DE102020207954A1 - Leistungsmodul - Google Patents
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Abstract
Ein Leistungsmodul weist auf: eine Grundplatte mit einer ersten Oberfläche; eine Elektrodenplatte, die an der ersten Oberfläche bereitgestellt sind; einen Draht, der mit einem Halbleiterchip und den Elektrodenplatten verbunden ist; ein Metallelement, das mit der Elektrodenplatte verbunden ist; eine Anschlussplatte; eine erste Harzschicht, wobei ein Verbindungsteil des Drahts und der Halbleiterchips im Inneren der ersten Harzschicht angeordnet sind; und eine zweite Harzschicht, die auf der ersten Harzschicht bereitgestellt ist und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die erste Harzschicht hat. Die Anschlussplatte umfasst einen Bondteil, der mit einer Oberseite des Metallelements in Kontakt ist, einen gekrümmten Teil, der vom Bondteil aufwärts gekrümmt ist. Der gekrümmte Teil ist im Inneren der zweiten Harzschicht angeordnet und eine Länge von der ersten Oberfläche einer Unterseite des Bondteils ist größer als eine Länge von der ersten Oberfläche des Verbindungsteils.
Description
- OUERBEZUG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
- Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-173456 - GEBIET DER ERFINDUNG
- Eine Ausführungsform betrifft ein Leistungsmodul.
- HINTERGRUND
- Es wurde ein Leistungsmodul entwickelt, in dem ein Halbleiterchip zur Leistungsregelung in einem Gehäuse bereitgestellt ist und elektrische Energie durch Verbinden von Anschlussplatten mit dem Halbleiterchip von bzw. nach außerhalb des Gehäuses eingegeben und ausgegeben wird. Bei einem derartigen Leistungsmodul ist das Gehäuse mit einem isolierenden Gelmaterial gefüllt, um den isolierten Zustand der inwendigen Schaltung, der Anschlussplatten usw. aufrecht zu erhalten. Es wird erwartet, dass der Leitungsbetrag von Leistungsmodulen hiernach weiter ansteigen wird und Gegenmaßnahmen für die durch die Leitung bedingte Wärmeentwicklung schwierig sein werden.
- Figurenliste
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Leistungsmodul gemäß einer Ausführungsform zeigt; -
2A ist eine teilweise Querschnittansicht, die das Leistungsmodul gemäß der Ausführungsform zeigt; -
2B ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht von2A ; -
3A ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht, die ein Leistungsmodul gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 zeigt; und -
3B ist eine teilweise Querschnittansicht, die ein Leistungsmodul gemäß einem Vergleichsbeispiel 2 zeigt. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Ein Leistungsmodul gemäß einer Ausführungsform weist auf: eine Grundplatte mit einer ersten Oberfläche; mehrere Elektrodenplatten, die an der ersten Oberfläche bereitgestellt sind; einen Halbleiterchip, der auf der ersten Oberfläche bereitgestellt ist; einen Draht, der mit dem Halbleiterchip und einer der Elektrodenplatten verbunden ist; ein Metallelement, das mit einer der Elektrodenplatten verbunden ist; eine Anschlussplatte; eine erste Harzschicht, wobei ein Verbindungsteil des Drahts und der Halbleiterchip im Inneren der ersten Harzschicht angeordnet sind; und eine zweite Harzschicht, die auf der ersten Harzschicht bereitgestellt ist und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die erste Harzschicht hat. Die Anschlussplatte umfasst einen Bondteil, der mit einer Oberseite des Metallelements in Kontakt ist und sich an der Oberseite entlang erstreckt, einen gekrümmten Teil, der vom Bondteil aufwärts gekrümmt ist, und einen Herausführungsteil, der von dem gekrümmten Teil nach außen herausgeführt ist. Der gekrümmte Teil ist im Inneren der zweiten Harzschicht angeordnet und eine Länge zwischen der ersten Oberfläche und einer Unterseite des Bondteils ist größer als eine Länge zwischen der ersten Oberfläche und dem Verbindungsteil.
Die Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
Die Zeichnungen sind schematisch und konzeptionell und die Beziehungen zwischen der Dicke und der Breite von Teilen, die Größenverhältnisse zwischen Teilen usw. sind nicht unbedingt die gleichen wie die eigentlichen Werte. Die Abmessungen und Größenverhältnisse können unter den Zeichnungen verschieden dargestellt sein, selbst für identische Teile. In der Beschreibung und den Zeichnungen sind Bauelemente, die den bereits beschriebenen oder in einer vorhergehenden Zeichnung dargestellten ähneln, mit gleichen Bezugszeichnen markiert und eine ausführliche Beschreibung wird, wo zutreffend, ausgelassen. - (Ausführungsform)
-
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Leistungsmodul gemäß der Ausführungsform zeigt. Ein Oberseitenteil11c eines unten beschriebenen Gehäuses11 ist in1 nicht dargestellt.2A ist eine teilweise Querschnittansicht, die das Leistungsmodul gemäß der Ausführungsform zeigt.2B ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht von2A . - Wie in
1 gezeigt wird, ist die allgemeine Form des Leistungsmoduls100 der Ausführungsform ein im Wesentlichen rechteckiges Parallelepiped. Das Gehäuse11 ist im Leistungsmodul100 bereitgestellt. Das Gehäuse11 bildet im Wesentlichen die Außenform des Leistungsmoduls100 . - Wie in
