DE10221891B4 - Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitervorrichtung, die folgendes aufweist:
– ein Strahlungssubstrat (25);
– Halbleiterelemente (1, 2), die auf dem Strahlungssubstrat (25) angeordnet sind;
– eine Vielzahl von Hauptelektrodenplatten (8; 8B); und
– ein Harzgehäuse (23; 23B), indessen Harzmaterial das Strahlungssubstrat (25), die Halbleiterelemente (1, 2) und die mehreren Hauptelektrodenplatten (8; 8B) vollständig eingebettet sind, und wobei die Abmessungen des Strahlungssubstrates und die des Harzgehäuses in der gleichen GrößenOrdnung ausgebildet sind,
wobei
– eine erste Hauptelektrodenplatte (81; 81B) der Vielzahl der Hauptelektrodenplatten (8; 8B), die ein mit einer Hauptelektrode der Halbleiterelemente (1, 2) elektrisch verbundenes erstes Ende und ein anderes an einer Außenseite einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23; 23B) derart freiliegendes zweites Ende aufweist, dass eine Hauptfläche des anderen Endes parallel entlang einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23; 23B) verläuft, und
– eine zweite Hauptelektrode (82, 82B) der Vielzahl der Hauptelektrodenplatten (8; 8B), die ein mit dem...

Description

  • Die vorliegende erste und zweite Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 17 bezieht sich jeweils auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, die hohen Spannungen standhalten kann.
  • 29 zeigt eine Schnittansicht der Konstruktion einer Halbleitervorrichtung M70 als ein Beispiel für eine herkömmliche Halbleitervorrichtung, wie sie sehr ähnlich aus der US 5 920 119 bekannt ist. Wie in 29 gezeigt, ist bei der Halbleitervorrichtung M70 zum Beispiel ein isolierendes Substrat 102 auf einer Basisplatte 104 angebracht, die aus sauerstofffreiem Kupfer gebildet ist, und ein Halbleiterelemente 101, bei dem es sich um ein Schaltelement handelt, ist auf diesem isolierenden Substrat 102 angebracht.
  • Auf dem isolierenden Substrat 102 ist ein vorbestimmtes Leitermuster auf der einen Hauptfläche des isolierenden Substrats vorgesehen, und auf diesem Leitermuster ist ein Halbleiterelement oder dergleichen vorgesehen. Ferner ist auf der anderen Hauptfläche eine Leiterschicht vorgesehen, um dadurch eine Konstruktion zu bilden, die sich durch Löten oder dergleichen haftend mit einer Leiterplatte oder dergleichen verbinden lässt.
  • Ein Harzgehäuse 105, das zum Beispiel aus PPS (Polyphenylensulfid) gebildet ist, ist die peripheren Bereiche der Basisplatte 104 umschließend vorgesehen.
  • Das Harzgehäuse 105 ist mit einer Elektrodenplatte DE versehen, die aus einer äußeren Anschlußelektrodenplatte 108, einem Verbindungsleiter 106 und einer inneren Anschlußelektrode 107 in teilweise versenkter Weise ausgebildet ist. Die innere Anschlußelektrode 107 ist mit dem Halbleiterelement 101 oder mit dem Leitermuster des isolierenden Substrats 102 durch einen Aluminiumdraht 109 mit einem Durchmesser von 200 μm bis 300 μm elektrisch verbunden.
  • Der durch die Basisplatte 104 und das Harzgehäuse 105 gebildete Innenraum wird dann zum Beispiel mit Silikongel 110 gefüllt, um die Isolierung sicherzustellen, und eine Abdeckung 111 wird über der Öffnung des Harzgehäuses 105 vorgesehen, um das Silikongel 110 gegenüber der Außenluft bzw. Außenumgebung einzuschließen.
  • Ferner liegt ein Teil der Hauptfläche der äußeren Anschlußelektrodenplatte 108 auf der Hauptfläche des Harzgehäuses 105 frei, und in diesem Bereich ist eine Durchgangsöffnung für die Verbindung mit einem externen Leiter (nicht gezeigt) vorgesehen, während eine Mutter 102 an der dieser Durchgangsöffnung entsprechenden Stelle in dem Harzgehäuse 105 versenkt angeordnet ist.
  • Somit können die äußere Anschlußelektrodenplatte 108 und der externe Leiter unter Verwendung eines Bolzens bzw. einer Schraube (nicht gezeigt) miteinander verbunden werden, so dass der Kontaktwiderstand durch Festziehen der Schraube niedrig gehalten werden kann.
  • Bei Verwendung dieser Konfiguration der Halbleitervorrichtung M70, bei der das Halbleiterelement 101 in dem Harzgehäuse 105 enthalten ist, wird der Herstellungsprozeß somit kompliziert, die Abmessungen der äußeren Konfiguration werden groß, und eine Miniaturisierung oder Kostenreduzierung sind nur begrenzt möglich.
  • Ferner zeigt 30 eine Schnittansicht der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung M80 als ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung.
  • Wie in 30 gezeigt, ist bei der Halbleitervorrichtung M80 ein Halbleiterelement 201, bei dem es sich um ein Schaltelement handelt, auf einem Rahmen 213 angebracht, der beispielsweise aus einer Kupferlegierung gebildet ist, und das Halbleiterelement 201 ist durch einen Aluminiumdraht 209 mit der Anschlußleitung 207 elektrisch verbunden.
  • Das Halbleiterelement 201, die Anschlußleitung 207 und der Rahmen 213 werden unter Verwendung eines Preßspritzvorgangs in ein Formharz 214 derart eingeschlossen, dass sie in integrierter Weise miteinander ausgebildet sind. Danach ragen ein Teil der Anschlußleitung 207 sowie ein Teil einer Anschlußleitung 215, die sich von dem Rahmen 213 wegerstreckt, aus dem Formharz 214 heraus nach außen, um zum Beispiel mit einer gedruckten Schaltungsplatte verlötet zu werden, die Durchgangsöffnungen aufweist.
  • Bei der Halbleitervorrichtung M80 ist das Halbleiterelement 201 zwar durch einen Preßspritzvorgang in ein Harzmaterial eingekapselt, so daß die Anzahl der Teile niedrig ist und die Kosten niedrig gehalten werden können, jedoch wird die von dem Halbleiterelement 201 während seines Betriebs abgegebene Wärme durch das Formharz 214 abgestrahlt, dessen Wärmeleitfähigkeit mehrere WmEK bei einem hohen Wärmewiderstand beträgt, so dass sich ein Problem hinsichtlich der Wärmeabstrahlung ergibt.
  • Außerdem ist die Anschlußleitung 207 dünn, und die Querschnittsfläche der Leitung 207 sowie die Querschnittsfläche des Schaltungsmusters auf der gedruckten Schaltungsplatte, mit der die Anschlußleitung 207 verbunden ist, können das Fließen eines hohen Stromes nicht in ausreichender Weise sicherstellen. Somit ist der Verlust aufgrund des elektrischen Widerstands nicht zu ignorieren, und es besteht ein Problem dahingehend, dass die Anschlußleitung für eine Halbleitervorrichtung für einen starken Strom nicht geeignet ist.
  • Ferner zeigt 31 eine Schnittansicht der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung M90 als ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung.
  • Wie in 31 gezeigt, ist bei der Halbleitervorrichtung M90 ein Halbleiterelement 301, bei dem es sich um ein Schaltelement handelt, auf einem isolierenden Substrat 302 angebracht, und das Halbleiterelement 301 ist durch einen Aluminiumdraht 309 mit einer Anschlußleitung 315 elektrisch verbunden. Das isolierende Substrat 302, das Halbleiterelement 301 und die Anschlußleitung 315 werden dann durch Preßspritzen in ein Formharz 314 eingekapselt, so dass sie in integrierter Weise miteinander ausgebildet sind.
  • Eine Hauptfläche des isolierenden Substrats 302, die derjenigen Hauptfläche gegenüber liegt, auf dem das Halbleiterelement 301 angebracht ist, liegt von dem Formharz 314 frei und ist mit einem Metallsubstrat 304 verlötet. Ferner ist auch ein Steuerschaltungssubstrat 317 oder ein Relaissubstrat 318 auf dem Metallsubstrat 304 vorgesehen.
  • Bei dem Steuerschaltungssubstrat 317 handelt es sich um ein Substrat, auf dem eine Steuerschaltung oder dergleichen zum Steuern des Betriebs des Halbleiterelements 301 vorgesehen ist, und bei dem Relaissubstrat 318 handelt es sich um ein Substrat, auf dem ein Relaispunkt der Anschlußleitung 315 vorgesehen ist.
  • Die sich aus dem Formharz 314 heraus erstreckenden Anschlußleitungen 315 sind mit dem Relaissubstrat 318 sowie mit einer auf dem Steuerschaltungssubstrat 317 vorgesehenen Leiterschicht 319 verbunden, und die mit dem Relaissubstrat 318 verbundene Anschlußleitung 315 ist über eine leitfähige Schicht 319 mit der äußeren Anschlußelektrodenplatte 316 verbunden, während die mit dem Steuerschaltungssubstrat 317 verbundene Anschlußleitung 315 über die leitfähige Schicht 319 mit einem Steueranschluß 320 verbunden ist.
  • Bei der Halbleitervorrichtung M90 befindet sich somit das isolierende Substrat 302, auf dem das Halbleiterelement 301 angebracht ist, in Kontakt mit dem Metallsubstrat 304, so dass die Halbleitervorrichtung M90 hinsichtlich der Abstrahlung von Wärme der Halbleitervorrichtung M80 somit überlegen ist. Das Steuerschaltungssubstrat 317 und das Relaissubstrat 318 sind jedoch separat auf dem Metallsubstrat 304 vorgesehen, und somit ergibt sich eine schlechte Auslegungseffizienz, und ferner besteht das Problem, dass eine Miniaturisierung schwierig ist.
  • Ferner wird die Fläche der Schleifenschaltung, die ausgehend von der äußeren Anschlußelektrodenplatte 316 über das Relaissubstrat 318, die Anschlußleitung 315, eine der Hauptelektroden des Halbleiterelements 301, die andere Hauptelektrode, das Relaissubstrat 318 und die Anschlußleitung 315 wieder zurück zu der äußeren Anschlußelektrodenplatte 316 gebildet ist, groß, so dass sie eine hohe Induktivität aufweist, wobei dieser Faktor dazu führt, dass hohe Stoßspannungen auftreten.
  • Das Änderungsverhältnis des Stroms wird somit in dem Fall hoch, in dem das Halbleiterelement 301 in schaltender Weise betrieben wird, und somit muß ein Element bereitgestellt werden, das hohen Spannungen standhält, wobei dies zu einer Steigerung der Kosten führt.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, dass es bei den herkömmlichen Halbleitervorrichtungen schwierig ist, sowohl die Erfordernisse hinsichtlich der Abstrahlung von Wärme als auch die Erfordernisse hinsichtlich einer Miniaturisierung in zufriedenstellender Weise zu erfüllen.
  • Die Aufgaben der vorliegenden Erfindungen bestehen in der Lösung der eingangs geschilderten Probleme sowie in der Angabe jeweils einer Leistungshalbleitervorrichtung, die sowohl die Erfordernisse hinsichtlich der Wärmeabstrahlung als auch hinsichtlich der Miniaturisierung erfüllt, während sie gleichzeitig ein Halbleiterelement für große Ströme aufweist.
  • Die gestellten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 17 gelöst. Weiterbildungen befinden sich in den Unteransprüchen.
  • Bei einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 der vorliegenden ersten Erfindung liegt das andere Ende einer jeden der mehreren Hauptelektrodenplatten zur Außenseite der oberen Oberfläche des Harzgehäuses frei, und es ist das Harzgehäuse in integraler Weise durch einen Formvorgang gebildet, so dass die Komponenten somit in effektiver Weise angeordnet werden können und die Abmessungen der äußeren Konfiguration des Strahlungssubstrats in etwa genau so groß wie die Abmessungen der äußeren Konfiguration des Harzgehäuses gemacht werden können, so dass eine Miniaturisierung unter Aufrechterhaltung der Abstrahlungseffizienz möglich wird.
  • Da ferner die mehreren Hauptelektrodenplatten derart vorgesehen sind, dass sie an der oberen Oberfläche des Harzgehäuses freiliegen und sich somit die Fläche der aus den mehreren Hauptelektrodenplatten gebildeten Ringschaltung sowie ein elektrischer Weg, der diese Elektroden elektrisch verbindet, klein ausbilden lassen, läßt sich die Induktivität der Ringschaltung klein halten.
  • Da bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung das Harzgehäuse kastenförmig ausgebildet ist und nur die Hauptfläche des anderen Endes von jeder der mehreren Hauptelektrodenplatten auf der oberen Oberfläche des Harzgehäuses freiliegt, weist das Gehäuse somit eine einfache Formgebung auf, die in ihrer Konstruktion physisch stabil ist.
  • Da bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung die Position, an der die Hauptfläche des anderen Endes jeder der mehreren Hauptelektrodenplatten freiliegt, eine Position ist, die in einer Distanz von einem Rand auf der oberen Oberfläche des Harzgehäuses angeordnet ist, läßt sich bei Anbringung des Harzgehäuses an einem Kühlkörper die Distanz für eine Isolierung von dem Kühlkörper zu den Hauptelektrodenplatten in einfacher Weise sicherstellen, so dass sich eine Halbleitervorrichtung schaffen läßt, die hohen Spannungen standhalten kann, obwohl die Dicke ihres Harzgehäuses gering ist.
