelle (3b) benachbarten niedrigen Schleife und der der zweiten Verbindungsstelle (3c) benachbarten niedrigen Schleife an mehrere Punkte der Elektrode an einer oberen Schicht gebondet ist.
  4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Metalldraht (3a) durch einen gewissen Abstand von der Elektrode an einer oberen Schicht getrennt und zwischen der der ersten Verbindungsstelle (3b) benachbarten niedrigen Schleife und der der zweiten Verbindungsstelle (3c) benachbarten niedrigen Schleife mit der Elektrode an einer oberen Schicht nicht in Kontakt ist.
  5. Halbleitereinrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Höhe der niedrigen Schleife des Metalldrahts (3a) bezüglich der Elektrode an einer oberen Schicht geringer als ein doppelter Durchmesser des Metalldrahts (3a) ist.
  6. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Metalldraht (3a) aus einem leitfähigen Metall geschaffen ist, das eines von AI, Cu und Ag enthält.
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