DE102022108858A1 - Leistungs-Halbleitervorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung und Leistungsumwandlungseinrichtung - Google Patents

Leistungs-Halbleitervorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung und Leistungsumwandlungseinrichtung Download PDF

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Abstract

Ein Halbleiterelement (1) ist an eine mit einer Isolierschicht (3b) und einer Wärmeabstrahllamelle (3c) integrierte Schaltungsstruktur (3a) gebondet, ein Gehäuse (8) ist an einen Umfangsrand der Wärmeabstrahllamelle (3c) so gebondet, dass es das Halbleiterelement (1), die Schaltungsstruktur (3a) und die Isolierschicht (3b) umgibt, und ein Versiegelungsharz (10) ist in einen von der Isolierschicht (3b), der Schaltungsstruktur (3a) und dem Gehäuse (8) umgebenen Bereich gefüllt. Eine interne Elektrode (4) weist einen flachen plattenförmigen Teilbereich (4a) auf und ist mit einem Durchgangsloch (6) und einem Paar gebogene und geneigt geformte Stützteilbereiche (4b) versehen. Der Stützteilbereich (4b) ist an die Schaltungsstruktur (3a) gebondet, und die obere Oberfläche des Halbleiterelements (1), das Durchgangsloch (6) und ein gestanzter Teilbereich (11), der vom Durchgangsloch (6) umgeben ist, sind gebondet. Die interne Elektrode (4) und eine mit dem Gehäuse (8) einteilig vergossene externe Elektrode (7) sind gebondet.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Leistungs-Halbleitervorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung und eine Leistungsumwandlungseinrichtung.
  • Beschreibung der Hintergrundtechnik
  • In einer herkömmlichen Leistungs-Halbleitervorrichtung ist ein Halbleiter-Chip auf einer Schaltungsstruktur eines Isoliersubstrats montiert, das auf einer Aluminiumlamelle angeordnet ist, sind das Isoliersubstrat und der Halbleiter-Chip von einem Gehäuse umgeben und ist das Innere des Gehäuses mit einem Versiegelungsharz versiegelt. Der mit dem Gehäuse integrierte erste Leiterrahmen ist mit einer Zwischenlage eines Lötmetalls an den Halbleiter-Chip gebondet, und der aus dem Isolierharz gebildete erste Abstandshalter ist zwischen der Schaltungsstruktur des Isoliersubstrats und dem ersten Leiterrahmen sandwichartig angeordnet und ist mit einer Zwischenlage eines Haftmittels versehen. (Siehe zum Beispiel offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2019-125678 (Absätze 0013 bis 0022, 1))
  • Um den ersten Abstandshalter an die Schaltungsstruktur und den ersten Leiterrahmen zu bonden, sind jedoch eine neue Haftmittelpräparation und ein Bonding-Schritt erforderlich. Wenn der Halbleiter-Chip und der erste Leiterrahmen mit einer Zwischenlage eines Lötmetalls gebondet werden, ist es außerdem notwendig, das Lötmetall, den Halbleiter-Chip und den ersten Leiterrahmen zu erwärmen, um durch einen Wiederaufschmelz- bzw. Reflow-Prozess oder dergleichen die Temperatur zu erhöhen, um das Lötmetall zu schmelzen. Da es aufgrund der Struktur schwierig ist, die Temperatur des ersten Leiterrahmens auf eine gewünschte Temperatur zu erhöhen, und darüber hinaus der erste Abstandshalter ein Harz mit Isoliereigenschaften ist und die Wärmeleitfähigkeit gering ist, ist insbesondere der Temperaturanstieg unzureichend und war es in einigen Fällen schwierig, einen vorteilhaften Teilbereich zum Bonden mit Lötmetall zu erhalten, wobei die Lötmetalldicke sichergestellt war.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und hat die Aufgabe, eine Leistungs-Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen qualitativ hochwertigen und sehr zuverlässigen Bonding-Teilbereich aufweist, wobei die Bonding-Dicke sichergestellt ist.
  • Außerdem hat die vorliegende Offenbarung die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung, die einen qualitativ hochwertigen und sehr zuverlässigen Bonding-Teilbereich aufweist, wobei die Bonding-Dicke sichergestellt ist, bereitzustellen, was auf eine Verbesserung der Produktivität mittels eines einfachen Herstellungsverfahrens abzielt.
  • Die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungs-Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleiterelement; eine Schaltungsstruktur, die mit dem Halbleiterelement montiert ist; eine Isolierschicht, die mit der Schaltungsstruktur montiert ist; eine Wärmeabstrahllamelle, die mit der Isolierschicht montiert ist; ein Gehäuse, das an einen Umfangsrand der Wärmeabstrahllamelle gebondet ist und das Halbleiterelement, die Schaltungsstruktur und die Isolierschicht umgibt; ein Versiegelungsharz, das einen Bereich versiegelt, der von der Isolierschicht, der Schaltungsstruktur und dem Gehäuse umgeben ist; eine interne Elektrode, die an das Halbleiterelement und die Schaltungsstruktur gebondet ist, einen flachen plattenförmigen Teilbereich aufweist und ein Paar Stützteilbereiche aufweist, und eine externe Elektrode, die an die interne Elektrode gebondet und mit dem Gehäuse einteilig vergossen ist.
  • Außerdem ist das Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bonden eines Halbleiterelements an eine Schaltungsstruktur, die mit einer Zwischenlage einer Isolierschicht auf einer Wärmeabstrahllamelle montiert ist; Bonden des Halbleiterelements an eine interne Elektrode und Bonden der internen Elektrode an die Schaltungsstruktur; Bonden der Wärmeabstrahllamelle an ein Gehäuse; Bonden der internen Elektrode an eine mit dem Gehäuse einteilig vergossene externe Elektrode; Draht-Bonden und Verbinden mittels Verdrahtung des Halbleiterelements mit einem Steuerungsanschluss, der mit dem Gehäuse einteilig vergossen ist, mit einem Metalldraht; und Versiegeln, mit einem Harz, eines Bereichs, der von der Isolierschicht, der Schaltungsstruktur und dem Gehäuse umgeben ist.
  • Entsprechend der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein qualitativ hochwertiger und sehr zuverlässiger Bonding-Teilbereich mit der sichergestellten Bonding-Dicke erhalten werden.
  • Entsprechend dem Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein qualitativ hochwertiger und sehr zuverlässiger Bonding-Teilbereich mit der sichergestellten Bonding-Dicke mittels eines einfachen Herstellungsverfahrens zum Verbessern der Produktivität erhalten werden.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 3 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform vor einem Versiegeln mit dem Versiegelungsharz veranschaulicht;
    • 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
    • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
    • 6 ist eine Draufsicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 8 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform vor einem Versiegeln mit dem Versiegelungsharz veranschaulicht;
    • 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt; und
    • 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems veranschaulicht, das eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform enthält.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Erste bevorzugte Ausführungsform
  • Eine Konfiguration einer Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Draufsicht, die ein äußeres Erscheinungsbild der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a veranschaulicht. 2 ist eine entlang der Linie A-A in 1 genommene Querschnittsansicht. 3 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a vor einem Versiegeln mit dem Versiegelungsharz 10 veranschaulicht. Es sollte besonders erwähnt werden, dass auch in 3 die der Linie A-A in 1 entsprechende Position dargestellt ist.
  • Wie in 1 dargestellt ist, ist im Hinblick auf das äußere Erscheinungsbild der oberen Oberfläche der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a in Draufsicht der Umfangsrand der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a vom Gehäuse 8 umgeben, ist das Innere des Gehäuses 8 mit dem Versiegelungsharz 10 bedeckt und erstrecken sich die externe Elektrode 7 und der Steuerungsanschluss 12, die mit dem Gehäuse 8 einteilig vergossen sind, zur Außenseite und liegen frei, so dass sie mit der äußeren Umgebung für eine elektrische Einspeisung von außen und eine elektrische Abgabe nach außen verbunden werden können.
  • Wie in 2 dargestellt ist, weist die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a ein Halbleiterelement 1, eine Wärmeabstrahllamelle 3c, eine interne Elektrode 4, eine externe Elektrode 7, ein Gehäuse 8 und ein Versiegelungsharz 10 auf.
  • Die Wärmeabstrahllamelle 3 und das Gehäuse 8 sind aneinander gebondet und mit einem Haftmittel 9 am peripheren Randteilbereich der Wärmeabstrahllamelle 3c fixiert. Außerdem ist die untere Oberfläche des Halbleiterelements 1 mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2a an die Schaltungsstruktur 3a gebondet, die parallel zu dem Halbleiterelement 1 angeordnet und auf der Wärmeabstrahllamelle 3c angeordnet ist. Die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1 ist mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2c an die interne Elektrode 4 gebondet, die parallel zum Halbleiterelement 1 angeordnet ist. Die interne Elektrode 4 und die externe Elektrode 7 sind mit einer Zwischenlage eines Bonding-Materials 2d aneinander gebondet. Die untere Oberfläche des Halbleiterelements 1 bezeichnet hier eine Oberfläche auf der Seite der Schaltungsstruktur 3a, die auf der Wärmeabstrahllamelle 3c angeordnet ist, und die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1 bezeichnet eine Oberfläche auf der Seite der internen Elektrode 4 des Halbleiterelements 1.
