DE112012002165T5 - Leistungshalbleitermodul und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Katsuhiko Yanagawa
Yoshinari Ikeda
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Abstract

Es soll ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt werden, in dem ein Abdichtmaterial verwendet wird, das der Temperatur der Umgebung eines Siliziumkarbidelements des Leistungshalbleitermoduls und der Temperatur eines äußeren Umfangs des Leistungshalbleitermoduls standhält. Das Leistungshalbleitermodul weist Folgendes auf: eine Isolierschicht; ein Kupferbasissubstrat mit einem ersten Kupferblock und einem zweiten Kupferblock, von denen jeder auf einer der beiden Seiten der Isolierschicht fixiert ist; mehrere Leistungshalbleiterelemente, von denen jedes mit einer Seite durch eine leitende Bondschicht auf dem ersten Kupferblock fixiert ist und Siliziumkarbid verwendet; mehrere Implantierungspins, die durch eine leitende Bondschicht auf der anderen Seite jedes der mehreren Leistungshalbleiterelemente fixiert sind; eine Leiterplatte, die an den Implantierungspins fixiert ist und so angeordnet ist, dass sie den Leistungshalbleiterelementen zugewandt ist; ein erstes Abdichtmaterial, das keinen Flammhemmer enthält und mindestens zwischen den Leistungshalbleiterelementen und der Leiterplatte angeordnet ist; und ein zweites Abdichtmaterial, das einen Flammhemmer enthält und so angeordnet ist, dass es das erste Abdichtmaterial bedeckt.

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abdichtstruktur für ein Leistungshalbleitermodul und insbesondere ein Leistungshalbleitermodul bei Verwendung von Siliziumkarbid und ein Verfahren zum Herstellen des Leistungshalbleitermoduls.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 2 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls. Bei diesem Leistungshalbleitermodul 200 sind Silizium-Halbleiterelemente 25 mit einer Lotschicht 24a dazwischen an ein Kupferbasissubstrat 23 gelötet, wobei das Kupferbasissubstrat 23 eine Isolierschicht 21 und ein Schaltungsmuster 22 aufweist. Dann wird ein Systemträger 27 mit einer Lotschicht 26b dazwischen an diese Struktur gelötet, und ein externer Verbindungsanschluss 28 wird damit verbunden.
  • Die Anzahl an in dem Leistungshalbleitermodul 200 montierten Silizium-Leistungshalbleiterelementen 25 wird auf der Basis des Volumens des Leistungshalbleitermoduls 200 bestimmt. Die Silizium-Leistungshalbleiterelemente 25 werden an dem Kupferbasissubstrat 23 befestigt, dessen Größe gemäß diesem Volumen bestimmt wird.
  • Dann wird ein Gehäuse 29 an dieser Struktur befestigt, und ein Fügestellenabschnitt zwischen dem Gehäuse 29 und dem Kupferbasissubstrat 23 wird mit einem Kleber abgedichtet (nicht gezeigt). Danach wird eine Abdichtmaterialschicht 30 in dieser Struktur platziert. Silikongel, ein Reaktionsmaterial vom Zwei-Komponenten-Mischtyp, wird als die Abdichtmaterialschicht 30 verwendet. Eine vorbestimmte Menge an Silikongel wird abgemessen, gemischt/gerührt, primär für 10 Minuten in einer Umgebung mit 13,33 Pa (0,1 Torr) Unterdruck entgast und dann in das Gehäuse 29 gegossen. Das resultierende Material wird sekundär für 10 Minuten in einer Umgebung mit 13,33 Pa Unterdruck entgast und bei 120°C für zwei Stunden erhitzt und gehärtet, und dann wird ein Deckel 31 auf dem Gehäuse 29 platziert, wodurch das Leistungshalbleitermodul 200 fertiggestellt wird.
  • Bei Verwendung wird das Leistungshalbleitermodul 200 an einer Kühlrippe befestigt, auf der eine Wärmeleitpaste aufgebracht ist.
  • Beim Betreiben des Leistungshalbleitermoduls 200 ist es wegen des großen, durch die Leistungshalbleiterelemente 25 und das Schaltungsmuster 22 fließenden Stroms wichtig, Wärme der Leistungshalbleiterelemente 25 von dem Kupferbasissubstrat 23 über eine Wärmeleitpaste 12 zu der Kühlrippe zu übertragen.
    Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2007-116172
  • Wegen der besseren elektrischen Kennwerte von Siliziumkarbid als Silizium wird erwartet, dass in Zukunft bei dem Material eines Leistungshalbleiterelements ein Wechsel von Silizium zu Siliziumkarbid stattfindet. Ein aus Siliziumkarbid hergestelltes Leistungshalbleiterelement übt seine Arbeitskennwerte bei hoher Temperatur aus, die besser sind als die Arbeitskennwerte eines aus Silizium hergestellten Leistungshalbleiterelements. Deshalb erzeugt das aus Siliziumkarbid hergestellte Leistungshalbleiterelement eine hohe Stromdichte.
  • Wenn ein Strom mit hoher Dichte durch ein Leistungshalbleiterelement fließt, nimmt jedoch die erzeugte Wärmemenge zu, was zu einem Temperaturanstieg eines Abdichtmaterials in der Nähe des Elements führt, wobei das Abdichtmaterial zum Abdichten des Leistungshalbleiterelements verwendet wird. Wenn das Leistungshalbleiterelement anstelle von Silizium aus Siliziumkarbid besteht, erreicht die Temperatur des Elements etwa 200°C. Andererseits wird die Temperatur eines äußeren Umfangs des Leistungshalbleitermoduls im Allgemeinen niedriger sein als die der Umgebung des Elements.
  • Es ist deshalb wichtig, dass das in der Nähe des Elements angeordnete Abdichtmaterial wärmebeständig ist, und es ist auch wichtig, ein Abdichtmaterial zu verwenden, das einen stabilen Betrieb bei hoher Temperatur implementiert.
  • Ein Abdichtmaterial eines Leistungshalbleitermoduls mit einem Siliziumkarbidelement wird mit Aluminiumhydroxid oder dergleichen als Flammhemmer versetzt, um die Nicht-Halogenierung zu behandeln. Leider besteht das Problem in einem derartigen Fall darin, dass sich das Abdichtmaterial aufgrund des Flammhemmers thermisch zersetzt, wodurch die Wärmewiderstandsleistung des Leistungshalbleitermoduls abnimmt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Zur Lösung dieser Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Leistungshalbleitermoduls, in dem ein Abdichtmaterial verwendet wird, das der Temperatur der Umgebung eines Siliziumkarbidelements des Leistungshalbleitermoduls und der Temperatur eines Außenumfangs des Leistungshalbleitermoduls standhalten kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Leistungshalbleitermodul gelöst, das Folgendes aufweist: eine Isolierschicht; ein Kupferbasissubstrat mit einem ersten Kupferblock und einem zweiten Kupferblock, von denen jeder auf einer der beiden Seiten der Isolierschicht fixiert ist; mehrere Leistungshalbleiterelemente, von denen jedes mit einer Seite durch eine leitende Bondschicht auf dem ersten Kupferblock fixiert ist und Siliziumkarbid verwendet; mehrere Implantierungspins, die durch eine leitende Bondschicht auf der anderen Seite jedes der mehreren Leistungshalbleiterelemente fixiert sind; eine Leiterplatte, die an den Implantierungspins fixiert ist und so angeordnet ist, dass sie den Leistungshalbleiterelementen zugewandt ist; ein erstes Abdichtmaterial, das keinen Flammhemmer enthält und mindestens zwischen den Leistungshalbleiterelementen und der Leiterplatte angeordnet ist; und ein zweites Abdichtmaterial, das einen Flammhemmer enthält und so angeordnet ist, dass es das erste Abdichtmaterial bedeckt.
  • Die leitenden Bondschichten werden zum Fixieren der Leistungshalbleiterelemente am Kupferbasissubstrat und zum Fixieren der Leistungshalbleiterelemente an den mehreren Implantierungspins verwendet.
  • Es wird bevorzugt, dass das erste Abdichtmaterial eine Formbeständigkeitstemperatur von 175°C bis 225°C aufweisen möge.
  • Es wird bevorzugt, dass das erste Abdichtmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,5 × 10–5/°C bis 1,8 × 10–5/°C aufweisen möge.
  • Es wird bevorzugt, dass das erste Abdichtmaterial mit einer Haftfestigkeit von 10 MPa bis 30 MPa an dem Kupferbasissubstrat haften möge.