  • Da bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung das Harzgehäuse einen kastenförmigen Körperbereich sowie eine Vielzahl von vorspringenden Elektrodenbereichen aufweist, die jeweils von der oberen Oberfläche des Körperbereichs wegragen, kann bei Anbringung des Harzgehäuses an einem Kühlkörper die Isolierungsdistanz von dem Kühlkörper zu den Hauptelektrodenplatten in einfacherer Weise sichergestellt werden, so dass eine Halbleitervorrichtung geschaffen werden kann, die selbst bei geringer Dicke ihres Körperbereichs einer hohen Spannung standhalten kann.
  • Aufgrund des Vorhandenseins der vorspringenden Elektrodenbereiche läßt sich die Dicke des Körperbereichs, in dem das Strahlungssubstrat eingebettet angeordnet ist, ferner auf ein Minimum setzen, so daß selbst bei Auftreten einer Temperaturänderung aufgrund der Wärmeabgabe zum Zeitpunkt der Verwendung der Vorrichtung das Auftreten eines Verziehens bzw. Verwerfens über das gesamte Harzgehäuse verhindert werden kann und eine Reduzierung der Effizienz der Wärmeabstrahlung von der Halbleitervorrichtung zu dem Kühlkörper ebenfalls verhindert werden kann, so daß ein Ansteigen der Temperatur der Halbleitervorrichtung auf den zulässigen Grenzwert oder einen noch höheren Wert verhindert werden kann.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung sind die mehreren vorspringenden Elektrodenbereiche derart ausgebildet, dass die Grenzbereiche gegenüber dem Körperbereich gekrümmte Oberflächen aufweisen, so dass zum Beispiel bei Befestigung einer Hauptelektrodenplatte und eines externen Leiters unter Verwendung einer Schraube in einem vorspringenden Elektrodenbereich selbst bei Festziehen der Schraube mit einem hohen Drehmoment die in diesem Grenzbereich zwischen dem Körperbereich und dem vorspringenden Elektrodenbereich hervorgerufene Spannung gering wird, so dass der vorspringende Elektrodenbereich dem Quetschdruck der Schraube standhalten kann, selbst wenn der vorspringende Elektrodenbereich kleine Abmessun gen aufweist, so dass sich eine Miniaturisierung der Halbleitervorrichtung erzielen läßt.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung weisen die mehreren vorspringenden Elektrodenbereiche in ihrem Inneren Hohlräume auf, so dass es möglich wird, Muttern in den Hohlräumen derart vorzusehen, daß eine Hauptelektrodenplatte und ein externer Leiter unter Verwendung einer Schraube aneinander befestigt werden, so dass hierdurch der externe Leiter und die Hauptelektrodenplatte mit einem geringen Kontaktwiderstand miteinander verbunden werden können.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung weist das andere Ende jeder der mehreren Hauptelektrodenplatten eine Durchgangsöffnung auf, und die Durchgangsöffnung besitzt ein Innengewinde an ihrer Innenfläche, so dass bei Befestigung einer Hauptelektrodenplatte und eines externen Leiters unter Verwendung einer Schraube keine Notwendigkeit besteht, eine Mutter bereitzustellen, so dass sich die einfache Montierbarkeit verbessern läßt.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung wird die Durchgangsöffnung mittels eines gratbildenden Verfahrens erzeugt, wobei das Gewinde in einem gratbildenden Bereich vorgesehen wird, so dass sich das Gewinde selbst dann bilden läßt, wenn die Dicke der Hauptelektrodenplatte gering ist.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem achten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung sind in den mehreren vorspringenden Elektrodenbereichen Muttern eingebettet angeordnet, so dass das Gewinde einer jeden Mutter mit der Durchgangsöffnung der jeweiligen Hauptelektrodenplatte in Verbindung steht, so dass bei Befestigung einer Hauptelektrodenplatte und eines externen Leiters aneinander unter Verwendung einer Schraube keine Notwendigkeit besteht, eine Mutter bereitzustellen, so dass sich die Montage vereinfacht.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung weist die Halbleitervorrichtung eine Steuerschaltung auf, die auf dem Strahlungssubstrat vorgesehen ist und die eine Treibersteuerung der Halbleiterelemente ausführt, und somit ist die Steuerschaltung in der Nähe der Halbleiterelemente vorgesehen, so dass sich die Fläche eines zwischen der Steuerschaltung und den Halbleiterelementen gebildeten Steuerkreises im Vergleich zu dem Fall klein ausbilden läßt, in dem die Steuerschaltung außerhalb der Halbleitervorrichtung vorgesehen ist, wobei selbst im Fall eines Auftretens eines hohen Maßes an elektromagnetischem Rauschen, beispielsweise bei einem Schaltelement für starken Strom, das Auftreten einer Spannungsschwankung in dem Steuersignal verhindert werden kann.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung ist die Steuerschaltung mit einem Harz überdeckt, dessen Viskosität geringer ist als die des Formharzes des Harzgehäuses, und somit kann selbst eine Steuerschaltung in dem Zustand eines Halbleiterchips, der nicht gekapselt ist, vor dem Druck des Formharzes zum Zeitpunkt der Bildung des Harzgehäuses geschützt werden.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem elften Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung liegt die Bodenfläche des Strahlungssubstrats von der Bodenfläche des Harzgehäuses frei, und es ist eine Isolierschicht derart vorgesehen, daß sie zumindest die Bodenfläche des Strahlungssubstrats vollständig bedeckt, so dass keine Lücken in dem Formharz auftreten, wie dies möglicherweise bei einer Konstruktion auftreten kann, bei der das Strahlungssubstrat in das Harzgehäuse versenkt ist, so dass sich die Produktivität steigern läßt.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zwölften Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung ist die Isolierschicht aus einem Isoliermaterial in Flächenkörperform gebildet, das an der Bodenfläche des Harzgehäuses angebracht ist, und somit ist die Ausbildung der Isolierschicht einfach und ihre Dicke läßt sich gleichmäßig machen.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem dreizehnten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung weist die Bodenfläche des Harzgehäuses einen Stufenbereich auf, der vertieft ausgebildet ist und dem freiliegenden Bereich der Bodenfläche des Strahlungssubstrats entspricht, wobei die Tiefe des Stufenbereichs geringer ist als die Dicke der Isolierschicht; zum Zeitpunkt der Befestigung der Halbleitervorrichtung an einem Kühlkörper beispielsweise unter Verwendung einer Schraube oder dergleichen bis das Harzgehäuse um den Stufenbereich herum vollständig mit dem Kühlkörper in Berührung ist, wird somit die Isolierschicht zusammengedrückt, so dass ihre Dicke gleich der Tiefe des Stufenbereichs wird.
  • Somit wird die Tiefe des Stufenbereichs auf einen Wert gesetzt, der gleich der Mindestdicke der Isolierschicht zum Sicherstellen der Isolierung ist, wobei die Schraube festgezogen wird, bis das Harzgehäuse vollständig mit dem Kühlkörper in Kontakt steht und somit verhindert werden kann, dass die Isolierschicht aufgrund von Ungleichmäßigkeiten bei der Befestigung dünner als die Mindestdicke wird, wobei es ferner überflüssig wird, einen zusätzlichen Spielraum für die Dicke der Isolierschicht vorzusehen, so dass sich die Wärmeabstrahlung erhöhen läßt.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem vierzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung weist die Bodenfläche des Harzgehäuses eine Vielzahl von vorspringenden Teilen auf, die den freiliegenden Bereich der Bodenfläche des Strahlungssubstrats umgebend vorgesehen sind, wobei die Höhe der vorspringenden Teile geringer ist als die Dicke der Isolierschicht, so daß zum Beispiel bei der Befestigung der Halbleitervorrichtung an einem Kühlkörper diese unter Verwendung einer Schraube oder dergleichen befestigt werden, bis die vorspringenden Teile den Kühlkörper vollständig berühren, so dass die Isolierschicht zusammengedrückt wird, so dass ihre Dicke entsprechend der Höhe der vorspringenden Teile ausgebildet wird, und folglich läßt sich verhindern, daß die Isolierschicht aufgrund von Ungleichmäßigkeiten bei der Befestigung dünner wird als die Mindestdicke, wobei es außerdem überflüssig wird, einen Spielraum hinsichtlich der Dicke der Isolierschicht über ein erforderliches Maß hinaus vorzusehen, so dass sich die Wärmeabstrahlung steigern läßt.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einem fünfzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden ersten Erfindung weist die Halbleitervorrichtung ferner eine Strahlungsplatte bzw. Abstrahlplatte auf, die in engem Kontakt mit der Isolierschicht steht und deren Fläche größer ist als die der Isolierschicht, so dass zum Beispiel bei der Befestigung der Halbleitervorrichtung an einem Kühlkörper die Kontaktfläche mit dem Kühlkörper zunimmt und die Abstrahlung erhöht werden kann.
  • Bei eine Zeitungshalbleitervorrichtung gemäß einer vorliegenden zweiten Erfindung kann durch eine kleine Ausbildung der Abstände zwischen den mehreren Strahlungssubstraten die Fläche der Halbleitervorrichtung im Vergleich zu dem Fall klein gehalten werden, in dem eine Vielzahl voneinander unabhängiger Halbleitervorrichtungen miteinander kombiniert sind, so dass eine Miniaturisierung, Gewichtsverminderung sowie Kostenreduzierung erzielt werden können.
  • Dabei läßt sich die Fläche einer Ringschaltung, die aus einem Hauptstromweg eines Halbleiterelements ausgehend von einer Hauptelektrodenplatte und unter Erreichung einer anderen Hauptelektrodenplatte über das Halbleiterelement und ein Strahlungssubstrat hinweg sowie aus einem Hauptstromweg hinsichtlich des auf der benachbarten Strahlungsplatte vorgesehenen Halbleiterelements gebildet ist, klein ausbilden, so dass sich die Induktivität der Ringschaltung niedrig machen läßt. Folglich wird der Energieverlust bei den Halbleiterelementen vermindert, so dass die bei der Halbleitervorrichtung abgegebene Wärmemenge niedrig gehalten werden kann.
  • Die Erfindungen und Weiterbildungen der Erfindungen werden im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Figuren zeigen:
  • 1 eine Perspektivansicht zur Erläuterung der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 2 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 3 ein Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung, die mit dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung zu erzielen ist;
  • 5 eine Perspektivansicht zur Erläuterung einer Verwendungsform der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 6 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 7 eine Perspektivansicht zur Erläuterung der Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 8 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 9 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Herstellungsvorgangs der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 10 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels 1 der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 11 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels 2 der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsvorgangs des modifizierten Beispiels 2 der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 13 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsvorgangs des modifizierten Beispiels 2 der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 14 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsvorgangs des modifizierten Beispiels 2 der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 15 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels 3 der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 16 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Herstellungsvorgangs des modifizierten Beispiels 3 der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 17 eine Perspektivansicht zur Erläuterung der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden zweiten Erfindung;
  • 18 ein Ersatzschaltbild der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden zweiten Erfindung;
  • 19 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Herstellungsvorgangs der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden zweiten Erfindung;
  • 20 eine Perspektivansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden zweiten Erfindung;
  • 21 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 22 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 23 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels 1 der Halbleitervorrichtung gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 24 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels 2 der Halbleitervorrichtung gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 25 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 26 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels 1 der Halbleitervorrichtung gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 27 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration eines modifizierten Beispiels 2 der Halbleitervorrichtung gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung;
  • 28 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Konfiguration des modifizierten Beispiels 1 der Halbleitervorrichtung gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung auf einer Abstrahlplatte; und
  • 29 bis 31 Schnittansichten zur Erläuterung der Konfiguration von Halbleitervorrichtungen des Standes der Technik.
  • Im Folgenden werden bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindungen unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben.
  • A. Erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ersten Erfindung
  • A-1. Vorrichtungskonfiguration
  • 1 zeigt eine Perspektivansicht der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung M100 als erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden ersten Erfindung. In 1 ist dabei ein Bereich des Harzgehäuses 23 bzw. der Harzkapselung aus Gründen der Veranschaulichung weggelassen, um die innere Konfiguration deutlich zu zeigen.
  • Wie in 1 zu sehen ist, besitzt die Halbleitervorrichtung M100 ein IGBT-Element 1 (Bipolar-Transistorelement mit isoliertem Gate), sowie ein Diodenelement 2, die auf der Hauptfläche eines Wärmeverteilers 25 (Strahlungssubstrat) in länglicher Form vorgesehen sind, der aus einem Metall mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit gebildet ist, wobei die Gesamtkonstruktion der Halbleitervorrichtung M100 in das Harzgehäuse 23 eingebettet ist.