  • Wie in 2 dargestellt ist, ist die Wärmeabstrahllamelle 3c mit einer Isolierschicht 3b versehen, ist eine Schaltungsstruktur 3a auf der der Wärmeabstrahllamelle 3c entgegengesetzten Oberfläche der Isolierschicht 3b angeordnet und sind die Wärmeabstrahllamelle 3c, die Isolierschicht 3b und die Schaltungsstruktur 3a parallel angeordnet und integriert und haben eine Funktion als Kühler zum Abstrahlen von Wärme von dem wärmeerzeugenden Halbleiterelement 1.
  • Die Wärmeabstrahllamelle 3c ist ein Metall, das entweder Cu oder Al enthält und eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist, und die die vorstehenden Lamellen einschließende Dicke beträgt 8 bis 15 mm. Die Isolierschicht 3b hat eine Dicke von 0,1 bis 0,8 mm und enthält entweder Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si3N4). Die Schaltungsstruktur 3a ist ein entweder Cu oder Al enthaltendes leitfähiges Material und hat eine Dicke von 0,2 bis 1,5 mm.
  • Außerdem kann die Isolierschicht 3b ein Epoxidharz sein, das einen entweder BN oder Al2O3 enthaltenden Füllstoff enthält. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt 6 bis 18 W/(m·K), was die für die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a erforderlichen Wärmeabstrahlspezifikationen erfüllen kann.
  • Das Halbleiterelement 1 ist ein sogenanntes Leistungs-Halbleiterelement, das elektrische Leistung steuert. Beispielsweise ist Si oder ein Halbleiter mit breiter Bandlücke, der eine größere Bandlücke als Si aufweist, als Material enthalten. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke ist beispielsweise, SiC, GaN, Diamant oder dergleichen. Das Halbleiterelement 1 ist beispielsweise ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), eine Schottky-Barrierendiode oder dergleichen. Außerdem kann das Halbleiterelement 1 beispielsweise ein rückwärts leitender IGBT (RC-IGBT) sein, in dem ein IGBT und eine Rückflussdiode in einem Halbleiter-Chip integriert sind.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt ist, ist zumindest ein Halbleiterelement 1 montiert. Eine erforderliche Anzahl an Halbleiterelementen 1 kann entsprechend den Spezifikationen der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a montiert werden.
  • Außerdem ist das Bonding-Material 2a, um das Halbleiterelement 1 an die Schaltungsstruktur 3a zu bonden, ein Sn enthaltendes leitfähiges Metall und ein sogenanntes Lötmetall. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, da das Halbleiterelement 1 Wärme erzeugt, das Bonding-Material 2a nicht auf ein Lötmetall beschränkt ist und ein Ag oder Cu enthaltende feine Metallteilchen nutzendes gesintertes Material sein kann, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als ein Lötmetall aufweist und Wärmeabstrahlung aufweist.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass, wenn das Bonding-Material 2a insbesondere ein Lötmetall ist, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmetall zu gewährleisten, auf zumindest einem Teil der an das Bonding-Material 2a zu bondenden Oberfläche in der Schaltungsstruktur 3a eine Ni-Plattierung aufgebracht werden kann.
  • Das Gehäuse 8 weist entweder ein Polyphenylensulfid-(PPS-)Harz oder ein Polybutylenterephthalat-(PBT-)Harz auf.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt ist, besteht die externe Elektrode 7 aus Cu oder einem Cu enthaltenden Material, ist mittels Insert-Molding ausgeformt bzw. umspritzt und zusammen mit dem Gehäuse 8 integriert und ist ein Teil der externen Elektrode 7 in das Gehäuse 8 eingebettet. Wie in 2 dargestellt ist, ist die externe Elektrode 7 gebogen, und ein Spitzenteilbereich bzw. Teilbereich an einer Spitze der externen Elektrode 7 liegt aus dem Gehäuse 8 für eine elektrische Einspeisung von außen und eine elektrische Abgabe nach außen frei. Der andere Spitzenteilbereich bzw. Teilbereich an der anderen Spitze der externen Elektrode 7 ist in Draufsicht in Richtung der Innenseite des Gehäuses 8 parallel zum flachen plattenförmigen Teilbereich 4a der internen Elektrode 4 angeordnet und ragt vor und liegt in Form einer flachen Oberfläche frei.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt ist, besteht die interne Elektrode 4 aus Cu oder einem Cu enthaltenden Material und weist einen flachen plattenförmigen Teilbereich 4a auf, der parallel zum Halbleiterelement 1 angeordnet ist. Die Dicke der internen Elektrode 4 ist eine gleichmäßige Dicke von 0,5 bis 1,2 mm, so dass ein großer Strom fließen kann. Die interne Elektrode 4 ist parallel zu dem Halbleiterelement 1, der Schaltungsstruktur 3a und der externen Elektrode 7 angeordnet und ist an die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1, die Schaltungsstruktur 3a und die externe Elektrode 7 gebondet.
  • Außerdem ist die interne Elektrode 4 mit einem Durchgangsloch 6 in Richtung der Dicke des flachen plattenförmigen Teilbereichs 4a der internen Elektrode 4 ausgebildet. Ein eingeprägter bzw. gestanzter (engl.: embossed) Teilbereich 11, der mit einer Stufe von etwa 0,5 mm in einer zur Seite des Halbleiterelements 1 hin vorstehenden Form versehen ist, ist mittels einer Presse oder dergleichen um das Durchgangsloch 6 ausgebildet.
  • Eine Elektrode ist auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 angeordnet (nicht dargestellt), und die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1, das Durchgangsloch 6 der internen Elektrode 4 und der um das Durchgangsloch 6 angeordnete gestanzte Teilbereich 11 sind mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2c aneinander gebondet. Wenn das Bonding-Material 2c insbesondere ein Lötmetall ist, benetzt der gestanzte Teilbereich 11 das Lötmetall ausreichend und verteilt es zur internen Elektrode 4, so dass die Benetzbarkeit des Lötmetalls gewährleistet werden kann. Die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c beträgt 0,2 bis 1,0 mm.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt ist, ist außerdem in der internen Elektrode 4 ein Paar gebogene und geneigt geformte Stützteilbereiche 4b in Richtung der Schaltungsstruktur 3a an einem Teilbereich an einer Spitze und dem Teilbereich an der anderen Spitze ausgebildet, und ein Teilbereich an einer Spitze und der Teilbereich an der anderen Spitze der internen Elektrode 4 sind mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b an die Schaltungsstruktur 3a gebondet.
  • Somit kann die interne Elektrode 4 durch das Paar Stützteilbereiche 4b, die an einem Teilbereich an einer Spitze und dem Teilbereich an der anderen Spitze der internen Elektrode 4 angeordnet sind, an der Schaltungsstruktur 3a stabil abgestützt und fixiert werden. Daher kann die Dicke des Bonding-Materials 2c zwischen der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 und der internen Elektrode 4 sichergestellt werden. Wie in 2 und 3 dargestellt ist, stellen dieselben internen Elektroden 4, die an die oberen Oberflächen einer Vielzahl von Halbleiterelementen 1 gebondet sind, die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c auf den oberen Oberflächen der jeweiligen Halbleiterelemente 1 leicht sicher und erreichen ein vorteilhaftes Bonding. Außerdem können die thermische Spannung und die thermische Belastung des Bonding-Materials 2c, die in der Umgebung auftreten, in der die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a verwendet wird, unterdrückt werden. Deshalb ist es möglich, ein qualitativ hochwertiges Bonding zu erhalten und die Zuverlässigkeit des Bonding-Materials 2c zu verbessern.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass das Bonding-Material 2c von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 aus so in das Durchgangsloch 6 gefüllt werden kann, dass es auch an die obere Oberfläche der gestanzten Teilbereichs 11 gebondet wird und sie bedeckt, und beispielsweise eine vorstehende Form aufweisen kann, so dass es sich kuppelförmig wölbt. Die Oberseite des gestanzten Teilbereichs 11 ist eine dem Halbleiterelement 1 entgegengesetzte Oberfläche des gestanzten Teilbereichs 11. Somit können die thermische Spannung und die thermische Belastung, die im Bonding-Material 2c auftreten, weiter entspannt bzw. abgebaut werden.
  • Außerdem ist in der internen Elektrode 4 ein Paar gebogene und geneigt geformte Stützteilbereiche 4b an einem Teilbereich an einer Spitze und dem Teilbereich an der anderen Spitze ausgebildet. Da ein Teilbereich an einer Spitze und der Teilbereich an der anderen Spitze der internen Elektrode 4 mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b an die Schaltungsstruktur 3a gebondet sind, kann in Bezug auf das wärmeerzeugende Halbleiterelement 1 zusätzlich zur Wärmeabstrahlung zur unteren Oberfläche des Halbleiterelements 1 Wärme in ausgewogener Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration über die interne Elektrode 4 von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 zu der Schaltungsstruktur 3a, der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3d effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a aufweist, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Somit ist es möglich, die Wärmeabstrahlung des Halbleiterelements 1, das Wärme erzeugt, zu verbessern.
