DE102021120988A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Aya Muto
Kiyoshi Arai
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Bereitgestellt wird eine Halbleitervorrichtung, die eine Gehäusetemperatur genau messen kann. Die Halbleitervorrichtung weist ein Halbleiterelement, eine Basisplatte, eine Temperaturüberwachungseinheit und ein wärmeleitendes Material auf. Die Basisplatte hält das Halbleiterelement auf ihrer oberen Oberfläche und weist auf ihrer unteren Oberfläche ein Loch auf. Die Temperaturüberwachungseinheit umfasst eine innerhalb des Lochs angebrachte Temperaturdetektionseinheit und eine aus der Temperaturdetektionseinheit herausgeführte Verdrahtung. Das wärmeleitende Material ist mit einer Struktur auf der unteren Oberfläche der Basisplatte angeordnet. Die Struktur des wärmeleitenden Materials weist eine vom Loch zum Endteilbereich der Basisplatte verlaufende Rille auf. Die Verdrahtung der Temperaturüberwachungseinheit ist in der Rille angeordnet.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung.
  • Beschreibung der Hintergrundtechnik
  • Eine Leistungs-Halbleitervorrichtung enthält Halbleiterelemente wie etwa einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Während des Betriebs der Leistungs-Halbleitervorrichtung erzeugt das Halbleiterelement Wärme. Zur Wärmeableitung sind typischerweise Kühllamellen über eine wärmeleitfähige Paste an die Leistungs-Halbleitervorrichtung angebracht.
  • Die Lebensdauer und Eigenschaften einer Leistungs-Halbleitervorrichtung hängen eng mit der Wärmeerzeugungstemperatur zusammen. Daher ist es erforderlich, eine genaue Junction- bzw. Sperrschichttemperatur (engl.: junction temperature) Tj und eine Gehäusetemperatur Tc eines Halbleiterelements bei der Zuverlässigkeitsbewertung wie etwa einem Leistungszyklustest und der Überwachung einer Anomalie bei der Wärmeerzeugung zu erhalten. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 11-148961 offenbart beispielsweise eine Temperaturmessvorrichtung, um eine Leistungs-Halbleitervorrichtung zu bewerten.
  • Eine direkte Messung der Sperrschichttemperatur Tj einer Halbleitervorrichtung ist schwierig durchzuführen. Daher wird basierend auf der Gehäusetemperatur Tc, dem vorher gemessenen Wärmewiderstand Rth(j-c), dem durch das Halbleiterelement fließenden Strom Ic und der an das Halbleiterelement angelegten Spannung Vce die virtuelle Sperrschichttemperatur Tvj berechnet. Die Berechnungsformel dafür lautet Tvj = Tc + Ic x Vce x Rth(j-c). Als die Gehäusetemperatur Tc kann die Temperatur einer, das Halbleiterelement haltenden Basisplatte übernommen werden. Die Temperatur der Basisplatte wird von der unteren Oberfläche, die der das Halbleiterelement haltenden oberen Oberfläche gegenüberliegt, aus gemessen. Die untere Oberfläche der Basisplatte ist an einem Kühlkörper angebracht; daher ist eine genaue Messung der Temperatur der unteren Oberfläche der Basisplatte mit einem Thermoelement oder dergleichen schwierig durchzuführen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Um die obigen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Offenbarung eine Halbleitervorrichtung bereit, die imstande ist, eine Gehäusetemperatur genau zu messen.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält ein Halbleiterelement, eine Basisplatte, eine Temperaturüberwachungseinheit und ein wärmeleitendes Material. Die Basisplatte weist eine obere Oberfläche, die das Halbleiterelement hält, und eine untere Oberfläche auf, die ein Loch aufweist. Die Temperaturüberwachungseinheit weist eine innerhalb des Lochs angebrachte Temperaturdetektionseinheit und eine aus der Temperaturdetektionseinheit herausgeführte Verdrahtung auf. Das wärmeleitende Material ist mit einer Struktur auf der unteren Oberfläche der Basisplatte angeordnet. Die Struktur des wärmeleitenden Materials weist eine Rille auf, die sich vom Loch zu einem Endteilbereich der Basisplatte erstreckt. Die Verdrahtung der Temperaturüberwachungseinheit ist in der Rille angeordnet.
  • Die Halbleitervorrichtung ermöglicht, eine Gehäusetemperatur genau zu messen.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht;
    • 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 1 veranschaulichten Bereichs A;
    • 3 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht;
    • 4 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht;
    • 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 4 veranschaulichten Bereichs A;
    • 6 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht;
    • 7 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht;
    • 8 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht;
    • 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 8 veranschaulichten Bereichs A;
    • 10 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht;
    • 11 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 veranschaulicht;
    • 12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 11 veranschaulichten Bereichs A;
    • 13 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 veranschaulicht;
    • 14 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 veranschaulicht;
    • 15 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 14 veranschaulichten Bereichs A;
    • 16 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 veranschaulicht;
    • 17 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 6 veranschaulicht ist; und
    • 18 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 6 veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Ausführungsform 1>
  • (Konfiguration einer Halbleitervorrichtung)
  • 1 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht. Ein Querschnitt der Halbleitervorrichtung ist in einem Teil der Vorderansicht veranschaulicht. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 1 veranschaulichten Bereichs A. 3 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
  • Die Halbleitervorrichtung weist eine Basisplatte 1, eine Isolierschicht 2, eine Schaltungsstruktur 3, ein Halbleiterelement 5, ein Versiegelungsmaterial 7, ein Gehäuse 8, ein wärmeleitendes Material 9, eine Temperaturüberwachungseinheit 11 und einen Elektrodenanschluss 12 auf.
  • Das Halbleiterelement 5 ist aus beispielsweise einem Halbleiter wie etwa Si oder einem sogenannten Halbleiter mit breiter Bandlücke wie etwa SiC oder GaN gebildet. Das Halbleiterelement 5 ist ein Leistungs-Halbleiterelement, eine integrierte Schaltung (IC) zur Steuerung, um das Leistungs-Halbleiterelement zu steuern, und dergleichen. Beispielsweise ist das Halbleiterelement 5 ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), eine Schottky-Barrierendiode und dergleichen. Alternativ dazu kann das Halbleiterelement 5 ein rückwärts leitender IGBT (RC-IGBT) sein, in dem ein IGBT und eine Freilaufdiode in einem Halbleitersubstrat angeordnet sind.
  • Die Basisplatte 1 hält auf ihrer oberen Oberfläche das Halbleiterelement 5. In der Ausführungsform 1 sind die Isolierschicht 2 und die Schaltungsstruktur 3 auf der oberen Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet. Das Halbleiterelement 5 ist über ein Bonding-Material 4 wie etwa Lot auf die Schaltungsstrukturen 3 gebondet. Das heißt, die Basisplatte 1 hält auf ihrer oberen Oberfläche über die Isolierschicht 2, die Schaltungsstruktur 3 und das Bonding-Material 4 das Halbleiterelement 5.