  • Auf der Hauptfläche des Wärmeverteilers 25 ist ein Relaisanschlußblock 20 außerhalb von dem IGBT-Element 1 vorgesehen, und der Relaisanschlußblock 20, das IGBT-Element 1 und das Diodenelement 2 sind miteinander ausgefluchtet. Anschließend werden äußere Anschlußelektrodenplatten 81 und 82 beidseits dieser ausgefluchteten Anordnung vorgesehen. Die äußeren Anschlußelektrodenplatten 81 und 82 werden im Folgenden auch insgesamt allgemein mit dem Begriff "äußere Anschlußelektrodenplatte 8" (Hauptelektrodenplatte) bezeichnet.
  • Eine Vielzahl von Aluminiumdrähten WR stellt die elektrischen Verbindungen zwischen dem IGBT-Element 1 und dem Diodenelement 2, zwischen dem IGBT-Element 1 und dem Relaisanschlußblock 20 sowie auch zwischen dem Diodenelement 2 und der äußeren Anschlußelektrodenplatte 82 her. Die Hauptelektrode liegt hierbei an den jeweiligen unteren Hauptflächen des IGBT-Elements 1 und des Diodenelements 2 frei, so dass sie mit dem Wärmeverteiler 25 verlötet werden kann.
  • Der Relaisanschlußblock 20 ist mit einer Relaisanschlußplattengruppe 21, mit der eine Vielzahl von mit dem IGBT-Element 1 elektrisch verbundenen Aluminiumdrähten WR verbunden sind, sowie mit einer Relaisstiftanschlußgruppe 22 versehen, die Steuersignale des IGBT-Elements 1 zu einer externen Vorrichtung führt und von dieser erhält, wobei sich die Relaisstiftanschlußgruppe 22 senkrecht zu der Hauptfläche des Wärmeverteilers 25 erstreckt.
  • Die Relaisanschlußplattengruppe 21 beinhaltet eine Gate-Relaisanschlußplatte 3 und eine Steueremitter-Relaisanschlußplatte 4, die mit dem Gate bzw. dem Emitter des IGBT-Elements 1 elektrisch verbunden sind, während die Relaisstiftanschlußgruppe 22 einen Gate-Relaisstift 13 und einen Steueremitter-Relaisstift 14 beinhaltet, die jeweils entsprechend der Gate-Relaisanschlußplatte 3 und der Steueremitter-Relaisanschlußplatte 4 vorgesehen sind.
  • Die äußere Anschlußelektrodenplatte 81 ist derart vorgesehen, daß sie mit dem einen Ende mit der Hauptfläche des Wärmeverteilers 25 verbunden ist, während die Hauptfläche an ihrem anderen Ende an der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 freiliegt.
  • Die äußere Anschlußelektrodenplatte 82 besitzt eine ähnliche Formgebung wie die äußere Anschlußelektrodenplatte 81, ist jedoch mit dem Wärmeverteiler 25 nicht elektrisch verbunden, so dass sich ihr Endbereich oberhalb der Hauptfläche des Wärmeverteilers 25 befindet. Dabei ist eine Durchgangsöffnung in demjenigen Bereich gebildet, der von dem Harzgehäuse 23 der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 freiliegt, um eine Verbindung mit einem nicht gezeigten Sammelschienendraht herzustellen.
  • Der Wärmeverteiler 25, das IGBT-Element 1, das Diodenelement 2, der Relaisanschlußblock 20 und die äußere Anschlußelektrodenplatte 8, wie sie vorstehend erläutert worden sind, werden durch Preßspritzen in Harzmaterial mit kastenförmiger Gestalt eingekapselt, so dass das Harzgehäuse 23 die äußere Konfiguration der Halbleitervorrichtung M100 bildet.
  • Hierbei werden Durchgangsöffnungen 24 in den vier Ecken des Harzgehäuses 23 gebildet, um die Halbleitervorrichtung M100 an einem nicht gezeigten Kühlkörper oder dergleichen zu befestigen.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht in Längsrichtung der Konfiguration der Halbleitervorrichtung M100. Wie in 2 zu sehen ist, ist der Wärmeverteiler 25 vollständig in dem Harzgehäuse 23 eingebettet.
  • 3 zeigt die Verbindungsbeziehungen des IGBT-Elements 1 und des Diodenelements 2. Wie in 3 gezeigt, ist das Diodenelement 2 dem IGBT-Element 1 in der Richtung parallel geschaltet, in der der Durchlaßstrom zurückfließt, so dass es als Freilaufdiode wirkt.
  • Der Emitter des IGBT-Elements 1 ist mit der äußeren Anschlußelektrodenplatte 81 verbunden und ist ferner über die Steueremitter-Relaisanschlußplatte 4 mit dem Steueremitter-Relaisstift 14 verbunden.
  • Weiterhin ist das Gate des IGBT-Elements 1 über die Gate-Relaisanschlußplatte 3 mit dem Gate-Relaisstift 13 verbunden.
  • Der Steueremitter-Relaisstift 14 wird zum Zeitpunkt der Ansteuerung des IGBT-Elements 1 verwendet, und das IGBT-Element 1 kann dadurch angesteuert werden, daß eine Spannung zwischen dem Gate und dem Emitter (von beispielsweise 15 V), d. h. zwischen dem Steueremitter-Relaisstift 14 und dem Gate-Relaisstift 13, angelegt wird.
  • Der Steueremitter-Relaisstift 14 und der Gate-Relaisstift 13 sind mit einer Steuerschaltung, einer Treiberschaltung und dergleichen verbunden, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
  • Das IGBT-Element 1 weist eine Stromerfassungselektrode auf, die derart ausgebildet ist, dass ein Strom (Erfassungsstrom) fließen kann, der einige Tausendstel des Stroms beträgt, der durch den Emitter fließt, wobei ferner ein Relaisstift zum Abgeben des Erfassungsstroms vorhanden ist, der mit dieser Stromerfassungselektrode sowie der Relaisstiftanschlußgruppe 22 für die Temperaturerfassung elektrisch verbunden ist, wobei dies in der Beschreibung nicht weiter erläutert wird.
  • A-2. Herstellungsvorgang
  • Im Folgenden wird ein Prozeß für die Herstellung der Halbleitervorrichtung M100 unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert.
  • Zuerst werden das IGBT-Element 1, das Diodenelement 2, der Relaisanschlußblock 20 und die äußere Anschlußelektrodenplatte 81 durch Löten mit dem Wärmeverteiler 25 verbunden. Dann werden die Aluminiumdrähte WR durch Drahtbonden mit den jeweiligen Komponenten verbunden, um diese miteinander zu verbinden.
  • Die äußere Anschlußelektrodenplatte 81 ist derart ausgebildet, dass sie in einen nicht gezeigten Leitungsrahmen integriert wird, der den Wärmeverteiler 25 umschließt, und der Leitungsrahmen sowie der Wärmeverteiler 25 werden durch Verbinden der äußeren Anschlußelektrodenplatte 81 mit dem Wärmeverteiler 25 in Form einer integralen Einheit ausgebildet. Obwohl auch die äußere Anschlußelektrodenplatte 82 in integraler Weise mit dem Leitungsrahmen ausgebildet ist, wird diese nicht mit dem Wärmeverteiler 25 verbunden.
  • Der Leitungsrahmen wird in dem vorstehend beschriebenen Zustand in ein Formwerkzeug für einen Preßspritzvorgang gesetzt, und durch Einfließenlassen eines geschmolzenen Harzes in das Formwerkzeug wird der Harzformgebungsvorgang abgeschlossen. Danach wird das Formwerkzeug entfernt, und die äußeren Anschlußelektrodenplatten 81 und 82 werden von dem Leitungsrahmen getrennt, so daß sich dadurch die in das Harzgehäuse 23 eingekapselte Halbleitervorrichtung M100 ergibt.
  • A-3. Funktionsweise
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, sind bei der Halbleitervorrichtung M100 gemäß der vorliegenden ersten Erfindung das IGBT-Element 1, das Diodenelement 2, der Relaisanschlußblock 20, die äußere Anschlußelektrodenplatte 8 sowie der Wärmeverteiler 25 durch einen Preßspritzvorgang in integraler Weise in ein Harzmaterial eingekapselt, so dass sich eine ausgezeichnete Layout-Effizienz ergibt und die Abmessungen der äußeren Form des Wärmeverteilers 25 sich in etwa ebenso groß wie die Abmessungen der äußeren Form des Harzgehäuses 23 ausbilden lassen, so dass sich eine Miniaturisierung unter Aufrechterhaltung der Abstrahlungseffizienz erzielen läßt.
  • Ferner ist die äußere Anschlußelektrodenplatte 8 derart vorgesehen, dass der Verbindungsbereich mit einem externen Leiter auf der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 freiliegt, und somit wird der Bereich einer Schleifen- bzw. Ringschaltung, die aus den beiden äußeren Anschlußelektrodenplatten 8 und den beiden Hauptelektroden des IGBT-Elements 1 sowie einem Stromweg oder eine elektrische Verbindung derselben gebildet ist, klein, so daß sich die Induktivität dieser Ringschaltung niedrig halten läßt.
  • Die Spitzenspannung des Spannungsstoßes, der zusammen mit einer Stromänderung zum Zeitpunkt des Betriebs des Schaltungselements in schaltender Weise auftritt, wird proportional zu der Induktivität geringer, und als Ergebnis hiervon wird auch der Schaltverlust gering. Die von dem IGBT-Element 1 abgegebene Wärme wird somit gering, und es wird ein breiter Arbeitsbereich hinsichtlich der Wärmeauslegung selbst dann erzielt, wenn die Fläche des Wärmeverteilers 25 reduziert wird. Als Ergebnis hiervon läßt sich eine Miniaturisierung der Vorrichtung insgesamt erzielen, wobei die Stoßspannung reduziert wird, so dass die Spannungsfestigkeit vermindert werden kann und die Kosten für die Halbleitervorrichtung günstiger werden.
  • Da ferner der Anschlußbereich der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 zur Verbindung mit einem externen Leiter an der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 vorgesehen ist, läßt sich die Isolierdistanz von dem Kühlkörper zu der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 in einfacher Weise sicherstellen, so dass sich eine Halbleitervorrichtung erzielen läßt, die ausgezeichnete Spannungsfestigkeitsei genschaften aufweist. Diese Eigenschaften werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 erläutert.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Änderung der Dicke des Formharzes in Abhängigkeit von der Montageposition der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8.
  • Wie in 4 zu sehen ist, ist die äußere Anschlußelektrodenplatte 8 in der Nähe des Randbereichs der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23A der linken Halbleitervorrichtung vorgesehen, so dass die Isolierdistanz L von dem Kühlkörper HS bis zu der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 durch die Dicke des Harzgehäuses 23A definiert ist.
  • Dagegen ist die äußere Anschlußelektrodenplatte 8 bei der rechten Halbleitervorrichtung näher zur Mitte hin auf der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 angeordnet, so dass die Isolierdistanz L von dem Kühlkörper HS bis zu der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 durch die Dicke des Harzgehäuses 23 plus die Distanz von dem Randbereich an der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 bis zu der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 definiert ist.
  • Durch Anordnen des Verbindungsbereichs der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 zur Verbindung mit einem externen Leiter auf der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 läßt sich somit die Isolierdistanz L von dem Kühlkörper HS bis zu der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 in einfacher Weise sicherstellen, und somit läßt sich eine Halbleitervorrichtung schaffen, die hohen Spannungen standhalten kann, selbst wenn die Dicke des Harzgehäuses 23 gering ist.
  • Aufgrund der Möglichkeit, die Dicke des Harzgehäuses 23 dünner auszubilden, kann ferner ein Verziehen des Harzgehäuses 23 aufgrund einer Wärmeabgabe zum Zeitpunkt der Verwendung der Vorrichtung verhindert werden.
  • Das heißt, es besteht ein großer Unterschied in dem linearen Ausdehnungsverhältnis zwischen dem Formharz und dem Wärmeverteiler 25 aufgrund der unterschiedlichen Materialien. Wenn eine Temperaturänderung aufgrund von Wärmeabgabe zum Zeitpunkt der Verwendung der Vorrichtung auftritt, findet somit ein Verziehen des gesamten Harzgehäuses 23 statt.
  • In dem Fall, in dem das Ausmaß dieses Verziehens beispielsweise mehrere hundert μm übersteigt, wird ein Spalt zwischen dem Harzgehäuse 23 und dem Kühlkörper (nicht gezeigt), an dem das Harzgehäuse 23 befestigt ist, erzeugt, so dass die Wärmeabgabe von der Halbleitervorrichtung zu dem Kühlkörper blockiert wird und die Möglichkeit besteht, daß die Temperatur der Halbleitervorrichtung den zulässigen Wert oder einen höheren Wert erreicht.
  • Wenn jedoch die Dicke des Harzgehäuses 23 im Vergleich zu der Dicke des Wärmeverteilers 25 gering ist, ist das Verziehen selbst in dem Fall gering, in dem die gleiche Temperaturänderung stattfindet. Folglich läßt sich der Wärmewiderstand in dem mit dem Kühlkörper in Berührung stehenden Bereich auf einem niedrigen Wert halten, so dass sich die Abstrahlungseffizienz aufrechterhalten läßt.
  • Da sich die Abstrahlungseffizienz aufrechterhalten läßt, kann ferner der Temperaturanstieg bei der Halbleitervorrichtung begrenzt werden, und somit ist eine größere Auswahl an Materialien für das Formharz verfügbar, so dass auch ein kostengünstigeres Formharz verwendet werden kann und dadurch wiederum die Kosten der Vorrichtung insgesamt reduziert werden können.