1 und den2A und2B gezeigt, weist das Leistungsmodul100 hauptsächlich eine Grundplatte10 , die in einen Bodenseitenteil11a des Gehäuses11 eingefügt ist, mehrere Elektrodenplatten21 und22 , die in einer Ebene an einer Oberseite10A bereitgestellt sind, die eine erste Oberfläche der Grundplatte10 ist, mehrere Halbleiterchips30 mit Oberseitenelektroden30b , eine erste Harzschicht71 und eine zweite Harzschicht72 , die das Innere des Leistungsmoduls100 füllen, mehrere Anschlussplatten61 ,62 und63 für den äußeren Anschluss und mehrere Innenverdrahtungsanschlussplatten (im Folgenden auch allgemein einfach als die „Anschlussplatte 60‟ bezeichnet) auf. - Im Leistungsmodul
100 fließt zur Eingabe elektrische Energie von einer externen Stromversorgung über die Anschlussplatten62 und63 ein, die elektrische Energie wird von den mehreren Halbleiterchips30 umgewandelt und die umgewandelte elektrische Energie wird zur Ausgabe vom Leistungsmodul100 durch die Anschlussplatte61 nach außen ausgegeben. - Der Einfachheit der Beschreibung halber wird eine Richtung entlang der langen Seite der ersten Oberfläche
10A in den2A und2B als eine X-Richtung genommen. Eine Richtung, die senkrecht zur X-Richtung ist und entlang der kurzen Seite der ersten Oberfläche10A ist, wird als eine Y-Richtung genommen. Eine Richtung, die senkrecht zur XY-Ebene ist, wird als eine Z-Richtung genommen. Die Richtung von der Grundplatte10 zur ersten Harzschicht71 und zur zweiten Harzschicht72 in der Z-Richtung wird zwar als aufwärts genommen und die umgekehrte Richtung wird als abwärts genommen, „aufwärts“ und „abwärts“ werden aber in der Beschreibung der Einfachheit halber verwendet und stimmen nicht immer mit der Richtung der Schwerkraft überein. - Das Leistungsmodul
100 weist ferner ein Metallelement50 , das zwischen der Elektrodenplatte22 und der Anschlussplatte für den Außenanschluss61 angeordnet ist und die Elektrodenplatte22 und die Anschlussplatte61 für den Außenanschluss verbindet, ein Bondelement80 , das das Metallelement50 und die Elektrodenplatte22 verbindet, und einen Draht40 auf, der die Elektrodenplatte22 und die Oberseitenelektrode30b des Halbleiterchips30 verbindet. - Die Anschlussplatte
61 zur Ausgabe nach außen, der Halbleiterchip30 , der den Strom an die Anschlussplatte61 ausgibt, das Metallelement50 , das die Anschlussplatte61 und den Halbleiterchip30 verbindet, die Elektrodenplatte22 und der Draht40 werden nun ausführlich beschrieben. Die Anschlussplatte61 zur Ausgabe nach außen wird in der unten angeführten Beschreibung beschrieben, diese ist auch für die anderen Anschlussplatten60 gleich. - Das Gehäuse
11 ist zum Beispiel aus einem wärmedämmenden Harzmaterial hergestellt und zum Beispiel durch Kombinieren des Bodenseitenteils11a , der die Unterseite bildet, eines Seitenwandteils11b , der die Seitenfläche bildet, und des Oberseitenteils11c , der die Oberseite bildet, gebildet. Das Gehäuse11 ist innen hohl. - Der Halbleiterchip
30 ist mit einem weiteren Halbleiterchip30 auf der ersten Oberfläche10A der Grundplatte10 angeordnet. Der Halbleiterchip30 ist zum Beispiel ein rechtwinkliges Parallelepiped, dessen Länge in der X-Richtung und in der Y-Richtung größer als die Länge in der Z-Richtung ist. Der Halbleiterchip30 weist eine Unterseitenelektrode30a , die mit einem Endteil21a der Elektrodenplatte21 an der Unterseite des Halbleiterchips30 verbunden ist, und die Oberseitenelektrode30b auf, die mit einem Chipverbindungsteil40b des Drahts40 an der Oberseite des Halbleiterchips30 verbunden ist. - Zum Beispiel ist die Grundplatte
10 aus isolierender Keramik hergestellt und ist im Wesentlichen plattenförmig und zur XY-Ebene parallel. Die Elektrodenplatten21 und22 sind mit der ersten Oberfläche10A der Grundplatte10 verbunden und so bereitgestellt, dass sie zur ersten Oberfläche10A im Wesentlichen parallel sind. Zum Beispiel werden Elektrodenplatten21 und22 durch Stanzen eines Kupferblechs in der gewünschten Verdrahtungsausgestaltung gebildet. Die Elektrodenplatten21 und22 erstrecken sich in der Nähe der Anschlussplatten60 bzw. der mehreren Halbleiterchips30 und sind durch Löten, Ultraschall-Bonden, Silbersintern usw. mit den Anschlussplatten60 und den Halbleiterchips30 verbunden. Speziell ist der Endteil21a der Elektrodenplatte21 unter dem Halbleiterchip30 angeordnet und ist zum Beispiel durch Löten mit der Unterseitenelektrode30a des Halbleiterchips30 verbunden. - Die Elektrodenplatte
22 verbindet die Anschlussplatte61 und die Oberseitenelektrode30b des Halbleiterchips30 . - Ein erster Verbindungsteil
22a , der ein Teil der Elektrodenplatte22 ist, ist am Umfang des Halbleiterchips30 angeordnet und ein zweiter Verbindungsteil22b , der ein weiterer Teil der Elektrodenplatte22 ist, ist unter der Anschlussplatte61 angeordnet. Der erste Verbindungsteil22a ist mit einem Elektrodenplattenverbindungsteil40a verbunden, der das Endteil des Drahts40 ist, das mit der Oberseitenelektrode30b des Halbleiterchips30 verbunden ist. - Das Metallelement
50 ist auf dem zweiten Verbindungsteil22b angeordnet. Der zweite Verbindungsteil22b ist durch das Bondelement80 , das beispielsweise Lot usw. ist, mit einer Unterseite50c des Metallelements50 verbunden; daher ist, von oben gesehen, die Außenkante der Elektrodenplatte22 außerhalb der Außenkante der Unterseite50c des Metallelements50 angeordnet, so dass das Bondelement80 nicht von der Elektrodenplatte22 abfällt. Die Elektrodenplatte22 ist über das Metallelement50 mit der Anschlussplatte61 verbunden, weil der zweite Verbindungsteil22b mit dem Metallelement50 verbunden ist, das mit der Anschlussplatte61 verbunden ist. - Das Metallelement