  • Die Basisplatte 1 weist auf ihrer unteren Oberfläche ein Loch 10 auf. Das Loch 10 liegt vorzugsweise direkt unter dem Halbleiterelement 5. Mit anderen Worten überlappen in einer Draufsicht das Loch 10 und das Halbleiterelement 5 einander. Bevorzugter ist das Loch 10 direkt unter der Mitte des Halbleiterelements 5 angeordnet. Wie in 3 veranschaulicht ist, ist eine Vielzahl von Halbleiterelementen 5 in der Ausführungsform 1 angeordnet; daher ist eine Vielzahl von Löchern 10 jeweils an entsprechenden Positionen direkt unter den Halbleiterelementen 5 angeordnet. Das Loch 10 hat eine Breite des 1,0-Fachen oder mehr und 1,3-Fachen oder weniger der Breite einer später beschrieben Temperaturdetektionseinheit 11A. Das Loch 10 erstreckt sich nicht durch die Basisplatte 1. Wenn beispielsweise die Breite der Temperaturdetektionseinheit 11A 0,10 mm beträgt, beträgt der Durchmesser des Lochs 10 0,12 mm. Die Tiefe des Lochs 10 beträgt beispielsweise etwa 1 mm. Das Loch 10 kann einen verjüngten Abschnitt bzw. Teilbereich aufweisen, dessen Seitenfläche von der unteren Oberfläche zum Innern der Basisplatte 1 geneigt ist. Der verjüngte Teilbereich wird beispielsweise nach einer Senkbohrbearbeitung durch Anfasen unter 45° gebildet. Statt des verjüngten Teilbereichs kann alternativ dazu ein offenes Ende des Lochs 10 in einer gekrümmten Oberfläche mit einem beliebigen Radius ausgebildet werden. Solch eine gekrümmte Oberfläche wird durch Anfasen gebildet.
  • Die Basisplatte 1 weist ferner einen eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13 an einem Endteilbereich auf ihrer unteren Oberfläche auf. Der Endteilbereich der Basisplatte 1 entspricht hier in Draufsicht dem äußeren Randteilbereich der Basisplatte 1. Der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 ist zum Beispiel eine am Endteilbereich der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 ausgebildete Ausnehmung 13A. Der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 kann eine Kerbe oder dergleichen sein.
  • Die Basisplatte 1 ist aus beispielsweise Kupfer, Aluminium oder dergleichen gebildet. Die Basisplatte 1, die Isolierschicht 2 und die Schaltungsstruktur 3 sind beispielsweise als eine miteinander integrierte Komponente ausgebildet. Wenn die Isolierschicht 2 und die Schaltungsstruktur 3 miteinander integriert sind, ist die Isolierschicht 2 aus beispielsweise einem Harz gebildet. Alternativ dazu können die Isolierschicht 2 und die Schaltungsstruktur 3 eine Leiterplatte bilden und kann die Leiterplatte über ein Bonding-Material auf der oberen Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet sein. Wenn die Isolierschicht 2 und die Schaltungsstruktur 3 eine Leiterplatte bilden, ist die Isolierschicht 2 aus beispielsweise Keramik oder dergleichen gebildet.
  • In Draufsicht hat das Gehäuse 8 eine Rahmenform. Das Gehäuse 8 nimmt das Halbleiterelement 5 innerhalb der Rahmenform auf. Das Gehäuse 8 ist aus beispielsweise einem Harz gebildet.
  • Das Versiegelungsmaterial 7 füllt den Raum innerhalb des Gehäuses 8 und versiegelt das Halbleiterelement 5. Das Versiegelungsmaterial 7 ist aus einem Isoliermaterial gebildet.
  • Der Elektrodenanschluss 12 ist so konfiguriert, dass er mit der äußeren Umgebung verbunden werden kann. Der Elektrodenanschluss 12 ist durch eine interne Verdrahtung 6 mit der Schaltungsstruktur 3 oder dem Halbleiterelement 5 verbunden. Der Elektrodenanschluss 12 ist mit dem Gehäuse 8 beispielsweise einteilig ausgebildet. Der Elektrodenanschluss 12 weist einen Hauptelektrodenanschluss 12A und einen Signalelektrodenanschluss 12B auf.
  • Wenngleich die detaillierte Konfiguration der internen Verdrahtung 6 in den Zeichnungen nicht veranschaulicht ist, verbindet die interne Verdrahtung 6 innerhalb des Gehäuses 8 den Elektrodenanschluss 12, das Halbleiterelement 5, die Schaltungsstruktur 3 und dergleichen. Die interne Verdrahtung 6 in der Ausführungsform 1 ist ein leitfähiger Metalldraht. Alternativ dazu kann die interne Verdrahtung 6 ein Leiter sein, der sich vom Elektrodenanschluss 12 in das Innere des Gehäuses 8 erstreckt und eine Form einer flachen Platte hat.
  • Das wärmeleitende Material 9 leitet die im Halbleiterelement 5 erzeugte Wärme zu einem an der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angebrachten (nicht veranschaulichten) Kühlkörper. Das wärmeleitende Material 9 ist auf der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 selektiv angeordnet. Das heißt, das wärmeleitende Material 9 hat eine Struktur. Die Struktur des wärmeleitenden Materials 9 weist eine Rille 15A auf, die sich vom Loch 10 der Basisplatte 1 zum eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13 am Ende der Basisplatte 1 erstreckt. Die Rille 15A ist nicht mit dem wärmeleitenden Material 9 versehen. Das wärmeleitende Material 9 hat eine Dicke des 1,0-Fachen oder mehr und 1,3-Fachen oder weniger des Durchmessers der Verdrahtung 11B der später beschriebenen Temperaturüberwachungseinheit 11. Mit anderen Worten hat die Rille 15A eine Tiefe des 1,0-Fachen oder mehr und 1,3-Fachen oder weniger des Durchmessers der Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11. Ferner ist die Breite der Rille 15A größer als der Durchmesser der Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11. Das wärmeleitende Material 9 in der Ausführungsform 1 ist ein thermisches Schnittstellenmaterial (engl.: Thermal Interface Material) (TIM). Die die Rille 15A aufweisende Struktur wird gebildet, indem das TIM selektiv aufgebracht wird oder indem ein folienartiges TIM selektiv angebracht wird. Das folienartige TIM ist zum Beispiel eine TIM-Folie aus Graphit. Das folienartige TIM ist gegen thermische Verformung beständig bzw. widerstandsfähig.