  • Es wird bevorzugt, dass das zweite Abdichtmaterial eine Formbeständigkeitstemperatur von 100°C bis 175°C aufweisen möge.
  • Es wird bevorzugt, dass das zweite Abdichtmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,5 × 10–5/°C bis 1,8 × 10–5/°C aufweisen möge.
  • Es wird bevorzugt, dass das zweite Abdichtmaterial mit einer Haftfestigkeit von 10 MPa bis 30 MPa an dem Kupferbasissubstrat haften möge.
  • Es wird bevorzugt, dass flüssiges Epoxidharz in dem ersten Abdichtmaterial und dem zweiten Abdichtmaterial verwendet werden möge.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung weist Folgendes auf: einen Schritt des Herstellens einer Isolierschicht; einen Schritt des Konfigurierens eines Kupferbasissubstrats mit einem ersten Kupferblock und einem zweiten Kupferblock, von denen jeder auf einer der beiden Seiten der Isolierschicht fixiert ist; einen Schritt des Fixierens einer Seite jedes von mehreren Leistungshalbleiterelementen durch eine leitende Bondschicht auf dem ersten Kupferblock, wobei die mehreren Leistungshalbleiterelemente Siliziumkarbid verwenden; einen Schritt des Fixierens mehrerer Implantierungspins durch eine leitende Bondschicht auf der anderen Seite jedes der mehreren Leistungshalbleiterelemente; einen Schritt des Fixierens einer Leiterplatte an den Implantierungspins, so dass die Leiterplatte so angeordnet ist, dass sie den Leistungshalbleiterelementen zugewandt ist; einen Schritt des Gießens eines ersten Abdichtmaterials, das keinen Flammhemmer enthält, mindestens zwischen die Leistungshalbleiterelemente und die Leiterplatte; und einen Schritt des Anordnens eines zweiten Abdichtmaterials, das einen Flammhemmer enthält, so dass es das erste Abdichtmaterial bedeckt.
  • Die vorliegende Erfindung, in der die oben beschriebene Konfiguration verwendet wird, kann ein hoch zuverlässiges Leistungshalbleitermodul bereitstellen, das eine durch Hitzeabfuhr induzierte Erhöhung des Wärmewiderstands der über und unter den Leistungshalbleiterelementen angeordneten leitenden Bondschichten verhindern kann.
  • Die Verwendung eines Abdichtmaterials ohne einen Flammhemmer als das erste Abdichtmaterial kann die Wärmewiderstandsleistung des Leistungshalbleitermoduls verbessern. Die Verwendung eines Abdichtmaterials mit einem Flammhemmer als das zweite Abdichtmaterial senkt die Wärmewiderstandsleistung des Leistungshalbleitermoduls im Vergleich zu einem Abdichtmaterial ohne Flammhemmer, erzeugt aber keine Probleme in dem Leistungshalbleitermodul, weil die Temperatur des zweiten Abdichtmaterials unter der der Umgebung der Elemente des Leistungshalbleitermoduls liegt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das eine geformte Struktur eines Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermoduls gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 2 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm des herkömmlichen Silizium-Leistungshalbleitermoduls.
  • BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand eines in 1 dargestellten Beispiels ausführlich beschrieben.
  • [Beispiel]
  • 1 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das eine geformte Struktur eines Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermoduls gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der geformten Struktur des Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermoduls wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Kupferblöcke 2 und 3 sind jeweils auf den beiden Seiten einer Isolierschicht 1 angeordnet, um ein Kupferbasissubstrat 4 zu konfigurieren. Mehrere Siliziumkarbid-Leistungshalbleiterelemente 6 werden mit einer leitenden Bondschicht 5a dazwischen auf einer oberen Oberfläche dieses Kupferbasissubstrats 4 montiert. Dann wird eine Leiterplatte 9 vom Implantierungstyp mit Implantierungspins 8 an oberen Oberflächen der Siliziumkarbid-Leistungshalbleiterelemente 6 mit leitenden Bondschichten 7b dazwischen befestigt.
  • Nun werden die Implantierungspins 8 beschrieben. Jeder Implantierungspin 8 weist beispielsweise einen Durchmesser von 120 μm und eine Länge von 300 μm auf. Ungefähr höchstens elf Implantierungspins 8 sind an jedem der Leistungshalbleiterelemente 6 angeordnet.
