DE112011105178B4 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung, die Folgendes aufweist: – ein Halbleiterelement-Substrat (4), bei dem eine Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2) auf der einen Oberfläche eines isolierenden Substrats (1) gebildet ist und eine Rückseiten-Elektrode (3) auf der anderen Oberfläche des isolierenden Substrats (1) gebildet ist; – ein unter Verwendung eines Bondverbindungsmaterials an der Oberfläche der Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2) gegenüber von dem isolierenden Substrat (1) angebrachtes Halbleiterelement (5, 6); – ein erstes Dichtharzelement (12; 120), das das Halbleiterelement (5, 6) und das Halbleiterelement-Substrat (4) bedeckt; und – eine aus Harz gebildete Trennwand (9), deren Höhe größer ist als die Höhe des Halbleiterelements (5, 6), – wobei an einer Stelle der Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2), an der ein elektrisches Potential äquivalent zu dem elektrischen Potential der Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2) an einer Stelle vorhanden ist, an der das Halbleiterelement (5, 6) durch eine Bondverbindung angebracht ist, eine isolierende Anschlussauflage (8) vorgesehen ist, die mit einen leitfähigen Relaisanschluss (82; 84) und einem Isolierelement (81; 85) ausgebildet ist, das mit einen isolierenden Material gebildet ist und den Relaisanschluss (82; 84) und die Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2) voneinander isoliert, und eine Verdrahtung (13) von dem Halbleiterelement (5, 6) nach außen über den Relaisanschluss (82; 84) nach außen geführt ist, wobei die Trennwand (9) derart ausgebildet ist, dass sie die Peripherie des Halbleiterelement-Substrats (4) auf einer Seite des Halbleiterelement-Substrats (4) umschließt, auf der das Halbleiterelement (5, 6) angebracht ist, und wobei das erste Dichtharzelement (12; 120) den Bereich innenseitig der Trennwand (9) ausfüllt und der Elastizitätsmodul der Trennwand (9) niedriger ist als der Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements (12; 120).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die bei hohen Temperaturen betrieben werden kann, und befasst sich insbesondere mit der Befestigungskonfiguration einer solchen Halbleitervorrichtung.
  • Einschlägiger Stand der Technik
  • Mit der Entwicklung von industriellen Anlagen, elektrischen Eisenbahnen und Kraftfahrzeugen ist es zu einem Anstieg der Betriebstemperaturen von dafür verwendeten Halbleiterelementen gekommen. In jüngerer Zeit ist eine starke Entwicklung von Halbleiterelementen erfolgt, die sogar bei hohen Temperaturen arbeiten, und die Reduzierung der Größe, die Erhöhung der Standhaltespannung sowie die Steigerung der Stromdichte der Halbleiterelemente sind fortgeschritten.
  • Insbesondere weisen Halbleiter mit großer Bandlücke, wie z. B. SiC, GaN usw. eine größere Bandlücke als Si-Halbleiter auf. Aus diesem Grund waren eine Erhöhung der Standhaltespannung, eine Reduzierung der Größe, eine Steigerung der Stromdichte sowie ein Betrieb der Halbleitervorrichtungen bei hohen Temperaturen zu erwarten.
  • Zum Herstellen einer Vorrichtung unter Verwendung eines Halbleiterelements mit den vorstehend genannten Eigenschaften muss auch in dem Fall, in dem das Halbleiterelement bei einer Temperatur von mehr als 150°C arbeitet, ein stabiler Betrieb der Halbleitervorrichtung gewährleistet werden, indem eine Rissbildung an einem Bondverbindungsmaterial sowie eine Beeinträchtigung der Verdrahtungen verhindert werden.
  • Andererseits wird hinsichtlich eines Verfahrens zum dichten Einschließen eines Halbleiterelements in ein Harzmaterial in einer Halbleitervorrichtung von dem Patentdokument 1 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Abgrenzungsmaterial zum Umschließen der Peripherie eines Halbleiterelements verwendet wird, um einen Teil im Inneren desselben in ein Harzmaterial einzukapseln. Ferner schlägt das Patentdokument 2 ein Verfahren vor, bei dem eine Abgrenzung an der Peripherie eines Halbleiterelements gebildet wird, um den Fluss eines Harzmaterials zu stoppen, das das Halbleiterelement bedeckt.
  • Eine Halbleitervorrichtung zum Erreichen einer hohen Isolierung ist aus dem Patentdokument 3 bekannt. Dabei weist die Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat auf, bei dem auf einer Oberfläche der Vorderseite eines isolierenden Substrats (Keramik) eine Oberflächen-Elektrodenschicht und auf der Rückseite eine Rückseiten-Elektrodenschicht gebildet ist. Ferner sind in Patentdokument 3 Halbleiterelemente auf der freien Oberfläche der Oberflächen-Elektrodenschicht angeordnet und die Halbleiterelemente und das Halbleitersubstrat sind mit einem Dichtharz bedeckt.
  • Eine weitere Halbleitervorrichtung ist aus dem Patentdokument 4 bekannt. Dabei wird bei der beschriebenen Halbleitervorrichtung ein Halbleiterelement auf einer Metallschicht angeordnet, die auf einer mehrschichtigen Kunststoffplatte ausgebildet ist. Die Metallschicht dient hierbei als Masseelektrode, indem das Halbleiterelement und die Metallschicht über einen dünnen Metalldraht verbunden werden. Eine ebenfalls verdrahtete zweite Metallschicht bildet eine Elektrode zur Stromversorgung aus und eine gedruckte innere Verdrahtung ist mit einem weiteren als Signalleitung ausgebildeten dünnen Metalldraht verbunden.
  • Dokumente zum Stand der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift JP 2003-124 401 A
    • Patentdokument 2: Japanische Offenlegungsschrift JP S58-17 646 A
    • Patentdokument 3: Japanische Offenlegungsschrift JP 2009-147 062 A
    • Patentdokument 4: Japanische Offenlegungsschrift JP H06-252 284 A
  • Offenbarung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Bei den Verfahren, die in dem Patentdokument 1 und dem Patentdokument 2 offenbart sind, handelt es sich jedoch bei einem Halbleiterelement um ein Halbleiterelement mit großer Bandlücke, wie z. B. SiC usw., wobei eine das Halbleiterelement mit großer Bandlücke aufweisende Halbleitervorrichtung bei höheren Temperaturen arbeitet als bisher und die Temperatur eines Wärmezyklustests dementsprechend höher wird. Unter den vorstehend genannten Bedingungen kommt es zur Rissbildung bei einem Dichtharzelement oder zum Ablösen eines Dichtharzelements von einem Substrat. Infolgedessen wird die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung beträchtlich vermindert.
  • Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme erfolgt, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit, bei der es kaum zu einer Rissbildung in einem Dichtharzelement sowie zum Ablösen eines Dichtharzelements von einem Substrat kommen kann, selbst wenn die Halbleitervorrichtung zyklischen Wärmebelastungen bzw. Wärmezyklen ausgesetzt wird, bei denen Halbleiterelemente wiederholt bei hohen Temperaturen arbeiten.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung geschaffen, die Folgendes aufweist:
    ein Halbleiterelement-Substrat, bei dem eine Vorderseiten-Elektrodenstruktur auf der einen Oberfläche eines isolierenden Substrats gebildet ist und eine Rückseiten-Elektrode auf der anderen Oberfläche des isolierenden Substrats gebildet ist;
    ein unter Verwendung eines Bondverbindungsmaterials an der Oberfläche der Vorderseiten-Elektrodenstruktur gegenüber von dem isolierenden Substrat angebrachtes Halbleiterelement;
    ein erstes Dichtharzelement, das das Halbleiterelement und das Halbleiterelement-Substrat bedeckt; und
    eine aus Harz gebildete Trennwand, deren Höhe größer ist als die Höhe des Halbleiterelements,
    wobei an einer Stelle der Vorderseiten-Elektrodenstruktur, an der ein elektrisches Potential äquivalent zu dem elektrischen Potential der Vorderseiten-Elektrodenstruktur an einer Stelle vorhanden ist, an der das Halbleiterelement durch eine Bondverbindung angebracht ist, eine isolierende Anschlussauflage vorgesehen ist, die mit einen leitfähigen Relaisanschluss und einem Isolierelement ausgebildet ist, das mit einem isolierenden Material gebildet ist und den Relaisanschluss und die Vorderseiten-Elektrodenstruktur voneinander isoliert, und eine Verdrahtung von dem Halbleiterelement nach außen über den Relaisanschluss nach außen geführt ist,
    wobei die Trennwand derart ausgebildet ist, dass sie die Peripherie des Halbleiterelement-Substrats auf einer Seite des Halbleiterelement-Substrats umschließt, auf der das Halbleiterelement angebracht ist, und
    wobei das erste Dichtharzelement den Bereich innenseitig der Trennwand ausfüllt und der Elastizitätsmodul der Trennwand niedriger ist als der Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements.