  • Überdies kann selbst in Bezug auf Wärme, die durch einen durch die interne Elektrode 4 fließenden großen Strom erzeugt wird, Wärme ähnlich in ausgewogener Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration über die Schaltungsstruktur 3a von der internen Elektrode 4 zu der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a aufweist, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Somit ist es möglich, die Wärmeabstrahlung der internen Elektrode 4, die Wärme erzeugt, zu verbessern. Da verhindert wird, dass das Halbleiterelement 1 eine hohe Temperatur erreicht, kann daher ein stabiler Betrieb durchgeführt werden.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt ist, ist die interne Elektrode 4 mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2d an die externe Elektrode 7 gebondet. Im Gegensatz zur offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-125678 (Absätze 0013 bis 0022, 1) ist es somit, da die interne Elektrode 4 nicht mittels Insert-Molding mit dem Gehäuse 8 integriert ist, möglich, die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 sicherzustellen und die thermische Spannung und die thermische Belastung am Bonding-Material 2c zu entspannen. Außerdem kann die durch das Halbleiterelement 1 und die interne Elektrode 4 erzeugte Wärme an die mit der externen Elektrode 7 verbundene äußere Umgebung abgestrahlt werden.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c und das Bonding-Material 2c Sn enthaltende leitfähige Metalle sind und als Lötmetall bezeichnet werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, da das Halbleiterelement 1 Wärme erzeugt, das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c und das Bonding-Material 2d nicht auf ein Lötmetall beschränkt sind und ein Ag oder Cu enthaltende feine Metallteilchen nutzendes gesintertes Material sein können, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als ein Lötmetall aufweist und Wärmeabstrahlung aufweist.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass, wenn das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c und das Bonding-Material 2d insbesondere ein Lötmetall sind, um eine Benetzbarkeit mit dem Lötmetall sicherzustellen, auf zumindest einige der an das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c und das Bonding-Material 2c zu bondenden Oberflächen in der Schaltungsstruktur 3a, der internen Elektrode 4 und der externen Elektrode 7 eine Ni-Plattierung aufgebracht werden kann.
  • Wie in 3 dargestellt ist, besteht der Steuerungsanschluss 12 aus Cu oder einem Cu enthaltenden Material, ist mittels Insert-Molding ausgeformt bzw. umspritzt und zusammen mit dem Gehäuse 8 integriert und ist ein Teil des Steuerungsanschlusses 12 im Gehäuse 8 eingebettet. Ein Teilbereich an einer Spitze des Steuerungsanschlusses 12 liegt frei und erstreckt sich aus dem Gehäuse 8 für eine elektrische Einspeisung von außen und eine elektrische Abgabe nach außen. Wie in 3 dargestellt ist, liegt der Teilbereich an der anderen Spitze des Steuerungsanschlusses 12 aus dem Gehäuse 8 frei und ist mit dem Metalldraht 13 mit dem Halbleiterelement 1 elektrisch verbunden. Der Metalldraht 13 ist ein entweder Al oder Cu enthaltendes Material. Der Durchmesser des Metalldrahts 13 beträgt 0,1 bis 0,5 mm.
  • Wie in 2 dargestellt ist, ist in dem vom Gehäuse 8 umgebenen Bereich auf den Oberflächen der Isolierschicht 3b und der Schaltungsstruktur 3a auf der Seite, auf der das Halbleiterelement 1 montiert ist, das Versiegelungsharz 10 gefüllt und versiegelt um das Halbleiterelement 1, die interne Elektrode 4 und die externe Elektrode 7 im Innern des Gehäuses 8. Das Versiegelungsharz 10 ist ein Epoxidharz, das eine wärmeaushärtende Eigenschaft aufweist und einen SiO2 enthaltenden Füllstoff enthält, ist aber nicht auf dieses beschränkt und muss nur ein Harz mit dem erforderlichen Elastizitätsmodul, der erforderlichen Wärmeleitfähigkeit, Wärmebeständigkeit, isolierenden Eigenschaft und dem erforderlichen Haftvermögen sein. Zusätzlich zum Epoxidharz kann beispielsweise ein Silikonharz, ein Phenolharz, ein Polyimidharz oder dergleichen verwendet werden.
  • Da die Wärmeabstrahllamelle 3c und das Gehäuse 8 mit dem Haftmittel 9 gebondet und fixiert sind, kann verhindert werden, dass das Versiegelungsharz 10 nach außen leckt bzw. austritt, wenn das Versiegelungsharz 10 in den vom Gehäuse 8 umgebenen Bereich gefüllt wird, und kann eine Isolierung im Innern der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a gewährleistet werden. Das Haftmittel 9 ist ein Silikonharz. Alternativ dazu kann das Haftmittel 9 dasselbe Material wie das Versiegelungsharz 10 sein.
  • In dieser Weise ist die interne Elektrode 4 mit dem Durchgangsloch 6 und dem Paar gebogene und geneigt geformte Stützteilbereiche 4b versehen, und der Stützteilbereich 4b der internen Elektrode 4 ist mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b an die mit der Wärmeabstrahllamelle 3c und der Isolierschicht 3b integrierte Schaltungsstruktur 3a gebondet, wodurch die interne Elektrode 4 an der Schaltungsstruktur 3a stabil abgestützt und fixiert werden kann. Somit stellen dieselben internen Elektroden 4, die an die oberen Oberflächen einer Vielzahl von Halbleiterelementen 1 gebondet sind, die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c auf den oberen Oberflächen der jeweiligen Halbleiterelemente 1 leicht sicher und erreichen ein vorteilhaftes Bonding. Außerdem können die thermische Spannung und thermische Belastung des Bonding-Materials 2c, die in der Umgebung auftreten, in der die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a verwendet wird, unterdrückt werden. Deshalb ist es möglich, ein qualitativ hochwertiges Bonding zu erhalten und die Zuverlässigkeit des Bonding-Materials 2c zu verbessern.
  • Außerdem kann in Bezug auf das wärmeerzeugende Halbleiterelement 1 ein Wärmeabstrahlpfad erweitert werden und kann zusätzlich zur Wärmeabstrahlung zur unteren Oberfläche des Halbleiterelements 1 Wärme in ausgewogener Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration über die interne Elektrode 4 von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 zu der Schaltungsstruktur 3a, der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a umfasst, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Somit ist es möglich, die Wärmeabstrahlung des Halbleiterelements 1, das Wärme erzeugt, zu verbessern.
  • Überdies kann auch in Bezug auf Wärme, die durch einen durch die interne Elektrode 4 fließenden großen Strom erzeugt wird, ähnlich der Wärmeabstrahlpfad erweitert werden und kann Wärme in ausgewogener Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration über die Schaltungsstruktur 3c von der internen Elektrode 4 zu der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a umfasst, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Somit ist es möglich, die Wärmeabstrahlung der internen Elektrode 4, die Wärme erzeugt, zu verbessern. Da verhindert wird, dass das Halbleiterelement 1 eine hohe Temperatur erreicht, kann deshalb ein stabiler Betrieb durchgeführt werden.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a beschrieben.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a in der ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt. Hier wird ein Beispiel zum Bonden mit einem Lötmetall, das heißt ein Beispiel, in dem das Bonding-Material 2a, das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c und das Bonding-Material 2d ein Lötmetall sind, dargestellt. Schritte S101 bis S106, welche die Schritte sind, werden im Detail beschrieben.
  • In Schritt S101 wird die untere Oberfläche des Halbleiterelements 1 mit dem Bonding-Material 2a an die Schaltungsstruktur 3a gebondet. Das Bonding-Material 2a ist ein pastenartiges Lötmetall oder ein plattenförmiges Lötmetall. Zu dieser Zeit wird die Verbindung bzw. das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt und wird das Bonding durch anschließendes Abkühlen abgeschlossen. Die Erwärmungstemperatur beträgt 230 bis 300°C, so dass sie dem Schmelzpunkt des Sn enthaltenden Lötmetalls entspricht. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, obgleich nicht dargestellt, eine dedizierte Haltevorrichtung genutzt wird, um die Montageposition des Halbleiterelements 1 in Bezug auf die Schaltungsstruktur 3a zu fixieren.
  • In Schritt S102 wird die das Durchgangsloch 6 und den gestanzten Teilbereich 11 aufweisende interne Elektrode 4 mit dem Bonding-Material 2c an die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1 gebondet und wird der Stützteilbereich 4b der internen Elektrode 4 mit dem Bonding-Material 2b an die Schaltungsstruktur 3a gebondet. Das Bonding-Material 2b und das Bonding-Material 2c sind ein pastenartiges Lötmetall oder ein plattenförmiges Lötmetall. Das Bonding-Material 2b und das Bonding-Material 2c weisen dasselbe Material wie das Bonding-Material 2a auf oder sind ein Lötmetall, das Sn enthält und eine Zusammensetzung mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als jenem des Bonding-Materials 2a aufweist. Wie in Schritt S101 wird das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt und wird das Bonding durch anschließendes Abkühlen abgeschlossen. Es sollte besonders erwähnt werden, das, obgleich nicht dargestellt, eine dedizierte Haltevorrichtung genutzt wird, um die Montageposition der internen Elektrode 4 zu fixieren.
  • Da das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt wird, wird Wärme nicht nur durch das Halbleiterelement 1, sondern auch durch das Bonding-Material 2b übertragen und kann die Temperatur der internen Elektrode 4 und des Bonding-Materials 2c auf eine gewünschte Temperatur erhöht werden. Somit kann die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 leicht sichergestellt werden und kann ein vorteilhaftes Bonding erhalten werden.