50 weist ein Metall, z.B. Kupfer, auf und hat zum Beispiel die Form eines rechteckigen Parallelepipeds; zu den Oberflächen des Metallelements50 zählen eine Oberseite50a , eine Unterseite50c und vier Seitenflächen50b . Die Ausgestaltung ist aber nicht darauf beschränkt; es reicht, dass das Metallelement50 die Oberseite50a und die Unterseite50c hat. Die Oberseite50a ist zum Beispiel rechteckig und zur Unterseite eines Bondteils61a der Anschlussplatte61 parallel. Zum Beispiel ist die Unterseite50c auch rechteckig und zum zweiten Verbindungsteil22b der Elektrodenplatte22 parallel. Die Seitenflächen50b ragen von den vier Seiten der Unterseite50c in der Z-Richtung nach oben und sind an die vier Seiten der Oberseite50a angefügt. - Die Unterseite
50c nimmt einen schmäleren Bereich ein als der zweite Verbindungsteil22b , weil die Unterseite50c mit dem zweiten Verbindungsteil22b der Elektrodenplatte22 verbunden ist. Die Oberseite50a nimmt einen breiteren Bereich ein als der Bondteil61a , weil die Oberseite50a an den Bondteil61a der Anschlussplatte61 angefügt ist. - Zum Beispiel ist das Bondelement
80 aus Lot oder dergleichen hergestellt, ist mit dem Metallelement50 und dem zweiten Verbindungsteil22b in Kontakt und befestigt und verbindet das Metallelement50 und den zweiten Verbindungsteil22b durch Selbsthärten. Speziell ist das Bondelement80 mit den vier Seitenflächen50b des Metallelements50 und dem zweiten Verbindungsteil22b am Rand der Seitenflächen50b in Kontakt und breitet sich nach unten aus. - Die Anschlussplatte
61 umfasst den Bondteil61a , der mit der Unterseite50a des Metallelements50 in Kontakt ist, einen gekrümmten Teil61b , der vom Bondteil61a nach oben gekrümmt ist, einen ersten Zwischenteil61c , der sich in der Z-Richtung vom gekrümmten Teil61b nach oben erstreckt, einen zweiten Zwischenteil61d , der sich vom ersten Zwischenteil61c weiter an der XY-Ebene entlang erstreckt, einen dritten Zwischenteil61e , der sich vom zweiten Zwischenteil61d in der Z-Richtung weiter nach oben erstreckt, und einen Herausführungsteil61f , der sich durch Umbiegen vom dritten Zwischenteil61e weiter an der XY-Ebene entlang erstreckt und aus dem Gehäuse11 herausgeführt ist. Der Bondteil61a , der gekrümmte Teil61b , der erste Zwischenteil61c , der zweite Zwischenteil61d , der dritte Zwischenteil61e und der Herausführungsteil61f sind so gestaltet, dass sie einen durchgehenden Körper haben, und sind in dieser Reihenfolge angeordnet. Die Anschlussplatte61 weist Kupfer auf und wird zum Beispiel durch Stanzen und Biegen eines Kupferblechs hergestellt. Die Anschlussplatte61 ist im Inneren des Gehäuse11 durch Befestigen des Bondteils61a durch Bonden des Metallelements50 und Befestigen des Herausführungsteils61f durch Einklemmen zwischen dem Oberseitenteil11c und dem Seitenwandteil11b des Gehäuses11 ausgerichtet. - Der Bondteil
61a ist zur Oberseite50a des Metallelements50 parallel und erstreckt sich an der Oberseite50a entlang. Der Bondteil61a ist mit der Oberseite50a in Kontakt und ist zum Beispiel durch Ultraschall-Bonden an die Oberseite50a angefügt. Die Unterseite des Bondteils61a ist kleiner als die Oberseite50a . Der gekrümmte Teil61b ist nach oben gekrümmt, um den zur XY-Ebene parallelen Bondteil61a und den ersten Zwischenteil61c , der sich in der Z-Richtung erstreckt, aneinanderzufügen. Der gekrümmte Teil61b trennt sich im Verlauf der Aufwärtskrümmung von der Oberseite50a des Metallelements50 ; dadurch wird zwischen der Unterseite des gekrümmten Teils61b und der Oberseite50a des Metallelements50 ein keiliger Spalt90 gebildet. Die zweite Harzschicht72 tritt in den Spalt90 ein. Der Herausführungsteil61f ist vom gekrümmten Teil61b über den ersten Zwischenteil61c , den zweiten Zwischenteil61d und den dritten Zwischenteil61e nach außen herausgeführt und weist einen Teil auf, der außerhalb des Leistungsmoduls100 freiliegt. - Der Draht
40 verbindet die Elektrodenplatte22 und die Oberseitenelektrode30b des Halbleiterchips30 . Der Draht40 ist zum Beispiel drahtförmig und aus Aluminium usw. hergestellt. Ein Ende des Drahts40 ist der mit dem Halbleiterchip30 verbundene Chipverbindungsteil40b und ist mit der Oberseitenelektrode30b des Halbleiterchips30 , zum Beispiel durch Ultraschallbonden. Das andere Ende des Drahts40 ist der mit der Elektrodenplatte22 verbundene Elektrodenplattenverbindungsteil40a und ist mit dem ersten Verbindungsteil22a der Elektrodenplatte22 verbunden, zum Beispiel durch Ultraschallbonden usw. Es gibt auch Fälle, in denen der Elektrodenplattenverbindungsteil40a und der Chipverbindungsteil40b durch das Bonden eingeschränkt werden, durch Legieren gehärtet werden und ausgebauchte ballige Formen haben. - Die Länge in der Z-Richtung des Metallelements
50 und die Länge in der Z-Richtung der Anschlussplatte61 sind so festgelegt, dass eine LängeL1 von der ersten Oberfläche10A der Grundplatte10 zum Chipverbindungsteil40b des Drahts40 kleiner ist als eine LängeL2 von der ersten Oberfläche10A zum Bondteil61a der Anschlussplatte61 . - Wenn eine ballige Form im Chipverbindungsteil