  • Vorteil der Erfindung
  • Da eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung die vorstehend beschriebene Konfiguration aufweist, kann es bei einem Betrieb der Halbleitervorrichtung bei hohen Temperaturen kaum zu einer Trennung zwischen einem Dichtharz und einer Vorderseiten-Elektrodenstruktur oder einem isolierenden Substrat kommen oder zu einer Rissbildung an einem Dichtharz kommen. Damit kann es auch kaum zu einer durch den Betrieb bei hohen Temperaturen verursachten Fehlfunktion kommen. Infolgedessen lässt sich eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit erzielen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einem nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel 1;
  • 2 eine Perspektivansicht zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß dem nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel 1, wobei ein Teil der Komponenten weggelassen worden ist;
  • 3(A), 3(B) und 3(C) drei orthographische Ansichten zur Erläuterung einer isolierenden Anschlussauflage einer Halbleitervorrichtung gemäß einem nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel 2;
  • 4 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Draufsicht von oben zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Teil der Komponenten weggelassen worden ist;
  • 6 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer weiteren grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 5 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine Perspektivansicht zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung, die durch Anordnen einer Vielzahl von Halbleitervorrichtungs-Modulen gebildet ist, gemäß Ausführungsbeispiel 5 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Dichtharzelement sowie ein Teil der Komponenten weggelassen worden sind;
  • 10 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 6 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Darstellung von Resultaten eines Leistungszyklustests an einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 12 eine Perspektivansicht zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel, wobei ein Teil der Komponenten weggelassen worden ist;
  • 13 eine Darstellung von Resultaten eines Leistungszyklustests und eines Wärmezyklustests an einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
  • 14 eine Darstellung von Resultaten eines Leistungszyklustests und eines Wärmezyklustests an einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung;
  • 15 eine Darstellung von Resultaten eines Leistungszyklustests und eines Wärmezyklustests an einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung; und
  • 16 eine Darstellung von Resultaten eines Leistungszyklustests und eines Wärmezyklustests an einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • NICHT BEANSPRUCHTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
  • 1 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1, und 2 zeigt eine Perspektivansicht zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung, bei der eine Gehäuseseitenplatte und eine Basisplatte weggelassen worden sind und ein Dichtharzelement entfernt worden ist.
  • Dabei zeigt 1 eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A der 2. Eine Halbleitervorrichtung ist mit einem Halbleiterelement-Substrat bzw. Träger 4 versehen, bei dem eine Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 auf einer oberen Oberfläche eines isolierenden Substrats 1 gebildet ist und eine Rückseiten-Elektrode 3 auf einer rückwärtigen Oberfläche des isolierenden Substrats 1 gebildet ist und bei dem Halbleiterelemente 5 und 6 an der Oberfläche der Elektrodenstruktur 2 unter Verwendung eines Bondverbindungsmaterials 7, wie z. B. eines Lötmaterials, angebracht sind.
  • Dabei handelt es sich bei dem Halbleiterelement 5 z. B. um ein Halbleiterelement für elektrische Leistung, wie z. B. einen MOSFET, der einen hohen elektrischen Strom steuert, und bei dem Halbleiterelement 6 handelt es sich z. B. um eine Rückstromdiode, die dem Halbleiterelement 5 parallel geschaltet ist. Eine Seite der Rückseiten-Elektrodenstruktur 3 des Halbleiterelement-Substrats 4 ist an einer Basisplatte 10 unter Verwendung eines Bondverbindungsmaterials 70 angebracht, bei dem es sich z. B. um Lötmaterial handelt.
  • Bei der Basisplatte 10 handelt es sich um eine Bodenplatte, und die Basisplatte 10 und eine Gehäuseseitenplatte 11 bilden ein Gehäuse, und ein erstes Dichtharz 12 ist in einem Harzinjektionsverfahren in das Gehäuse eingespritzt. Drähte 13 sind mit dem jeweiligen Halbleiterelement zur elektrischen Verbindung nach außen verbunden, und die Drähte 13 sind mit Anschlüssen 14 verbunden. Die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 ist über den Anschluss 14 mit der Außenseite elektrisch verbunden.
  • Was die Verbindung von dem Halbleiterelemente 5 zu dem Anschluss 14 anbelangt, so ist es notwendig, an einem Chip des Halbleiterelements 5 aufgrund des eingeschränkten Raums einen dünnen Draht zu verwenden; andererseits ist es notwendig, für die Verbindung mit dem Anschluss 14 einen dicken Draht zu verwenden, da er Stärke und Festigkeit benötigt. Aus diesem Grund ist eine Anschlussauflage erforderlich, die Drähte relaisartig verbindet. Bei der Halbleitervorrichtung ist eine Anschlussauflage, die Drähte relaisartig verbindet, auf der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 vorgesehen.
  • Dabei handelt es sich bei der Anschlussauflage um eine isolierende Anschlussauflage 8 mit einer derartigen Konfiguration, dass ein Relaisanschluss 82, mit dem ein Draht verbunden wird, gegenüber der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 isoliert ist. Die isolierende Anschlussauflage 8 weist mindestens einen Leiter auf, bei dem es sich um den Relaisanschluss 82 zum relaisartigen Verbinden von Drähten handelt, und weist ferner ein Isolierelement 81 auf, das den Leiter gegenüber der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 isoliert.
  • Solange die isolierende Anschlussauflage 8 eine Konfiguration aufweist, bei der die Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 auf dem Halbleiterelement-Substrat 4 sowie der Relaisanschluss 82, mit dem ein Draht verbunden wird, voneinander isoliert sind, unterliegt die Formgebung der isolierenden Anschlussauflage 82 keinen besonderen Einschränkungen.
  • Ferner ist die isolierende Anschlussauflage 8 an einer Position der Vorderseiten-Elektrodenstruktur vorgesehen, an der ein elektrisches Potential vorhanden ist, das zu dem elektrischen Potential der Vorderseiten-Elektrodenstruktur an einer Position äquivalent ist, an der ein Halbleiterelement verbunden ist.
  • Es kann ein beliebiger Leiter, der die erforderlichen elektrischen Eigenschaften besitzt, für den Relaisanschluss 82 verwendet werden, wobei z. B. Kupfer, Aluminium oder Eisen verwendet werden kann. Bei einem Material, das für das Element 81 aus isolierendem Material verwendet wird, handelt es sich z. B. um Epoxy-Harz, jedoch ist das Material nicht darauf beschränkt, und es kann ein beliebiges Harzmaterial verwendet werden, das die erwünschte Wärmebeständigkeit und Adhäsion aufweist.
  • Zusätzlich zu einem Epoxy-Harz wird vorzugsweise z. B. ein Silikonharz, ein Urethanharz, ein Polyimidharz, ein Polyamidharz, ein Acrylharz usw. verwendet. Zum Einstellen einer Wärmebeständigkeit sowie eines Wärmeausdehnungskoeffizienten kann ein ausgehärtetes Harzprodukt verwendet werden, in dem ein Keramikpulver dispergiert ist. Für das verwendete Keramikpulver wird z. B. Al2O3, SiO2, AlN, BN, Si3N4 usw. eingesetzt; jedoch ist die Auswahl nicht darauf beschränkt, und beispielsweise kann auch Diamant, SiC, B203 usw. verwendet werden.
  • Hinsichtlich der Formgebung einer Körnung des Pulvermaterials wird häufig Pulver mit einer kugeligen Formgebung verwendet, jedoch kann auch eine Körnung mit einer abgeflachten Form, einer granularen Form, einer Phosphorablagerungsform sowie ein Pulveraggregat usw. verwendet werden. Hinsichtlich der Pulver-Füllmenge kann eine beliebige Füllmenge verwendet werden, mit der sich die erforderlichen Fließeigenschaften, Isoliereigenschaften und Hafteigenschaften erzielen lassen.
  • Die isolierende Anschlussauflage 8 weist das Isolierelement 81 auf, das mit einem isolierenden Material gebildet ist, und auf einer Oberfläche des Isolierelements 81 ist eine Kupferfolie gebildet, wobei es sich bei der Kupferfolie um den Relaisanschluss 82 handelt. Ferner ist auf einer Oberfläche des Isolierelements 81, die einer Seite der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 zugewandt ist, eine Bondverbindungs-Kupferfolie 83 zur Verbindung mit der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 durch Lötmaterial usw. gebildet.
  • Die isolierende Anschlussauflage 8 kann mit der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 nicht durch Lötmaterial, sondern auch durch einen isolierenden Klebstoff usw. verbunden werden. In diesem Fall ist die Bondverbindungs-Kupferfolie 83 nicht unbedingt vorgesehen. Der Relaisanschluss 82 kann durch Bilden einer inselförmigen Struktur durch Ätzen auf dem Isolierelement 81 gebildet werden. Jede inselförmige Struktur bildet einen jeweiligen Relaisanschluss zum relaisartigen Verbinden eines jeweiligen Drahts.
  • Wenn das Halbleiterelement als ein Halbleiterelement verwendet wird, das als Leistungs-Halbleiterelement bei Temperaturen von mehr als 150°C arbeitet, kann nicht nur bei dem Ausführungsbeispiel 1, sondern auch bei den weiteren Ausführungsbeispielen ein großer Effekt erzielt werden. Insbesondere bei Verwendung des Halbleiterelements bei einem so genannten Halbleiter mit großer Bandlücke, d. h. bei einem Halbleiter, der aus einem Material gebildet ist, dessen Bandlücke größer ist als die von Silicium (Si), wie z. B. einem Material auf der Basis von Galliumnitrid, Siliciumcarbid oder Diamant, kann ein großer Effekt erzielt werden.
  • Ferner sind in 2 nur zwei Halbleiterelemente an einer durch Formen gebildeten Halbleitervorrichtung angebracht, wobei dies jedoch nicht einschränkend zu verstehen ist und in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung eine erforderliche Anzahl von Halbleiterelementen an der Halbleitervorrichtung angebracht werden kann.
  • Im allgemeinen wird Kupfer für die Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2, die Rückseiten-Elektrodenstruktur 3, die Basisplatte 10 und den Anschluss 14 verwendet, wobei dies jedoch nicht einschränkend zu verstehen ist und auch Aluminium oder Eisen oder ein Material verwendet werden kann, bei dem es sich um eine Kombination von diesen handelt. Ferner wird auf einer Oberfläche im allgemeinen eine Nickel-Plattierung ausgeführt, jedoch kann alternativ auch eine Gold-Plattierung oder eine Zinn-Plattierung ausgeführt werden, wobei jede beliebige Ausbildung akzeptabel ist, die für den erforderlichen Strom und die erforderliche Spannung bei einem Halbleiterelement sorgen kann.