  • In Schritt S103 wird das Haftmittel 9 auf den Umfangsrand der Wärmeabstrahllamelle 3c aufgetragen und wird das Gehäuse 8 an die Wärmeabstrahllamelle 3c gebondet. Ein Silikon enthaltendes Haftmittel 9 oder ein aus demselben Material wie das Versiegelungsharz 10 bestehendes Haftmittel 9 wird aufgetragen. Nach der Auftragung härtet ein Erwärmen der Haftmitteloberfläche das Haftmittel 9 aus, und die Wärmeabstrahllamelle 3c und das Gehäuse 8 können mit einer Zwischenlage des Haftmittels 9 gebondet werden. Somit tritt in dem unten beschriebenen Schritt zum Einspritzen und Füllen eines Versiegelungsharzes 10 und Versiegeln mit Harz das Versiegelungsharz nicht nach außen aus.
  • In Schritt S104 wird die externe Elektrode 7 mit dem Bonding-Material 2d an die interne Elektrode 4 gebondet. Wie in Schritt S101 wird das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt und wird das Bonding durch anschließendes Kühlen abgeschlossen. Wärme wird nicht nur durch das Halbleiterelement 1, sondern auch durch das Bonding-Material 2b übertragen, und die Temperatur der internen Elektrode 4, der externen Elektrode 7 und des Bonding-Materials 2d können auf eine gewünschte Temperatur erhöht werden, und ein vorteilhaftes Bonding kann erreicht werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass der Schritt zum Aushärten des Haftmittels 9 zum Bonden in Schritt S103 zusammen und gleichzeitig in dem Erwärmungsschritt zum Bonden der externen Elektrode 7 an die interne Elektrode 4 mit dem Bonding-Material 2d durchgeführt werden kann. Somit kann die externe Elektrode 7 mit dem Bonding-Material 2d an die interne Elektrode 4 gebondet werden und können die Wärmeabstrahllamelle 3c und das Gehäuse 8 gebondet werden. Daher kann die Anzahl an Erwärmungsschritten reduziert werden und kann die Produktivität verbessert werden.
  • In Schritt S105 werden das Halbleiterelement 1 und der Steuerungsanschluss 12 mittels Verdrahtung mit einem Metalldraht 13, der aus einem entweder AI oder Cu enthaltenden Material gebildet ist, verdrahtet und verbunden. Durch Anwenden von Ultraschallschwingungen auf den Metalldraht 13 während einer Druckbeaufschlagung durch ein (nicht dargestelltes) Ultraschallwerkzeug wird der Metalldraht 13 mittels Ultraschall an das Halbleiterelement 1 und den Steuerungsanschluss 12 gebondet und mittels Verdrahtung verbunden.
  • In Schritt S106 wird das Versiegelungsharz 10 zum Versiegeln mit Harz auf die Oberseite der Isolierschicht 3b und der Schaltungsstruktur 3a, die vom Gehäuse 8 umgeben sind, eingespritzt und gefüllt, um das Halbleiterelement 1, die interne Elektrode 4 und die externe Elektrode 7 innerhalb des Gehäuses 8 mit dem Versiegelungsharz 10 zu versiegeln. Nach dem Versiegeln mit Harz wird das Versiegelungsharz 10 durch Erwärmen ausgehärtet. Da das Bonding-Material 2a, das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c, das Bonding-Material 2d und die Bonding-Stelle des Metalldrahts 13 durch die Bedeckung der Peripherie mit einem Versiegelungsharz fixiert sind, wird die Isoliereigenschaft sichergestellt und kann die Zuverlässigkeit verbessert werden.
  • Auf diese Weise ist die interne Elektrode 4 mit dem Durchgangsloch 6 und dem Paar gebogene und geneigt geformte Stützteilbereiche 4b versehen und ist der Stützteilbereich 4b der internen Elektrode 4 mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b an die Schaltungsstruktur 3a gebondet, die mit der Wärmeabstrahllamelle 3c und der Isolierschicht 3b integriert ist, wodurch die interne Elektrode 4 an der Schaltungsstruktur 3a stabil abgestützt und fixiert werden kann. Somit können die an die oberen Oberflächen einer Vielzahl von Halbleiterelementen 1 gebondeten internen Elektroden 4 die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c auf den oberen Oberflächen der jeweiligen Halbleiterelemente 1 leicht sicherstellen und können ein vorteilhaftes Bonding erreichen. Außerdem können die thermische Spannung und die thermische Belastung des Bonding-Materials 2c, die in der Umgebung auftreten, in der die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a genutzt wird, unterdrückt werden. Daher ist es möglich, ein qualitativ hochwertiges Bonding zu erhalten und die Zuverlässigkeit des Bonding-Materials 2c zu verbessern.
  • Außerdem kann in Bezug auf das wärmeerzeugende Halbleiterelement 1 ein Wärmeabstrahlpfad erweitert werden und kann zusätzlich zur Wärmeabstrahlung zur unteren Oberfläche des Halbleiterelements 1 Wärme in einer ausgewogenen Art und Weise insgesamt ohne eine Wärmekonzentration über die interne Elektrode 4 von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 zu der Schaltungsstruktur 3a, der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a umfasst, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Folglich ist es möglich, die Wärmeabstrahlung des Halbleiterelements 1, das Wärme erzeugt, zu verbessern.
  • Überdies kann auch in Bezug auf Wärme, die durch einen durch die interne Elektrode 4 fließenden großen Strom erzeugt wird, der Wärmeabstrahlpfad ähnlich erweitert werden und kann Wärme in einer ausgewogenen Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration 3c über die Schaltungsstruktur 3a von der internen Elektrode 4 zu der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a umfasst, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Folglich ist es möglich, die Wärmeabstrahlung der internen Elektrode 4, die Wärme erzeugt, zu verbessern. Da verhindert wird, dass das Halbleiterelement 1 eine hohe Temperatur erreicht, kann deshalb ein stabiler Betrieb durchgeführt werden.
  • Ein Flussdiagramm ist in 5 als ein modifiziertes Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a in der ersten bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Wie in 4 wird hier ein Beispiel zum Bonden mit einem Lötmetall, das heißt ein Beispiel, in dem das Bonding-Material 2a, das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c und das Bonding-Material 2d ein Lötmetall sind, dargestellt. Schritte S201 bis S205, welche die Schritte sind, werden im Detail beschrieben.
  • In Schritt S201 werden ein Bonding-Schritt zum Bonden der unteren Oberfläche des Halbleiterelements 1 an die Schaltungsstruktur 3a mit dem Bonding-Material 2a, ein Bonding-Schritt zum Bonden der internen Elektrode 4 mit einem Durchgangsloch 6 und einem gestanzten Teilbereich 11 an die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1 mit dem Bonding-Material 2c und ein Bonding-Schritt zum Bonden des Stützteilbereichs 4b der internen Elektrode 4 an die Schaltungsstruktur 3a mit dem Bonding-Material 2b zum Bonden zusammen und gleichzeitig durchgeführt. Zu dieser Zeit wird das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft in einem Reflow-Prozess erwärmt und wird das Bonding durch ein anschließendes Abkühlen abgeschlossen. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, obgleich nicht dargestellt, eine dedizierte Haltevorrichtung verwendet wird, um die Montageposition des Halbleiterelements 1 und der internen Elektrode 4 zu fixieren. Daher kann die Anzahl an Erwärmungsschritten reduziert werden und kann die Produktivität verbessert werden.
  • In Schritt S202 wird ein Haftmittel 9 an dem Umfangsrand der Wärmeabstrahllamelle 3c aufgetragen und wird das Gehäuse 8 an die Wärmeabstrahllamelle 3c gebondet. Ein Silikon enthaltendes Haftmittel 9 oder ein aus demselben Material wie das Versiegelungsharz 10 bestehendes Haftmittel 9 wird aufgetragen. Nach der Auftragung härtet ein Erwärmen der Haftmitteloberfläche das Haftmittel 9 aus und können die Wärmeabstrahllamelle 3c und das Gehäuse 6 mit einer Zwischenlage des Haftmittels 9 gebondet werden. Somit tritt im unten beschriebenen Schritt zum Einspritzen und Füllen eines Versiegelungsharzes 10 und Versiegeln mit Harz das Versiegelungsharz 10 nicht nach außen aus.
  • In Schritt S203 wird die externe Elektrode 7 mit dem Bonding-Material 2d an die interne Elektrode 4 gebondet. Wie in Schritt S201 wird das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt und wird das Bonding durch anschließendes Abkühlen abgeschlossen. Es sollte besonders erwähnt, dass der Schritt zum Aushärten des Haftmittels 9, um in Schritt S202 zu bonden, in dem Schritt zum Erwärmen, um die externe Elektrode 7 mit dem Bonding-Material 2d an die interne Elektrode 4 zu bonden, zusammen und gleichzeitig durchgeführt werden kann. Folglich kann die externe Elektrode 7 mit dem Bonding-Material 2d an die interne Elektrode 4 gebondet werden und können die Wärmeabstrahllamelle 3c und das Gehäuse 8 gebondet werden. Daher kann die Anzahl an Erwärmungsschritten reduziert werden und kann die Produktivität verbessert werden.
  • In Schritt S204 werden das Halbleiterelement 1 und der Steuerungsanschluss 12 mittels Verdrahtung mit einem aus einem entweder Al oder Cu enthaltenden Material gebildeten Metalldraht 13 verdrahtet und verbunden. Durch Anwenden von Ultraschallschwingungen auf den Metalldraht 13 während einer Druckbeaufschlagung mittels eines (nicht dargestellten) Ultraschallwerkzeugs wird der Metalldraht 13 mittels Ultraschall an das Halbleiterelement 1 und den Steuerungsanschluss 13 2gebondet und mittels Verdrahtung verbunden.