40b hergestellt wird, ist es vorteilhaft, die Länge von der ersten Oberfläche10A zum oberen Ende der balligen Form des Chipverbindungsteils40b des Drahts40 so festzulegen, dass sie kleiner als die LängeL2 ist. - Hinsichtlich des Härtens des Drahts
40 aufgrund des Bondens des Chipverbindungsteils40b ist es vorteilhaft, die Länge von der ersten Oberfläche10A zum oberen Ende eines Verbindungseffektteils 40bb so festzulegen, dass sie für den am Endteil des Drahts40 auf Seite des Chipverbindungsteils40b gebildeten Verbindungseffektteil 40bb kleiner als L2 ist. Der Verbindungseffektteil 40bb ist ein Teil, an dem die Biegbarkeit zum Beispiel aufgrund einer Änderung der Kristallstruktur des Drahts40 aufgrund der Wärmeauswirkungen beim Verbinden des Chipverbindungsteils40b und der Oberseitenelektrode30b des Halbleiterchips30 reduziert ist. Die Länge des Verbindungseffektteils 40bb in der Z-Richtung wird als C genommen. Es ist vorteilhaft, dass der Wert von C zum Beispiel 0,2 bis 1 mm ist. - Für einen obere Teil
40c des Drahts40 , der der höchste Teil des Drahts40 ist, ist es vorteilhaft, dass die Länge von der ersten Oberfläche19A zum oberen Teil40c weniger als L2 ist. - Die erste Harzschicht
71 und die zweite Harzschicht72 füllen den mit der Grundplatte10 und dem Gehäuse11 umgebenen Innenraum und gewährleisten die Isolierung zwischen den mehreren Anschlussplatten61 ,62 und63 , dem Halbleiterchip30 , den Elektrodenplatten21 und22 , dem Draht40 usw. Die zweite Harzschicht72 ist auf der ersten Harzschicht71 angeordnet. - Der Elastizitätsmodul der ersten Harzschicht
71 ist größer als der Elastizitätsmodul der zweiten Harzschicht72 . Der Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Harzschicht71 ist kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Harzschicht72 . Die erste Harzschicht71 weist zum Beispiel ein Epoxidharz auf. Die zweite Harzschicht72 weist zum Beispiel Polymer-Silikon auf und ist ein isolierendes Gelharz. - Die erste Harzschicht
71 ist auf der ersten Oberfläche10A bereitgestellt. Eine Unterseite der ersten Harzschicht71 ist mit der ersten Oberfläche10A und den Elektrodenplatten21 und22 in Kontakt. - Eine Position
Z0 auf der Z-Achse einer Oberseite71A der ersten Harzschicht71 ist höher als eine Position Zt auf der Z-Achse des Chipverbindungsteils40b des Drahts40 und niedriger als eine Position Zc auf der Z-Achse der Unterseite des Bondteils61a der Anschlussplatte61 positioniert. Bezüglich der Länge von der ersten Oberfläche10A ist eine Länge L der Oberseite71A der ersten Harzschicht71 größer als die LängeL1 des Chipverbindungsteils40b des Drahts40 und kleiner als die LängeL2 zum Bondteil61a der Anschlussplatte61 . In einem derartigen Fall sind das Chipverbindungsteil40b des Drahts40 , der Halbleiterchip30 und die Elektrodenplatten21 und22 , die niedriger als die Position Zt auf der Z-Achse sind, und die Teile des Metallelements50 , des Bondelements80 und des Drahts40 , die niedriger als die Oberseite71A der ersten Harzschicht71 sind, im Inneren der ersten Harzschicht71 angeordnet. - Wenn der Chipverbindungsteil
40b eine ballige Form hat, ist es vorteilhafter, das obere Ende der balligen Form des Chipverbindungsteils40b als die Position Zt auf der Z-Achse zu verwenden. Bezüglich der Länge von der ersten Oberfläche10A ist es vorteilhafter, dass die LängeL1 die Länge zum oberen Ende der balligen Form des Chipverbindungsteils40b ist. In einem derartigen Fall sind das ballige Chipverbindungsteil40b des Drahts40 , der Halbleiterchip30 und die Elektrodenplatten21 und22 , die niedriger als die Position Zt auf der Z-Achse sind, und die Teile des Metallelements50 , des Bondelements80 und des Drahts40 , die niedriger als die Oberseite71A der ersten Harzschicht71 sind, im Inneren der ersten Harzschicht71 angeordnet. - Hinsichtlich des Härtens des Drahts
40 aufgrund des Bondens des Chipverbindungsteils40b ist es vorteilhafter, die Position auf der Z-Achse des oberen Endes des Verbindungseffektteils 40bb als Zt zu verwenden. Bezüglich der Länge von der ersten Oberfläche10A ist es vorteilhafter, dass die LängeL1 die Länge zum oberen Ende des Verbindungseffektteils 40bb ist. In einem derartigen Fall sind der Verbindungseffektteil 40bb des Drahts40 , der Halbleiterchip30 und die Elektrodenplatten21 und22 , die niedriger als die Position Zt auf der Z-Achse sind, und die Teile des Metallelements50 , des Bondelements80 und des Drahts40 , die niedriger als die Oberseite71A der ersten Harzschicht71 sind, im Inneren der ersten Harzschicht71 angeordnet. - Es ist vorteilhafter, die Position des oberen Teils
40c auf der Z-Achse, die der höchste Teil des Drahts40 ist, als Zt zu verwenden. Bezüglich der Länge von der ersten Oberfläche10A ist es vorteilhafter, die Länge zum oberen Teil40c als L1 zu verwenden. In einem derartigen Fall sind der Draht40 , der Halbleiterchip30 und die Elektrodenplatten21 und22 , die niedriger als die Position Zt auf der Z-Achse sind, und die Teile des Metallelements50 , des Bondelements80 und des Drahts40 , die niedriger als die Oberseite71A der ersten Harzschicht71 sind, im Inneren der ersten Harzschicht71 angeordnet. - Die Anschlussplatte