  • Darüber hinaus kann auch ein Verbundmaterial verwendet werden, wie z. B. Kupfer/Invar/Kupfer, wobei auch eine Legierung, wie z. B. SiCAl oder CuMo verwendet werden kann. Darüber hinaus werden der Anschluss 14 und die Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 in das erste Dichtharzelement 12 eingebettet, und aus diesem Grund können zum Verbessern der Haftung an dem Harzelement winzige Vertiefungen und Vorsprünge auf einer Oberfläche gebildet sein, wobei eine Adhäsions-Hilfsschicht unter Verwendung eines Silan-Kopplungsmittels gebildet werden kann.
  • Das Halbleiterelement-Substrat 4 bezieht sich auf ein Substrat, das das isolierende Substrat 1 aufweist, das aus einem Keramikmaterial gebildet ist, wie z. B. Al2O3, SiO2, AlN, BN, Si3N4 usw., in dem die Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 und die Rückseiten-Elektrode 3 aus Kupfer oder Aluminium gebildet sind. Das Halbleiterelement-Substrat 4 muss sowohl Wärmeabstrahlungseigenschaften als auch Isoliereigenschaften aufweisen.
  • Die Konfiguration des Halbleiterelement-Substrats 4 ist nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration beschränkt, sondern es ist auch ein Halbleiterelement-Substrat 4 akzeptabel, das das isolierende Substrat 1 beinhaltet, bei dem es sich um ein gehärtetes Harzprodukt handelt, in dem Keramikpulver dispergiert ist oder in das eine Keramikplatte eingebettet ist, in der die Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 und die Rückseiten-Elektrode 3 gebildet sind.
  • Ferner wird als Keramikpulver, das für das isolierende Substrat 1 verwendet wird, Al2O3, SiO2, AlN, BN, Si3N4 usw. eingesetzt, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und auch Diamant, SiC, B2O3 usw. verwendet werden kann. Ferner kann auch Harzpulver verwendet werden, wie z. B. ein Silikonharz, Acrylharz usw. Hinsichtlich der Formgebung einer Körnung des Pulvermaterials wird häufig Pulver mit einer kugeligen Formgebung verwendet, jedoch kann auch eine Körnung mit einer abgeflachten Form, einer granularen Form, einer Phosphorablagerungsform sowie ein Pulveraggregat usw. verwendet werden.
  • Hinsichtlich der Pulver-Füllmenge kann eine beliebige Füllmenge verwendet werden, mit der sich die erforderlichen Wärmeabstrahlungs- und Isoliereigenschaften erzielen lassen. Im allgemeinen handelt es sich bei einem für das isolierende Substrat 1 verwendeten Harzmaterial um ein Epoxy-Harz, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann auch ein Polyimid-Harz, ein Silikonharz, ein Acrylharz usw. verwendet werden, d. h. ein Material, das sowohl eine Isoliereigenschaft als auch eine Hafteigenschaft aufweist.
  • Bei den verwendeten Drähten 13 und 15 handelt es sich um Drahtkörper (die im folgenden als Drähte bezeichnet werden) mit kreisförmigem Querschnitt aus Aluminium oder Gold; jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann auch ein Draht verwendet werden, der durch Formen einer Kupferplatte zu einem bandartigen Gebilde hergestellt ist (das im Folgenden auch als Band bezeichnet wird). Ferner kann eine erforderliche Anzahl von Drähten in Abhängigkeit von der Stromdichte des Halbleiterelements angeschlossen werden.
  • Der Draht 13 kann durch Verbinden eines Metallstücks, wie z. B. Kupfer oder Zinn, mit einem geschmolzenen Metall gebildet werden, wobei jede beliebige Konfiguration eines Drahts akzeptabel ist, mit der der erforderliche Strom und die erforderliche Spannung zu einem Halbleiterelement zugeführt werden können.
  • Die Drahtform und der Drahtdurchmesser der Drähte 13 und 15 können in Abhängigkeit von der Strommenge, der Drahtlänge und der Oberfläche einer Elektrodenanschlussfläche in geeigneter Weise frei gewählt werden. Z. B. kann in einem Fall, in dem die Strommenge hoch ist oder die Drahtlänge lang ist, ein Draht mit einem großen Durchmesser, wie z. B. ein Draht mit einem Durchmesser von 400 μm, oder eine Bandverbindung usw. verwendet werden.
  • Ferner sollen SiC-Halbleiterelemente aufgrund von Kosteneinschränkungen in ihrer Oberfläche verkleinert werden, und in vielen Fällen besitzt eine Elektrodenanschlussfläche eine kleine Oberfläche. In diesem Fall kann ein Draht mit dünnem Durchmesser, beispielsweise ein Draht mit einem Durchmesser von 150 μm, verwendet werden.
  • Bei herkömmlichen Halbleitervorrichtungen, wie sie z. B. in 1 von dem Patentdokument 1 gezeigt sind, wird eine leitfähige Struktur, die einer Vorderseiten-Elektrodenstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel entspricht, durch Teilen in eine Chipfläche zum Anbringen eines Halbleiterelements sowie eine zweite Fläche zum relaisartigen Verbinden von Drähten gebildet. Die Chipfläche und die zweite Fläche sind isoliert, und ein Schaltungssubstrat liegt zwischen der Chipfläche und der zweiten Fläche frei.
  • Das Schaltungssubstrat, die leitfähige Struktur und das Halbleiterelement sind mit einem Dichtharzelement dicht eingeschlossen bzw. eingekapselt, da jedoch eine große Differenz bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Dichtharzelement und dem Schaltungssubstratmaterial vorhanden ist, kommt es bei wiederholtem Betrieb einer Halbleitervorrichtung bei hohen Temperaturen zur Rissbildung oder Trennung zwischen dem Dichtharzelement und dem Schaltungssubstrat in einem Bereich, in dem das Schaltungssubstrat freiliegt. Da zwischen der Chipfläche und der zweiten Fläche eine hohe Spannung angelegt wird, kommt es möglicherweise zu einem Isolierungsdurchbruch, wenn in diesem Bereich eine Rissbildung oder Trennung auftritt.
  • Dagegen weisen bei einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 zumindest ein mit einem Halbleiterelement verbundener Teil einer Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 sowie ein an einer isolierenden Anschlussfläche angebrachter Teil der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 das gleiche Potential auf, wobei ferner ein isolierendes Substrat 1 nicht zwischen einem isolierenden Anschluss 8 und einem Halbleiterelement 5 frei liegt.
  • Infolgedessen kann in den vorstehend genannten Bereichen keine Rissbildung oder ein Ablösen eines Dichtharzelements 12 auftreten, und es kann nur schwer zu einem Isolierungsdurchbruch kommen. Infolgedessen kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden.
  • NICHT BEANSPRUCHTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
  • Beim Ausführungsbeispiel 2 werden die Konfiguration und ein Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Anschlussauflage 8 beschrieben. Ein Beispiel der detaillierten Konfiguration der isolierenden Anschlussauflage 8 ist in 3 veranschaulicht. Dabei zeigen 3(A) eine Draufsicht, 3(B) eine Seitenansicht und 3(C) eine Bodenansicht zur Erläuterung der isolierenden Anschlussauflage 8.
  • Auf einer oberen Oberfläche eines Isolierelements 81 ist ein leitfähiges Material gebildet, bei dem es sich um einen Relaisanschluss 82 handelt, und auf einer rückwärtigen Oberfläche bzw. Rückseite des Isolierelements 81 ist eine Bondverbindungs-Kupferfolie 83 gebildet. In 3 sind zwei Relaisanschlüsse inselförmig ausgebildet, wobei jeder Relaisanschluss 82 einen Relaisanschluss für einen jeweiligen Draht bildet.
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen der in 3 dargestellten isolierenden Anschlussauflage 8 wird im Folgenden beschrieben. Ein leitfähiges Material wird an beiden Oberflächen eines Isolierelements 81 angebracht, das aus einem Harzelement gebildet ist, um auf diese Weise ein flächenkörperartiges Element zu bilden, wobei eine erforderliche Struktur zum Bilden des Relaisanschlusses 82 auf dem leitfähigen Material an dem flächenkörperartigen Element unter Verwendung eines Photogravurverfahrens gebildet wird.
  • Anschließend wird die Struktur in die gewünschte Größe geschnitten, um die isolierende Anschlussauflage 8 zu bilden. Das flächenkörperartige Element wird z. B. unter Verwendung eines teilweise gehärteten Epoxy-Flächenkörpers als isolierendes Harzmaterial gebildet, wobei beispielsweise an beiden Oberflächen des teilweise gehärteten Epoxy-Flächenkörpers eine Kupferfolie durch Pressbearbeitung angebracht wird, um auf diese Weise einen doppelseitigen kupferbeschichteten Flächenkörper zu bilden.
  • Die Dicke der Kupferfolie unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange die erforderlichen elektrischen Eigenschaften erzielt werden können. Vorzugsweise wird eine Kupferfolie mit einer Dicke in einem Bereich von 1 bis 2000 μm verwendet, wobei in weiter bevorzugter Weise eine Kupferfolie mit einer Dicke in einem Bereich von 20 bis 400 μm verwendet wird. In einem Fall, in dem eine Kupferfolie zu dünn ist, kann es beim Draht-Bonden zum Anschließen von Drähten in einem Bereich, in dem Kupferfolie und Draht miteinander verbunden werden, zu einem Reißen der Kupferfolie kommen.
  • In einem Fall, in dem eine Kupferfolie zu dick ist, dauert der Ätzvorgang zur Strukturbildung eines Relaisanschlusses zu lange, und infolgedessen kommt es zu merklichen Einbußen bei der Produktivität. Die Dicke des Isolierelements 81 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange die erforderlichen elektrischen Eigenschaften erzielt werden können. Es ist bevorzugt, die Dicke in einem Bereich von 1 bis 5000 μm einzustellen, wobei es noch weiter bevorzugt ist, die Dicke in einem Bereich von 50 bis 2000 μm einzustellen.