  • In Schritt S205 wird das Versiegelungsharz 10 zum Versiegeln mit Harz eingespritzt und auf die Oberseite des Halbleiterelements 1, der Isolierschicht 3b und der Schaltungsstruktur 3a gefüllt, die vom Gehäuse 8 umgeben sind, um das Halbleiterelement 1, die interne Elektrode 4 und die externe Elektrode 7 im Innern des Gehäuses 8 mit dem Versiegelungsharz 10 zu versiegeln. Nach dem Versiegeln mit Harz wird das Versiegelungsharz 10 durch Erwärmen ausgehärtet. Da das Bonding-Material 2a, das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c, das Bonding-Material 2d und die Bonding-Stelle des Metalldrahts 13 durch Bedecken der Peripherie mit einem Versiegelungsharz fixiert sind, ist die Isoliereigenschaft gewährleistet und kann die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit verbessert werden.
  • Somit kann die Anzahl an Malen, in denen in den Reflow-Prozess eingetreten wird, reduziert werden und kann die Erwärmungszeit reduziert werden, und einhergehend mit einer Verbesserung der Produktivität kann der Einfluss einer Verformung bzw. eines Verzugs jeder Komponente wie etwa der Wärmeabstrahllamelle 3c, der Isolierschicht 3b, der Schaltungsstruktur 3a, des Halbleiterelements 1, der internen Elektrode 4 und der mit dem Gehäuse 8 integrierten externen Elektrode 7 auf ein Minimum reduziert werden.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass in den in 4 und 5 dargestellten Flussdiagrammen ein Beispiel dargestellt ist, in dem es sich bei dem Bonding-Material 2a, dem Bonding-Material 2b, dem Bonding-Material 2c und dem Bonding-Material 2d um ein Lötmetall handelt, sie aber nicht auf ein Lötmetall beschränkt sind und es sich um ein Ag oder Cu enthaltende feine Metallteilchen nutzendes gesintertes Material handeln kann, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als ein Lötmetall und Wärmeabstrahlung aufweist.
  • In der ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleiterelement 1 an die mit der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c integrierte Schaltungsstruktur 3a gebondet, ist das Gehäuse 8 an den Umfangsrand der Wärmeabstrahllamelle 3c so gebondet, dass es das Halbleiterelement 1, die Schaltungsstruktur 3a und Isolierschicht 3b umgibt, und ist das Versiegelungsharz 10 in den von der Isolierschicht 3b, der Schaltungsstruktur 3a und dem Gehäuse 8 umgebenen Bereich gefüllt, so dass es die Peripherie des Halbleiterelements 1, der internen Elektrode 4 und der externen Elektrode 7 innerhalb des Gehäuses 8 bedeckt. Eine mit einer Zwischenlage eines Bonding-Materials 2d an die interne Elektrode 4 gebondete und mit dem Gehäuse 8 einteilig vergossene externe Elektrode 7 ist angeordnet.
  • Die interne Elektrode 4 weist einen flachen plattenförmigen Teilbereich 4a auf, ist mit einem Durchgangsloch 6 und einem Paar gebogene und geneigt geformte Stützteilbereiche 4b versehen, und der Stützteilbereich 4b der internen Elektrode 4 ist mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b gebondet, wodurch die interne Elektrode 4 an der Schaltungsstruktur 3a stabil abgestützt und fixiert werden kann. Folglich stellen dieselben internen Elektroden 4, die an die oberen Oberflächen einer Vielzahl von Halbleiterelementen 1 gebondet sind, die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c auf den oberen Oberflächen der jeweiligen Halbleiterelemente 1 leicht sicher und erzielen ein vorteilhaftes Bonding. Außerdem können die thermische Spannung und die thermische Belastung des Bonding-Materials 2c, die in der Umgebung auftreten, in der die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a verwendet wird, unterdrückt werden. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Bonding-Dicke sicherzustellen, ein qualitativ hochwertiges Bonding zu erreichen und die Zuverlässigkeit des Bonding-Materials 2c zu verbessern.
  • In Bezug auf das wärmeerzeugende Halbleiterelement 1 kann außerdem ein Wärmeabstrahlpfad erweitert werden und kann zusätzlich zur Wärmeabstrahlung zur unteren Oberfläche des Halbleiterelements 1 Wärme in ausgewogener Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration über die interne Elektrode 4 von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 zu der Schaltungsstruktur 3a, der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a umfasst, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Somit ist es möglich, die Wärmeabstrahlung des Halbleiterelements 1, das Wärme erzeugt, zu verbessern.
  • Auch in Bezug auf Wärme, die durch einen durch die interne Elektrode 4 fließenden großen Strom erzeugt wird, kann überdies der Wärmeabstrahlpfad ähnlich erweitert werden und kann Wärme in ausgewogener Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration über die Schaltungsstruktur 3a von der internen Elektrode 4 zu der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a umfasst, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Somit ist es möglich, die Wärmeabstrahlung der internen Elektrode 4, die Wärme erzeugt, zu verbessern. Da verhindert wird, dass das Halbleiterelement 1 eine hohe Temperatur erreicht, kann daher ein stabiler Betrieb durchgeführt werden.
  • In der internen Elektrode 4 ist ein Paar gebogene und geneigt geformte Stützteilbereiche 4b in einem Teilbereich an einer Spitze und dem Teilbereich an der anderen Spitze ausgebildet und mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b an die Schaltungsstruktur 3a gebondet; die Stützteilbereiche 4b sind aber nicht auf ein Paar beschränkt, und drei oder mehr Stützteilbereiche 4b können für dieselbe interne Elektrode 4 vorgesehen werden. Somit kann die interne Elektrode 4 an der Schaltungsstruktur 3a stabiler abgestützt und fixiert werden.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass der Kühler nicht auf eine Integration der Wärmeabstrahllamelle 3c, der Isolierschicht 3b und der Schaltungsstruktur 3a beschränkt ist, und separate Bauteile der Wärmeabstrahllamelle 3c und einer Isolierschicht 3b aufweisen kann, auf deren oberer Oberfläche und unterer Oberfläche in Richtung der Dicke der Isolierschicht 3b jeweilige Schaltungsstrukturen 3a angeordnet sind. In diesem Fall wird die auf der Isolierschicht 3b angeordnete Schaltungsstruktur 3a an die Wärmeabstrahllamelle 3c gebondet.
  • Die interne Elektrode 4 und die externe Elektrode 7 sind separate Bauteile. Um die interne Elektrode 4 an die externe Elektrode 7, welche aus verschiedenen Bauteilen bestehen, mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2d zu bonden, können, selbst wenn jede der Komponenten wie etwa die Wärmeabstrahllamelle 3c, die Isolierschicht 3b, die Schaltungsstruktur 3a, das Halbleiterelement 1, die interne Elektrode 4, das Gehäuse 8 und die externe Elektrode 7 aufgrund einer wiederholten Erwärmung durch mehrmaliges Eintreten in den Reflow-Prozess verformt bzw. verzogen wird, die thermische Spannung und die thermische Beanspruchung, die in dem Bonding-Material 2c auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 auftreten, entspannt bzw. abgebaut werden.
  • Zweite bevorzugte Ausführungsform
  • 6 ist eine Draufsicht, die ein äußeres Erscheinungsbild der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100b gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt. 7 ist eine entlang der Linie B-B in 6 genommene Querschnittsansicht. 8 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100b vor einem Versiegeln mit dem Versiegelungsharz 10 veranschaulicht. Es sollte besonders erwähnt werden, dass auch in 8 die der Linie B-B in 6 entsprechende Position dargestellt ist. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100b in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform viele Konfigurationen mit jenen in der ersten bevorzugten Ausführungsform gemeinsam hat. Daher werden Punkte beschrieben, die von sich jenen der ersten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden, und die gleichen oder entsprechenden Konfigurationen werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Die Konfiguration unterscheidet sich von jener der ersten bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass, wie in 7 und 8 dargestellt ist, anstelle des Stützteilbereichs 4b die gesamte interne Elektrode 5 eine flache Plattenform aufweist, ein aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehendes Stützbauteil 14 angeordnet ist und, damit das Halbleiterelement 1 und die interne Elektrode 5 parallel angeordnet sind, ein Endteilbereich des Stützbauteils 14 mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b an die Schaltungsstruktur 3a gebondet ist und der andere Endteilbereich des Stützbauteils 14 mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2e an die interne Elektrode 5 gebondet ist.
  • Die interne Elektrode 5 weist eine flache Plattenform auf und ist aus Cu oder einem Cu enthaltenden Material geschaffen. Die Dicke der internen Elektrode 5 ist eine gleichmäßige Dicke von 0,5 bis 1,2 mm, so dass ein großer Strom fließen kann. Die interne Elektrode 5 ist parallel zu dem Halbleiterelement 1, der Schaltungsstruktur 3a und der externen Elektrode 7 angeordnet und an die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1, das Stützbauteil 14 und die externe Elektrode 7 gebondet.
  • Außerdem ist die interne Elektrode 5 mit einem Durchgangsloch 6 in Richtung der Dicke der internen Elektrode 5 ausgebildet. Ein gestanzter Teilbereich 11, der mit einer Stufe von etwa 0,5 mm in einer zur Seite des Halbleiterelements 1 hin vorstehenden Form angeordnet ist, ist um das Durchgangsloch 6 durch eine Presse oder dergleichen ausgebildet.