61 ist nicht im Inneren der ersten Harzschicht71 angeordnet, ungeachtet dessen, welches von dem Chipverbindungsteil40b , dem oberen Ende der balligen Form, dem oberen Ende des Verbindungseffektteils 40bb oder dem oberen Teil40c als Bezug für Zt und L1 verwendet wird. Die Elektrodenplatten21 und22 , der Halbleiterchip30 und die Teile des Metallelements50 , des Bondelements80 und des Drahts40 , die niedriger als die Oberseite71A der ersten Harzschicht71 sind, sind im Inneren der ersten Harzschicht71 angeordnet und durch die erste Harzschicht71 isoliert. - Die zweite Harzschicht
72 wird auf der ersten Harzschicht71 bereitgestellt und die gesamte Oberfläche einer Unterseite72B der zweiten Harzschicht72 haftet eng an der gesamten Oberfläche der Oberseite71A der ersten Harzschicht71 . Dementsprechend ist die PositionZ0 auf der Z-Achse der Unterseite72B der zweiten Harzschicht72 höher als die Position Zt auf der Z-Achse des Chipverbindungsteils40b des Drahts40 und niedriger als die Position Zc auf der Z-Achse der Unterseite des Bondteils61a der Anschlussplatte61 positioniert. Dadurch wird der Chipverbindungsteil40b des Drahts40 nicht im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet. - Beim Herstellen der balligen Form im Chipverbindungsteil
40b ist es vorteilhafter, dass die Position auf der Z-Achse des oberen Endes der balligen Form als Zt verwendet wird. Bezüglich der Länge von der ersten Oberfläche10A ist es vorteilhafter, dass die LängeL1 die Länge zum oberen Ende der balligen Form ist. Dadurch wird die ballige Form des Chipverbindungsteils40b des Drahts40 nicht im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet. - Hinsichtlich des Verbindungseffektteils 40bb ist es vorteilhafter, die Position auf der Z-Achse des oberen Endes des Verbindungseffektteils 40bb als Zt zu verwenden. Bezüglich der Länge von der ersten Oberfläche
10A ist es vorteilhafter, dass die LängeL1 die Länge zum oberen Ende des Verbindungseffektteils 40bb ist. Dadurch wird der Verbindungseffektteil 40bb des Drahts40 nicht im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet. - Es ist vorteilhafter, die Position auf der Z-Achse des oberen Teils
40c des Drahts40 als Zt zu verwenden. Bezüglich der Länge von der ersten Oberfläche10A ist es vorteilhafter, dass die LängeL1 die Länge zum oberen Teil40c ist. In einem derartigen Fall ist nicht der gesamte Draht40 im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet. - Ungeachtet dessen, welches von dem Chipverbindungsteil
40b , dem oberen Ende der balligen Form, dem oberen Ende des Verbindungseffektteils 40bb oder dem oberen Teil40c als der Bezug für Zt und L1 verwendet wird, sind der Elektrodenplattenverbindungsteil40a und der Chipverbindungsteil40b des Drahts40 nicht im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet. Außerdem sind die Anschlussplatte61 außer dem Teil des Herausführungsteils61f , der nach außen freiliegt, und der Teil des Metallelements50 , der wenigstens die Oberseite50a aufweist, die höher als die Unterseite72B der zweiten Harzschicht72 ist, im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet. - Im Folgenden wird nun die Funktionsweise aufgrund der Leitung des Leistungsmoduls
100 beschrieben.2A zeigt schematisch die Verformung, wenn aufgrund von durch die Leitung bedingter Wärmeentwicklung eine Wärmeausdehnung der ersten Harzschicht71 und der zweiten Harzschicht72 stattfindet. Die Position auf der Z-Achse einer Oberseite72A der zweiten Harzschicht72 vor der Wärmeentwicklung wird als Za genommen und die Position auf der Z-Achse der Oberseite72A der zweiten Harzschicht72 nach der durch die Leitung bedingten Wärmeentwicklung wird als Zb genommen. Verglichen mit der zweiten Harzschicht72 ist die Wärmeausdehnung der ersten Harzschicht71 klein, weil die erste Harzschicht71 einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die zweite Harzschicht72 hat; daher wird der Vereinfachung der Beschreibung halber die Position der Oberseite71A der ersten Harzschicht71 als Z0 genommen und ändert sich vor und nach der Leitung nicht. - Wenn es aufgrund von Leitung zu einer Wärmeentwicklung kommt, bleibt die Position der Oberseite
71A der ersten Harzschicht71 auf Z0; daher wird die Unterseite72B der zweiten Harzschicht72 , die mit der Oberseite71A der ersten Harzschicht71 in Kontakt ist, im Wesentlichen nicht verlagert und bleibt auf Z0. Die Oberseite72A der zweiten Harzschicht72 dehnt sich nach oben aus, die Belastung im Inneren der zweiten Harzschicht72 wird nach oben angewendet und die Anschlussplatten60 und der Draht40 , die im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet sind, werden aufwärts belastet. - Selbst wenn auf die zweite Harzschicht
72 eine Aufwärtsbelastung angewendet wird, trennt sich die zweite Harzschicht72 , die einen niedrigen Elastizitätsmodul und eine geringe thermische Belastung hat, nicht leicht von der Oberfläche der Anschlussplatte61 . Daher trennt sich die zweite Harzschicht72 am keiligen Spalt90 zwischen der Unterseite des gekrümmten Teils61b und auch der Oberseite50a des Metallelements50 nicht leicht und bleibt eng anhaftend. Dadurch hält die zweite Harzschicht72 auch während der durch die Leitung bedingte Wärmeentwicklung die Isolationseigenschaften für die Anschlussplatte61 weiterhin aufrecht. - Außerdem haben die Teile des Drahts