  • Die Implantierungspins 8 werden an leitenden Mustern der Leiterplatte 9 fixiert, die nicht gezeigt sind. Die Leiterplatte 9 und der Kupferblock 3 sind um etwa 1 mm voneinander beabstandet, wobei der engste Spalt dazwischen etwa 200 μm beträgt. Die Leiterplatte 9 besteht beispielsweise aus einem Epoxidharz oder einem Polyimidharz.
  • Außerdem werden externe Verbindungsanschlüsse 10 an der oben beschriebenen resultierenden Konfiguration befestigt, und ein erstes Abdichtmaterial 11 wird in die Nähe jedes Siliziumkarbid-Leistungshalbleiterelements 6 zwischen dem Kupferbasissubstrat 4 und der Leiterplatte 9 vom Implantierungstyp unter Einsatz eines Dispensers eingespritzt. Dann wird die so erhaltene Struktur in einer nicht gezeigten Form platziert und mit einem zweiten Abdichtmaterial 12 abgedichtet, wodurch eine ausgeformte Struktur 100 des Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermoduls fertiggestellt wird.
  • Bei einem Verfahren zum Einspritzen des ersten Abdichtmaterials 11 in die geformte Struktur 100 des Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermoduls wird ein Dispenser verwendet, um das erste Abdichtmaterial 11 in eine Position nahe jedem Siliziumkarbid-Leistungshalbleiterelement 6 zwischen dem Kupferbasissubstrat 4 und der Leiterplatte 9 vom Implantierungstyp einzuspritzen.
  • Das erste Abdichtmaterial 11 liegt in der Form einer Flüssigkeit ohne Flammhemmer vor, die aus einem flüssigen Ein-Komponenten-Form- und Abdichtmaterial besteht, das erhalten wird durch Zusetzen von 85 Gew.-% Siliziumoxid-Füllmittel zu einer gemischten Zusammensetzung aus zykloaliphatischem Epoxidharz und Säureanhydrid-Härtemittel.
  • Das erste Abdichtmaterial 11 wird eine Stunde lang bei 100°C gehärtet.
  • Die physikalischen Eigenschaften des gehärteten ersten Abdichtmaterials 11 sind wie folgt: das erste Abdichtmaterial 11 wird durch Wärme bei 225°C verformt, weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,5 × 10–5/°C auf und haftet mit einer Bondfestigkeit von 23 MPa an dem Kupferbasissubstrat 4.
  • Es werden nun die physikalischen Eigenschaften des ersten Abdichtmaterials 11 beschrieben.
  • Wenn die Formbeständigkeitstemperatur des ersten Abdichtmaterials 11 175°C bis 225°C beträgt, steigt der Wendepunkt bezüglich der thermischen Eigenschaften des Abdichtmaterials 11, wodurch eine durch die Wärmeabfuhr induzierte Erhöhung des Wärmewiderstands der leitenden Bondschichten 5a, 7b, die unter und über den Leistungshalbleiterelementen 6 angeordnet sind, verhindert wird. Deshalb kann ein sehr zuverlässiges Leistungshalbleitermodul mit hoher Wärmewiderstandsleistung erhalten werden. Weil die Temperatur der Leistungshalbleiterelemente etwa 200°C erreichen kann, muss die Formbeständigkeitstemperatur des Abdichtmaterials 11 mindestens 175°C betragen. Die Obergrenze der Formbeständigkeitstemperatur des ersten Abdichtmaterials 11 kann sicher auf 225°C eingestellt werden.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Abdichtmaterials 11 ist gleich dem von Kupfer. Deshalb kann ein Verziehen des Kupferbasissubstrats 4 mit der Isolierschicht 1 und den Kupferblöcken 2, 3 sowie eine durch die Wärmeabfuhr induzierte Erhöhung des Wärmewiderstands der leitenden Bondschichten 5a, 7b, die unter und über den Leistungshalbleiterelementen 6 angeordnet sind, verhindert werden, wodurch ein hoch zuverlässiges Leistungshalbleitermodul bereitgestellt wird.