  • Durch Plazieren des Kontaktbereichs der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8 zur Verbindung mit einem externen Leiter in einem Abstand von einem Rand auf der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 läßt sich somit eine ausreichende Isolierdistanz selbst dann sicherstellen, wenn das Harzgehäuse 23 dünn ist, und es läßt sich eine Spannungsfestigkeit von mehreren 100 Volt oder mehr sogar für eine Halbleitervorrichtung erzielen, durch die ein hoher Strom fließt, so dass eine Temperaturänderung von mehreren zehn °C stattfindet.
  • Hierbei ist es wünschenswert, daß das lineare Ausdehnungsverhältnis des Formharzes nahe bei dem linearen Ausdehnungsverhältnis des Wärmeverteilers 25 liegt, um das Verziehen des Harzgehäuses 23 zu begrenzen, und wenn der Wärmeverteiler 25 beispielsweise aus Kupfer (Cu) besteht, ist es wünschenswert, dass das lineare Ausdehnungsverhältnis des Formharzes in etwa 16 × 10–6/K beträgt.
  • Die Konfiguration der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung M100 weist zwar nur ein IGBT-Element 1 und ein Diodenelement 2 auf, doch selbstverständlich kann die Konfiguration eine Vielzahl einer gleichen Anzahl von IGBT-Elementen 1 und Diodenelementen 2 aufweisen, oder es kann eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen M100 gesammelt vorgesehen sein, um durch elektrisches Parallelschalten derselben eine Einheit zu bilden, wobei diese entsprechend einer Halbleitervorrichtung mit einer Vielzahl von zueinander parallel geschalteten IGBT-Elementen ausgebildet sein kann. Somit läßt sich in einfacher Weise eine Halbleitervorrichtung schaffen, die einem beliebigen Wert an Stromkapazität entsprechend ausgebildet ist. Dies ist Gegenstand der zweiten Erfindung gemäß Anspruch 17.
  • Ferner können die Halbleitervorrichtungen M100 in Kombination nach Maßgabe der jeweiligen Anwendung verwendet werden, so daß im Fall der Verwendung derselben für einen Inverter eines Dreiphasenmotors sechs Halbleitervorrichtungen M100 verwendet werden, so dass sich somit die Produktivität ohne Erweiterung der Produkttypen steigern läßt.
  • Im vorliegenden Fall sind zwei äußere Anschlußelektrodenplatten 8 auf der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 derart vorgesehen, dass die Verbindungsbereiche zur Verbindung mit einem externen Leiter freiliegen, und eine Befestigungselektrode OE für einen externen Leiter, wie sie in 5 gezeigt ist, wird mittels Schrauben zur Verbindung mit einem externen Leiter angebracht, so dass eine Verbindung mit einer Vielzahl verschiedener externer Leiter sowie eine Verwendung für eine Vielzahl von Zwecken möglich wird.
  • A-4. Modifiziertes Beispiel
  • Bei der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung M100 ist zwar eine Konfiguration dargestellt, bei der zwei äußere Anschlußelektrodenplatten 8 vollständig in das Formharz eingebettet sind und die Verbindungsbereiche zur Verbindung mit einem externen Leiter auf der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 freiliegen, jedoch ist auch eine Konfiguration möglich, wie diese bei der in 6 gezeigten Halbleitervorrichtung M101 vorliegt.
  • Dabei sind zwei äußere Anschlußelektrodenplatten 8A mit einer derartigen Formgebung ausgebildet, dass sie durch die Seiten des Harzgehäuses 23 hindurch nach außen ragen und sich in etwa von der Mitte des Harzgehäuses 23 in Richtung der Dicke des Harzgehäuses 23 erstrecken, und zwar genauer gesagt ausgehend von der Position, die der oberen Hauptfläche des Wärmeverteilers 25 entspricht, wobei die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8A den Seiten des Harzgehäuses 23 folgend umgebogen sind und dann wiederum an der Stelle umgebogen sind, an der sie die obere Oberfläche des Harzgehäuses 23 erreichen, so dass sie wiederum dieser oberen Oberfläche folgen.
  • Dadurch, dass die beiden äußeren Anschlußelektrodenplatten 8A durch die Seiten des Harzgehäuses 23 nach außen ragend ausgebildet werden, wird es überflüssig, äußere Anschlußelektrodenplatten mit komplizierter Formgebung in dem Harzgehäuse 23 versenkt anzuordnen, so dass der Vorteil besteht, daß kein Formwerkzeug mit komplizierter Konstruktion für den Preßspritzvorgang bereitgestellt werden muß.
  • Folglich vereinfachen sich die Ausbildung des Formwerkzeugs sowie die Ausführung des Herstellungsvorgangs, so dass sich die Kosten reduzieren lassen, Einschränkungen hinsichtlich der Produktionseinrichtungen vermindert werden können und ferner die Produktivität gesteigert werden kann.
  • Da die beiden äußeren Anschlußelektrodenplatten 8A ferner Bereiche aufweisen, die sich parallel zu dem Wärmeverteiler 25 erstrecken, sowie Bereiche aufweisen, die sich parallel zu der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 23 erstrecken, läßt sich die zum Zeitpunkt des Einschaltens der Energie auftretende Induktivität in diesen beiden Bereichen aufheben, so dass die Induktivität, die zum Zeitpunkt des Einschaltens der Energie an den äußeren Anschlußelektrodenplatten 8A auftritt, reduziert werden kann.
  • Aufgrund der Reduzierung der Induktivität wird dann der Schaltverlust geringer, und die von dem IGBT-Element 1 abgegebene Wärme wird vermindert, wobei als Ergebnis hiervon die Vorrichtung insgesamt miniaturisiert werden kann, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
  • Hierbei ist die minimale Distanz zwischen dem Kühlkörper (nicht gezeigt), an dem die Halbleitervorrichtung M101 angebracht ist, und den äußeren Anschlußelektrodenplatten 8A auf einen Wert festgelegt, der keine Kriechentladung für die Leistungsspannung der Halbleitervorrichtung M101 verursacht, und zwar von dem Standpunkt her, dass die isolierende Spannungsfestigkeit zum Zeitpunkt der Verwendung der Halbleitervorrichtung M101 sichergestellt ist.
  • B. Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ersten Erfindung
  • B-1. Vorrichtungskonfiguration
  • 7 zeigt eine Perspektivansicht der Konfiguration der Halbleitervorrichtung M200 als zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden ersten Erfindung. In 7 ist dabei ein Teil des Harzgehäuses 23Β aus Gründen der Klarheit weggelassen, so dass die innere Konfiguration deutlich zu sehen ist.
  • Wie in 7 gezeigt, ist die innere Konfiguration der Halbleitervorrichtung M200 im wesentlichen die gleiche wie die der Halbleitervorrichtung M100, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden ist, wobei entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und auf eine nochmalige Beschreibung derselben verzichtet wird.
  • Bei der Halbleitervorrichtung M200 weist das Harzgehäuse 23B keine einfache Kastenform wie das in 1 gezeigte Harzgehäuse 23 auf, sondern es besitzt eine Formgebung von zwei vorspringenden Elektrodenbereichen 232B auf der oberen Oberfläche des Körperbereichs 231B, der dem Harzgehäuse 23 entspricht.
  • Die vorspringenden Elektrodenbereiche 232B sind quaderförmig ausgebildet und enthalten in ihrem Inneren äußere Anschlußelektrodenplatten 8B, die sich von dem Körperbereich 231B wegerstrecken.
  • Obwohl die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B im wesentlichen die gleiche Formgebung wie die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8 der Halbleitervorrichtung M100 aufweisen, erstrecken sie sich weiter in Richtung der Höhe als die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8. Von den beiden äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B wird die eine, die mit dem Wärmeverteiler 25 verbunden ist, auch als äußere Anschlußelektrodenplatte 81B bezeichnet, und die andere, die mit dem Diodenelement 2 verbunden ist, wird auch als äußere Anschlußelektrodenplatte 826 bezeichnet.
  • 8 zeigt eine Schnittansicht in Längsrichtung der Konstruktion der Halbleitervorrichtung M200. Wie in 8 gezeigt, ist das eine Ende der äußeren Anschlußelektrodenplatte 81B mit der Hauptfläche des Wärmeverteilers 25 verbunden, während die Hauptfläche von dem anderen Ende der äußeren Anschlußelektro den platte 81B auf der oberen Oberfläche des vorspringenden Elektrodenbereichs 232B freiliegt.
  • Die äußere Anschlußelektrodenplatte 82B besitzt zwar die gleiche Formgebung wie die äußere Anschlußelektrodenplatte 81B, jedoch ist sie mit dem Wärmeverteiler 25 nicht elektrisch verbunden, und ihr entsprechender Randbereich befindet sich oberhalb der Hauptfläche des Wärmeverteilers 25.
  • Ferner bilden die vorspringenden Elektrodenbereiche 232B in ihrem Inneren Hohlräume OS, so daß eine Konfiguration geschaffen wird, bei der die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B die oberen Öffnungen der Hohlräume OS überdecken. Anschließend werden Durchgangsöffnungen 28 in den freiliegenden Bereichen der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B gebildet.
  • 8-2. Herstellungsvorgang
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen der vorspringenden Elektrodenbereiche 232B unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Das Harzgehäuse 23B wird durch Preßspritzen gebildet, und somit wird in der in 9 gezeigten Weise ein oberes Formteil 51 vorgesehen, bei dem eine Aussparung 511 entsprechend der Außenform der vorspringenden Elektrodenbereiche 232B in dem den vorspringenden Elektrodenbereichen 232B entsprechenden Bereich gebildet ist und bei dem ferner ein unteres Formteil 52B vorgesehen wird, bei dem ein konvexer Bereich 521 der Außenform der Hohlräume OS entsprechend vorgesehen ist.
  • Dann wird der Leitungsrahmen, mit dem der Wärmeverteiler 25 verbunden ist, zwischen dem oberen Formteil 51 und dem unteren Formteil 52 plaziert, und man lässt geschmolzenes Harz in die Formteile einfließen, um auf diese Weise die Harzkapselung fertigzustellen.
  • 8-3. Funktionsweise
  • Durch Ausbilden der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B in von der oberen Oberfläche des Körperbereichs 231B des Harzgehäuses 23B vorspringender Weise läßt sich somit die Distanz zwischen dem nicht gezeigten Kühlkörper, an dem die Halbleitervorrichtung M200 angebracht ist, und den freiliegenden Bereichen der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B, d. h. die Isolierdistanz, in ausreichender Weise sicherstellen, so daß es dadurch möglich wird, die Spannungsfestigkeit auf einen höheren Wert zu setzen.
  • Aufgrund des Vorhandenseins der vorspringenden Elektrodenbereiche 232B lässt sich ferner die Dicke des Körperbereichs 231B, in dem der Wärmeverteiler 25 eingebettet ist, auf ein Minimum setzen, und selbst beim Auftreten einer Temperaturänderung aufgrund von Wärmeabgabe zum Zeitpunkt der Verwendung der Vorrichtung kann ein Verziehen bzw. Verwerfen des gesamten Harzgehäuses 23B verhindert werden, und eine Reduzierung der Wirkung der Wärmeabstrahlung von der Halbleitervorrichtung zu dem Kühlkörper läßt sich ebenfalls verhindern, so daß somit verhindert werden kann, daß die Temperatur der Halbleitervorrichtung den zulässigen Wert bzw. Grenzwert oder einen höheren Wert erreicht.
  • Da es sich bei dem Inneren der vorspringenden Elektrodenbereiche 232B um Hohlräume OS handelt, können durch Vorsehen von nicht gezeigten externen Leitern auf den freiliegenden Bereichen der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B sowie durch Vorsehen von nicht gezeigten Muttern in den Hohlräumen OS die externen Leiter und die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B durch Befestigen der externen Leiter mittels Schrauben (nicht gezeigt) sowie mittels der Muttern mit einem geringen Kontaktwiderstand angeschlossen werden.
  • B-4. Modifiziertes Beispiel 1
  • 10 zeigt eine Schnittansicht der Konfiguration der Halbleitervorrichtung M201 als modifiziertes Beispiel der Halbleitervorrichtung M200. Die Konfiguration der Halbleitervorrichtung M201 ist im wesentlichen die gleiche wie die der Halbleitervorrichtung M200, die unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben worden ist, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und auf eine nochmalige Erläuterung derselben verzichtet worden ist.
  • Die Halbleitervorrichtung M201 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung M200 darin, daß die Grenzbereiche zwischen dem Körperbereich 231B und den vorspringenden Elektrodenbereichen 232B Bereiche sind, die abgerundete Oberflächen RP mit einer Krümmung aufweisen.
  • Durch Verwendung einer solchen Ausrundungskonfiguration wird in dem Fall, in dem die externen Leiter und die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B mittels Schrauben in den vorspringenden Elektrodenbereichen 232B befestigt sind, die in den Grenzbereichen zwischen dem Körperbereich 231B und den vorspringenden Elektrodenbereichen 232B erzeugte Spannung selbst dann gering, wenn eine Schraube mit einem hohen Drehmoment befestigt wird, so daß die Anordnung der Befestigung von Schrauben selbst dann standhalten kann, wenn die Abmessungen der vorspringenden Elektrodenbereiche 232B klein sind, so dass sich somit eine Miniaturisierung der Halbleitervorrichtung erzielen läßt.