40 außer dem Elektrodenplattenverbindungsteil40a und dem Chipverbindungsteil40b eine ausgezeichnete Biegbarkeit usw. und werden daher nicht leicht durch Bruch usw. aufgrund der Aufwärtsbelastung der zweiten Harzschicht72 , die eine Wärmeausdehnung durchmacht, beschädigt, selbst wenn sie im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet sind. Außerdem hält die zweite Harzschicht72 die Isolationseigenschaften für den Draht40 , der im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet ist, aufrecht, ohne sich vom Draht40 zu trennen. - Der Elektrodenplattenverbindungsteil
40a und der Chipverbindungsteil40b des Drahts40 , die eine niedrige Biegbarkeit haben, da sie durch Ultraschallbonden angehaftet sind, sind innerhalb der ersten Harzschicht71 befestigt und angeordnet, die einen hohen Elastizitätsmodul und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizient hat. Daher werden der Elektrodenplattenverbindungsteil40a und der Chipverbindungsteil40b nicht leicht einer Aufwärtsbelastung unterzogen und brechen nur schwer. - Wenn durch das Bonden die ballige Form im Chipverbindungsteil
40b hergestellt wird, wird unter Verwendung des oberen Endes der balligen Form als Zt der Teil bis zum oberen Ende der balligen Form im Inneren der Harzschicht71 befestigt und angeordnet und die Auswirkungen der Aufwärtsbelastung, die aufgrund der Wärmeentwicklung stattfindet, können weiter reduziert werden. Hinsichtlich des durch das Bonden gehärteten Verbindungseffektteils 40bb wird durch Verwendung des oberen Endes des Verbindungseffektteils 40bb als Zt der Teil bis zum Verbindungseffektteil 40bb ebenfalls im Inneren der ersten Harzschicht71 befestigt und angeordnet und die Auswirkungen der Aufwärtsbelastung können weiter verringert werden. Wenn der obere Teil40c des Drahts40 als Zt verwendet wird, wird der gesamte Draht40 im Inneren der ersten Harzschicht71 befestigt und angeordnet und die Auswirkungen der Aufwärtsbelastung können weiter verringert werden. - Im Folgenden werden nun Wirkungen der Ausführungsform beschrieben. In der Ausführungsform sind der Elektrodenplattenverbindungsteil
40a und der Chipverbindungsteil40b des Drahts40 , die eine durch das Bonden reduzierte Biegbarkeit haben, im Inneren der ersten Harzschicht71 befestigt und angeordnet, die einen niedrigen Elastizitätsmodul und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat; daher findet ein Schwingungsbruch nicht leicht statt, selbst wenn die elektrische Energie von außen einfließt und Wärme erzeugt. Auch kann selbst dann, wenn im Chipverbindungsteil40b die ballige Form aufgrund des Bondens gebildet wird, der gesamte Chipverbindungsteil40b mit der balligen Form geschützt werden, falls der Teil bis zum oberen Ende der balligen Form im Inneren der ersten Harzschicht71 befestigt und angeordnet ist. Außerdem kann der Verbindungseffektteil 40bb auch von der ersten Harzschicht71 geschützt werden, falls die Teile bis zum oberen Ende des Verbindungseffektteils 40bb, die durch das Bonden des Chipverbindungsteils40b gehärtet wurden, im Inneren der ersten Harzschicht71 befestigt und angeordnet sind. Außerdem kann, falls der gesamte Draht40 im Inneren der ersten Harzschicht71 befestigt und angeordnet ist, der gesamte Draht40 von der ersten Harzschicht71 geschützt werden. - In der Ausführungsform tritt die gelartige zweite Harzschicht
72 in den keiligen Spalt90 ein. Daher kann, selbst wenn der gekrümmte Teil61b der Anschlussplatte61 aufgrund der Aufwärtsbelastung wegen der Ausdehnung der zweiten Harzschicht72 aufgrund der Wärmeentwicklung bei der Leitung eine Mikroverlagerung aufweist, die gelartige zweite Harzschicht72 , die in dem Spalt90 angeordnet ist, sich mit der Mikroverlagerung des gekrümmten Teils61b verformen; daher trennt sich die zweite Harzschicht72 nicht leicht von der Unterseite des gekrümmten Teils61b . Daher ist die Zuverlässigkeit des Leistungsmoduls100 gemäß der Ausführungsform hoch. - Das Bondelement
80 breitet sich aus und haftet, um die Seitenflächen50b des Metallelements50 und der Oberfläche des zweiten Verbindungsteils22b der Elektrodenplatte22 zu bedecken, die eine im Wesentlichen orthogonale Beziehung haben; daher kann ein Winkel α zwischen dem zweiten Verbindungsteil22b der Elektrodenplatte22 und der Oberfläche des Bondelements80 und ein Winkel β zwischen der Oberfläche der Seitenfläche50b und der Oberfläche des Bondelements80 stumpf sein; daher kann das Trennen der ersten Harzschicht71 von der Elektrodenplatte22 , dem Metallelement50 und dem Bondelement80 unterdrückt werden, selbst wenn die Aufwärtsbelastung der zweiten Harzschicht72 über die Anschlussplatte61 übertragen wird. - Daher kann im Leistungsmodul
100 gemäß der Ausführungsform der Schwingungsbruch des Drahts40 selbst dann unterdrückt werden, wenn der Betrag der Wärmeentwicklung mit zunehmendem Leitungsbetrag zunimmt und die Wärmeausdehnung der zweiten Harzschicht72 stattfindet. Außerdem kann selbst dann, wenn die Anschlussplatte61 durch die Ausdehnung der zweiten Harzschicht72 belastet wird, die Trennung der zweiten Harzschicht72 von der Unterseite des gekrümmten Teils61b unterdrückt werden und die Isolierungseigenschaften können gewährleistet werden. Dementsprechend kann die Zuverlässigkeit des Leistungsmoduls100 erhöht werden. - Zwar wird die äußere Ausgangsanschlussplatte