  • Weil das Abdichtmaterial 11 mit einer Haftfestigkeit von 10 MPa bis 30 MPa an den Kupferblöcken 2, 3 haftet, können außerdem die Leistungshalbleiterelemente 6 stark an dem Kupferbasissubstrat 4 haften. Dies kann eine Erhöhung des Wärmewiderstands der leitenden Bondschichten 5a und 7b, die unter und über den Leistungshalbleiterelementen 6 angeordnet sind, verhindern, wodurch ein hoch zuverlässiges Leistungshalbleitervorrichtungmodul bereitgestellt wird. Somit wurde in Belastungstests wie etwa einem Leistungszyklustest und einem Wärmeschocktest bestätigt, dass die Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung hoch zuverlässig ist. Bei dem Wärmeschocktest ist es weniger wahrscheinlich, dass das Verziehen des Kupferbasissubstrats 4 und der Wärmewiderstand des Leistungshalbleitermoduls mit der Anzahl der Zyklen steigen.
  • Beim Abdichten der Siliziumkarbid-Leistungshalbleitereinheit 100 mit dem zweiten Abdichtmaterial 12 wird die geformte Struktur 100 des Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermoduls in einem Hohlraum gespeichert, der durch eine Positiv- und Negativ-Flüssigkeitstransferform (nicht gezeigt) gebildet wird, wobei die Ausformtemperatur auf 160°C gesteigert wird, um die Wärme dort drin zu halten. Die Positiv- und Negativ-Transferformen sind mit einem Topfabschnitt und einem Angusskanalabschnitt des zweiten Abdichtmaterials 12 versehen. Man beachte, dass der Hohlraum, der Topfabschnitt und der Angusskanalabschnitt jeweils einen Topf für das Lagern von Harz, einen Hohlraum, in dem die mit Harz abzudichtenden Leistungshalbleiterelemente 6 gelagert werden, und einen Angusskanal, durch den das in dem Topf gelagerte Harz zu dem Hohlraum geführt wird, bedeuten.
  • Das zweite Abdichtmaterial 12 ist ein flüssiges Ein-Komponenten-Form- und Abdichtmaterial, das erhalten wird durch Zusetzen von 85 Gew.-% Siliziumoxid-Füllmaterial und Aluminiumhydroxid als Flammhemmer zu einer gemischten Zusammensetzung aus zykloaliphatischem Epoxidharz und Säureanhydrid-Härtemittel.
  • Die physikalischen Eigenschaften des zweiten Abdichtmaterials 12 nach dem Härten sind wie folgt: das zweite Abdichtmaterial 12 wird durch Wärme bei 175°C verformt, weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,5 × 10–5/°C auf und haftet mit einer Bondfestigkeit von 20 MPa an dem ersten Abdichtmaterial.
  • Die physikalischen Eigenschaften des zweiten Abdichtmaterials 12 sind im Grunde die gleichen wie jene des ersten Abdichtmaterials 11.
  • Weil die Temperatur der Leistungshalbleiterelemente 6 etwa 200°C betragen kann, wodurch die Umgebung dieser Elemente heiß wird, muss die Formbeständigkeitstemperatur des zweiten Abdichtmaterials 12 etwa die des ersten Abdichtmaterials 11 sein. Das zweite Abdichtmaterial 12 muss jedoch keine signifikant hohe Wärmewiderstandsleistung aufweisen, weil Abschnitte außerhalb der Elemente nicht so heiß werden. Deshalb kann ein relativ preiswertes Abdichtmaterial als das zweite Abdichtmaterial 12 verwendet werden. Weil die Temperatur der Leistungshalbleiterelemente 6 etwa 200°C erreichen kann, wird die Obergrenze der Formbeständigkeitstemperatur des Abdichtmaterials 12 auf 175°C eingestellt, was die Untergrenze der Formbeständigkeitstemperatur des Abdichtmaterials 11 ist. Die Untergrenze der Formbeständigkeitstemperatur des Abdichtmaterials 12 ist auf 100°C eingestellt, weil es weniger wahrscheinlich ist, dass sich Wärme zu dem Abdichtmaterial 12 ausbreitet.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Abdichtmaterials 12 ist gleich dem von Kupfer. Weil der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Abdichtmaterials 12 gleich dem des ersten Abdichtmaterials 11 ist, wird somit verhindert, dass eine ungleichförmige Beanspruchung auf das ganze Modul wirkt, und das Modul kann sich gleichmäßig verhalten.