  • Zusätzlich ist es in Folge eines ähnlichen Grunds nicht notwendig, den Körperbereich 231B mit einer großen Dicke auszubilden, selbst wenn eine Temperaturänderung aufgrund einer Wärmeabgabe zum Zeitpunkt der Verwendung der Vorrichtung auftritt, und das Auftreten eines Verziehens des gesamten Harzgehäuses 23B läßt sich verhindern, so dass eine Verminderung der Wärmeabstrahlungseffekte von der Halbleitervorrichtung auf den Kühlkörper verhindert werden kann und dadurch ein Ansteigen der Temperatur der Halbleitervorrichtung auf den zulässigen oder einen höheren Wert verhindert werden kann.
  • Außerdem wird die Widerstandsfähigkeit hinsichtlich der Befestigung von Schrauben gesteigert, und eine Handhabung des Drehmoments zum Befestigen der Schrauben wird in einfacher Weise möglich, so dass sich wiederum die Montage vereinfachen läßt.
  • B-5. Modifiziertes Beispiel 2
  • 11 zeigt eine Schnittansicht der Konfiguration der Halbleitervorrichtung M202 als modifiziertes Beispiel der Halbleitervorrichtung M200. Die Konfiguration der Halbleitervorrichtung M202 ist im wesentlichen die gleiche wie die der Halbleitervorrichtung M200, die unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben worden ist, wobei entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und auf eine nochmalige Beschreibung derselben verzichtet worden ist.
  • Ferner handelt es sich bei den Grenzbereichen zwischen dem Körperbereich 231Β und den vorspringenden Elektrodenbereichen 232B um Bereiche mit abgerundeten Oberflächen RP, und zwar in der gleichen Weise, wie dies auch bei der unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen Halbleitervorrichtung M201 der Fall ist.
  • Die Halbleitervorrichtung M202 weist Gratbereiche BP auf, die durch einen Gratbildungsvorgang um die Durchgangsöffnungen 28 gebildet sind, die in den freiliegenden Bereichen der äußeren Anschlußelektroden 8B gebildet werden.
  • Anschließend werden in diesen Gratbereichen BP Gewinde eingearbeitet, so dass eine Schraubenbefestigung ohne Verwendung von Muttern ermöglicht wird.
  • Im Folgenden wird ein Gratbildungsprozeß unter Bezugnahme auf die 12 bis 14 beschrieben. Wie in 12 gezeigt ist, wird ein Loch unter Verwendung einer Stanzpresse PO oder dergleichen in denjenigen Bereichen gebildet, die zu den freiliegenden Bereichen der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B werden.
  • Dabei werden durch Druckbeaufschlagung und Aufspreizen der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B anstatt durch Entfernen der entsprechenden Bereiche Wände um die Durchgangsöffnungen 28 herum gebildet.
  • Wie in 13 gezeigt ist, werden dann unter Verwendung eines Innengewindeschneiders TP für die Gewindebearbeitung durch Ausbilden von Gewinden in den um die Öffnungen herum verbleibenden Wandbereichen die Gratbereiche BP jeweils mit einem Gewinde ausgebildet, wie dies in 14 zu sehen ist.
  • B-6. Modifiziertes Beispiel 3
  • 15 zeigt eine Schnittansicht der Konfiguration der Halbleitervorrichtung M203 als modifiziertes Beispiel der Halbleitervorrichtung M200. Die Konfiguration der Halbleitervorrichtung M203 ist im wesentlichen die gleiche wie die der Halbleitervorrichtung M200, die unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben worden ist, wobei entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und auf eine nochmalige Beschreibung derselben verzichtet worden ist.
  • Ferner handelt es sich bei den Grenzbereichen zwischen dem Körperbereich 231Β und den vorspringenden Elektrodenbereichen 232B wiederum um Bereiche mit abgerundeten Oberflächen RP, und zwar in der gleichen Weise wie bei der Halbleitervorrichtung M201, die unter Bezugnahme auf 10 beschrieben worden ist.
  • Die Halbleitervorrichtung M203 weist Muttern 31 auf der Seite der unteren Oberfläche der freiliegenden Teile der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8B auf, so dass es nicht notwendig ist, Muttern bereitzustellen, wenn externe Leiter mittels Schrauben (nicht gezeigt) befestigt werden, die durch die Durchgangsöffnungen 28 eingeführt werden, so daß sich die Montage weiter vereinfacht.
  • Die Muttern 31 können durch Löten oder dergleichen mit der unteren Oberfläche der äußeren Anschlußelektroden 8B verbunden werden oder können zum Zeitpunkt der Bildung des Harzgehäuses 23B durch Preßspritzen in den Hohlräumen OS versenkt werden.
  • Im Folgenden wird das Verfahren zum Versenken der Muttern 31 in dem Harzgehäuse 23Β unter Bezugnahme auf 16 erläutert.
  • Wie in 16 gezeigt ist, werden ein oberes Formteil 61, in dem eine der äußeren Form der vorspringenden Elektrodenbereiche 232Β entsprechende Aussparung 611 vorgesehen ist, sowie ein unteres Formteil 62, bei dem ein der äußeren Form der Hohlräume OS entsprechender konvexer Bereich 621 vorgesehen ist, in dem den vorspringenden Elektrodenbereichen 232Β entsprechenden Bereich bereitgestellt.
  • Stifte 623 mit zylindrischer Formgebung und einem Durchmesser, der geringfügig geringer ist als der Durchmesser der Schrauböffnung der Muttern 31, sind an den äußeren Enden des unteren Formteils 62 und des konvexen Teils 621 vorgesehen, so daß die Muttern 31 auf diese Stifte 623 aufgesetzt werden können. Die Länge der Stifte 623 ist derart gewählt, daß die Stifte 623 geringfügig aus der Endfläche der Muttern 31 herausragen, wenn die Stifte 623 in die Muttern 31 eingeführt sind.
  • Bei dem konvexen Bereich 621 handelt es sich um den Bereich, auf dem eine Mutter 31 angebracht wird und der eine Basis 622 zylindrischer Formgebung aufweist, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Schrauböffnung der Mutter 31 und kleiner als der Außendurchmesser der Mutter.
  • Zum Zeitpunkt des Preßspritzens wird der Leitungsrahmen, mit dem der Wärmeverteiler 25 verbunden ist, zwischen dem oberen Formteil 61 und dem unteren Formteil 62 plaziert, und zwar in einem Zustand, in dem der Stift 623 in eine Mutter 31 eingeführt ist.
  • Wenn das obere Formteil 61 und das untere Formteil 62 geschlossen werden, wird die Mutter 31 dadurch fixiert, daß sie zwischen der Basis 622 und der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8B plaziert wird, während der Stift 623, der aus der Endfläche der Mutter 31 herausgeragt hat, in das Durchgangsloch 28 in der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8B eingeführt wird. Dabei ist die Länge des Stifts 623 derart gewählt, dass die Länge des Bereichs des Stifts 623, der aus der Endfläche der Mutter 31 herausragt, kürzer ist als die Dicke der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8B.
  • Auf diese Weise ist der Stift 623 in dem Durchgangsloch 28 enthalten und führt zu keiner Beeinträchtigung des oberen Formteils 61. Wenn man in diesem Zustand ein geschmolzenes Harz in die Formteile einfließen läßt, wird die Harzkapselung auf diese Weise abgeschlossen.
  • Da die Mutter 31 hierbei zwischen der Basis 622 und der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8B angeordnet ist, ist das Formharz an einem Eindringen in das Innere der Mutter 31 gehindert.
  • Da ferner die obere Oberfläche der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8B auf das obere Formteil 61 gedrückt ist, kann verhindert werden, dass das Formharz die obere Oberfläche der äußeren Anschlußelektrodenplatte 8B bedeckt.
  • Nach dem Aushärten des eingespritzten Formharzes werden das obere Formteil 61 und das untere Formteil 62 geöffnet, und die Stifte 623 werden aus dem Inneren der Muttern 31 entfernt, so daß die Randfläche und die Gewindeöffnung der Muttern 31 freiliegen.
  • Da die Muttern 31 hierbei in das Formharz eingebettet sind, ist es nicht erforderlich, die Muttern 31 bei der Befestigung von Schrauben unter Verwendung von Werkzeug zu fixieren, so daß sich die Befestigung von Schrauben in einfacher Weise ausführen läßt.
  • C. Erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der zweiten Erfindung
  • C-1. Vorrichtungskonfiguration
  • 17 zeigt eine Perspektivansicht der Konfiguration der Halbleitervorrichtung M300 als erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden zweiten Erfindung. In 17 ist ein Teil eines Harzgehäuses 23C aus Gründen der Klarheit weggelassen, so dass die innere Konfiguration deutlich zu sehen ist.
  • Wie in 17 dargestellt, zeigt die Halbleitervorrichtung M300 eine Dreiphasen-Brückenschaltung, die sechs IGBT-Elemente und sechs Diodenelemente aufweist.
  • Ferner besitzt die Halbleitervorrichtung M300 drei Wärmeverteiler 251, auf denen jeweils eines der sechs IGBT-Elemente und eines der sechs Diodenelemente vorgesehen sind, sowie einen Wärmeverteiler 252, auf dem jeweils drei der sechs IGBT-Elemente sowie der sechs Diodenelemente vorgesehen sind.
  • Die Wärmeverteiler 251 und 252 besitzen alle eine rechteckige Formgebung, wobei die Wärmeverteiler 251 parallel zueinander derart angeordnet sind, dass ihre kürzeren Seiten miteinander ausgefluchtet sind, während der Wärmeverteiler 252 in etwa die gleiche Größe aufweist wie die angeordneten Wärmeverteiler 251 und der Wärmeverteiler 252 derart angeordnet ist, dass seine Längsseiten parallel zu den ausgefluchteten Wärmeverteilern 251 sind.
  • Außerdem weist die Halbleitervorrichtung M300 eine Leiterplatte 26 zwischen den angeordneten Wärmeverteilern 251 und dem Wärmeverteiler 252 auf.
  • Im vorliegenden Fall werden die IGBT-Elemente und die Diodenelemente, die auf den Wärmeverteilern 251 vorgesehen sind, als IGBT-Elemente 1P und Diodenelemente 2P bezeichnet, während die IGBT-Elemente und die Diodenelemente, die auf dem Wärmeverteiler 252 vorgesehen sind, als IGBT-Elemente 1N und Diodenelemente 2N bezeichnet werden.
  • Auf der Hauptfläche jedes Wärmeverteilers 251 ist ein Relaisanschlußblock 20P außenseitig von dem IGBT-Element 1P vorgesehen, wobei der Relaisanschlußblock 20P, das IGBT-Element 1P und das Diodenelement 2P miteinander ausgefluchtet sind. Ferner ist eine äußere Anschlußelektrodenplatte 8 mit der Außenseite des Relaisanschlußblocks 20P verbunden.
  • Im vorliegenden Fall wird die mit jedem der Wärmeverteiler 251 verbundene äußere Anschlußelektrodenplatte 8 zum Zweck der Erläuterung durch Hinzufügen der Symbole 8U, 8V und 8W von links nach rechts unterschiedlich bezeichnet.
  • Außerdem sind auf der Hauptfläche des Wärmeverteilers 252 drei Paare der IGBT-Elemente 1N und der Diodenelemente 2N vorgesehen, die in Intervallen derart ausgefluchtet sind, daß sie parallel zu den kürzeren Seiten des Wärmeverteilers 252 angeordnet sind.
  • Ein Relaisanschlußblock 20N ist außenseitig von jedem der IGBT-Elemente 1N vorgesehen.
  • Ferner ist eine äußere Anschlußelektrodenplatte 8N mit dem Randbereich von einer der kürzeren Seiten des Wärmeverteilers 252 verbunden. Hierbei ist eine äußere Anschlußelektrodenplatte 8P mit dem Randbereich von einer der kürzeren Seiten der Leiterplatte 26 verbunden, so dass die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8N bis 8P parallel angeordnet sind. Die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8N und 8P werden auch allgemein als äußere Anschlußelektrodenplatte 8 bezeichnet.
  • Hierbei stellen eine Vielzahl von Aluminiumdrähten WR elektrische Verbindungen zwischen dem IGBT-Element 1P und dem Diodenelement 2P, zwischen dem IGBT-Element 1P und dem Relaisanschlußblock 20P, zwischen dem Diodenelement 2P und dem Leiterelement 26, zwischen dem IGBT-Element 1N und dem Diodenelement 2N, zwischen dem IGBT-Element 1N und dem Relaisanschlußblock 20N sowie zwischen dem Diodenelement 2N und jedem der Wärmeverteiler 251 her.
  • Das Harzgehäuse 23C besitzt eine Formgebung, bei der fünf vorspringende Elektrodenbereiche 232C an der oberen Oberfläche des Körperbereichs 231C kastenförmig ausgebildet sind, wie dies auch bei dem in 7 gezeigten Harzgehäuse 23Β der Fall ist, wobei aus dem Harzgehäuse 23C fünf äußere Anschlußelektrodenplatten 8 herausragen.