61 in der Ausführungsform beschrieben, die Ausführungsformen sind aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können bei Verwendung für die Eingangs-Anschlussplatten62 und63 und die Innenverdrahtungsanschlussplatten, die andere Anschlussplatten des Leistungsmoduls100 sind, und für die mit den Anschlussplatten verbundenen Halbleiterchips30 ähnliche Wirkungen bereitgestellt werden. - Zwar werden der Halbleiterchip
30 und die mit dem Halbleiterchip30 verbundene äußere Ausgangsanschlussplatte61 in der Ausführungsform beschrieben, die Ausführungsform ist aber nicht darauf beschränkt. Die gleichen Wirkungen werden auch für die Beziehung zwischen einem anderen Halbleiterchip30 und der mit dem Halbleiterchip30 nicht direkt verbundenen Anschlussplatte60 bereitgestellt. - Im Folgenden wird nun der Betrieb eines Leistungsmoduls
200 eines Vergleichsbeispiels1 und eines Leistungsmoduls300 eines Vergleichsbeispiels2 , in dem der Aufbau der Ausführungsform nicht benutzt wird, beschrieben.3A ist eine teilweise Querschnittansicht, die das Leistungsmodul gemäß dem Vergleichsbeispiel1 zeigt. Nur die gelartige zweite Harzschicht72 ist als die Harzschicht im Leistungsmodul200 eingefüllt. - Wie in
3A gezeigt, wird die Oberseite10A der Grundplatte10 als 0 der Z-Achse genommen. Die Position der Oberseite72A der zweiten Harzschicht72 vor der Leitung ist Za1. Wenn im Inneren des Leistungsmoduls200 durch die Leitung Wärme erzeugt wird, findet eine Wärmeausdehnung der zweiten Harzschicht72 statt und die Oberseite72A der zweiten Harzschicht72 wird nach Zb1 verlagert. Wenn sich die zweite Harzschicht72 ausdehnt, wird im Inneren der zweiten Harzschicht72 eine aufwärts gerichtete thermische Belastung erzeugt; daher wird zum Beispiel eine Aufwärtsbelastung auf den Draht40 usw. ausgeübt. Wenn die Leitung endet und die Wärme abnimmt, zieht sich die zweite Harzschicht72 auf das Ausgangsvolumen zusammen und die Oberseite der zweiten Harzschicht72 kehrt auf Za1 zurück. Weil die Wärmebelastung verschwindet, wenn sich die zweite Harzschicht72 zusammenzieht, verschwindet die Aufwärtsbelastung des Drahts40 usw. Durch Wiederholung dieser Bewegung besteht die Gefahr eines Schwingungsbruchs des Elektrodenplattenverbindungsteils40a und/oder des Chipverbindungsteils40b des Drahts40 . -
3B ist eine teilweise Querschnittansicht, die das Leistungsmodul gemäß dem Vergleichsbeispiel2 zeigt. Das Leistungsmodul300 hat den Aufbau des Vergleichsbeispiels1 , in dem ebenfalls die erste Harzschicht71 verwendet wird. Um den Schwingungsbruch des Elektrodenplattenverbindungsteils40a und des Chipverbindungsteils40b des Drahts40 , in Bezug auf3A beschrieben, zu verhindern, ist die erste Harzschicht71 , die einen hohen Elastizitätsmodul und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, unter der zweiten Harzschicht72 angeordnet und der Elektrodenplattenverbindungsteil40a und der Chipverbindungsteil40b des Drahts40 sind im Inneren der ersten Harzschicht71 angeordnet. Wenn die zweite Harzschicht72 aufgrund der durch die Leitung bedingten Wärmeentwicklung eine Wärmeausdehnung durchmacht, wird die Oberseite72A der zweiten Harzschicht72 von Za2 nach Zb2 verlagert. Verglichen mit der zweiten Harzschicht72 ist die Wärmeausdehnung der ersten Harzschicht71 klein; daher ist die Position der Oberseite der ersten Harzschicht71 in der vorliegenden Form der Einfachheit halber als Z02 notiert. - Der Schwingungsbruch aufgrund der Wärmeausdehnung der zweiten Harzschicht
72 kann unterdrückt werden, weil der Elektrodenplattenverbindungsteil40a und der Chipverbindungsteil40b des Drahts40 im Inneren der ersten Harzschicht71 angeordnet sind. Der erste Zwischenteil61c , der zweite Zwischenteil61d und der dritte Zwischenteil61e der Anschlussplatte61 , die im Inneren der zweiten Harzschicht72 angeordnet sind, werden von der zweiten Harzschicht72 her einer Aufwärtsbelastung ausgesetzt; daher wird die gesamte Ausgangsanschlussplatte61 einer Aufwärtsbelastung ausgesetzt. In einem derartigen Fall besteht die Gefahr, dass die erste Harzschicht71 , die in einen keiligen Spalt99 zwischen der Unterseite des gekrümmten Teils61b und dem zweiten Verbindungsteil22b der Elektrodenplatte22 eintritt, sich nicht mit der Mikroverlagerung des gekrümmten Teils61b , der aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls der ersten Harzschicht71 der Aufwärtsbelastung ausgesetzt wird, verformen kann und die erste Harzschicht71 sich vom gekrümmten Teil61b trennen kann. Wenn sowohl die Anschlussplatte61 als auch die Elektrodenplatte22 aus Kupfer zum Bonden unter Verwendung von Ultraschallbonden hergestellt sind, trennt sich die erste Harzschicht71 , die zum Beispiel aus einem Epoxidharz hergestellt ist, unerwünscht noch leichter von der Unterseite des gekrümmten Teils61b . - Umgekehrt kann gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der Elektrodenplattenverbindungsteil
40a des Drahts40 von der ersten Harzschicht71 , die den hohen Elastizitätsmodul aufweist, geschützt werden und die gelartige zweite Harzschicht72 tritt in den keiligen Spalt90 ein und trennt sich deshalb nicht leicht vom gekrümmten Teil61b der Anschlussplatte61 . Daher ist die Zuverlässigkeit des Leistungsmoduls100 gemäß der Ausführungsform verglichen mit dem Vergleichsbeispiel1 und dem Vergleichsbeispiel2 hoch. - Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen kann ein Leistungsmodul mit einer hohen Zuverlässigkeit realisiert werden.