  • Die Temperaturüberwachungseinheit 11 umfasst die Temperaturdetektionseinheit 11A und die Verdrahtung 11B. Die Temperaturdetektionseinheit 11A ist im Innern des Lochs 10 der Basisplatte 1 montiert. Obgleich in 2 die Temperaturdetektionseinheit 11A mit der Basisplatte 1 nicht in Kontakt ist, kann die Temperaturdetektionseinheit 11A in Kontakt mit der Basisplatte 1 angeordnet werden. Wenngleich nicht veranschaulicht ist in der Ausführungsform 1 eine Vielzahl von Temperaturdetektionseinheiten 11A jeweils an der Vielzahl von Löchern 10 der Basisplatte 1 angebracht. Die Temperaturdetektionseinheit 11A in der Ausführungsform 1 ist eine Temperaturmessstelle (engl.: temperature measuring junction) des Thermoelements. Die an der Spitze des Thermoelements angeordnete Temperaturmessstelle ist in das Loch 10 der Basisplatte 1 eingesetzt. Der Durchmesser des die Temperaturmessstelle des Thermoelements bildenden Spitzenteilbereichs, das heißt die Breite der Temperaturdetektionseinheit 11A, beträgt etwa 0,08 mm oder mehr und 0,15 mm oder weniger. Das Thermoelement ist zum Beispiel ein Thermoelement vom Manteltyp.
  • Die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 ist aus der Temperaturdetektionseinheit 11A herausgeführt. Die Verdrahtung 11B ist in der durch die Struktur des wärmeleitenden Materials 9 ausgebildeten Rille 15A angeordnet. Die Tiefe der Rille 15A ist tiefer als der Durchmesser der Verdrahtung 11B; daher ist die Verdrahtung 11B in der Rille 15A untergebracht. Ferner ist die Verdrahtung 11B von der Rille 15A zum eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13 der Basisplatte 1 geführt. Die Verdrahtung 11B wird durch den eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13 gehalten. Beispielsweise ist die Verdrahtung 11B in der Ausnehmung 13A des eine Verdrahtung haltenden Teilbereichs 13 eingeklemmt. Alternativ dazu passt die Verdrahtung 11B in die Ausnehmung 13A. Alternativ dazu kann die Verdrahtung 11B mit einem Klebstoff an der Ausnehmung 13A fixiert sein. Die Verdrahtung 11B in der Ausführungsform 1 ist ein beschichteter Thermoelementdraht, ein beschichteter Kompensationszuleitungsdraht oder dergleichen.
  • (Installation einer Temperaturüberwachungseinheit)
  • Die Installation der Temperaturüberwachungseinheit 11 wird beschrieben. Das TIM wird auf die untere Oberfläche der Basisplatte 1 aufgebracht. Zu dieser Zeit wird das TIM so strukturiert, dass die Rille 15A an der Position angeordnet werden kann, wo die Verdrahtung 11B des Thermoelements geführt wird. Wenn das wärmeleitende Material 9 eine TIM-Folie ist, wird die TIM-Folie so selektiv angebracht, dass die Rille 15A ausgebildet werden kann. Der Spitzenteilbereich des Thermoelements, der die Temperaturmessstelle bildet, wird gebogen und in das Loch 10 der Basisplatte 1 eingesetzt. Das Verfahren zum Fixieren des Spitzenteilbereichs kann eine lose Passung oder eine Presspassung sein. Zum Beispiel wird der mit einer hochwärmeleitenden Paste beschichtete Spitzenteilbereich in das Loch 10 eingesetzt. Alternativ dazu kann der Spitzenteilbereich im Innern des Lochs 10 durch Hartlöten fixiert werden. Um zu verhindern, dass der Spitzenteilbereich aus dem Loch 10 herauskommt, wird in den vor dem Spitzenteilbereich gelegenen verjüngten Teilbereich ein Bonding-Material 14 gefüllt. Das Bonding-Material 14 wird gemäß dem Betriebstemperaturbereich im verjüngten Teilbereich ausgewählt. Das Bonding-Material 14 ist beispielsweise eine Graphitpaste, eine Ag-Paste, Lot, In oder dergleichen. Die Verdrahtung 11B des Thermoelements wird durch die Rille 15A der TIM-Struktur geführt. Ferner wird die Verdrahtung 11B des Thermoelements durch den eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13 der Basisplatte 1 geführt. Die Verdrahtung 11B wird durch einen Klebstoff oder eine Einpassung (Verstemmung) am eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13 fixiert. Wenn die Basisplatte 1 am Kühlkörper angebracht wird, wird die Basisplatte 1 am Kühlkörper angebracht, wobei die Verdrahtung 11B im Innern der Rille 15A gehalten wird.
  • (Betrieb und Effekt)
  • Fasst man das Obige zusammen, weist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 das Halbleiterelement 5, die Basisplatte 1, die Temperaturüberwachungseinheit 11 und das wärmeleitende Material 9 auf. Die Basisplatte 1 weist die obere Oberfläche, die das Halbleiterelement 5 hält, und die untere Oberfläche auf, die das Loch 10 aufweist. Die Temperaturüberwachungseinheit 11 umfasst die innerhalb des Lochs 10 angebrachte Temperaturdetektionseinheit 11A und die aus der Temperaturdetektionseinheit 11A herausgeführte Verdrahtung 11B. Das wärmeleitende Material 9 ist mit einer Struktur auf der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet. Die Struktur des wärmeleitenden Materials 9 weist die Rille 15A auf, die sich vom Loch 10 zum Endteilbereich der Basisplatte 1 erstreckt. Die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 ist in der Rille 15A angeordnet. Die Temperaturüberwachungseinheit 11 in der Ausführungsform 1 ist ein Thermoelement, die Temperaturdetektionseinheit 11A ist eine Temperaturmessstelle und das wärmeleitende Material 9 ist ein TIM.
  • Gemäß solch einer Konfiguration wird die Temperatur der Basisplatte 1 als die Gehäusetemperatur Tc genau gemessen.
  • Die Temperaturdetektionseinheit 11A ist innerhalb des vorher in der Basisplatte 1 vorgesehenen Lochs 10 fixiert. Selbst wenn die Basisplatte 1 durch die vom Halbleiterelement 5 erzeugte Wärme verformt wird, ist daher die Position der Temperaturdetektionseinheit 11A stabil. Die Variation im Messergebnis der Temperatur der Basisplatte 1, das heißt der Gehäusetemperatur Tc, wird reduziert. Selbst wenn der Kühlkörper an der Basisplatte 1 angebracht ist, wird ferner die Temperatur der oberen Oberfläche des Kühlkörpers nicht fälschlicherweise als die Temperatur der Basisplatte 1 detektiert. Die virtuelle Sperrschichttemperatur Tvj wird auf Basis der genau gemessenen Gehäusetemperatur Tc berechnet. Daher kann die Lebensdauer des Halbleiterelements 5 genau erhalten werden.