  • Eine Elektrode ist auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 angeordnet (nicht dargestellt), und die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1, das Durchgangsloch 6 der internen Elektrode 5 und der um das Durchgangsloch 6 angeordnete gestanzte Teilbereich 11 sind mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2c aneinander gebondet. Wenn das Bonding-Material 2c insbesondere ein Lötmetall ist, benetzt der gestanzte Teilbereich 11 ausreichend und breitet bzw. verteilt das Lötmetall so zur internen Elektrode 5, dass die Benetzbarkeit des Lötmetalls gewährleistet werden kann. Die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c beträgt 0,2 bis 1,0 mm.
  • Das Stützbauteil 14 ist ein Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Das Stützbauteil 14 ist beispielsweise ein entweder Cu oder Al enthaltendes metallisches Material. Wie in 7 und 8 dargestellt ist, ist in Bezug auf das Stützbauteil 14 ein Paar Stützbauteile 14 an einem Teilbereich an einer Spitze und dem Teilbereich an der anderen Spitze der internen Elektrode 5 angeordnet. Ein Paar Stützbauteile 14, die an die Schaltungsstruktur 3a mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b gebondet sind, sind mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2e an einen Teilbereich an einer Spitze bzw. den Teilbereich an der anderen Spitzeder internen Elektrode 5 gebondet.
  • Außerdem hat das Stützbauteil 14 eine rechteckige Parallelepipedform mit der maximal möglichen Größe gemäß der Schaltungsstruktur 3a der internen Elektrode 5 und der Größe der internen Elektrode 5. Es sollte besonders erwähnt werden, dass das Stützbauteil 14 nicht auf ein rechteckiges Parallelepiped beschränkt ist und eine Form, die einen gekrümmten Teilbereich wie etwa eine S-Form in Bezug auf die Richtung zwischen der internen Elektrode 5 und der Schaltungsstruktur 3a aufweist, oder eine Form, in der die Breite von beiden Endteilbereichen und die Breite des zentralen Teilbereichs des Stützbauteils 14 unterschiedlich sind, aufweisen kann. Folglich kann die interne Elektrode 5 an der Schaltungsstruktur 3a stabil abgestützt und fixiert werden, kann die Wärmekapazität erhöht werden und kann die Wärmeabstrahlung verbessert werden.
  • Darüber hinaus sind das Bonding-Material 2b, das das Stützbauteil 14 an die Schaltungsstruktur 3a bondet, und das Bonding-Material 2e, das das Stützbauteil 14 an die interne Elektrode 5 bondet, Sn enthaltende leitfähige Metalle und sind sogenannte Lötmetalle. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, da die interne Elektrode 5 aufgrund des dort hindurchfließenden großen Stroms Wärme erzeugt, das Bonding-Material 2a nicht auf ein Lötmetall beschränkt ist und ein Ag oder Cu enthaltende feine Metallteilchen nutzendes gesintertes Material sein kann, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Lötmetall und Wärmeabstrahlung aufweist.
  • Wenn das Bonding-Material 2b und das Bonding-Material 2e insbesondere ein Lötmetall sind, kann, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmetall sicherzustellen, auf zumindest einige der an das Bonding-Material 2b und das Bonding-Material 2e zu bondenden Oberflächen der Schaltungsstruktur 3a und der internen Elektrode 5 eine Ni-Plattierung aufgebracht werden.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100b beschrieben.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung 100b in der zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt. Hier wird ein Beispiel zum Bonden mit einem Lötmetall, das heißt ein Beispiel, in dem das Bonding-Material 2a, das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c, das Bonding-Material 2d und das Bonding-Material 2e ein Lötmetall sind, dargestellt. Schritte S301 bis S305, welche die Schritte darstellen, werden im Detail beschrieben.
  • In Schritt S301 wird die untere Oberfläche des Halbleiterelements 1 mit dem Bonding-Material 2a an die Schaltungsstruktur 3a gebondet und wird ein Endteilbereich des Stützbauteils 14 mit dem Bonding-Material 2b an die Schaltungsstruktur 3a gebondet. Das Bonding-Material 2a und das Bonding-Material 2b sind ein pastenartiges Lötmetall oder ein plattenförmiges Lötmetall. Zu dieser Zeit wird das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt und wird das Bonding durch anschließendes Abkühlen abgeschlossen. Die Erwärmungstemperatur beträgt 230 bis 300°C, was dem Schmelzpunkt des Sn enthaltenden Lötmetalls entspricht. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, obgleich nicht dargestellt, eine dedizierte Haltevorrichtung verwendet wird, um die Montageposition des Halbleiterelements 1 und des Stützbauteils 14 in Bezug auf die Schaltungsstruktur 3a zu fixieren.
  • In Schritt S302 wird die das Durchgangsloch 6 und den gestanzten Teilbereich 11 aufweisende interne Elektrode 5 mit dem Bonding-Material 2c an die obere Oberfläche des Halbleiterelements 1 gebondet und wird der andere Endteilbereich des Stützbauteils 14 mit dem Bonding-Material 2e an die interne Elektrode 5 gebondet. Das Bonding-Material 2c und das Bonding-Material 2e sind ein pastenartiges Lötmetall oder ein plattenförmiges Lötmetall. Das Bonding-Material 2c und das Bonding-Material 2e weisen dasselbe Material wie das Bonding-Material 2a auf oder sind ein Lötmetall, das Sn enthält und eine Zusammensetzung aufweist, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als jenen des Bonding-Materials 2a hat. Wie in Schritt S301 wird das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt und wird das Bonding durch anschließendes Abkühlen abgeschlossen. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, obgleich nicht dargestellt, eine dedizierte Haltevorrichtung verwendet wird, um die Montageposition der internen Elektrode 5 zu fixieren.
  • Da das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt wird, wird Wärme nicht nur durch das Halbleiterelement 1, sondern auch durch das Bonding-Material 2b übertragen und kann die Temperatur der internen Elektrode 5 und des Bonding-Materials 2c auf eine gewünschte Temperatur erhöht werden. Folglich kann die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 leicht sichergestellt werden und kann ein vorteilhaftes Bonding erreicht werden.
  • In Schritt S303 wird das Haftmittel 9 auf den Umfangsrand der Wärmeabstrahllamelle 3c aufgetragen und wird das Gehäuse 8 an die Wärmeabstrahllamelle 3c gebondet. Ein Silikon enthaltendes Haftmittel 9 oder ein aus demselben Material wie das Versiegelungsharz 10 bestehendes Haftmittel 9 wird aufgetragen. Nach der Auftragung härtet ein Erwärmen der Haftmitteloberfläche das Haftmittel 9 aus und können die Wärmeabstrahllamelle 3c und das Gehäuse 8 mit einer Zwischenlage des Haftmittels 9 gebondet werden. Somit kann in dem unten beschriebenen Schritt zum Einspritzen und Füllen eines Versiegelungsharzs 10 und Versiegeln mit Harz das Versiegelungsharz 10 nicht nach außen austreten.
  • In Schritt S304 wird die externe Elektrode 7 mit dem Bonding-Material 2d an die interne Elektrode 5 gebondet. Wie in Schritt S301 wird das Bonding durch Wärmeleitung von der Wärmeabstrahllamelle 3c und heiße Luft im Reflow-Prozess erwärmt und wird das Bonding durch anschließendes Abkühlen abgeschlossen. Wärme wird nicht nur durch das Halbleiterelement 1, sondern auch durch das Bonding-Material 2b übertragen, und die Temperatur der internen Elektrode 5, der externen Elektrode 7 und des Bonding-Materials 2d kann auf eine gewünschte Temperatur erhöht werden, und ein vorteilhaftes Bonding kann erreicht werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass der Schritt zum Aushärten des Haftmittels 9, um in Schritt S303 zu bonden, in dem Erwärmungsschritt, um die externe Elektrode 7 mit dem Bonding-Material 2d an die interne Elektrode 5 zu bonden, zusammen und gleichzeitig durchgeführt werden kann. Folglich kann die externe Elektrode 7 mit dem Bonding-Material 2d an die interne Elektrode 5 gebondet werden und können die Wärmeabstrahllamelle 3c und das Gehäuse 8 gebondet werden. Daher kann die Anzahl an Erwärmungsschritten reduziert werden und kann die Produktivität verbessert werden.
  • In Schritt S305 werden das Halbleiterelement 1 und der Steuerungsanschluss 12 mittels Verdrahtung mit einem Metalldraht 13, der aus einem entweder AI oder Cu enthaltenden Material gebildet ist, verdrahtet und angeschlossen. Durch Anwenden von Ultraschallschwingungen auf den Metalldraht 13 während einer Druckbeaufschlagung mittels eines (nicht dargestellten Ultraschallwerkzeugs) wird der Metalldraht 13 mittels Ultraschall an das Halbleiterelement 1 und den Steuerungsanschluss 12 gebondet und mittels Verdrahtung angeschlossen.
  • In Schritt S306 wird zum Versiegeln mit Harz das Versiegelungsharz 10 auf der Oberseite der Isolierschicht 3b und der Schaltungsstruktur 3a, die vom Gehäuse 8 umgeben sind, eingespritzt und gefüllt, um das Halbleiterelement 1, die interne Elektrode 5 und die externe Elektrode 7 im Inneren des Gehäuses 8 mit dem Versiegelungsharz 10 zu versiegeln. Nach dem Versiegeln mit Harz wird das Versiegelungsharz 10 durch Erwärmen ausgehärtet. Da das Bonding-Material 2a, das Bonding-Material 2b, das Bonding-Material 2c, das Bonding-Material 2d, das Bonding-Material 2e und die Bonding-Stelle des Metalldrahts 13 durch Bedecken der Peripherie mit einem Versiegelungsharz fixiert sind, kann somit die Isoliereigenschaft sichergestellt werden und kann die Zuverlässigkeit verbessert werden.