- Im Vorangehenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf spezifische Beispiele beschrieben. Die Ausführungsform der Erfindung ist aber nicht auf diese spezifischen Beispiele beschränkt. Zum Beispiel kann eine fachkundige Person die Erfindung durch entsprechendes Wählen spezifischer Ausgestaltungen der Formen, der Materialien und der Anordnungen der Elektrodenplatte, des Metallelements, der Anschlussplatte und des Halbleiterchips, die im Leistungsmodul von der bekannten Technik her enthalten sind, ähnlich ausführen und eine derartige Ausführung liegt in dem Maße innerhalb des Umfangs der Erfindung, in dem ähnliche Wirkungen erzielt werden können. Insbesondere sind die Materialien der Elektrodenplatte, der Anschlussplatte und des Drahts nicht auf Kupfer oder Aluminium beschränkt und können ein anderes Metall oder voneinander verschiedene Metalle sein. Kombinationen von zwei oder mehr Bauelementen der spezifischen Beispiele im Ausmaß der technischen Durchführbarkeit liegen ebenfalls in dem Maß innerhalb des Umfangs der Erfindung, in dem der Sinn dieser Erfindung eingeschlossen ist. Es wurde zwar eine gewisse Ausführungsform beschrieben, diese Ausführungsform wurde aber nur beispielhaft dargestellt und es ist nicht vorgesehen, dass sie den Umfang der Erfindung beschränkt. Die hierin beschriebene neue Ausführungsform kann nämlich in verschiedenen anderen Formen ausgestaltet werden; darüber hinaus können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen der Form der hierin beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Sinn der Erfindung abzuweichen. Es ist vorgesehen, dass die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente derartige Formen oder Modifikationen abdecken, die in den Umfang und Sinn der Erfindung fallen würden.
- 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 2019173456 [0001]
Claims (8)
- Leistungsmodul, aufweisend: eine Grundplatte mit einer ersten Oberfläche; mehrere Elektrodenplatten, die an der ersten Oberfläche bereitgestellt sind; einen Halbleiterchip, der auf der ersten Oberfläche bereitgestellt ist; einen Draht, der mit dem Halbleiterchip und einer der Elektrodenplatten verbunden ist; ein Metallelement, das mit einer der Elektrodenplatten verbunden ist; eine Anschlussplatte mit einem Bondteil, einem gekrümmten Teil und einem Herausführungsteil, wobei der Bondteil mit einer Oberseite des Metallelements in Kontakt ist und sich an der Oberseite entlang erstreckt, der gekrümmte Teil vom Bondteil aufwärts gekrümmt ist, der Herausführungsteil von dem gekrümmten Teil nach außen herausgeführt ist; eine erste Harzschicht, wobei ein Verbindungsteil des Drahts und der Halbleiterchip im Inneren der ersten Harzschicht angeordnet sind; und eine zweite Harzschicht, die auf der ersten Harzschicht bereitgestellt ist, wobei der gekrümmte Teil im Inneren der zweiten Harzschicht angeordnet ist, wobei ein Elastizitätsmodul der zweiten Harzschicht niedriger als ein Elastizitätsmodul der ersten Harzschicht ist, wobei eine Länge zwischen der ersten Oberfläche und einer Unterseite des Bondteils größer als eine Länge zwischen der ersten Oberfläche und dem Verbindungsteil ist.
- Modul nach
Anspruch 1 , wobei eine Oberseite der ersten Harzschicht höher als der Verbindungsteil positioniert ist und niedriger als der Bondteil positioniert ist. - Modul nach
Anspruch 1 oder2 , wobei ein Verbindungseffektteil eine reduzierte Biegbarkeit hat und an einem Endteil des Drahts auf Seite des Verbindungsteils durch Verbinden des Verbindungsteils und des Halbleiterchips gebildet ist, und die Länge zwischen der ersten Oberfläche und der Unterseite des Bondteils größer als eine Länge zwischen der ersten Oberfläche und einem oberen Ende des Verbindungseffektteils ist. - Modul nach
Anspruch 3 , wobei die Oberseite der ersten Harzschicht höher als das obere Ende des Verbindungseffektteils positioniert ist. - Modul nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , das ferner ein Bondelement aufweist, das mit dem Metallelement und der einen der Elektrodenplatten in Kontakt ist. - Modul nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Harzschicht kleiner als ein Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Harzschicht ist. - Modul nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , wobei die erste Harzschicht ein Epoxidharz aufweist. - Modul nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , wobei die zweite Harzschicht ein Gel ist.
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