  • Als Nächstes wird die Konfiguration der Dreiphasen-Brückenschaltung unter Bezugnahme auf 18 erläutert. Wie in 18 gezeigt ist, sind drei Paare von IGBT-Elementen 2P und 2N in Totempole-Schaltung zwischen P-N-Leitungen (wobei jeweilige Eingangsanschlusse mit 8P und 8N bezeichnet werden) geschaltet, so dass eine Versorgungsleitung gebildet wird. Hierbei werden die Eingangsanschlüsse 8P und 8N zu den in 17 gezeigten äußeren Anschlußelektrodenplatten 8P und 8N.
  • Jeder der Verbindungspunkte der IGBT-Elemente, die jeweils in Totempole-Weise geschaltet sind, sind mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Last verbunden. Diese Verbindungspunkte werden hierbei jeweils zu den Ausgangsanschlüssen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase, die zu den in 17 gezeigten äußeren Anschlußelektrodenplatten 8U, 8V und 8W werden.
  • Zusätzlich sind Freilaufdioden 2P und 2N jeweils umgekehrt parallel mit jedem der IGBT-Elemente 1P und 1N verbunden.
  • C2. Herstellungsverfahren
  • Im Folgenden wird ein Herstellungsvorgang für die Halbleitervorrichtung M300 unter Bezugnahme auf 19 erläutert.
  • Zuerst werden das IGBT-Element 1P, das Diodenelement 2P und der Relaisanschlußblock 20P durch Löten mit jedem der drei Wärmeverteiler 251 verbunden, und die IGBT-Elemente 1N, die Diodenelemente 2N und die Relaisanschlußblöcke 20N werden durch Löten mit dem Wärmeverteiler 252 verbunden.
  • Außerdem werden die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8U, 8V und 8W jeweils mit den drei Wärmeverteilern 251 durch Löten verbunden, und die äußere Anschlußelektrodenplatte 8N wird durch Löten mit dem Wärmeverteiler 252 verbunden, und die äußere Anschlußelektrodenplatte 8P wird durch Löten mit der Leiterplatte verbunden. Ferner werden Aluminiumdrähte WR durch Drahtbunden mit jeder Komponente verbunden, so dass die Komponenten jeweils elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Jede der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8 ist in integraler Weise in dem die Wärmeverteiler 251 und 252 umgebenden Leitungsrahmen (nicht gezeigt) ausgebildet, und der Leitungsrahmen, die Wärmeverteiler 251, 252 und die Leiterplatte 26 sind durch Verbinden jeder der äußeren Anschlußelektrodenplatten 8 mit den Wärmeverteilern 251, 252 und der Leiterplatte 26 in integraler Weise ausgebildet.
  • Der Leiterrahmen wird in diesem Zustand in ein Formwerkzeug für einen Preßspritzvorgang gesetzt, und man lässt geschmolzenes Harz in das Formwerkzeug einfließen, um auf diese Weise die Harzkapselung in vollständiger Weise auszuführen. 19 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der 17 des Leiterrahmens in dem Zustand der Anordnung in dem Formwerkzeug.
  • Wie in 19 zu sehen ist, besteht das Formwerkzeug für den Preßspritzvorgang aus einem oberen Formteil 71 und einem unteren Formteil 72, wobei das obere Formteil 71 eine Aussparung 711 aufweist, die der Außenform des vorspringenden Elektrodenteils 232C entsprechend ausgebildet ist, und wobei das untere Formteil 72 in dem dem vorspringenden Elektrodenbereich 232C entsprechenden Bereich einen konvexen Bereich 721 aufweist, der der Außenform des Hohlraums in dem vorspringenden Elektrodenbereich 232C entsprechend ausgebildet ist.
  • Ferner ist eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 723 in den den Wärmeverteilern 251, 252 und der Leiterplatte 26 entsprechenden Bereichen in dem unteren Formteil 72 gebildet, und in die Durchgangsöffnungen 723 sind bewegliche Stifte MP eingeführt, die von außen her eingeführt und entfernt werden können.
  • Da die beweglichen Stifte MP die Wärmeverteiler 251, 252 und die Leiterplatte 26 vorübergehend abstützen, kann ihr Durchmesser in etwa 1 mm bis 2 mm betragen, wobei die Durchgangsöffnungen 723 die gleiche Größe aufweisen.
  • In dem Zustand, in dem die Wärmeverteiler 251, 252 und die Leiterplatte 26 in dem von dem oberen Formteil 71 und dem unteren Formteil 72 gebildeten Hohlraum plaziert sind, werden die Wärmeverteiler 251, 252 und die Leiterplatte 26 von den beweglichen Stiften MP abgestützt, die mit der Bodenfläche derselben in Berührung stehen, wobei diese auch jeweils durch die äußeren Anschlußelektrodenplatten 8 abgestützt sind, so daß sie sicher gehalten werden.
  • Im vorliegenden Fall ist in dem nicht gezeigten Leitungsrahmen eine Durchgangsöffnung für die Positionierung gebildet, wobei die Position durch Einführen eines nicht gezeigten Positionierstifts in die Durchgangsöffnung festgelegt wird.
  • Dann wird ein geschmolzenes Formharz derart in den Hohlraum eingespritzt, daß die Wärmeverteiler 251, 252 und die Leiterplatte 26 durch das Formharz gehalten werden, und anschließend werden die beweglichen Stifte MP nach unten gezogen, bis die Spitzen der beweglichen Stifte MP die gleiche Position wie die innere Wandoberfläche des unteren Formteils 72 erreichen. Das geschmolzene Harz fließt in die Räume, aus denen die beweglichen Stifte MP entfernt worden sind, so daß eine Harzschicht ohne jegliche Spalte in den Bereichen unter den Wärmeverteilern 251, 252 und der Leiterplatte 26 gebildet werden.
  • Danach wird das Formwerkzeug entfernt, und die jeweiligen äußeren Anschlußelektrodenplatten 8 werden von dem Leitungsrahmen entfernt, und auf diese Weise läßt sich die in das Harzgehäuse 23C gekapselte Halbleitervorrichtung M300 erzielen.
  • C-3. Funktionsweise
  • Bei der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung M300 ist eine aus einer Vielzahl von IGBT-Elementen und Diodenelementen gebildete Dreiphasen-Brückenschaltung in sehr kompakter Weise gekapselt, und die Vorrichtungsfläche läßt sich durch kleine Abstände zwischen den aneinander angrenzenden Wärmeverteilern im Vergleich zu dem Fall, in dem eine Vielzahl voneinander unabhängiger Halbleitervorrichtungen in der in 1 gezeigten Weise miteinander kombiniert sind, klein halten, so dass eine Miniaturisierung, eine leichtere Ausbildung sowie eine Kostenreduzierung erzielbar sind.
  • C-4. Modifiziertes Beispiel
  • Hinsichtlich der Konfiguration, bei der eine aus einer Vielzahl von IGBT-Elementen und Diodenelementen gebildete Dreiphasen-Brückenschaltung gehäusemäßig gekapselt ist, läßt sich auch eine Konfiguration in Form einer Halbleitervorrichtung M301 erzielen, wie sie in 20 gezeigt ist.
  • Das heißt, die Halbleitervorrichtung M301 entspricht einer Konfiguration, bei der sechs Halbleitervorrichtungen M200 des in 7 gezeigten Typs in einander abwechselnder Weise angeordnet sind, so dass die Längsseiten zueinander parallel sind und eine Miniaturisierung durch Integrieren derselben in ein Harzgehäuse 23B möglich ist.
  • Bei Verwendung einer derartigen Konfiguration ist ferner eine kleine Ausbildung der Fläche einer Ringschaltung (in 20 in Form eines Pfeils dargestellter Weg) möglich, die aus einem Stromweg gebildet ist, der an der äußeren Anschlußelektrodenplatte 82B beginnt und die äußere Anschlußelektrodenplatte 81B unter Durchlaufung der Aluminiumdrähte WR, des IGBT-Elements 1 und des Wärmeverteilers 25 plus eines nicht gezeigten äußeren Leiters erreicht, der eine Verbindung zwischen der äußeren Anschlußelektrodenplatte 81B und der angrenzenden äußeren Anschlußelektrodenplatte 82B bildet, sowie ferner aus einem Stromweg gebildet ist, der an der benachbarten äußeren Anschlußelektrodenplatte 82B beginnt und die äußere Anschlußelektrodenplatte 81B unter Durchlaufung der Aluminiumdrähte WR, des IGBT-Elements 1 und des Wärmeverteilers 25 erreicht; auf diese Weise läßt sich die von der Halbleitervorrichtung M301 abgegebene Wärmemenge klein halten, und somit läßt sich die Fläche des Wärmeverteilers 25 klein ausbilden, so dass eine Miniaturisierung, eine Gewichtsreduzierung sowie eine Kostenreduzierung der Vorrichtung insgesamt erzielt werden können.
  • Zur Verwendung der Halbleitervorrichtung M301 als Dreiphasen-Brückenschaltung werden die äußeren Anschlußelektrodenplatten 82B und die äußeren Anschlußelektrodenplatten 81B jeweils unter Verwendung eines externen Leiters parallel geschaltet.
  • D. Drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ersten Erfindung
  • D-1. Vorrichtungskonfiguration
  • 21 zeigt eine Schnittansicht einer Konfiguration der Halbleitervorrichtung M400 als drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden ersten Erfindung. In 21 werden entsprechende Komponenten der unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Halbleitervorrichtung M200 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine nochmalige Beschreibung derselben verzichtet worden ist.
  • Wie in 21 zu sehen ist, weist die Halbleitervorrichtung M400 ein Steuerschaltungssubstrat 17 anstatt des Relaisanschlußblocks 20 zwischen dem IGBT-Element 1 und der äußeren Anschlußelektrodenplatte 81B auf der Hauptfläche des Wärmeverteilers 25 auf. Bei dem Steuerschaltungssubstrat 17 ist ein vorbestimmtes Leitermuster auf der Hauptfläche eines isolierenden Substrats vorgesehen, und eine Steuerschaltung 40 ist mit diesem Leitermuster elektrisch verbunden.
  • Die Steuerschaltung 40 ist gekapselt und weist eine Vielzahl von Anschlußleitungen auf. Einige der Anschlußleitungen sind über das vorstehend beschriebene Leitermuster mit dem IGBT-Element 1 verbunden, und einige Anschlußleitungen ragen von dem Harzgehäuse 23Β als Relaisstiftanschlußgruppe 41 nach außen.
  • D-2. Funktionsweise
  • Bei der Steuerschaltung 40 handelt es sich um eine Schaltung, die den Schaltvorgang des IGBT-Elements 1 steuert, und durch Anordnen dieser Steuerschaltung 40 in der Nähe des IGBT-Elements 1 lässt sich die Fläche des zwischen der Steuerschaltung 40 und dem IGBT-Element 1 gebildeten Steuerkreises im Vergleich zu dem Fall, in dem dieser außerhalb der Halbleitervorrichtung gebildet ist, klein ausbilden.
  • 22 zeigt den vorstehend beschriebenen Leitungssteuerkreis. In 22 ist das Gate des IGBT-Elements 1 mit einer der Anschlußleitungen 42 der Steuerschaltung 40 verbunden, und der Emitter des IGBT-Elements 1 ist ebenfalls mit einer der Anschlußleitungen 42 der Steuerschaltung 40 verbunden.
  • Somit wird ein Steuerkreis durch das Gate und den Emitter des IGBT-Elements 1 und die Steuerschaltung 40 gebildet.
  • Elektromagnetisches Rauschen tritt nicht nur aufgrund des IGBT-Elements 1 auf, sondern auch aufgrund von verschiedenen Arten von Schaltelementen, wenn diese einschaltmäßig oder ausschaltmäßig betätigt werden. Das elektromagnetische Rauschen wird proportional zu dem Hauptstrom größer, der das Element durchfließt, und wenn diese Art von elektromagnetischem Rauschen den vorstehend beschriebenen Steuerkreis passiert, tritt eine Spannungsschwankung in dem Steuersignal auf. Wenn diese Spannungsschwankung den betriebsmäßigen Schwellenwert eines Schaltelements übersteigt, kommt es zu einer Fehlfunktion.
  • Durch Ausbilden der Steuerschaltung 40 in der Nähe des IGBT-Elements 1 kann jedoch die Fläche des zwischen der Steuerschaltung 40 und dem IGBT-Element 1 gebildeten Steuerkreises klein gestaltet werden, so dass das Auftreten einer Spannungsschwankung in dem Steuersignal selbst dann verhindert werden kann, wenn ein starkes Ausmaß an elektromagnetischem Rauschen in dem Schaltelement für einen starken Strom auftritt, wie es sich die vorliegende Erfindung zum Ziel gesetzt hat.
  • Ferner wird es durch Integrieren der Steuerschaltung 40 überflüssig, ein Steuerschaltungssubstrat separat außerhalb der Vorrichtung vorzusehen, so dass sich die Handhabung der Vorrichtung einfach gestaltet.