  • Die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 ist in der Rille 15A der Struktur des wärmeleitenden Materials 9 untergebracht. Wenn der Kühlkörper über das wärmeleitende Material 9 an der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angebracht wird, wird daher die Kontakteigenschaft zwischen der Basisplatte 1 und dem Kühlkörper verbessert. Die Verbesserung der Kontakteigenschaft reduziert die Variation der Temperaturmessgenauigkeit in der Ebene der unteren Oberfläche der Basisplatte 1. Die Temperatur der Basisplatte 1 wird in einem dem tatsächlichen Nutzungszustand der Halbleitervorrichtung ähnlichen Zustand, das heißt in einem Zustand, in dem die Halbleitervorrichtung am Kühlkörper angebracht ist, genau gemessen.
  • Das wärmeleitende Material 9 in der Ausführungsform 1 ist ein TIM, das weniger verformungsanfällig als eine Paste ist. Die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 ist in der Rille 15A angeordnet, wo das TIM nicht vorgesehen ist. Solch eine Konfiguration verhindert eine Trennung bzw. Unterbrechung der Verdrahtung 11B aufgrund einer Spannung, wenn der Kühlkörper an der Basisplatte 1 montiert wird. Ferner verhindert solch eine Konfiguration, dass sich die Positionen der Basisplatte 1 und des Kühlkörpers während einer Montage verändern, was die Montagefähigkeit verbessert. Die Positionsbeziehung zwischen der Halbleitervorrichtung und dem Kühlkörper ist stabil; daher ist auch das Messergebnis der Gehäusetemperatur Tc stabil.
  • Indes liegt das Loch 10 der Basisplatte 1 in der Ausführungsform 1 direkt unter dem Halbleiterelement 5.
  • Mit solch einer Konfiguration wird der Einfluss des Wärmewiderstands Rth(j-c) minimiert und wird die virtuelle Sperrschichttemperatur Tvj mit hoher Genauigkeit berechnet. Daher kann die Lebensdauer des Halbleiterelements 5 genau erhalten werden.
  • Die Basisplatte 1 in der Ausführungsform 1 weist ferner den eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13, um die Verdrahtung 11B zu halten, auf. Der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 ist am Endteilbereich der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet. Die Verdrahtung 11B ist von der Rille 15A zum eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13 der Basisplatte 1 geführt.
  • Solch eine Konfiguration verhindert eine Fehlausrichtung der Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11.
  • (Modifikation der Ausführungsform 1)
  • In der Ausführungsform 1 ist ein Beispiel veranschaulicht, bei dem die Temperaturdetektionseinheit 11A eine Temperaturmessstelle eines Thermoelements ist und die Verdrahtung 11B ein beschichteter Thermoelementdraht, ein Kompensationszuleitungsdraht oder dergleichen ist. Die Temperaturdetektionseinheit 11A und die Verdrahtung 11B können ein Thermistor bzw. ein Zuleitungsdraht sein. Der Zuleitungsdraht ist mit einem wärmebeständigen Isolator beschichtet. Der Thermistor ist mit der Basisplatte 1 und dem Zuleitungsdraht elektrisch verbunden. Der Zuleitungsdraht ist durch die Rille 15A des wärmeleitenden Materials 9 geführt. Selbst mit solch einer Konfiguration wird der gleiche Effekt wie oben beschrieben erhalten.
  • <Ausführungsform 2>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 wird beschrieben. In der Ausführungsform 2 sind die gleichen Bezugsziffern den gleichen Komponenten wie jenen in der Ausführungsform 1 gegeben und wird deren detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • (Konfiguration einer Halbleitervorrichtung)
  • 4 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht. Ein Querschnitt der Halbleitervorrichtung ist in einem Teil der Vorderansicht veranschaulicht. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 4 veranschaulichten Bereichs A. 6 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht. 7 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht.
  • Die Halbleitervorrichtung weist eine Basisplatte 1, eine Isolierschicht 2, eine Schaltungsstruktur 3, ein Halbleiterelement 5, ein Gehäuse 8, ein Versiegelungsmaterial 7, eine Temperaturüberwachungseinheit 11 und einen Elektrodenanschluss 12 auf. Die Konfigurationen der Isolierschicht 2, der Schaltungsstruktur 3, des Halbleiterelements 5, des Versiegelungsmaterials 7, des Gehäuses 8 und des Elektrodenanschlusses 12 sind die gleichen wie jene, die in der Ausführungsform 1 veranschaulicht wurden. Das wärmeleitende Material 9 ist nicht vorgesehen. Auch ist die Konfiguration der Basisplatte 1 von jener der Ausführungsform 1 verschieden.
  • Die Basisplatte 1 weist an ihrer unteren Oberfläche ein Loch 10 und eine Rille 15B auf. Die Konfiguration des Lochs 10 ist die gleiche wie jene der Ausführungsform 1. Die Rille 15B erstreckt sich vom Loch 10 zum Endteilbereich der Basisplatte 1. Die Rille 15B weist eine Tiefe des 1,0-Fachen oder mehr und 1,2-Fachen oder weniger in Bezug auf den Durchmesser der Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 auf. Ferner ist die Breite der Rille 15B größer als der Durchmesser der Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11.
  • Die Basisplatte 1 weist ein Seitenloch 13B als eine Verdrahtung haltenden Teilbereich 13 auf. Das Seitenloch 13 weist eine Öffnung an der Seitenfläche der Basisplatte 1 auf. Das Seitenloch 13B ist mit der Rille 15B am Endteilbereich der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 verbunden. Die Größe des Seitenlochs 13B ist größer als der Durchmesser der Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11. Die Größe des Seitenlochs 13B ist vorzugsweise eine Größe, so dass die Position der Verdrahtung 11B in der Verlaufsrichtung durch die Reibung zwischen der Innenwand des Seitenlochs 13B und der Verdrahtung 11B fixiert ist.
  • Die Temperaturüberwachungseinheit 11 weist die Temperaturdetektionseinheit 11A und die Verdrahtung 11B auf. Die Temperaturdetektionseinheit 11A ist eine Temperaturmessstelle eines Thermoelements, und die Verdrahtung 11B ist ein beschichteter Thermoelementdraht, ein Kompensationszuleitungsdraht oder dergleichen. Im Gegensatz zur Ausführungsform 1 ist der Thermoelementdraht 11B in der Ausführungsform 2 in der Rille 15B angeordnet. Die Tiefe der Rille 15B ist tiefer als der Durchmesser der Verdrahtung 11B; daher ist die Verdrahtung 11B in der Rille 15B untergebracht. Ferner ist die Verdrahtung 11B vom Loch 10 auf der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 über die Rille 15B der Basisplatte 1 durch das Seitenloch 13B geführt. Die Verdrahtung 11B wird am Seitenloch 13B gehalten. Der Endteilbereich der Verdrahtung 11B ist aus dem Seitenloch 13B herausgeführt.