  • In einem Fall, in dem die Dicke eines Harzmaterials zu dünn ist, kann die erforderliche Isoliereigenschaft nicht erreicht werden, und in einem Fall, in dem die Dicke eines Harzes zu groß ist, wird die Handhabung der Drähte während des Draht-Bondens schwierig, oder das Schneiden der Struktur auf die gewünschte Größe wird schwierig. Ferner kann ein allgemeines Glas-Epoxy-Substrat als flächenkörperartiges Element verwendet werden.
  • Eine Struktur bzw. ein Muster des Relaisanschlusses 82 wird durch Aufbringen einer photoempfindlichen Zusammensetzung (Photo-Resist), Ausführen einer Struktur-Belichtung und Entwickeln zum Belassen eines erforderlichen Bereichs eines leitfähigen Materials gebildet, das den Relaisanschluss 82 bilden soll. Ferner kann in einem Fall, in dem keine Struktur für Relaisanschlüsse erforderlich ist, d. h. in einem Fall, in dem nur ein einziger Relaisanschluss gebildet wird, der vorstehend genannte Schritt weggelassen werden.
  • Das Ausschneiden einer isolierenden Anschlussauflage kann unter Verwendung einer allgemeinen Schneidtechnik, wie z. B. durch Laser-Schneiden, Fräserbearbeitung usw. erfolgen. Die Größe einer isolierenden Anschlussauflage kann in Abhängigkeit von der Größe eines Halbleiterelement-Substrats, auf dem die isolierende Anschlussauflage angebracht wird, geeignet gewählt werden.
  • Ferner kann in einem Fall, in dem Drähte durch Draht-Bonden verbunden werden, die Formgebung der isolierenden Anschlussauflage durch solche Einschränkungen, wie z. B. einen zu verwendenden Drahtdurchmesser, die Positioniergenauigkeit beim Abwärtsschwenken eines Draht-Bonders usw. bestimmt werden. Beispielsweise wird eine isolierende Anschlussauflage mit einer Länge von 5 mm, einer Breite von 25 mm und einer Höhe von 1 mm (Gesamtdicke einer Kupferfolie und eines Harzmaterials) verwendet.
  • Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Anschlussauflage kann eine isolierende Anschlussauflage beispielsweise durch haftendes Anbringen einer Kupferfolie an der einen Oberfläche eines isolierenden Harzmaterials sowie Bilden einer gewünschten Struktur eines Relaisanschlusses durch Ätzen hergestellt werden.
  • Bei dem vorstehend geschilderten Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Anschlussauflage beinhaltet ein Verfahren zum Anbringen der isolierenden Anschlussauflage an einem Halbleiterelement-Substrat das Anbringen der isolierenden Anschlussauflage in einer beliebigen gewünschten Position eines Halbleiterelements-Substrats unter Verwendung eines isolierenden Klebstoffs, wie z. B. eines Epoxy-Harzes usw., das Erwärmen der isolierenden Anschlussauflage auf eine höhere Temperatur als eine Erweichungstemperatur eines isolierenden Harzes sowie das Drücken der isolierenden Anschlussauflage in eine beliebige gewünschte Position eines Halbleiterelement-Substrats sowie das Abkühlen zum festen Anbringen derselben usw.
  • Wie ferner beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel 4 beschrieben wird, ist eine Konfiguration akzeptabel, bei der ein Relaisanschluss aus einem Block eines leitfähigen Materials gebildet ist, ein isolierender Klebstoff als Isolierelement verwendet wird und der Block aus leitfähigen Material an einer Vorderseiten-Elektrodenstruktur angebracht wird. Als leitfähiges Material kann Kupfer, Eisen, Aluminium oder ein Verbundmaterial daraus verwendet werden.
  • Eine Formgebung eines Blocks kann in Abhängigkeit von einer zu verwendenden Halbleitervorrichtung eingestellt werden. In einem Fall, in dem ein Relaisanschluss mit einem leitfähigen Material verwendet wird, wird zum Gewährleisten einer Isolierung zwischen einer Vorderseiten-Elektrodenstruktur eines Halbleiterelements-Substrats ein isolierender Klebstoff, wie z. B. ein Epoxy-Harz usw. verwendet.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein linearer Ausdehnungskoeffizient eines Isolierelements, das einen Relaisanschluss einer isolierenden Anschlussauflage gegenüber einer Vorderseiten-Elektrodenstruktur isoliert, nahe dem Ausdehnungskoeffizienten eines ersten Dichtharzelements gewählt wird. Wenn ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolierelements sowie ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Dichtharzelements stark voneinander verschieden sind, kann bei wiederholtem Betrieb des Halbleiterelements, d. h. bei Verursachung einer zyklischen Wärmebelastung bzw. eines Wärmezyklus, ein Ablösen an einer Grenzfläche zwischen dem Isolierelement und dem ersten Dichtharzelement auftreten. Daher ist es bevorzugt, dass die Differenz bei dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Isolierelement und dem ersten Dichtharzelement 15 ppm oder weniger beträgt.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, und 5 zeigt eine Draufsicht von oben zur Erläuterung der grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Dichtharzelement, ein Draht und ein Anschluss weggelassen worden sind.
  • In 4 und 5 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in 1 und 2 identische oder entsprechende Teile. 4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A der 5 und veranschaulicht die Konfiguration mit einem Dichtharzelement, einem Draht und einem Anschluss. Wie in 4 und 5 gezeigt, ist bei dem Ausführungsbeispiel 3 eine aus Harz gebildete Trennwand 9 derart gebildet, dass sie die Peripherie eines Halbleiterelement-Substrats 4 umschließt.
  • Ein durch die Trennwand 9 separierter Innenbereich ist mit einem ersten Dichtharzelement 120 bedeckt. Ferner ist der Bereich außenseitig von dem ersten Dichtharzelement 120 und der Trennwand 9 mit einem zweiten Dichtharzelement 121 bedeckt.
  • Als Material für die Trennwand 9 wird z. B. ein Silikonharz verwendet, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann auch ein Urethanharz, ein Acrylharz usw. verwendet werden. Ferner kann auch ein Harz verwendet werden, dem Keramikpulver zugesetzt ist, wie z. B. Al2O3, SiO2 usw.; jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es können auch AlN, BN, Si3N4, Diamant, SiC, B2O3 usw. zugegeben werden und Harzpulver, wie z. B. ein Silikonharz, ein Acrylharz usw., zugegeben werden.
  • Hinsichtlich der Formgebung einer Pulver-Körnung wird in vielen Fällen eine Pulver-Körnung mit einer kugeligen Formgebung verwendet, jedoch kann auch eine Pulver-Körnung mit einer flachgedrückten Formgebung, einer granularen Formgebung, einer Phosphorablagerungsformgebung sowie ein Pulveraggregat usw. verwendet werden.
  • Hinsichtlich der Pulver-Füllmenge kann eine beliebige Füllmenge verwendet werden, mit der sich eine erforderliche Fließfähigkeit, Isoliereigenschaft und Hafteigenschaft erzielen lassen. Jedoch sollte ein Elastizitätsmodul der Trennwand 9 niedriger sein als ein Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements 120.
  • Wenn ein Halbleiterelement bei hohen Temperaturen arbeitet, kommt es bei dem ersten Dichtharzelements 120, das an der Peripherie des Halbleiterelements gebildet ist, sowie bei dem Halbleiterelement-Substrat 4 zu einer Wärmeausdehnung, und wenn der Betrieb des Halbleiterelements angehalten wird, kommt es zu einer Wärmekontraktion. D. h. es wird ein Wärmezyklus hervorgerufen.
  • Das erste Dichtharzelement 120 wird derart eingestellt, dass es einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der von den Materialien, die das Halbleiterelement-Substrat 4 bilden, nahe dem eines Materials der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 und der Rückseiten-Elektrode 3 (z. B. Kupfer) ist, und aus diesem Grund ist der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Dichtharzelements 120 von dem des isolierenden Substrats 1 verschieden.
  • Bei herkömmlichen Halbleitervorrichtungen steht ein Bereich des isolierenden Substrats, in dem die Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 und die Rückseiten-Elektrode 3 nicht gebildet sind, in direktem Kontakt mit einem Dichtharz. Nach wiederholtem Veranlassen eines Wärmezyklus kommt es aufgrund des Unterschieds bei den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen ihnen in einem Bereich, in dem das Dichtharz und das isolierende Substrat miteinander in Kontakt stehen, zu einer Rissbildung in dem Dichtharz sowie zu einem Ablösen des Dichtharzes von dem Substrat.
  • Infolgedessen hat sich die Zuverlässigkeit von Halbleitervorrichtungen beträchtlich verringert. Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung, wie sie in 4 und 5 veranschaulicht ist, wird jedoch in dem Halbleiterelement-Substrat 4 als Einzeleinheit vor dem Bedecken des Substrats 4 mit dem ersten Dichtharzelement 120 eine Trennwand 9 aus einem Harz, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul als das erste Dichtharzelement 120 aufweist, in einem Bereich gebildet, in dem das isolierende Substrat 1 freiliegt.
  • Bei Veranlassung eines Wärmezyklus kommt es somit in einem Teil der Trennwand 9, die einen niedrigeren Elastizitätsmodul als das erste Dichtharzelement 120 aufweist, zu einer Verminderung der Spannungsbelastung, die durch den Unterschied des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen diesen Elementen hervorgerufen wird, und eine Rissbildung in dem ersten Dichtharzelement 120 sowie ein Ablösen des ersten Dichtharzelements 120 können kaum auftreten. Infolgedessen lässt sich eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit erzielen.
  • Ferner zeigt 6 ein Beispiel, bei dem eine Kupferplatte 130 als Verdrahtung verwendet wird. In 6 sind Teile, die mit in 1 und 4 dargestellten Teilen identisch sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zur Korrosionsverhinderung einer Oberfläche der Kupferplatte 130 kann eine Nickel-Plattierung ausgeführt werden, wobei auch eine chemische Behandlung unter Verwendung eines Korrosion verhindernden Mittels ausgeführt werden kann. Zur Verbesserung der Haftung an dem jeweiligen Harzmaterial kann ferner die Oberfläche unregelmäßig ausgebildet sein, und es kann eine chemische Behandlung unter Verwendung eines Silan-Kopplungsmittels ausgeführt werden.