  • D-3. Modifiziertes Beispiel 1
  • Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung M400 eine Konfiguration dargestellt ist, bei der einige der Anschlußleitungen 42 der Steuerschaltung 40 als Relaisstiftanschlußgruppe 41 aus dem Harzgehäuse 23Β nach außen ragend ausgebildet sind, ist die Länge der Anschlußleitungen nicht so lang wie bei einem Halbleiterbaustein im allgemeinen.
  • Somit ist es notwendig, die Halbleitervorrichtung aufgrund spezieller Spezifikationen herzustellen, um eine Konfiguration wie die der Steuerschaltung 40 zu erzielen, und bei Verwendung einer solchen Konfiguration wie der in 23 gezeigten Halbleitervorrichtung M401 kann eine Steuerschaltung im Zustand eines Halbleiterchips verwendet werden, der nicht gekapselt ist.
  • Das heißt, die Halbleitervorrichtung M401 weist ein Steuerschaltungssubstrat 17 zwischen dem IGBT-Element 1 und dem Relaisanschlußblock 20 auf der Hauptfläche des Wärmeverteilers 25 auf, und eine Steuerschaltung 40A ist mit dem Leitermuster auf dem Steuerschaltungssubstrat 17 elektrisch verbunden.
  • Die Steuerschaltung 40A liegt im Zustand eines Halbleiterchips vor, der nicht gekapselt ist. Die Steuerschaltung 40A wird dann über das vorstehend beschriebene Leitermuster mit dem IGBT-Element elektrisch verbunden und wird auch mit der Relaisanschlußplattengruppe 28 des Relaisanschlußblocks 20 elektrisch verbunden, so daß sie über die Relaisstiftanschlußgruppe 22 mit der Außenumgebung verbunden ist.
  • Die Steuerschaltung 40A und das Leitermuster auf dem Steuerschaltungssubstrat 17 sind durch einen Golddraht AW elektrisch verbunden, und die Steuerschaltung 40A ist mit einem Abdeckharz 30 kuppelförmig bedeckt, so daß sie gegenüber dem Druck des Formharzes zum Zeitpunkt des dichten Einschließen bzw. Einkapselns des Golddrahts AW geschützt ist.
  • Das heißt, zur Bildung des Harzgehäuses 23B läßt man ein Formharz in ein Formwerkzeug für einen Pressspritzvorgang einfließen, wobei ein Verfahren ver wendet wird, bei dem das vorliegend verwendete Formharz mit einem feinen Pulver aus Siliziumoxid gemischt wird, um die Wärme zu erhöhen, wobei mit steigendem Gehalt des Siliziumoxids die Viskosität zunimmt.
  • Um ferner das Wärmeausdehnungsverhältnis des Formharzes nahe zu dem Wärmeausdehnungsverhältnis des Wärmeverteilers 25 zu bringen, ist es erforderlich, den Siliziumoxidgehalt zu erhöhen, was wiederum zu einer hohen Viskosität führt.
  • Anschließend wird ein vergleichsweise dicker Aluminiumdraht WR für jede Verbindung zwischen den Komponenten auf dem Wärmeverteiler 25 verwendet, um ein Verziehen oder Verbiegen selbst bei einer Druckbeaufschlagung durch das Formharz zu vermeiden, wobei der Golddraht AW dünner als der Aluminiumdraht WR sowie leichter verformbar als dieser ist, so dass eine Möglichkeit eines Verziehens, Verbiegens oder in manchen Fällen eines Brechens aufgrund einer Druckbeaufschlagung zum Zeitpunkt des Einbringens des Formharzes besteht, das eine hohe Viskosität aufweist.
  • Aus diesem Grund ist bei der Halbleitervorrichtung M401 die Steuerschaltung 40A mit dem Abdeckharz 30 überdeckt, so dass die Golddrähte AW geschützt sind.
  • Hierbei ist es bevorzugt, das Drahtbonden der Golddrähte AW sowie die Bildung des Abdeckharzes 30 vor der Anbringung des Steuerschaltungssubstrats 17 auf dem Wärmeverteiler 25 auszuführen, und zwar unter dem Aspekt, eine Verzerrung und Beschädigung der Golddrähte AW zum Zeitpunkt der Bearbeitung zu verhindern.
  • Ferner ist es notwendig, daß das Material des Abdeckharzes 30 eine Viskosität aufweist, die geringer ist als die des Formharzes des Harzgehäuses 23B, so dass es selbst zum Zeitpunkt des Preissspritzvorgangs nicht verformt wird, wobei zum Beispiel ein Harz des unter Wärme aushärtenden Typs bevorzugt ist, dessen Glasübergangstemperatur 200°C oder höher ist, wobei es sich um die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt des Pressspritzens handelt, wobei in konkreterer Weise ein Harz auf Epoxy-Basis oder ein Harz auf Polyimid-Basis verwendet wird. Hierbei kann eine Konstruktion verwendet werden, bei der eine Metallabdeckung anstatt von Harz als Abdeckung dient.
  • Ferner braucht das Abdeckharz 30 nicht unbedingt kuppelförmig ausgebildet zu werden, sondern es kann zum Beispiel ein dammartiges Gebilde um die Steuerschaltung 40A herum vorgesehen werden, so dass ein Harz in den Bereich innerhalb des Damms eingefüllt wird.
  • Bei Verwendung von Aluminiumdrähten anstatt von Golddrähten AW ist es ferner effektiv, das Abdeckharz 30 vorzusehen.
  • Obwohl das Steuerschaltungssubstrat 17 auf dem Wärmeverteiler 25 vorgesehen ist, ist es bevorzugt, daß die Wärme von dem Wärmeverteiler 25 nicht zu der Steuerschaltung 40A geleitet wird, um die Zuverlässigkeit der Steuerschaltung 40A für eine lange Zeitdauer zu erhalten.
  • Aus diesem Grund ist ein Vorsprung an der Stelle vorgesehen, an der das Steuerschaltungssubstrat 17 auf dem Wärmeverteiler 25 angebracht ist, so daß ein Spalt von mehreren hundert μm zwischen dem Wärmeverteiler 25 und dem Steuerschaltungssubstrat 17 gebildet ist, um den Wärmewiderstand zwischen dem Wärmeverteiler 25 und dem Steuerschaltungssubstrat 17 zu erhöhen, so dass die Temperatur der Steuerschaltung 40A auf einem niedrigen Niveau gehalten wird.
  • Hierbei wird das Formharz selbstverständlich in den Spalt zwischen dem Wärmeverteiler 25 und dem Steuerschaltungssubstrat 17 eingefüllt, und ein Vorsprung kann selbstverständlich auch an dem Steuerschaltungssubstrat 17 anstatt dem Wärmeverteiler 25 vorgesehen werden.
  • D-4. Modifiziertes Beispiel 2
  • Obwohl bei der Halbleitervorrichtung M401 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration nur die Steuerschaltung 40A auf dem Steuerschaltungssubstrat 17 vorgesehen ist und der Relaisanschlußblock 20 auf dem Wärmeverteiler 25 vorgesehen ist, kann auch eine solche Konfiguration der Halbleitervorrichtung M402, wie sie in 24 dargestellt ist, verwendet werden, bei der auch der Relaisanschlußblock 20 auf dem Steuerschaltungssubstrat 17 vorgesehen ist.
  • E. Viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ersten Erfindung
  • E-1. Vorrichtungskonfiguration
  • 25 zeigt eine Schnittansicht der Konfiguration der Halbleitervorrichtung M500 als viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden ersten Erfindung. In 25 sind entsprechende Komponenten wie bei der unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Halbleitervorrichtung M200 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine nochmalige Beschreibung derselben verzichtet worden ist.
  • Wie in 25 gezeigt ist, liegt bei der Halbleitervorrichtung M500 die Bodenfläche des Wärmeverteilers 25 von der Bodenfläche des Harzgehäuses 23B frei. Auf dieser Bodenfläche des Harzgehäuses 23B ist eine Isolierschicht 91 vorgesehen, so dass der freiliegende Wärmeverteiler 25 überdeckt ist.
  • Für die Isolierschicht 91 wird ein Haftmaterial verwendet, das zum Beispiel auf die Oberfläche eines Flächenkörpers aus isolierendem Material, wie zum Beispiel ein Silikonharz, aufgebracht ist, und dieses wird an der Bodenfläche des Harzbausteins 23B haftend angebracht.
  • Da das Silikonharz mit einer Dicke von etwa 500 μm eine Spannungsfestigkeit von mehreren kV erzielen kann, kann die Isolierung der Halbleitervorrichtung M500 unter Verwendung eines Silikonharzes mit der genannten Dicke die gewünschte Spannungsfestigkeit selbst in dem Fall erzielen, dass die Halbleitervorrichtung M500 auf einem nicht gezeigten Kühlkörper angebracht ist.
  • Zum Verhindern einer Entladung an der Grenzfläche des Harzgehäuses 23B und des Silikonharz-Flächenkörpers ist es bevorzugt, den Silikonharz-Flächenkörper derart haftend anzubringen, dass seine Fläche größer ist als die Fläche des Wärmeverteilers 25.
  • E-2. Funktionsweise
  • Beim Preßspritzen besteht ein technisches Problem darin, daß ein Spalt von etwa mehreren 100 μm zwischen dem unteren Teil des Wärmeverteilers 25 und dem Formwerkzeug gebildet wird, so dass ein Formharz in den Spalt eingefüllt wird, ohne daß Platz verbleibt.
  • Das heißt, es besteht ein Spalt von mehreren Millimetern oder mehr zwischen dem oberen Teil des Wärmeverteilers 25 und dem Formwerkzeug im Vergleich zu dem Spalt von mehreren 100 μm zwischen dem unteren Teil des Wärmeverteilers 25 und dem Formwerkzeug. Die Strömungsgeschwindigkeit des Formharzes entlang des oberen Teils des Wärmeverteilers 25 ist somit schneller als die Strömungsgeschwindigkeit entlang des unteren Teils, so daß es zu dem Phänomen kommt, daß das Formharz durch den Spalt in dem oberen Teil des Wärmeverteilers 25 hindurch fließt und in den Spalt in dem unteren Teil eintritt.
  • Folglich fließt das Formharz in den Spalt in dem unteren Teil des Wärmeverteilers 25 unter Durchlaufung verschiedener Wege, so dass eine als Schweißstelle bezeichnete Region in dem Bereich gebildet wird, in dem die Strömungen miteinander in Kontakt treten. In diesem Fall besteht die Möglichkeit der Bildung eines Hohlraums an der Schweißstelle, wobei dies eine Ursache dafür bilden kann, dass eine vorbestimmte Spannungsfestigkeit nicht aufrechterhalten werden kann und dadurch wiederum das Problem entsteht, daß die Produktivität sinkt.
  • Durch Freilegen der Bodenfläche des Wärmeverteilers 25 von der Bodenfläche des Harzgehäuses 23B, wo die Isolierschicht 91 vorgesehen ist, läßt sich im Gegensatz dazu das vorstehend beschriebene Problem vermeiden, so dass sich die Produktivität erhöhen läßt.
  • E-3. Modifiziertes Beispiel 1
  • Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung M500 eine Konfiguration dargestellt ist, bei der die Isolierschicht 91 an der Bodenfläche des Harzgehäuses 23B vorgesehen ist, läßt sich hierbei auch eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung M501 verwenden, wie sie in 26 dargestellt ist. Das heißt, das Harzgehäuse 23B weist einen Stufenbereich SP auf, dessen Bodenfläche sich über einen Bereich erstreckt, der geringfügig breiter ist als die Fläche des Wärmeverteilers 25, wobei die Bodenfläche des Wärmeverteilers 25 in diesem Stufenbereich SP freiliegt. Hierbei ist die Höhe des Stufenbereichs SP geringer als die Dicke der Isolierschicht 91, d. h. die Dicke des isolierenden Flächenkörpers.
  • Wenn die Isolierschicht 91 in dem Stufenbereich SP vorgesehen wird, ragt die Hauptfläche der Isolierschicht 91 somit von dem Stufenbereich SP nach außen, und die Isolierschicht 91 wird durch Befestigen des Harzgehäuses 23B um den Stufenbereich SP herum auf einen nicht gezeigten Kühlkörper zusammengedrückt, so dass ihre Dicke mit der Höhe des Stufenbereichs SP identisch wird, bis ein vollständiger Kontakt mit dem Kühlkörper zum Zeitpunkt der Befestigung der Halbleitervorrichtung M501 an dem Kühlkörper mittels Schrauben oder dergleichen hergestellt wird.
  • Durch Vorgeben der Höhe des Stufenbereichs SP gleich der Mindestdicke des isolierenden Flächenkörpers zum Sicherstellen der Isolierung sowie durch Befestigung der Schrauben, bis das Harzgehäuse 23B vollständig mit dem Kühlkörper in Kontakt ist, läßt sich eine dünnere Ausbildung des isolierenden Flächenkörpers als der Mindestdicke aufgrund von Unebenheiten bei der Befestigung verhindern, und es wird somit überflüssig, einen zusätzlichen Spielraum für die Dicke des isolierenden Flächenkörpers vorzusehen, um die Abstrahlung zu erhöhen.
  • Da die Abstrahlung erhöht ist, braucht die Bodenfläche des Wärmeverteilers 25 nicht unbedingt größer ausgebildet zu werden, so dass eine Vergrößerung der Vorrichtung verhindert werden kann.