  • (Betrieb und Effekt)
  • Das Obige zusammenfassend weist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 das Halbleiterelement 5, die Basisplatte 1 und die Temperaturüberwachungseinheit 11 auf. Die Basisplatte 1 weist die obere Oberfläche, die das Halbleiterelement 5 hält, und die untere Oberfläche auf, die das Loch 10 aufweist. Die Temperaturüberwachungseinheit 11 umfasst die innerhalb des Lochs 10 angebrachte Temperaturdetektionseinheit 11A und die aus der Temperaturdetektionseinheit 11A herausgeführte Verdrahtung 11 B. Die Basisplatte 1 weist die Rille 15B auf, die sich vom Loch 10 zum Endteilbereich der Basisplatte 1 erstreckt. Die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 ist in der Rille 15B angeordnet. Die Temperaturdetektionseinheit 11A in der Ausführungsform 2 ist eine Temperaturmessstelle eines Thermoelements, und die Verdrahtung 11B ist ein beschichteter Thermoelementdraht, ein Kompensationszuleitungsdraht oder dergleichen. Jedoch können die Temperaturdetektionseinheit 11A und die Verdrahtung 11B ein Thermistor bzw. ein mit einem Isolator beschichteter Zuleitungsdraht sein.
  • Bei solch einer Konfiguration ist die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 in der Rille 15B untergebracht. Wenn der Kühlkörper an der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angebracht wird, ist daher die Kontakteigenschaft zwischen der Basisplatte 1 und dem Kühlkörper verbessert. Die Verbesserung der Kontakteigenschaft reduziert die Variation der Temperaturmessgenauigkeit in der unteren Oberfläche der Basisplatte 1. Das heißt, die Gehäusetemperatur Tc wird genau gemessen.
  • Solch eine Konfiguration verhindert auch eine Trennung bzw. Unterbrechung der Verdrahtung 11B aufgrund einer Spannung, wenn der Kühlkörper an die Basisplatte 1 montiert wird. Wenn aufgrund einer Alterungsverschlechterung in dem in der Ausführungsform 1 veranschaulichten TIM eine Phasenänderung auftritt, wird daher der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der Basisplatte 1 und dem Kühlkörper eng. Infolgedessen kann die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 möglicherweise zusammengedrückt werden. In der Ausführungsform 2 ist die Rille 15B auf der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet; daher wird die Trennung der Verdrahtung 11B aufgrund der Verschlechterung des TIM verhindert.
  • Ferner ist der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 in der Ausführungsform 2 das Seitenloch 13 mit einer Öffnung an der Seitenfläche der Basisplatte 1. Das Seitenloch 13B ist mit der Rille 15B am Endteilbereich der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 verbunden. Die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 ist von der Rille 15B zum Seitenloch 13B geführt.
  • Solch eine Konfiguration verhindert eine Fehlausrichtung der Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11. Insbesondere wird, indem die Verdrahtung 11B durch das Seitenloch 13B geführt wird, die Position der Verdrahtung 11B nicht nur in der Verlaufsrichtung des Endteilbereichs der Basisplatte 1, das heißt in der Richtung des äußeren Umfangs, sondern auch in der Verlaufsrichtung der Verdrahtung 11B fixiert. Daher wird der Prozess zum Anbringen der Basisplatte 1 am Kühlkörper erleichtert. Wenn das Seitenloch 13B in der Basisplatte 1 der Ausführungsform 1 vorgesehen wird, wird der gleiche Effekt wie oben erhalten.
  • <Ausführungsform 3>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 wird beschrieben. Die Ausführungsform 3 ist ein untergeordnetes Konzept der Ausführungsform 2. In der Ausführungsform 3 sind die gleichen Bezugsziffern den gleichen Komponenten wie jenen in der Ausführungsform 1 oder 2 gegeben und wird deren detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • (Konfiguration einer Halbleitervorrichtung)
  • 8 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht. Ein Querschnitt der Halbleitervorrichtung ist in einem Teil der Vorderansicht veranschaulicht. 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 8 veranschaulichten Bereichs A. 10 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht.
  • Wie bei der Ausführungsform 2 weist die Halbleitervorrichtung eine Basisplatte 1, eine Isolierschicht 2, eine Schaltungsstruktur 3, ein Halbleiterelement 5, ein Versiegelungsmaterial 7, ein Gehäuse 8, eine Temperaturüberwachungseinheit 11 und einen Elektrodenanschluss 12 auf. Die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 enthält ferner einen Füllstoff 16, der den Raum innerhalb der Rille 15B der Basisplatte 1 füllt.
  • Der Füllstoff 16 ist in einen Zwischenraum zwischen der Verdrahtung 11B und der Rille 15B gefüllt. Die Verdrahtung 11B ist durch den Füllstoff 16 im Innern der Rille 15B fixiert. Der Füllstoff 16 ist ein hochwärmeleitendes Material wie etwa Lot oder eine Ag-Paste. Der Füllstoff 16 ist vorzugsweise ein Material, das weniger anfällig für eine Phasenänderung ist. Der Füllstoff 16 wird basierend auf der Betriebsumgebungstemperatur der Halbleitervorrichtung, der minimalen Temperatur und der maximalen Temperatur des Halbleiterelements 5 während eines Betriebs ausgewählt.
  • (Betrieb und Effekt)
  • Selbst wenn der Kühlkörper an der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angebracht ist, wird die Wärme von der Basisplatte 1 über den in die Rille 15B gefüllten Füllstoff 16 zum Kühlkörper geleitet. Die Wärmeableitungseffizienz wird im Vergleich mit dem Fall, in dem der Füllstoff 16 nicht vorgesehen ist, verbessert. Insbesondere wenn eine Vielzahl von Rillen 15B auf der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet ist, um die Gehäusetemperatur Tc an vielen Punkten zu messen, nimmt mit zunehmender Fläche der Rillen 15B die Wärmeableitungseigenschaft ab. In der Ausführungsform 3 füllt jedoch der Füllstoff 16 den Zwischenraum der Rille 15B; daher hängt die Kontaktfläche zwischen der Basisplatte 1 und dem Kühlkörper nicht mit der Fläche der Rille 15B zusammen. Selbst wenn die Gehäusetemperatur Tc an vielen Punkten gemessen wird, wird eine Verschlechterung der Wärmeableitungseigenschaft verhindert. Obgleich der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 in der Ausführungsform 3 nicht vorgesehen ist, kann der obige Effekt erhalten werden, selbst wenn der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 vorgesehen ist.