  • Im vorliegenden Fall ist ein Beispiel dargestellt, bei dem eine Kupferplatte als Verdrahtung verwendet wird, wobei es sich jedoch versteht, dass ein beliebiges anderes Material als Kupfer akzeptabel ist, das eine elektrische Verbindung mit einem Anschluss 14 herstellen kann sowie auch eine elektrische Verbindung mit einem Halbleiterelement 5 herstellen kann und ferner die erforderliche Stromkapazität sicherstellen kann.
  • Solange die Höhe der Trennwand 9 höher ist als die der Halbleiterelemente 5 und 6, so dass das erste Dichtharzelement 120 die Halbleiterelemente 5 und 6 überdeckt, und die Höhe der Trennwand 9 die Höhe einer Gehäuseseitenplatte 11 einer Halbleitervorrichtung nicht übersteigt, ist jede beliebige Höhe der Trennwand 9 akzeptabel. Alternativ hierzu kann ein Verfahren zum vollständigen Einschließen eines Halbleiterelements verwendet werden, bei dem die Oberflächenspannung des ersten Dichtharzelements 120 dazu verwendet wird, wobei das erste Dichtharzelement 120 höher ausgebildet wird als die Höhe der Trennwand 9.
  • In vielen Fällen hat die Größe des isolierenden Substrats 1 einen Wert von 100 mm × 100 mm oder weniger, und daher ist es bevorzugt, dass die Breite der Trennwand 9 einen Wert von 1 bis 2 mm besitzt; die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist jede beliebige Breite annehmbar, die zum Separieren des ersten Dichtharzelements 120 von dem äußeren Bereich erforderlich ist.
  • Für das zweite Dichtharzelement 121 wird z. B. ein Silikonharz verwendet, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann auch ein Urethanharz, ein Acrylharz usw. verwendet werden. Ferner kann einem Harz auch ein Keramikpulver zugesetzt werden, wie z. B. Al2O3, SiO2 usw., jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann auch AlN, BN, Si3N4, Diamant, SiC, B2O3 usw. zugesetzt werden, wobei ferner auch Harzpulver zugegeben werden kann, wie z. B. ein Silikonharz oder ein Acrylharz.
  • Hinsichtlich der Pulver-Formgebung wird in vielen Fällen ein Pulver mit einer kugeligen Formgebung verwendet, jedoch kann auch ein Pulver mit einer flachgedrückten Formgebung, einer granularen Formgebung, einer Phosphorablagerungs-Formgebung sowie ein Pulveraggregat usw. verwendet werden. Hinsichtlich der Pulver-Füllmenge kann eine beliebige Füllmenge verwendet werden, mit der sich eine erforderliche Fließfähigkeit, Isoliereigenschaft und Hafteigenschaft erzielen lassen.
  • Gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung ist die Trennwand 9 in dem peripheren Teil des Halbleiterelement-Substrats 4 derart ausgebildet, dass der Bereich innenseitig von der Trennwand 9 mit dem ersten Dichtharzelement 120 bedeckt ist, und das zweite Dichtharzelement 121 derart ausgebildet, dass es die Trennwand 9 und das erste Dichtharzelement 120 überdeckt. Die Trennwand 9 und das zweite Dichtharzelement 121 sind unter Verwendung eines Materials gebildet, dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der des ersten Dichtharzelements 120.
  • Wenn die Wärmebelastung in einem Fall erzeugt wird, in dem bei dem Dichtharzelement ein Schrumpfen beim Aushärten hervorgerufen wird, und wenn ein Wärmezyklus ausgelöst wird, so wird die Spannungsbelastung durch die Trennwand 9 mit einem niedrigen Elastizitätsmodul abgeschwächt. Infolgedessen wird die auf das Halbleiterelement-Substrat 4 ausgeübte Spannungsbelastung vermindert.
  • Im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Außenseite des Halbleiterelement-Substrats 4 in ein Harzmaterial mit dem gleichen Elastizitätsmodul wie dem des ersten Dichtharzelements 120 eingeschlossen wird, ist dagegen dann, wenn eine Außenseite des Halbleiterelement-Substrats 4 in das zweite Dichtharzelement 121 mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul eingeschlossen ist, die an einer Basisplatte und einem Halbleiterelement-Substrat erzeugte Spannungsbelastung vermindert.
  • Infolgedessen können ein Ablösen des ersten Dichtharzelements 120 von dem Halbleiterelement-Substrat 4 sowie eine Rissbildung an dem ersten Dichtharzelement 120 verhindert werden, und es kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4
  • 7 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung der grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4 gemäß der vorliegenden Erfindung. In 7 sind Teile, die mit in den 1, 4 und 6 gezeigten Teilen identisch sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie in 7 gezeigt ist, wird bei dem Ausführungsbeispiel 4 ein Kupferblock für einen Relaisanschluss 84 verwendet, um eine isolierende Anschlussauflage 8 zu bilden.
  • Gemäß dieser Konfiguration liegt der als Kupferblock ausgebildete Relaisanschluss 84 von einem ersten Dichtharzelement 120 frei, und der Relaisanschluss 84 ist an einem Halbleiterelement-Substrat 4 durch einen isolierenden Klebstoff 85, wie z. B. ein Epoxy-Harz usw., angebracht.
  • Bei dem isolierenden Klebstoff 85 handelt es sich um einen Bestandteil eines isolierenden Elements des isolierenden Anschlusses 8, und solange der isolierende Klebstoff 85 die gewünschte elektrische Isoliereigenschaft, Wärmebeständigkeit und Hafteigenschaft aufweist, ist jeder beliebige isolierende Klebstoff akzeptabel.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird durch Verbinden eines Drahts von einem außenseitig von der Trennwand 9 befindlichen Bereich der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 mit einem Anschluss 14 usw. über den Relaisanschluss 84, um dadurch eine elektrische Verbindung von innerhalb des Moduls nach außerhalb des Moduls herzustellen, der Draht nicht in eine Grenzfläche zwischen einem ersten Dichtharzelement 120 und einem zweiten Dichtharzelement 121 geführt. Selbst wenn ein Draht wiederholt Wärmezyklen ausgesetzt wird, kommt es somit kaum zu einem Drahtbruch.
  • Zur Verbesserung der Haftung gegenüber dem Dichtharzelement können ferner der Relaisanschluss 84 und die Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 unregelmäßig ausgebildet sein, oder es kann eine Grundierungsbehandlung unter Verwendung Haftverbesserers usw. ausgeführt werden. Als Haftverbesserer wird z. B. ein Silan-Kopplungsmittel, ein Polyimidharz oder ein Epoxy-Harz usw. verwendet, wobei jedoch ein beliebiger Haftverbesserer akzeptabel ist, der der die Haftung zwischen einem zu verwendenden Draht 15 und dem ersten Dichtharzelement 120 verbessert.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 5
  • 8 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 5 gemäß der vorliegenden Erfindung. In 8 sind Teile, die mit in den 1, 4, 6 und 7 gezeigten Teilen identisch sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel 5 ist eine Buchse 131 zum Verbinden eines Drahts mit einem mit Dichtharz 120 bedeckten Teil, wie z. B. einem Relaisanschluss 82 und einer Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2, vorgesehen. Die Buchse 131 ist derart vorgesehen, dass sie an einer Oberfläche des ersten Dichtharzelements 120 freiliegt. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann ein Draht von außen in die Buchse 131 eingesetzt werden, nachdem der Bereich innerhalb einer Trennwand mit dem ersten Dichtharzelement 120 bedeckt worden ist.
  • Im allgemeinen kann durch Einsetzen eines Metallstifts in eine Metallhülse eine Buchse eine elektrische Verbindung zwischen diesen herstellen; jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es ist eine beliebige Konfiguration akzeptabel, die eine elektrische Verbindung zwischen den in das erste Dichtharzelement 120 eingebetteten Teilen und einem Draht herstellen kann. Ferner kann eine Oberfläche der Buchse 131 unregelmäßig ausgebildet sein, um die Haftung gegenüber dem ersten Dichtharzelement 120 oder gegenüber einem zweiten Dichtharzelement 121 zu verbessern, wobei auch eine chemische Behandlung unter Verwendung eines Silan-Kopplungsmittels ausgeführt werden kann.
  • Im allgemeinen sind die Buchse 131 und der Relaisanschluss 82 oder die Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 unter Verwendung eines Lötmaterials elektrisch verbunden, jedoch kann auch Silberpaste oder ein Material verwendet werden, das durch Sintern metallisch verbunden wird. In 8 ist die Verdrahtung mit der Buchse 131 unter Verwendung einer Kupferplatte 130 gebildet; es versteht sich jedoch, dass auch ein normaler linearer Drahtkörper verwendet werden kann.
  • Ein Bereich, der in 8 in gestrichelten Linien dargestellt ist, d. h. eine Komponente, in der die Halbleiterelemente 5 und 6 in das erste Dichtharzelement 120 eingeschlossen sind, das in den Bereich innerhalb der Trennwand 90 eingespritzt ist, wird als Modul 100 bezeichnet. 9 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der grundlegenden Konfiguration einer Halbleitervorrichtung, bei der eine Vielzahl von Modulen 100 in einer Gehäuseseitenplatte 11 derart angeordnet ist, dass sie eine einzelne Halbleitervorrichtung bilden.
  • In 9 sind Teile, die mit in 8 gezeigten Teilen identisch sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In 9 sind ferner ein zweites Dichtharzelement 121, Anschlüsse 14 und Drähte 130 in der Darstellung weggelassen. Ferner ist in einem Teil der 9 auch das erste Dichtharzelement 120 weggelassen worden; daher sind in der Darstellung Halbleiterelemente zu sehen. 9 zeigt also eine Perspektivansicht. In 9 handelt es sich bei einer zwischen den jeweiligen Modulen vorgesehenen Leiste 110 um ein Element zum Fixieren von Anschlüssen (in 9 sind Anschlüsse weggelassen) zur Überbrückung von Drähten von den jeweiligen Modulen.