  • In der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleiterelement 1 an die mit der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c integrierte Schaltungsstruktur 3a gebondet, ist das Gehäuse 8 an den Umfangsrand der Wärmeabstrahllamelle 3c so gebondet, dass es das Halbleiterelement 1, die Schaltungsstruktur 3a und die Isolierschicht 3b umgibt, und ist das Versiegelungsharz 10 in den von der Isolierschicht 3b, der Schaltungsstruktur 3a und dem Gehäuse 8 umgebenen Bereich so gefüllt, dass es die Peripherie des Halbleiterelements 1, der internen Elektrode 5 und der externen Elektrode 7 innerhalb des Gehäuses 8 bedeckt. Eine mit einer Zwischenlage eines Bonding-Materials 2d an die interne Elektrode 5 gebondete und mit dem Gehäuse 8 integral vergossene externe Elektrode 7 ist angeordnet.
  • Die interne Elektrode 5 weist eine flache Plattenform auf und ist mit einem Durchgangsloch 6 versehen. Ein Endteilbereich des Stützbauteils 14 ist mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2b an die Schaltungsstruktur 3a gebondet, und der andere Endteilbereich des Stützbauteils 14 ist mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2e an die interne Elektrode 5 gebondet, wodurch die interne Elektrode 5 an der Schaltungsstruktur 3a stabil abgestützt und fixiert ist. Somit stellen dieselben, an die oberen Oberflächen einer Vielzahl von Halbleiterelementen 1 gebondeten internen Elektroden 5 die Bonding-Dicke des Bonding-Materials 2c auf den oberen Oberflächen der jeweiligen Halbleiterelemente 1 sicher und erreichen ein vorteilhaftes Bonding. Außerdem können die thermische Spannung und die thermische Belastung des Bonding-Materials 2c, die in der Umgebung auftreten, in der die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100b verwendet wird, unterdrückt werden. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Bonding-Dicke sicherzustellen, ein qualitativ hochwertiges Bonding zu erreichen und die Zuverlässigkeit des Bonding-Materials zu verbessern.
  • In Bezug auf das wärmeerzeugende Halbleiterelement 1 kann außerdem ein Wärmeabstrahlpfad erweitert werden und kann zusätzlich zur Wärmeabstrahlung zur unteren Oberfläche des Halbleiterelements 1 Wärme in ausgewogener Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration über die interne Elektrode 5 und das Stützbauteil 14 von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 1 zu der Schaltungsstruktur 3a, der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a aufweist, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Somit ist es möglich, die Wärmeabstrahlung des Halbleiterelements 1, das Wärme erzeugt, zu verbessern.
  • Selbst in Bezug auf Wärme, die durch einen durch die interne Elektrode 5 fließenden großen Strom erzeugt wird, kann überdies der Wärmeabstrahlpfad ähnlich erweitert werden und kann Wärme in ausgewogener Art und Weise insgesamt ohne Wärmekonzentration über das Stützbauteil 14 und die Schaltungsstruktur 3a von der internen Elektrode 5 zu der Isolierschicht 3b und der Wärmeabstrahllamelle 3c effizient abgestrahlt werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Schaltungsstruktur 3a eine Schaltungsstruktur 3a aufweist, an der das Halbleiterelement 1 nicht montiert ist. Folglich ist es möglich, die Wärmeabstrahlung der internen Elektrode 5, die Wärme erzeugt, zu verbessern. Da verhindert wird, dass das Halbleiterelement 1 eine hohe Temperatur erreicht, kann daher ein stabiler Betrieb durchgeführt werden.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass, wie in 7 und 8 dargestellt ist, ein Paar Stützbauteile 14 an einen Teilbereich an einer Spitze und den Teilbereich an der anderen Spitze der internen Elektrode 5 mit einer Zwischenlage des Bonding-Materials 2e gebondet ist, aber die Stützbauteile 14 nicht auf ein Paar beschränkt sind und drei oder mehr Stützbauteile 14 an dieselbe interne Elektrode 5 gebondet und an die Schaltungsstruktur 3a gebondet werden können. Somit kann die interne Elektrode an der Schaltungsstruktur 3a 5 stabiler abgestützt und fixiert werden.
  • Es sollte besonders erwähnt, dass das Stützbauteil 14 nur eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen muss, die ermöglicht, dass die Temperatur des Bonding-Materials 2c, der internen Elektrode 5 und der externen Elektrode 7 durch einen Reflow-Prozess auf eine gewünschte Temperatur ansteigt, und ein Material mit einem reduzierten Elastizitätsmodus oder mit einer Federeigenschaft aufweisen kann.
  • Außerdem kann der Reflow-Prozess in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden, um eine Oxidation der Schaltungsstruktur 3a, der internen Elektrode 5 und der externen Elektrode 7 durch Erwärmen zu verhindern.
  • Dritte bevorzugte Ausführungsform
  • In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird die Leistungs-Halbleitervorrichtung 100a oder 100b gemäß den oben beschriebenen ersten bis zweiten bevorzugten Ausführungsformen für eine Leistungsumwandlungseinrichtung verwendet. Obgleich die vorliegende bevorzugte Ausführungsform nicht auf eine spezifische Leistungsumwandlungseinrichtung beschränkt ist, wird im Folgenden ein Fall, in dem die vorliegende Erfindung für einen Dreiphasen-Inverter verwendet wird, als eine dritte bevorzugte Ausführungsform beschrieben.
  • 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems veranschaulicht, für das die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform verwendet wird.
  • Das in 10 dargestellte Leistungsumwandlungssystem umfasst eine Stromversorgung 101, eine Leistungsumwandlungseinrichtung 200 und eine Last 300. Die Stromversorgung 101 ist eine DC-Stromversorgung und stellt der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 DC-Leistung bereit. Die Stromversorgung 101 kann verschiedene Komponenten enthalten, kann zum Beispiel ein DC-System, eine Solarzelle und eine Speicherbatterie enthalten und kann eine Gleichrichterschaltung oder einen AC/DC-Wandler aufweisen, der mit einem AC-System verbunden ist. Außerdem kann die Stromversorgung 101 einen DC/DC-Wandler aufweisen, um vom DC-System abgegebene DC-Leistung in eine vorbestimmte Leistung umzuwandeln.
  • Die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 ist ein zwischen die Stromversorgung 101 und die Last 300 geschalteter Dreiphasen-Inverter, wandelt von der Stromversorgung 101 bereitgestellte und eingespeiste DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt der Last 300 die AC-Leistung bereit. Wie in 10 dargestellt ist, enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 eine Hauptumwandlungsschaltung 201 zum Umwandeln von DC-Leistung in AC-Leistung, um die umgewandelte AC-Leistung abzugeben, eine Ansteuerungsschaltung 202 zum Abgeben eines Ansteuerungssignals, um jedes Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 anzusteuern, und eine Steuerungsschaltung 203, um an die Ansteuerungsschaltung 202 ein Steuerungssignal zum Steuern der Ansteuerungsschaltung 202 abzugeben.
  • Die Last 300 ist ein Dreiphasen-Elektromotor, der mittels einer von der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 bereitgestellten AC-Leistung angetrieben wird. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Last 300 nicht auf eine spezifische Anwendung beschränkt ist und ein an verschiedenen elektrischen Einrichtungen montierter Motor ist und als beispielsweise Hybridfahrzeug, Elektrofahrzeug, Schienenfahrzeug, Lift oder Motor für eine Klimaanlage verwendet wird.
  • Im Folgenden werden hierin Details der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält ein Schaltelement und eine Freilaufdiode (nicht dargestellt), und ein Schalten des Schaltelements wandelt die von der Stromversorgung 101 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um, um der Last 300 die AC-Leistung bereitzustellen. Es gibt verschiedene spezifische Schaltungskonfigurationen der Hauptumwandlungsschaltung 201, und die Hauptumwandlungsschaltung 201 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus und kann sechs Schaltelemente und sechs, zu den jeweiligen Schaltelementen antiparallele Freilaufdioden enthalten. Die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen ersten bis zweiten bevorzugten Ausführungsformen wird für jedes Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 verwendet. Es sollte besonders erwähnt werden, dass hier ein Fall beschrieben wird, in dem die Leistungs-Halbleitervorrichtung 101 a gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform genutzt wird. Sechs Schaltelemente sind zu je zwei Schaltelementen in Reihe geschaltet, um obere und untere Arme zu bilden, und die jeweiligen oberen und unteren Arme bilden je eine Phase (U-Phase, V-Phase und W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Die Ausgangsanschlüsse der jeweiligen oberen und unteren Arme, das heißt die drei Ausgangsanschlüsse der Hauptumwandlungsschaltung 201, sind dann mit der Last 300 verbunden.