  • <Ausführungsform 4>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 wird beschrieben. Die Ausführungsform 4 ist ein untergeordnetes Konzept der Ausführungsform 2. In der Ausführungsform 4 sind die gleichen Bezugsziffern den gleichen Komponenten wie jenen in jeder der Ausführungsformen 1 bis 3 gegeben und wird deren detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • (Konfiguration einer Halbleitervorrichtung)
  • 11 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 veranschaulicht. Ein Querschnitt der Halbleitervorrichtung ist in einem Teil der Vorderansicht veranschaulicht. 12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 11 veranschaulichten Bereichs A. 13 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 veranschaulicht.
  • Genauso wie bei der Ausführungsform 2 weist die Halbleitervorrichtung eine Basisplatte 1, eine Isolierschicht 2, eine Schaltungsstruktur 3, ein Halbleiterelement 5, ein Versiegelungsmaterial 7, ein Gehäuse 8, eine Temperaturüberwachungseinheit 11 und einen Elektrodenanschluss 12 auf. Die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 weist ferner ein wärmeleitendes Material 9 und einen Kühlkörper 20 auf. Die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 weist eine integrierte Struktur mit einem Kühlkörper auf.
  • Das wärmeleitende Material 9 ist auf der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angeordnet. Das wärmeleitende Material 9 leitet die im Halbleiterelement 5 erzeugte Wärme zu dem an der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angebrachten Kühlkörper 20. Das wärmeleitende Material 9 ist nicht nur in einen von der Rille 15B verschiedenen Bereich, sondern auch in einen Zwischenraum zwischen der Verdrahtung 11B und der Rille 15B gefüllt. Die Verdrahtung 11B ist durch das wärmeleitende Material 9 im Innern der Rille 15B fixiert. Das heißt, das wärmeleitende Material 9 hat auch die Funktion des in der Ausführungsform 3 beschriebenen Füllstoffs 16. Das wärmeleitende Material 9 ist ein hochwärmeleitendes Material wie etwa TIM, Lot oder eine Ag-Paste.
  • Der Kühlkörper 20 ist so angeordnet, dass er über das wärmeleitende Material 9 der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 gegenüberliegt. Der Kühlkörper 20 gemäß der Ausführungsform 4 weist eine Platte und eine Vielzahl von Lamellen auf. Eine (nicht veranschaulichte) Rille ist auf einer Haftfläche der Platte, die an die untere Oberfläche der Basisplatte 1 geklebt werden soll, an einer der Rille 15B der Basisplatte 1 gegenüberliegenden Position angeordnet. Alternativ dazu kann die Haftfläche der Platte flach sein.
  • (Betrieb und Effekt)
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 wird in einem Zustand, in dem sie mit dem Kühlkörper 20 integriert ist, vertrieben. Der Arbeitsvorgang der Anbringung der Basisplatte 1 am Kühlkörper 20 zur Zeit einer Nutzung der Halbleitervorrichtung, das heißt deren Montage am System, ist nicht erforderlich. Bei der Montage wird keine unvorhergesehene Spannung auf die Temperaturüberwachungseinheit 11 ausgeübt und tritt keine Fehlausrichtung der Temperaturüberwachungseinheit 11 auf.
  • Die Basisplatte 1 und der Kühlkörper 20 sind durch das wärmeleitende Material 9 aneinander geklebt. Im Vergleich mit der Struktur, bei der die Basisplatte 1 und der Kühlkörper 20 mit Schrauben fixiert sind, treten eher weniger Zwischenräume zwischen der Basisplatte 1 und dem Kühlkörper 20 auf. Außerdem wird ein durch die Anzugskraft der Schraube verursachter Verzug der Basisplatte 1 oder des Kühlkörpers 20 verhindert. Daher wird die Wärmeableitungseigenschaft von der Basisplatte 1 zum Kühlkörper 20 verbessert. Der Kühlkörper 20 kann ein Wasserkühlsystem beinhalten.
  • Obgleich der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 in der Ausführungsform 4 nicht angeordnet ist, kann der obige Effekt erhalten werden, selbst wenn der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 vorgesehen wird. Wenn die in der Ausführungsform 1 beschriebene Halbleitervorrichtung den Kühlkörper 20 aufweist, wird überdies der gleiche Effekt wie oben beschrieben erhalten.
  • <Ausführungsform 5>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 wird beschrieben. Die Ausführungsform 5 ist ein untergeordnetes Konzept der Ausführungsform 2. In der Ausführungsform 5 sind die gleichen Bezugsziffern den gleichen Komponenten wie jenen in jeder beliebigen der Ausführungsformen 1 bis 4 gegeben und wird deren detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • (Konfiguration einer Halbleitervorrichtung)
  • 14 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 veranschaulicht. Ein Querschnitt der Halbleitervorrichtung ist in einem Teil der Vorderansicht veranschaulicht. 15 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 14 veranschaulichten Bereichs A. 16 ist eine Ansicht von unten, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 veranschaulicht.
  • Die Halbleitervorrichtung weist eine Basisplatte 1, eine Isolierschicht 2, eine Schaltungsstruktur 3, ein Halbleiterelement 5, ein Versiegelungsmaterial 7, ein Gehäuse 8 und einen Elektrodenanschluss 12 auf. Die Konfiguration einer Temperaturüberwachungseinheit 21 ist von der Konfiguration der in den Ausführungsformen 1 bis 4 beschriebenen Temperaturüberwachungseinheit 11 verschieden. Ferner weist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 überdies einen Temperaturüberwachungsanschluss 25 auf.
  • Wie bei der Ausführungsform 2 weist die Basisplatte 1 an ihrer unteren Oberfläche ein Loch 10 und eine Rille 15B auf. Die Tiefe des Lochs 10 beträgt etwa 1 mm. Die Rille 15B hat eine Tiefe des 1,5-Fachen oder mehr und 2,0-Fachen oder weniger in Bezug auf den Durchmesser einer Verdrahtung 21B einer Temperaturüberwachungseinheit 21.
  • Eine Temperaturdetektionseinheit 21A der Temperaturüberwachungseinheit 21 ist ein Thermistor, und eine Verdrahtung 21B der Temperaturüberwachungseinheit 21 ist ein mit einem Isolator beschichteter Zuleitungsdraht. Der Thermistor ist beispielsweise ein vertikaler Thermistor-Chip. Ein Anschluss (erster Anschluss) des Thermistors ist durch ein leitfähiges Bonding-Material 22 an der Basisplatte 1 innerhalb des Lochs 10 fixiert. Das leitfähige Bonding-Material 22 ist wärmebeständig. Beispielsweise ist das leitfähige Bonding-Material 22 eine Graphitpaste, eine Ag-Paste, Lot, In oder dergleichen. Der andere Anschluss (zweite Anschluss) des Thermistors ist durch zum Beispiel einen Metalldraht 23 an den Zuleitungsdraht gebondet. Alternativ dazu ist der zweite Anschluss durch ein leitfähiges Bonding-Material an den Zuleitungsdraht gebondet. Das Bonding-Verfahren ist beispielsweise Draht-Bonden, Hartlöten, Schweißen, Löten oder dergleichen. Dementsprechend ist der Thermistor mit der Basisplatte 1 und dem Zuleitungsdraht elektrisch verbunden.