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann nach dem Einschließen der Halbleiterelemente 5 und 6 in das erste Dichtharzelement 120 sowie vor dem Einschließen eines Moduls in das zweite Dichtharzelement 121 durch Zuführen von elektrischem Strom von der Buchse 131 ein Betriebstest für jedes Modul 100 ausgeführt werden.
  • In dem Betriebstest kann beim Auffinden eines fehlerhaften Moduls eine Verbindung zwischen einem Halbleiterelement-Substrat 4 und einer Basisplatte 10 gelöst werden, und das fehlerhafte Modul kann durch ein nicht fehlerhaftes Modul ersetzt werden. Infolgedessen lässt sich die Ausbeute einer Halbleitervorrichtung verbessern.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 6
  • 10 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem eine Trennwand 9 gebildet wird. Die Trennwand 9 wird durch Einspritzen eines ungehärteten Harzes in einer Spritze sowie Extrudieren des ungehärteten Harzes an einer erforderlichen Stelle durch Abgabe aus der Spritze oder unter Verwendung einer Siebdruckschablone gebildet. Bei den vorstehend genannten Verfahren ist jedoch eine lange Herstellungszeit erforderlich.
  • Bei einem Verfahren, bei dem eine Vorderseiten-Elektrodenstruktur und eine Rückseiten-Elektrode sandwichartig in einer Vorrichtung angeordnet werden, in der eine Nut ausgebildet ist, und anschließend ungehärtetes Harzmaterial eingespritzt und ausgehärtet wird, kann ein Substrat mit verschiedenen Arten von Trennwänden durch Ändern einer Position und einer Formgebung einer Nut gebildet werden, die in einer Vorrichtung ausgebildet ist.
  • Als erstes wird ein Halbleiterelement-Substrat 4 hergestellt, das ein isolierendes Substrat 1 aufweist, an dem eine Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 auf der einen Oberfläche gebildet ist und eine Rückseiten-Elektrode 3 auf der anderen Oberfläche gebildet ist (10(A)). Ferner wird eine Vorrichtung hergestellt, die eine obere Vorrichtung 21 und eine untere Vorrichtung 22 beinhaltet, die aus Teflon (Marke) gebildet sind (10(B)). Eine Harzeinspritzöffnung 23 zum Einspritzen von Harz ist in der oberen Vorrichtung 21 gebildet.
  • An einer vorbestimmten Stelle der unteren Vorrichtung 22 wird das Halbleiterelement-Substrat 4 platziert, und anschließend wird das Halbleiterelement-Substrat 4 mit der oberen Vorrichtung 21 bedeckt, so dass es nicht verschoben werden kann. Wenn anschließend Harz eingespritzt wird, werden zum Verhindern einer Leckage von Harz aus der oberen und der unteren Vorrichtung die Vorrichtungen ausreichend festgezogen, wobei hierfür ein solches Verfahren wie eine Fixierung mittels Schrauben, Hydraulikdruck usw. verwendet wird.
  • Die obere Vorrichtung 21 und die untere Vorrichtung 22 sollten ausreichend eben ausgebildet sein, damit es zu keiner Leckage von Harzmaterial auf eine Oberfläche der Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2 und eine Oberfläche der Rückseiten-Elektrode 3 kommt. Anschließend wird der Druck innerhalb der Vorrichtungen, die das Halbleiterelement-Substrat 4 einschließen, unter Verwendung einer Dekompressionskammer 31 usw. auf 13,33 hPa bzw. 10 Torr reduziert.
  • Wie durch einen Pfeil in 10(C) gezeigt ist, wird anschließend ein ungehärtetes Harzmaterial 41 durch die Harzeinspritzöffnung 23 der oberen Vorrichtung 21 mit einer Druckkraft von ca. 1 MPa eingespritzt. Wenn das Harzmaterial in den gesamten Raum innerhalb der Vorrichtungen eingespritzt ist, wird der Druck im Inneren der Vorrichtung wieder auf 1013,25 hPa bzw. 760 Torr (Atmosphärendruck) gebracht, und es folgt ein Aushärten des Harzes mittels Wärme.
  • Wenn z. B. KE1833 verwendet wird, bei dem es sich um ein Silikonharz, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., handelt, erfolgt ein Aushärten des Harzes für 1 Stunde bei 120°C. Nach dem Aushärten des Harzes mittels Wärme erfolgt ein Abkühlen der Vorrichtungen auf Raumtemperatur, und das Substrat wird durch Trennen der oberen und der unteren Vorrichtung voneinander entnommen. Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann ein Substrat hergestellt werden, an das eine Trennwand 9 angeformt ist (10(B)).
  • Damit das Harz aus der Harzeinspritzöffnung 23 in den gesamten Raum eingespritzt wird, sollte ein Bereich, in dem die Trennwand 9 gebildet wird, über einen Raum im Inneren der Vorrichtungen damit in Verbindung stehen. Dabei kann eine Entlüftungsöffnung in den Vorrichtungen ausgebildet sein.
  • Ferner versteht es sich von selbst, dass zum Verbessern der Lösbarkeit ein Trennmittel als Beschichtung einer Wandfläche einer Vorrichtung vorgesehen sein kann, wobei zusätzlich zu Teflon (Marke) auch ein anderes Material für die Vorrichtung verwendet werden kann.
  • Wie vorstehend beschrieben, können bei einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung aufgrund der Verwendung der Vorrichtungen gehärtete Harzprodukte mit der gleichen Formgebung mit hoher dimensionsmäßiger Genauigkeit gebildet werden. Ferner wird bei einem reduzierten Druck ein Harzmaterial unter Druck eingespritzt, es kommt kaum zu einem Einschließen von Luftblasen in der Trennwand, die ein Harzmaterial mit geringer Elastizität aufweist, die Haftung zwischen einem isolierenden Substrat, einer Elektrodenstruktur oder einer Rückseiten-Elektrode ist verbessert, und selbst wenn Wärmezyklen veranlasst werden, kommt es kaum zu einem Ablösen.
  • Infolgedessen werden auch die Isoliereigenschaften verbessert. Da ferner eine Elektrodenstruktur und eine Rückseiten-Elektrodenstruktur von den Vorrichtungen sandwichartig eingeschlossen werden, ist der Einfluss einer Oberflächenoxidation aufgrund eines Temperaturanstiegs beim Härten des Harzmaterials vermindert, und es lässt sich eine verbesserte Zuverlässigkeit erzielen, wenn ein Halbleiterelement oder ein Basismaterial einem Bondvorgang mittels eines Bondverbindungsmaterials unterzogen wird.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 7
  • Bei dem Ausführungsbeispiel 7 wird ein Halbleitervorrichtungs-Modul für einen Test bereitgestellt, wobei verschiedene Materialien für eine Trennwand und ein Dichtharz verwendet werden, und dann werden ein Leistungszyklustest und ein Wärmezyklustest für das Halbleitervorrichtungs-Modul ausgeführt, wobei die erzielten Resultate als Beispiele veranschaulicht sind.
  • BEISPIEL 1
  • Als erstes wurden eine Halbleitervorrichtung mit der in 4 dargestellten Konfiguration gemäß Ausführungsbeispiel 3 hergestellt sowie eine Halbleitervorrichtung mit der in 12 dargestellten Konfiguration gemäß einem Vergleichsbeispiel hergestellt, und anschließend wurde eine Teilentladungs-Einsetzspannung (PDIV) vor und nach der Ausführung eines Wärmezyklustests gemessen.
  • Dabei hat die Halbleitervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel die in 12 dargestellte Konfiguration, die zu der Konfiguration herkömmlicher Technologien äquivalent ist. In gleicher Weise wie 2 zeigt auch 12 die Konfiguration einer Halbleitervorrichtung, bei der eine Gehäuseseitenplatte, eine Basisplatte usw. weggelassen worden sind und ein Dichtharzelement entfernt worden ist.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß dem in 12 dargestellten Vergleichsbeispiel besitzt eine Konfiguration, bei der eine relaisartige Verbindung eines Drahts nicht unter Verwendung einer isolierenden Anschlussauflage, sondern mittels einer Relaisanschlussstruktur 21 erfolgt, die gegenüber einer Vorderseiten-Elektrodenstruktur elektrisch isoliert ist und auf einer Oberfläche eines isolierenden Substrats 1 in der gleichen Weise gebildet ist wie Vorderseiten-Elektrodenstruktur 2.
  • Ein Wärmezyklustest erfolgt unter Anordnen der Halbleitervorrichtung insgesamt in einer Thermostatkammer, deren Temperatur gesteuert werden kann, wobei die Temperatur in dieser wiederholt in einem Bereich von –40°C bis 150°C geändert wird. Die Teilentladungs-Einsetzspannung wurde unter Verwendung eines Teilentladungs-Testgeräts gemessen. Durch Verbinden einer Elektrode zwischen Elektrodenstrukturen sowie Erhöhen der Spannung auf 60 Hz Wechselstromfrequenz in einer inerten Flüssigkeit mit einer Temperatur von 25°C wird eine Spannung abgelesen, wenn eine Teilentladung von 10 pC oder höher erzeugt wird.
  • Vorstehendes wurde bei n = 5 ausgeführt, und das Resultat wurde anhand des Durchschnittswerts ermittelt. Die Resultate sind in 11 veranschaulicht. Sowohl eine Halbleitervorrichtung mit der in 4 dargestellten Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung als auch eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel weisen ausgezeichnete Eigenschaften im Anfangsstadium auf.
  • Nach dem Ausführen eines Wärmezyklustests ist jedoch im Vergleich mit einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel eine Teilentladungsspannung bei der Halbleitervorrichtung mit der in 4 dargestellten Konfiguration immer noch ausreichend ausgezeichnet.