  • Die Ansteuerungsschaltung 202 erzeugt Ansteuerungssignale zum Ansteuern der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 und stellt den Steuerungselektroden der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 die Ansteuerungssignale bereit. Konkret werden gemäß einem Steuerungssignal von einer Steuerungsschaltung 203, die unten beschrieben werden soll, ein Ansteuerungssignal, um das Schaltelement einzuschalten, und ein Ansteuerungssignal, um das Schaltelement auszuschalten, an die Steuerungselektroden der jeweiligen Schaltelemente abgegeben. Wenn das Schaltelement im EIN-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuerungssignal ein Spannungssignal, das nicht geringer als die Schwellenspannung des Schaltelements ist (EIN-Signal), und, wenn das Schaltelement im AUS-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuerungssignal ein Spannungssignal, das nicht größer als die Schwellenspannung des Schaltelements ist (AUS-Signal).
  • Die Steuerungsschaltung 203 steuert die Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 so, dass der Last 300 eine gewünschte Leistung bereitgestellt wird. Konkret wird basierend auf der der Last 300 bereitzustellenden Leistung die Zeit berechnet, zu der jedes Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 eingeschaltet sein soll (EIN-Zeit). Beispielsweise kann die Hauptumwandlungsschaltung 201 durch eine PWM-Steuerung zum Modulieren der EIN-Zeit des Schaltelements gemäß der abzugebenden Spannung gesteuert werden. Danach wird eine Steuerungsanweisung (ein Steuerungssignal) an die Ansteuerungsschaltung 202 abgegeben, sodass zu jedem Zeitpunkt das EIN-Signal an das einzuschaltende Schaltelement abgegeben wird und das AUS-Signal an das auszuschaltende Schaltelement abgegeben wird. Die Ansteuerungsschaltung 202 gibt das EIN-Signal oder das AUS-Signal als Ansteuerungssignal an die Steuerungselektrode jedes Schaltelements gemäß dem Steuerungssignal ab.
  • In der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform kann, da die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform als Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 verwendet wird, die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit verbessert werden.
  • Obgleich in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 mit zwei Niveaus beschrieben wurde, ist die vorliegende bevorzugte Ausführungsform nicht auf diese beschränkt und kann für verschiedene andere Leistungsumwandlungseinrichtungen verwendet werden. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird eine Leistungsumwandlungseinrichtung 200 mit zwei Niveaus genutzt; jedoch kann eine Leistungsumwandlungseinrichtung mit drei Niveaus oder mehr Niveaus genutzt werden, und, wenn einer einphasigen Last Leistung bereitgestellt wird, können die vorliegenden ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen für einen Einphasen-Inverter verwendet werden. Wenn einer DC-Last oder dergleichen Leistung bereitgestellt wird, können außerdem die vorliegenden ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen ebenfalls für einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler verwendet werden.
  • Darüber hinaus ist die Leistungsumwandlungseinrichtung 200, für die die vorliegenden ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen verwendet werden, nicht auf den Fall beschränkt, in dem die oben beschriebene Last ein Motor ist, und kann auch als Stromversorgungsvorrichtung für beispielsweise eine Elektroerodiermaschine, eine Lasermaschine, eine Kocheinrichtung mit Induktionsheizung oder ein berührungsfreies Stromversorgungssystem genutzt werden und kann überdies auch als Leistungskonditionierer eines Systems zur Erzeugung von Solarenergie, eines Speichersystems oder dergleichen genutzt werden.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass jede bevorzugte Ausführungsform frei kombiniert werden kann und jede bevorzugte Ausführungsform geeignet modifiziert oder weggelassen werden kann.
  • Während die Offenbarung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können.
  • 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 2019125678 [0002, 0032]

Claims (11)

  1. Leistungs-Halbleitervorrichtung, aufweisend: ein Halbleiterelement (1); eine Schaltungsstruktur (3a), die mit dem Halbleiterelement (1) montiert ist; eine Isolierschicht (3b), die mit der Schaltungsstruktur (3a) montiert ist; eine Wärmeabstrahllamelle (3c), die mit der Isolierschicht (3b) montiert ist; ein Gehäuse (8), das an einen Umfangsrand der Wärmeabstrahllamelle (3c) gebondet ist und das Halbleiterelement (1), die Schaltungsstruktur (3a) und die Isolierschicht (3b) umgibt; ein Versiegelungsharz (10), das einen Bereich versiegelt, der von der Isolierschicht (3b), der Schaltungsstruktur (3a) und dem Gehäuse (8) umgeben ist; eine interne Elektrode (4), die an das Halbleiterelement (1) und die Schaltungsstruktur (3a) gebondet ist, einen flachen plattenförmigen Teilbereich (4a) aufweist und ein Paar Stützteilbereiche (4b) aufweist; und eine externe Elektrode (7), die an die interne Elektrode (4) gebondet und mit dem Gehäuse (8) einteilig vergossen ist.
  2. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die interne Elektrode (4) an zumindest ein Halbleiterelement (1) gebondet ist.
  3. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der Stützteilbereiche (4b) an die Schaltungsstruktur (3a) gebondet ist, die nicht mit dem Halbleiterelement (1) montiert ist.
  4. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stützteilbereich (4b) aus einem Bauteil besteht, das mit einem Bauteil der internen Elektrode (4) identisch ist, und ein Paar gebogene Teilbereiche an den Spitzen aufweist.
  5. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stützteilbereich (4b) aus Metall gebildet ist und ein Endteilbereich des Stützteilbereichs (4b) an die Schaltungsstruktur (3a) gebondet ist und ein anderer Endteilbereich des Stützteilbereichs (4b) an die interne Elektrode (4) gebondet ist, sodass das Halbleiterelement (1) und der flache plattenförmige Teilbereich (4a) der internen Elektrode (4) parallel angeordnet sind.
  6. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der flache plattenförmige Teilbereich (4a) der internen Elektrode (4) mit einem Durchgangsloch (6) und einem gestanzten Teilbereich (11) um das Durchgangsloch (6) versehen ist und das Durchgangsloch (6), der gestanzte Teilbereich (11) und das Halbleiterelement (1) gebondet sind.
  7. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Bonding des Durchgangslochs (6), des gestanzten Teilbereichs (11) und des Halbleiterelements (1) auch an eine dem Halbleiterelement (1) entgegengesetzte Oberfläche des gestanzten Teilbereichs (11) gebondet ist und in einer vorstehenden Form bedeckt.
  8. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei jedes Bonding zwischen dem Halbleiterelement (1) und der Schaltungsstruktur (3a), Bonding zwischen dem Stützteilbereich (4b) und der Schaltungsstruktur (3a), Bonding zwischen dem Durchgangsloch (6), dem gestanzten Teilbereich (11) und dem Halbleiterelement (1) und Bonding zwischen der internen Elektrode (4) und der externen Elektrode (7) mit entweder einem Sn enthaltenden Lötmetall oder einem aus feinen Metallteilchen gebildeten gesinterten Material durchgeführt wird.
  9. Leistungsumwandlungseinrichtung, aufweisend: eine Hauptumwandlungsschaltung (201), die die Leistungs-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei die Hauptumwandlungsschaltung (201) dafür konfiguriert ist, einzuspeisende Leistung umzuwandeln, um die umgewandelte Leistung abzugeben; eine Ansteuerungsschaltung (202), die dafür konfiguriert ist, an die Leistungs-Halbleitervorrichtung ein Ansteuerungssignal zum Ansteuern der Leistungs-Halbleitervorrichtung abzugeben; und eine Steuerungsschaltung (203), die dafür konfiguriert ist, an die Ansteuerungsschaltung (202) ein Steuerungssignal zum Steuern der Ansteuerungsschaltung (202) abzugeben.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bonden eines Halbleiterelements (1) an eine Schaltungsstruktur (3a), die mit einer Zwischenlage einer Isolierschicht (3b) auf einer Wärmeabstrahllamelle (3c) montiert ist; Bonden des Halbleiterelements (1) an eine interne Elektrode (4) und Bonden eines Stützteilbereichs (4b) der internen Elektrode (4) an die Schaltungsstruktur (3a); Bonden der Wärmeabstrahllamelle (3c) an ein Gehäuse (8); Bonden der internen Elektrode (4) an eine mit dem Gehäuse (8) einteilig vergossene externe Elektrode (7); Draht-Bonden und Verbinden mittels Verdrahtung des Halbleiterelements (1) mit einem Steuerungsanschluss (12), der mit dem Gehäuse (8) einteilig vergossen ist, mit einem Metalldraht (13); und Versiegeln, mit einem Harz, eines Bereichs, der von der Isolierschicht (3b), der Schaltungsstruktur (3a) und dem Gehäuse (8) umgeben ist.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bonden eines Halbleiterelements (1) an eine Schaltungsstruktur (3a), die mit einer Zwischenlage einer Isolierschicht (3b) auf einer Wärmeabstrahllamelle (3c) montiert ist, und Bonden eines Stützbauteils (14) an die Schaltungsstruktur (3a); Bonden des Halbleiterelements (1) an eine interne Elektrode (4) und Bonden des Stützbauteils (14) an die interne Elektrode (4); Bonden der Wärmeabstrahllamelle (3c) an ein Gehäuse (8); Bonden der internen Elektrode (4) an eine mit dem Gehäuse (8) einteilig vergossene externe Elektrode (7); Draht-Bonden und Verbinden mittels Verdrahtung des Halbleiterelements (1) mit einem Steuerungsanschluss (12), der mit dem Gehäuse (8) einteilig vergossen ist, mit einem Metalldraht (13); und Versiegeln, mit einem Harz, eines Bereichs, der von der Isolierschicht (3b), der Schaltungsstruktur (3a) und dem Gehäuse (8) umgeben ist.
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