  • Der Isolator, der den Zuleitungsdraht bedeckt, ist ein wärmebeständiges Harz. Ein Zwischenraum im Innern des Lochs 10 der Basisplatte 1 ist mit einem hochwärmebeständigen Isolator 24 gefüllt. Ein Material mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit wird für den hochwärmebeständigen Isolator 24 verwendet. Der hochwärmebeständige Isolator 24 ist zum Beispiel das PEEK-Harz, das PPS-Harz oder dergleichen. Der Zuleitungsdraht und die Basisplatte 1 sind durch den hochwärmebeständigen Isolator 24 voneinander isoliert.
  • Der Temperaturüberwachungsanschluss 25 ist auf der oberen Oberfläche des Gehäuses 8 angeordnet. Hier sind zwei Temperaturüberwachungsanschlüsse 25 vorgesehen. Einer der Temperaturüberwachungsanschlüsse 25 ist über den Zuleitungsdraht und die Basisplatte 1 mit dem ersten Anschluss des Thermistors elektrisch verbunden. Der andere der Temperaturüberwachungsanschlüsse 25 ist über den Zuleitungsdraht und die Temperaturüberwachungseinheit 21 mit dem zweiten Anschluss des Thermistors elektrisch verbunden.
  • (Betrieb und Effekt)
  • Die Gehäusetemperatur Tc direkt unter dem Halbleiterelement 5 wird über den Temperaturüberwachungsanschluss 25 gemessen. Die Temperaturdetektionseinheit 21A ist ein Thermistor; daher ist der Wärmewiderstand des Kontaktteilbereichs zwischen der Temperaturdetektionseinheit 21A und der Basisplatte 1 stabilisiert. Außerdem wird eine Beeinträchtigung der Messung der Temperatur aufgrund einer Trennung bzw. Unterbrechung der Verdrahtung 21B verhindert. Obgleich der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 in der Ausführungsform 5 nicht vorgesehen ist, kann der obige Effekt erhalten werden, selbst wenn der eine Verdrahtung haltende Teilbereich 13 vorgesehen wird.
  • Das Halbleiterelement 5 kann eine Temperaturdetektionsfunktion aufweisen. Die Temperatur der Basisplatte 1 wird durch den Thermistor ständig gemessen, und die Temperatur der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 5 wird mittels der Temperaturdetektionsfunktion des Halbleiterelements 5 ständig gemessen. Wie in der Ausführungsform 4 veranschaulicht ist, kann ferner der Kühlkörper 20 über das wärmeleitende Material 9 an der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 angebracht sein. Die in der Ausführungsform 1 veranschaulichte Halbleitervorrichtung kann den oben erwähnten Temperaturüberwachungsanschluss 25 aufweisen, und daher kann deren Temperaturdetektionseinheit 11A ein Thermistor sein.
  • <Ausführungsform 6>
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 6 wird beschrieben. Die Ausführungsform 6 ist ein untergeordnetes Konzept der Ausführungsform 2. In der Ausführungsform 6 sind die gleichen Bezugsziffern den gleichen Komponenten wie jenen in jeder beliebigen der Ausführungsformen 1 bis 5 gegeben und wird deren detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • (Konfiguration einer Halbleitervorrichtung)
  • 17 ist eine Vorderansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 6 veranschaulicht. Ein Querschnitt der Halbleitervorrichtung ist in einem Teil der Vorderansicht veranschaulicht. 18 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 6 veranschaulicht.
  • Die Halbleitervorrichtung weist eine Basisplatte 1, eine Isolierschicht 2, eine Schaltungsstruktur 3, ein Halbleiterelement 5, ein Versiegelungsmaterial 7, ein Gehäuse 8, eine Temperaturüberwachungseinheit 11 und einen Elektrodenanschluss 12 auf. Die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 6 weist ferner einen Temperaturüberwachungsanschluss 25 auf.
  • Obgleich nicht veranschaulicht ist die untere Oberfläche der Basisplatte 1 mit zwei Löchern 10 und zwei, mit den zwei Löchern 10 jeweils verbundenen Rillen 15B versehen. Wie in 18 veranschaulicht ist, sind überdies zwei Öffnungen an der Seitenfläche der Basisplatte 1 angeordnet. Eine Öffnung entspricht dem Endteilbereich einer Rille 15B. Die andere Öffnung entspricht einem Seitenloch 13B als ein eine Verdrahtung haltender Teilbereich 13, der mit der (nicht veranschaulichten) anderen Rille 15B verbunden ist.
  • Das Gehäuse 8 weist eine vertikale Rille 26 als eine sich in der vertikalen Richtung an der Seitenfläche erstreckende Rille auf. Hier sind zwei vertikale Rillen 26 vorgesehen. Die Positionen der beiden vertikalen Rillen 26 korrespondieren direkt über den an der Seitenfläche der Basisplatte 1 vorgesehenen zwei Öffnungen. Die Rille 26 hat eine Tiefe des 1,0-Fachen oder mehr und 1,2-Fachen oder weniger in Bezug auf den Durchmesser einer Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11.
  • In der Ausführungsform 6 sind wie in 18 veranschaulicht zwei Temperaturüberwachungseinheiten 11 angeordnet. Die Temperaturüberwachungseinheiten 11 sind Thermoelemente. Die Temperaturmessstellen der zwei Temperaturüberwachungseinheiten 11 sind in die verschiedenen jeweiligen Löcher 10 eingesetzt. Das heißt, die zwei Temperaturüberwachungseinheiten 11 messen die Temperaturen an verschiedenen Positionen. Eine Verdrahtung 11B ist durch das Loch 10 und die Rille 15B durch die vertikale Rille 26 geführt. Die andere Verdrahtung 11B ist durch das Loch 10 und die Rille 15B durch die vertikale Rille 26 geführt.