  • In Beispielen 2 bis 5 wurden Halbleitervorrichtungen hergestellt, bei denen isolierende Anschlussauflagen und Halbleiterelemente auf einem Halbleiterelement-Substrat montiert wurden, wie es in 4 oder 7 dargestellt ist, wobei die Baugruppen durch Drähte verbunden wurden und ein Leistungszyklustest sowie ein Wärmezyklustest ausgeführt wurden. Im folgenden werden Resultate der Tests beschrieben.
  • Bei einem Leistungszyklustest wurde einem Halbleiterelement ein elektrischer Strom bis zu einer Temperatur von 200°C zugeführt, und nachdem die Temperatur des Halbleiterelements 200°C erreicht hatte, wurde die Zufuhr von elektrischem Strom gestoppt, um das Halbleiterelement auf 120°C zu kühlen, wobei nach dem Kühlen des Halbleiterelements diesem wiederum elektrischer Strom zugeführt wurde.
  • Ferner wurde ein Wärmezyklustest ausgeführt, indem die gesamte Halbleitervorrichtung in eine Thermostatkammer gesetzt wurde, deren Temperatur gesteuert werden kann, wobei die Temperatur wiederholt in einem Bereich von –40°C bis 150°C geändert wurde.
  • BEISPIEL 2
  • Bei dem Beispiel 2 wurden Halbleitervorrichtungen mit der in 4 dargestellten Konfiguration hergestellt, bei der Trennwände 9 mit verschiedenen Elastizitätsmodulen gebildet wurden, wobei an diesen Halbleitervorrichtungen die Leistungszyklustests und Wärmezyklustests ausgeführt wurden. 13 zeigt die Resultate der Leistungszyklustests und der Wärmezyklustests an den Halbleitervorrichtungen, bei denen EX-550 (Elastizitätsmodul: 7,0 GPa), hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd., für ein erstes Dichtharzelement 120 verwendet wurde und SE1885 (Elastizitätsmodul: 15 kPa), hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd., für ein zweites Dichtharzelement 121 verwendet wurde, wobei ein Elastizitätsmodul der Trennwand 9 variiert wurde.
  • Zum Herstellen einer isolierenden Anschlussauflage 8 wurde EI-6782GH, hergestellt von SUMITOMO BAKELITE Co., Ltd., als Isolierelement 81 verwendet, eine Kupferfolie mit einer Dicke von 105 μm wurde an der einen Oberfläche des Isolierelements 81 angebracht, das Isolierelement 81 zusammen mit der Kupferfolie wurde in eine gewünschte Größe gebracht, eine Struktur eines Relaisanschlusses 82 wurde durch Ätzen gebildet, und die isolierende Anschlussauflage 8 wurde an einem Halbleiterelement-Substrat unter Verwendung von EX-550, hergestellt von Sanyo Rec Co., Ltd., angebracht.
  • Zum Herstellen der Halbleitervorrichtung wurden eine Basisplatte 10 mit der Größe 50 mm × 92 mm × 3 mm, ein isolierendes Substrat 1 aus AIN mit der Größe 23,2 mm × 23,4 mm × 1,12 mm, ein Halbleiterelement aus SiC mit der Größe 5 mm × 5 mm × 0,35 mm, ein Bondverbindungsmaterial aus M731, hergestellt von SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD., eine Gehäuseseitenplatte aus Polyphenylensulfid (PPS) sowie ein Draht aus Aluminium mit einem Durchmesser von 0,4 mm verwendet. Ferner wurde bei diesem Test nur ein SiC-Halbleiterelement im Inneren des Moduls angebracht, und der Leistungszyklustest und der Wärmezyklustest wurden ausgeführt.
  • Es wird nun das Beispiel 2-1 gemäß 13 beschrieben. In einem Fall, in dem die Trennwand 9 unter Verwendung von SE1885 (Elastizitätsmodul: 15 kPa), hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd, gebildet wurde, hat es sich herausgestellt, dass es bei der Ausführung des Leistungszyklustests nach 110000 Zyklen zu einer Ablösung des ersten Dichtharzelements 120 kam und bei der Ausführung des Wärmezyklustest nach 200 Zyklen eine Ablösung des ersten Dichtharzelements 12 sowie eine Rissbildung an dem ersten Dichtharzelement 120 aufgetreten sind, wobei infolgedessen die Halbleitervorrichtung nicht mehr funktionierte.
  • Bei dem Beispiel 2-2 hat sich herausgestellt, dass durch Bilden der Trennwand 9 unter Verwendung von SE1886 (Elastizitätsmodul: 30 kPa), hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd., das Resultat bei dem Leistungszyklustest auf 200000 Zyklen verbessert wurde und bei dem Wärmezyklustest das Resultat auf 800 Zyklen verbessert wurde.
  • Bei dem Beispiel 2-3 hat es sich herausgestellt, dass durch Bilden der Trennwand 9 unter Verwendung von KE1833 (Elastizitätsmodul: 3,5 MPa), hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., das Resultat in dem Leistungszyklustest auf bis zu 210000 Zyklen verbessert wurde und bei dem Wärmezyklustest die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung bei 1200 Zyklen oder mehr erhalten blieben.
  • Bei dem Beispiel 2-4 hat es sich bei Herstellung einer Trennwand 9 unter Zugabe von ca. 50 Gewichtsprozent eines Glasfüllmaterials zu KER-4000, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., um dadurch ein Elastizitätsmodul auf 900 MPa einzustellen, herausgestellt, dass in einem Leistungszyklustest die Eigenschaften einer Halbleitervorrichtung bei 200000 Zyklen erhalten bleiben und in einem Wärmezyklustest die Eigenschaften einer Halbleitervorrichtung bei 1200 Zyklen oder mehr erhalten bleiben können.
  • Bei dem Beispiel 2-5 wurde bei Herstellung einer Trennwand 9 unter Verwendung von SCR-1016 (Elastizitätsmodul: 1400 MPa), hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., festgestellt, dass in dem Leistungszyklustest das Resultat auf 180000 Zyklen vermindert wurde und bei dem Wärmezyklustest das Resultat ebenfalls auf 500 Zyklen vermindert wurde.
  • Bei dem Beispiel 2-6 wurde bei Zugabe von ca. 54 Gewichtsprozent Glasfüllmaterial zu SXR-1016, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., um dadurch einen Elastizitätsmodul von 3000 MPa einzustellen, sowie unter Bildung der Trennwand 9 unter Verwendung des vorstehend genannten Materials festgestellt, dass sich das Resultat in dem Leistungszyklustest auf 120000 Zyklen reduzierte und sich auch bei dem Wärmezyklustest auf 250 Zyklen reduzierte.
  • Gemäß den vorstehend beschriebenen Resultaten hat es sich herausgestellt, dass ein angemessener Elastizitätsmodul N für die Trennwand 9 in einem Bereich von 30 kPa bis 3 GPa liegt.
  • BEISPIEL 3
  • Bei dem Beispiel 3 wurden Halbleitervorrichtungen mit der in 4 dargestellten Konfiguration hergestellt, bei denen die ersten Dichtharzelemente 120 mit verschiedenen Elastizitätsmodulen ausgebildet wurden; an diesen Halbleitervorrichtungen wurden dann die Leistungszyklustests und die Wärmezyklustests ausgeführt.
  • 14 zeigt Resultate der Leistungszyklustests und der Wärmezyklustests an den Halbleitervorrichtungen, bei denen KEI1833 (Elastizitätsmodul: 3,5 MPa), hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., für eine Trennwand 9 verwendet wurde und SE1885 (Elastizitätsmodul: 15 kPa), hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd., für ein zweites Dichtharzelement verwendet wurde, wobei ein Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements variiert wurde.
  • Dabei wurde eine isolierende Anschlussauflage gebildet, indem eine Kupferfolie mit einer Dicke von 105 μm an der einen Oberfläche aus EI-6782GH, hergestellt von SUMITOMO BAKELITE CO., LTD., angebracht wurde und eine Bearbeitung auf eine gewünschte Größe erfolgte sowie eine Relaisanschlussstruktur durch Ätzen gebildet wurde. Die isolierende Anschlussauflage wurde an einem Halbleiterelement-Substrat unter Verwendung von EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd. angebracht.
  • Es wird nun das Beispiel 3-1 in 14 beschrieben. Für ein erstes Dichtharzelement wurde ein Harzmaterial verwendet, das unter Zugabe von ca. 50 Gewichtsprozent eines Glasfüllmaterials zu KER-4000, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., gebildet wurde, um dadurch den Elastizitätsmodul auf 0,9 GPa einzustellen.
  • Es hat sich herausgestellt, dass bei dem Leistungstest ein Ablösen des Dichtharzelements nach 100000 Zyklen aufgetreten ist und bei dem Wärmezyklustest ein Ablösen des Dichtharzelements sowie eine Rissbildung an dem Dichtharzelement nach 100 Zyklen aufgetreten sind, wobei infolgedessen die Halbleitervorrichtung nicht mehr funktionierte.
  • Bei dem Beispiel 3-2 wurde für ein erstes Dichtharzelement ein Harzmaterial verwendet, das unter Zugabe von ca. 58 Gewichtsprozent eines Glasfüllmaterials zu KER-4000, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., gebildet wurde, um dadurch den Elastizitätsmodul auf 1 GPa einzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass sich eine Verbesserung des Resultats auf 170000 Zyklen in dem Leistungszyklustest sowie eine Verbesserung auf 350 Zyklen in dem Wärmezyklustest ergaben.
  • Bei dem Beispiel 3-3 wurde EX-550 (Elastizitätsmodul: 7,0 GPa), hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd., für ein erstes Dichtharzelement verwendet. Es hat sich gezeigt, dass damit das Resultat in dem Leistungszyklustest auf 210000 Zyklen verbessert wurde und in dem Wärmezyklustest auf 1200 Zyklen oder mehr verbessert wurde.