  • E-4. Modifiziertes Beispiel 2
  • Bei der Halbleitervorrichtung M500 ist zwar eine Konfiguration gezeigt, bei der die Isolierschicht 91 an der Bodenfläche des Harzgehäuses 23B vorgesehen ist, jedoch kann hierbei auch eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung M502 verwendet werden, wie sie in 27 gezeigt ist.
  • Hierbei sind an der Bodenfläche des Harzgehäuses 23B eine Vielzahl von vorspringenden Teilen NP in die Bodenfläche des Wärmeverteilers 25 umgebender Weise vorgesehen, und die Isolierschicht 91, d. h. der isolierende Flächenkörper, ist derart vorgesehen, dass er die Bodenfläche des Wärmeverteilers 25 in dem von der Vielzahl von vorspringenden Teilen NP umgebenden Bereich bedeckt. Die Höhe der vorspringenden Teile NP ist geringer als die Dicke der Isolierschicht 91, d. h. die Dicke des isolierenden Flächenkörpers.
  • Wenn die Isolierschicht 91 in dem von den vorspringenden Teilen NP umgebenen Bereich vorgesehen wird, ragt die Hauptfläche der Isolierschicht 91 von den Spitzen der vorspringenden Teile NP nach außen, und bei Anbringung der Halbleitervorrichtung M502 an dem Kühlkörper wird die Isolierschicht 91 zusammengedrückt, so dass ihre Dicke mit der Höhe der vorspringenden Teile NP identisch wird, wenn Befestigungsschrauben oder dergleichen angebracht werden, bis die Spitzen der vorspringenden Teile NP vollständig mit dem Kühlkörper in Berührung treten.
  • Durch Vorgeben der Höhe der vorspringenden Teile NP mit dem gleichen Wert wie die minimale Dicke des isolierenden Flächenkörpers zur Sicherstellung der Isolierung sowie durch Befestigen von Schrauben, bis die vorspringenden Teile NP vollständig mit dem Kühlkörper in Berührung stehen, läßt sich verhindern, daß der isolierende Flächenkörper aufgrund von Ungleichmäßigkeiten bei der Befestigung dünner wird als die Mindestdicke, so daß es überflüssig wird, einen zusätzlichen Spielraum hinsichtlich der Dicke des isolierenden Flächenkörpers vorzusehen, um die Abstrahlung zu steigern.
  • Da die Abstrahlung erhöht wird, braucht die Bodenfläche des Wärmeverteilers 25 nicht notwendigerweise größer ausgebildet zu werden, so dass eine Erhöhung der Größe der Vorrichtung vermieden werden kann.
  • Bei den vorspringenden Teilen NP kann es sich um Zylinder handeln, deren Durchmesser ca. 2 mm beträgt, wobei vier bis sechs solche Zylinder für jede Seite des Wärmeverteilers 25 vorgesehen sein können. Außerdem können die vorspringenden Teile NP in integraler Weise mit dem Harzgehäuse 23B ausgebildet werden.
  • E-5. Modifiziertes Beispiel 3
  • Bei der Halbleitervorrichtung M500 ist zwar eine Konfiguration gezeigt, bei der die Isolierschicht 91 an der Bodenfläche des Harzgehäuses 23B vorgesehen ist, jedoch kann hierbei auch eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung M503 verwendet werden, wie sie in 28 gezeigt ist.
  • Dabei weist das Harzgehäuse 23B einen Stufenbereich SP auf, dessen Bodenfläche sich über einen Bereich erstreckt, der geringfügig breiter ist als die Fläche des Wärmeverteilers 25, wobei die Bodenfläche des Wärmeverteilers 25 in diesem Stufenbereich SP freiliegt. Die Höhe des Stufenbereichs SP ist ferner geringfügig kleiner als die Dicke der Isolierschicht 91.
  • Die Isolierschicht 91 kann durch haftendes Anbringen des vorstehend beschriebenen isolierenden Flächenkörpers gebildet sein, und zwar unter Verwendung eines Verfahrens, bei dem eine vorbestimmte Menge eines isolierenden Harzes durch Aufdrucken aufgebracht wird und eine Abstrahlplatte BS auf das isolierende Harz gedrückt wird, so dass das isolierende Harz auf eine gleichmäßige Dicke verteilt wird. Durch Ausführen dieses Prozesses in einer Umgebung mit geringem Druck läßt sich somit das Auftreten von Lücken in der Isolierschicht 91 vermeiden.
  • Durch Aufbringen des Harzes mittels einer Druckeinrichtung, um eine geschmolzenes isolierendes Harz einem Zielbereich zuzuführen und das Harz z. B. unter Verwendung eines Spatels zu verteilen, wird bei der Halbleitervorrichtung M503 die Höhe des Stufenbereichs SP gleich der Mindestdicke der Isolierschicht 91 ausgebildet, und das isolierende Harz wird in einem Ausmaß verteilt, in dem seine Dicke geringfügig größer ist als die Höhe des Stufenbereichs SP; ferner wird das isolierende Harz durch Druckbeaufschlagung von der Abstrahlplatte BS gleichmäßig verteilt, wobei die Isolierschicht 91 gleichzeitig mit der Abstrahlplatte BS sicher in Berührung tritt.
  • Hierbei sorgt die Abstrahlplatte BS nicht nur für die Verteilung des isolierenden Harzes, sondern sie kann auch das Abstrahlvermögen erhöhen, da die Kontaktfläche mit dem Kühlkörper durch Anbringen der Abstrahlplatte BS erhöht wird, deren Fläche größer ist als die Fläche des Wärmeverteilers 25.

Claims (18)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: – ein Strahlungssubstrat (25); – Halbleiterelemente (1, 2), die auf dem Strahlungssubstrat (25) angeordnet sind; – eine Vielzahl von Hauptelektrodenplatten (8; 8B); und – ein Harzgehäuse (23; 23B), indessen Harzmaterial das Strahlungssubstrat (25), die Halbleiterelemente (1, 2) und die mehreren Hauptelektrodenplatten (8; 8B) vollständig eingebettet sind, und wobei die Abmessungen des Strahlungssubstrates und die des Harzgehäuses in der gleichen GrößenOrdnung ausgebildet sind, wobei – eine erste Hauptelektrodenplatte (81; 81B) der Vielzahl der Hauptelektrodenplatten (8; 8B), die ein mit einer Hauptelektrode der Halbleiterelemente (1, 2) elektrisch verbundenes erstes Ende und ein anderes an einer Außenseite einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23; 23B) derart freiliegendes zweites Ende aufweist, dass eine Hauptfläche des anderen Endes parallel entlang einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23; 23B) verläuft, und – eine zweite Hauptelektrode (82, 82B) der Vielzahl der Hauptelektrodenplatten (8; 8B), die ein mit dem Strahlungssubstrat (25) elektrisch verbundenes erstes Ende und ein anderes an der Außenseite der oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23; 23B) derart freiliegendes zweites Ende aufweist, dass eine Hauptfläche des anderen Endes parallel entlang einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23; 23B) verläuft, wobei das Harzgehäuse (23, 23B) in integraler Weise durch Formen gebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Harzgehäuse (23) kastenförmig ausgebildet ist und wobei nur eine Hauptfläche an dem anderen Ende jeder der mehreren Hauptelektrodenplatten (8) an der oberen Oberfläche des Harzgehäuses freiliegt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei es sich bei der Position, an der die Hauptfläche an dem anderen Ende jeder der mehreren Hauptelektrodenplatten (8) freiliegt, um eine Position in der Nähe der Mitte der oberen Oberfläche des Harzgehäuses handelt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Harzgehäuse (23) einen Körperbereich (231B) mit kastenartiger Formgebung sowie eine Vielzahl vorspringender Elektrodenbereiche (232B) aufweist, die jeweils von der oberen Oberfläche des Körperbereichs wegragen und die mehreren Hauptelektrodenplatten in ihrem Inneren aufweisen; und wobei nur die Hauptfläche an dem anderen Ende von jeder der mehreren Hauptelektrodenplatten an der oberen Oberfläche eines jeden der mehreren vorspringenden Elektrodenbereiche (232B) freiliegt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die mehreren vorspringenden Elektrodenbereiche (232B) derart ausgebildet sind, dass die Grenzbereiche zwischen den mehreren vorspringenden Elektrodenbereichen (232B) und dem Körperbereich (231B) gerundete Oberflächen aufweisen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mehreren vorspringenden Elektrodenbereiche (232B) an Randbereichen des Körperbereichs (231B) angeordnet sind und in ihrem Inneren Hohlräume (OS) aufweisen; und wobei das andere Ende einer jeden der mehreren Hauptelektrodenplatten (8B) die Oberseite eines jeden der Hohlräume (OS) überdeckend ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das andere Ende jeder der mehreren Hauptelektrodenplatten (8B) eine Durchgangsöffnung (28) aufweist; und wobei die Durchgangsöffnung (28) ein Gewinde an ihrer Innenfläche aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Durchgangsöffnung (28) durch ein gratbildendes Verfahren gebildet ist; und wobei das Gewinde in einem Gratbereich (BP) gebildet ist, der zu der Seite des Hohlraums (OS) vorsteht.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das andere Ende jeder der mehreren Hauptelektrodenplatten eine Durchgangsöffnung (28) aufweist; und wobei in die mehreren vorspringenden Elektrodenbereiche (232B) Muttern (31) eingebettet sind, so dass das Gewinde einer jeden der Muttern (31) mit der jeweiligen Durchgangsöffnung (28) in Verbindung steht.
  10. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche ferner eine Steuerschaltung (40, 40A) aufweist, die auf dem Strahlungssubstrat (25) angeordnet ist und eine Treibersteuerung der Halbleiterelemente ausführt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltung (40; 40A) mit einem Harzmittel bedeckt ist, dessen Viskosität geringer ist als die des Formharzes des Harzgehäuses.
  12. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei eine Bodenfläche des Strahlungssubstrats (25), die der Fläche gegenüberliegt, auf der die Halbleiterelemente angebracht sind, von der Bodenfläche des Harzgehäuses freiliegt; und wobei die Halbleitervorrichtung ferner eine Isolierschicht (91) aufweist, die auf der Seite der Bodenfläche des Harzgehäuses derart vorgesehen ist, dass sie zumindest die Bodenfläche des Strahlungssubstrats (25) vollständig überdeckt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Isolierschicht (91) aus einem Isoliermaterial in Flächenkörperform gebildet ist, das an der Bodenfläche des Harzgehäuses angebracht ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Bodenfläche des Harzgehäuses einen Stufenbereich (SP) aufweist, der eine Vertiefung bildet und dem Bereich entspricht, in dem die Bodenfläche des Strahlungssubstrats (25) freiliegt; und wobei die Tiefe des Stufenbereichs (SP) geringer ist als die Dicke der Isolierschicht (91).
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Bodenfläche des Harzgehäuses eine Vielzahl von vorspringenden Teilen (NP) aufweist, die den freiliegenden Bereich der Bodenfläche des Strahlungssubstrats (25) umgebend vorgesehen sind; und wobei die Höhe der vorspringenden Teile (NP) geringer ist als die Dicke der Isolierschicht (91).
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die ferner eine Strahlungsplatte (BS) aufweist, die in engem Kontakt mit der Isolierschicht (91) steht und deren Fläche größer ist als die der Isolierschicht (91).
  17. Leistungshalbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: – eine Vielzahl von Strahlungssubstraten (25; 251; 252); – Halbleiterelemente (1, 2), die jeweils auf der Vielzahl von Strahlungssubstraten (25; 251; 252) angeordnet sind; – eine Vielzahl von Hauptelektrodenplatten (8), von denen das eine Ende jeweils mit einer Hauptelektrode eines jeden der Halbleiterelemente (1, 2) elektrisch verbunden ist; und – ein Harzgehäuse (23C), in dessen Harzmaterial die Vielzahl der Strahlungssubstrate (25; 251; 252), die Halbleiterelemente (1, 2) und die Vielzahl von Hauptelektrodenplatten (8) vollständig eingebettet sind, und wobei die Abmessungen des Strahlungssubstrates und die des Harzgehäuses in der gleichen Größenordnung ausgebildet sind, wobei – eine erste Hauptelektrodenplatte (8P) der Vielzahl der Hauptelektrodenplatten (8), die ein mit einer Hauptelektrode der Halbleiterelemente (1, 2) elektrisch verbundenes erstes Ende und ein anderes an einer Außenseite einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23C) derart freiliegendes zweites Ende aufweist, dass eine Hauptfläche des anderen Endes parallel entlang einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23C) verläuft, und – eine zweite Hauptelektrodenplatte (8U; 8V; 8W) der Vielzahl der Hauptelektrodenplatten (8), die ein mit dem Strahlungssubstrat (25; 251; 252) elektrisch verbundenes erstes Ende und ein anderes an der Außenseite der oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23C) derart freiliegendes zweites Ende aufweist, dass eine Hauptfläche des anderen Endes parallel entlang einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses (23C) verläuft, wobei das Harzgehäuse (23C) in integraler Weise durch Formen gebildet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl von Strahlungssubstraten (25) jeweils die gleiche Rechteckform aufweisen und mit ihren Längsseiten parallel zueinander angeordnet sind.
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