  • Zwei Sätze von Temperaturüberwachungsanschlüssen 25A und 25B sind auf der oberen Oberfläche des Gehäuses 8 angeordnet, und jeder der Sätze weist zwei Temperaturüberwachungsanschlüsse 25 auf. Der Temperaturüberwachungsanschluss 25 ist aus einem Material eines Kompensationsdrahts entsprechend dem Thermoelementmaterial gebildet. Die Verdrahtung 11B des Thermoelements ist mit dem einen Satz von Temperaturüberwachungsanschlüssen 25A elektrisch verbunden, und eine andere Verdrahtung 11B des Thermoelements ist mit dem anderen Satz von Temperaturüberwachungsanschlüssen 25B elektrisch verbunden. Die Verdrahtung 11B des Thermoelements und die Temperaturüberwachungsanschlüsse 25 sind durch zum Beispiel ein leitfähiges Bonding-Material gebondet bzw. miteinander verbunden. Das Bonding-Verfahren ist beispielsweise Hartlöten, Schweißen, Löten oder dergleichen. Wenn ein Spitzenverbinder an dem der Temperaturmessstelle des Thermoelements gegenüberliegenden Endteilbereich angebracht ist, kann der Spitzenverbinder in die vertikale Rille 26 des Gehäuses 8 eingepasst werden.
  • (Betrieb und Effekt)
  • Solch eine Halbleitervorrichtung stellt die Detektion der Temperatur der Basisplatte 1, das heißt der Gehäusetemperatur Tc, über die Temperaturüberwachungsanschlüsse 25 an der oberen Oberfläche des Gehäuses 8 sicher. Werden die Temperaturüberwachungsanschlüsse 25 an der oberen Oberfläche des Gehäuses 8 angeordnet, wird der Bonding-Prozess zwischen den Temperaturüberwachungsanschlüssen 25 und der Verdrahtung 11B erleichtert. Das Auftreten bzw. der Umstand, dass die Verdrahtung 11B zwischen der Verdrahtung 11B, die durch die Rille 15B an der unteren Oberfläche der Basisplatte 1 geführt ist, und einem Teil oder einer Vorrichtung des anderen Objekts, an das die Basisplatte 1 montiert wird, eingeklemmt wird, wird reduziert, und die Montagearbeit wird erleichtert.
  • Die oben erwähnten Temperaturüberwachungsanschlüsse 25 können in der Halbleitervorrichtung der Ausführungsform 1 vorgesehen werden. In diesem Fall ist die Verdrahtung 11B der Temperaturüberwachungseinheit 11 über das Loch 10 der Basisplatte 1, die Rille 15A des wärmeleitfähigen Materials 9 und die vertikale Rille 26 des Gehäuses 8 mit den Temperaturüberwachungsanschlüssen 25 elektrisch verbunden. Auch mit solch einer Konfiguration wird der gleiche Effekt wie oben beschrieben erhalten.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beliebig kombiniert und geeignet modifiziert oder weggelassen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Obgleich die Offenbarung im Detail beschrieben worden ist, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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 11148961 [0003]

Claims (11)

  1. Halbleitervorrichtung, aufweisend: ein Halbleiterelement (5); eine Basisplatte (1), die eine obere Oberfläche, die das Halbleiterelement (5) hält, und eine untere Oberfläche aufweist, die ein Loch (10) aufweist; eine Temperaturüberwachungseinheit (11), die eine innerhalb des Lochs (10) angebrachte Temperaturdetektionseinheit (11A) und eine aus der Temperaturdetektionseinheit (11A) herausgeführte Verdrahtung (11B) aufweist; und ein wärmeleitendes Material (9), das mit einer Struktur auf der unteren Oberfläche der Basisplatte (1) angeordnet ist, wobei die Struktur des wärmeleitenden Materials (9) eine Rille (15A) aufweist, die sich vom Loch (10) zu einem Endteilbereich der Basisplatte (1) erstreckt, und die Verdrahtung (11B) der Temperaturüberwachungseinheit (11) in der Rille (15A) angeordnet ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Kühlkörper (20), der so angeordnet ist, dass er über das wärmeleitende Material (9) der unteren Oberfläche der Basisplatte (1) gegenüberliegt.
  3. Halbleitervorrichtung, aufweisend: ein Halbleiterelement (5); eine Basisplatte (1), die eine obere Oberfläche, die das Halbleiterelement (5) hält, und eine untere Oberfläche aufweist, die ein Loch (10) aufweist; und eine Temperaturüberwachungseinheit (11), die eine innerhalb des Lochs (10) angebrachte Temperaturdetektionseinheit (11A) und eine aus der Temperaturdetektionseinheit (11A) herausgeführte Verdrahtung (11B) aufweist; wobei die Basisplatte (1) eine Rille (15B) aufweist, die sich vom Loch (10) zu einem Endteilbereich der Basisplatte (1) erstreckt, und die Verdrahtung (11B) der Temperaturüberwachungseinheit (11) in der Rille (15B) angeordnet ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, ferner aufweisend einen Füllstoff (16), der einen Raum innerhalb der Rille (15B) füllt.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, ferner aufweisend: ein wärmeleitendes Material (9), das auf der unteren Oberfläche der Basisplatte (1) angeordnet ist; und einen Kühlkörper (20), der so angeordnet ist, dass er über das wärmeleitende Material (9) der unteren Oberfläche der Basisplatte (1) gegenüberliegt.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Loch (10) direkt unter dem Halbleiterelement (5) liegt.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Basisplatte (1) einen eine Verdrahtung haltenden Teilbereich (13) aufweist, der die Verdrahtung (11B) hält, der eine Verdrahtung haltende Teilbereich (13) am Endteilbereich der unteren Oberfläche der Basisplatte (1) angeordnet ist und die Verdrahtung (11B) durch den eine Verdrahtung haltenden Teilbereich (13) aus der Rille (15A, 15B) geführt ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der eine Verdrahtung haltende Teilbereich (13) ein Seitenloch (13B) ist, das eine Öffnung an einer Seitenfläche der Basisplatte (1) aufweist, das Seitenloch (13B) mit der Rille (15A, 15B) am Endteilbereich der unteren Oberfläche der Basisplatte (1) verbunden ist und die Verdrahtung (11B) der Temperaturüberwachungseinheit (11) durch das Seitenloch (13B) aus der Rille (15A, 15B) geführt ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Temperaturdetektionseinheit (21A) ein Thermistor ist, die Verdrahtung (21B) ein mit einem Isolator beschichteter Zuleitungsdraht ist und der Thermistor mit der Basisplatte (1) und dem Zuleitungsdraht elektrisch verbunden ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Temperaturdetektionseinheit (11A) eine Temperaturmessstelle eines Thermoelements ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, ferner aufweisend: ein Gehäuse (8), das eine Rahmenform aufweist und das Halbleiterelement (5) innerhalb der Rahmenform aufnimmt; und einen Temperaturüberwachungsanschluss (25), der auf einer oberen Oberfläche des Gehäuses (8) angeordnet und mit der Verdrahtung (11B) elektrisch verbunden ist, wobei der Temperaturüberwachungsanschluss (25) aus einem Material eines Kompensationsdrahts entsprechend einem Material des Thermoelements gebildet ist.
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