  • Bei dem Beispiel 3-4 wurde ein Dichtharzelement verwendet, das durch Zugabe von ca. 15 Gewichtsprozent eines Siliciumdioxid-Füllmaterials zu EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., gebildet wurde, um dadurch den Elastizitätsmodul auf 12 GPa einzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass das Resultat bei dem Leistungszyklustest bei 170000 Zyklen lag und bei dem Wärmezyklustest bei 700 Zyklen lag.
  • Bei dem Beispiel 3-5 wurde ein Dichtharzelement verwendet, das durch Zugabe von ca. 20 Gewichtsprozent Siliciumdioxid-Füllmaterial zu EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., gebildet wurde, um dadurch den Elastizitätsmodul auf 14 GPa einzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass das Resultat bei dem Leistungszyklustest bei 140000 Zyklen lag und bei dem Wärmezyklustest bei 500 Zyklen lag.
  • Bei dem Beispiel 3-6 wurde ein Dichtharzelement verwendet, das durch Zugabe von ca. 36 Gewichtsprozent Siliciumdioxid-Füllmaterial zu EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., gebildet wurde, um dadurch den Elastizitätsmodul auf 20 GPa einzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass das Resultat bei dem Leistungszyklustest bei 110000 Zyklen lag und bei dem Wärmezyklustest bei 450 Zyklen lag.
  • Bei dem Beispiel 3-7 wurde ein Dichtharzelement verwendet, das durch Zugabe von ca. 40 Gewichtsprozent Siliciumdioxid-Füllmaterial zu EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., gebildet wurde, um dadurch den Elastizitätsmodul auf 22 GPa einzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass das Resultat bei dem Leistungszyklustest bei 100000 Zyklen lag und bei dem Wärmezyklustest bei 200 Zyklen lag.
  • Gemäß den vorstehend genannten Resultaten hat es sich herausgestellt, dass ein geeigneter Elastizitätsmodul für das erste Dichtharzelement in einem Bereich von 1 GPa bis 20 GPa liegt.
  • BEISPIEL 4
  • Bei dem Beispiel 4 wurde eine Halbleitervorrichtung mit der in 7 gezeigten Konfiguration hergestellt, d. h. der Konfiguration mit einer Trennwand 9 als Relaisanschluss einer isolierenden Anschlussauflage 8, wobei ein Kupferblock in eine vorbestimmte Größe gebracht wurde und an einem Halbleiterelement-Substrat angebracht wurde, und zwar unter Verwendung von EX-550, hergestellt von Sanyu Rec. Co., Ltd.; wobei ein Leistungszyklustest und ein Wärmezyklustest an der Halbleitervorrichtung ausgeführt wurden.
  • 15 veranschaulicht Resultate der Leistungszyklustests und der Wärmezyklustests, die an den Halbleitervorrichtungen ausgeführt wurden, bei denen KE1833 (Elastizitätsmodul: 3,5 MPa), hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., für eine Trennwand 90 verwendet wurde und SE1885 (Elastizitätsmodul: 15 kPa), hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd., für ein zweites Dichtharzelement 121 verwendet wurde, wobei ein Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements 120 variiert wurde.
  • Die ersten Dichtharzelemente der Beispiele 4-1 bis 4-7 waren jeweils die gleichen wie bei den Beispielen 3-1 bis 3-7 des Beispiels 3. Wie aus den Testresultaten in den Beispielen 4-1 bis 4-7 in der Tabelle 3 zu sehen ist, ist bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration eine geringfügige Differenz hinsichtlich der Anzahl der Zyklen bei hohem Elastizitätsmodul im Vergleich zu denen in Beispiel 3 festzustellen, wobei jedoch hinsichtlich der Spanne des Elastizitätsmoduls des ersten Dichtharzelements die gleichen Resultate wie bei dem Beispiel 3 erzielt wurden. D. h., auch bei dem Beispiel 4 hat es sich herausgestellt, dass ein geeigneter Bereich eines Elastizitätsmoduls des für das erste Dichtharzelement M in dem Bereich von 1 GPa bis 20 GPa liegt.
  • BEISPIEL 5
  • 16 veranschaulicht Resultate eines Leistungszyklustests und eines Wärmezyklustests, die an einem Testmodul einer Halbleitervorrichtung mit der Konfiguration der 5 ausgeführt wurden. Zum Herstellen der vorstehend genannten Halbleitervorrichtung wurden eine Basisplatte mit der Größe 85 mm × 120 mm × 3 mm, ein isolierendes Substrat aus Si3N4 mit der Größe 23,2 mm × 23,4 mm × 1,12 mm, ein Halbleiterelement aus SiC mit der Größe 5 mm × 5 mm × 0,35 mm, ein Bondverbindungsmaterial aus M731, hergestellt von SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD., eine Gehäuseseitenplatte aus Polyphenylensulfid (PPS) sowie ein Draht aus Aluminium mit einem Durchmesser von 0,4 mm verwendet.
  • Bei dem Beispiel 5 wurde der Test an einem Testmodul ausgeführt, bei dem das Material eines isolierenden Substrats von dem Material des Beispiels 3 verschieden ist und die Größe einer Basisplatte größer als bei dem Beispiel 3 ist, wobei ferner der Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements 120 variiert wurde. Bei der Ausführung des Tests wurde KE1833 (Elastizitätsmodul: 3,5 MPa), hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., für die Trennwand 9 verwendet, und SE1886, hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd., wurde für ein zweites Dichtharzelement 121 verwendet.
  • Die ersten Dichtharzelemente in den Beispielen 5-1 bis 5-7 waren jeweils die gleichen wie bei den Beispielen 3-1 bis 3-7 des Beispiels 3. Wie durch Vergleichen der in 15 gezeigten Testresultate und der in 13 gezeigten Testresultate erkennbar ist, wurden bei dem Beispiel 5 die gleichen Resultate wie bei dem Beispiel 3 erzielt.
  • Gemäß den vorstehend beschriebenen Testresultaten in den Beispielen 2 bis 5 hat es sich herausgestellt, dass unter Verwendung eines Harzelements mit einem Elastizitätsmodul in einem Bereich von 1 GPa bis 20 GPa für das erste Dichtharzelement sowie unter Verwendung eines Harzmaterials mit einem Elastizitätsmodul in einem Bereich von 30 kPa bis 3 GPa für die Trennwand eine Halbleitervorrichtung geschaffen werden kann, die eine hohe Zuverlässigkeit besitzt und bei der es kaum zu einem Ablösen sowie einer Rissbildung kommen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    isolierendes Substrat
    2
    Vorderseiten-Elektrodenstruktur
    3
    Rückseiten-Elektrodenstruktur
    4
    Halbleiterelement-Substrat
    5, 6
    Halbleiterelement
    7, 70
    Bondverbindungsmaterial
    8
    isolierende Anschlussauflage
    9
    Trennwand
    10
    Basisplatte
    11
    Gehäuseseitenplatte
    12, 120
    erstes Dichtharzelement
    13, 15
    Draht
    14
    Anschluss
    121
    zweites Dichtharzelement
    81, 85
    Isolierelement
    82, 84
    Relaisanschluss

Claims (6)

  1. Halbleitervorrichtung, die Folgendes aufweist: – ein Halbleiterelement-Substrat (4), bei dem eine Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2) auf der einen Oberfläche eines isolierenden Substrats (1) gebildet ist und eine Rückseiten-Elektrode (3) auf der anderen Oberfläche des isolierenden Substrats (1) gebildet ist; – ein unter Verwendung eines Bondverbindungsmaterials an der Oberfläche der Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2) gegenüber von dem isolierenden Substrat (1) angebrachtes Halbleiterelement (5, 6); – ein erstes Dichtharzelement (12; 120), das das Halbleiterelement (5, 6) und das Halbleiterelement-Substrat (4) bedeckt; und – eine aus Harz gebildete Trennwand (9), deren Höhe größer ist als die Höhe des Halbleiterelements (5, 6), – wobei an einer Stelle der Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2), an der ein elektrisches Potential äquivalent zu dem elektrischen Potential der Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2) an einer Stelle vorhanden ist, an der das Halbleiterelement (5, 6) durch eine Bondverbindung angebracht ist, eine isolierende Anschlussauflage (8) vorgesehen ist, die mit einen leitfähigen Relaisanschluss (82; 84) und einem Isolierelement (81; 85) ausgebildet ist, das mit einen isolierenden Material gebildet ist und den Relaisanschluss (82; 84) und die Vorderseiten-Elektrodenstruktur (2) voneinander isoliert, und eine Verdrahtung (13) von dem Halbleiterelement (5, 6) nach außen über den Relaisanschluss (82; 84) nach außen geführt ist, wobei die Trennwand (9) derart ausgebildet ist, dass sie die Peripherie des Halbleiterelement-Substrats (4) auf einer Seite des Halbleiterelement-Substrats (4) umschließt, auf der das Halbleiterelement (5, 6) angebracht ist, und wobei das erste Dichtharzelement (12; 120) den Bereich innenseitig der Trennwand (9) ausfüllt und der Elastizitätsmodul der Trennwand (9) niedriger ist als der Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements (12; 120).
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Differenz zwischen dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Isolierelements (81; 85) und dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten Dichtharzelements (12; 120) einen Wert von 15 ppm oder weniger besitzt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin ein zweites Dichtharzelement (121) aufweist, das das erste Dichtharzelement (120) und die Trennwand (9) überdeckt und dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements (120).
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elastizitätsmodul der Trennwand (9) in einem Bereich von 30 kPa bis 3 GPa liegt und der Elastizitätsmodul des ersten Dichtharzelements (12; 120) in einem Bereich von 1 GPa bis 20 GPa liegt.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Halbleiterelement (5, 6) aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke gebildet ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem Halbleiter mit großer Bandlücke um einen Halbleiter handelt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein Material auf der Basis von Galliumnitrid, Siliciumcarbid und Diamant beinhaltet.
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