  • Die Haftfestigkeit des zweiten Abdichtmaterials 12 ist im Wesentlichen gleich der des ersten Abdichtmaterials. Eine Haftfestigkeit von 30 MPa oder höher ist die maximale Haftfestigkeit des Abdichtmaterials. Eine Haftfestigkeit von 10 MPa oder weniger ist jedoch nicht stark genug, damit das Abdichtmaterial an dem Kupfer haftet oder die Elemente bedeckt, was zum Ablösen des Abdichtmaterials führt.
  • Bei einem Pressspritzverfahren, das das flüssige Abdichtmaterial verwendet, wird ein flüssiges Ein-Komponenten-Form- und Abdichtmaterial, das aus zykloaliphatischem Epoxidharz und Säureanhydrid-Härtemittel besteht, primär zuvor für 10 Minuten in einer Umgebung mit 13,33 Pa Unterdruck entgast und dann in einen Zylinderbehälter gegossen. Danach wird eine erforderliche Menge dieses Materials aus dem Zylinderbehälter in den Topfabschnitt der Positivform und Negativform gegossen. Dann werden die Positivform und die Negativform verklammert, um das Form- und Abdichtmaterial von dem Topfabschnitt durch den Angusskanalabschnitt in den Formhohlraum zu drücken, wodurch das Ausformen eines Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermoduls abgeschlossen wird. Das Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermodul wird unter den folgenden Bedingungen ausgeformt: der Formklemmdruck beträgt 150 kg/cm2 (14,7 MPa), und das Material wird bei 160°C für eine Minute zu einem Gel geformt und dann drei Minuten lang gehärtet.
  • Weil flüssiges Epoxidharz dem flüssigen Abdichtmaterial zugesetzt wird, kann das zweite Abdichtmaterial 12 in einen äußeren Umfangsteil des ersten Abdichtmaterials 11 gegossen werden, das zuvor zwischen dem Kupferbasissubstrat 4 und der Leiterplatte 9 vom Implantierungstyp eingespritzt und gehärtet wird, und gleichzeitig kann der Ausformprozess innerhalb einer kurzen Zeitperiode abgeschlossen werden, wodurch ein hoch produktives und zuverlässiges Leistungshalbleitermodul bereitgestellt wird.
  • Zudem ist es unwahrscheinlich, dass sich das erste Abdichtmaterial 11 durch Oxidation verschlechtert, weil es in der Nähe der Elemente angeordnet ist, ohne mit der Luft in direkten Kontakt zu kommen. Angesichts dieser Tatsache kann die Wärmewiderstandsleistung des Leistungshalbleitermoduls durch Einsatz eines Abdichtmaterials erhöht werden, das keinen Flammhemmer aufweist. Andererseits kommt das zweite Abdichtmaterial 12 in einem äußeren Umfang des Leistungshalbleitermoduls in direkten Kontakt mit der Luft. Somit kann der Zusatz eines Flammhemmers das zweite Abdichtmaterial 12 gegenüber Verschlechterung durch Oxidation beständiger machen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Isolierschicht
    2
    Kupferblock
    3
    Kupferblock
    4
    Kupferbasissubstrat
    5a
    Leitende Bondschicht
    6
    Siliziumkarbid-Halbleiterelement
    7b
    Leitende Bondschicht
    8
    Implantierungspin
    9
    Leiterplatte vom Implantierungstyp
    10
    Externer Anschluss
    11
    Erstes Abdichtmaterial
    12
    Zweites Abdichtmaterial
    13
    Klemme
    100
    Ausgeformte Struktur des Siliziumkarbid-Leistungshalbleitermoduls
    21
    Isolierschicht
    22
    Schaltungsmuster
    23
    Kupferbasissubstrat
    24a
    Lotschicht
    25
    Silizium-Leistungshalbleiterelement
    26b
    Lotschicht
    27
    Systemträger
    28
    Externer Verbindungsanschluss
    29
    Gehäuse
    30
    Abdichtmaterial
    31
    Deckel
    200
    Silizium-Leistungshalbleitermodulstruktur

Claims (9)

  1. Leistungshalbleitermodul, das Folgendes umfasst: eine Isolierschicht; ein Kupferbasissubstrat mit einem ersten Kupferblock und einem zweiten Kupferblock, von denen jeder auf einer der beiden Seiten der Isolierschicht fixiert ist; mehrere Leistungshalbleiterelemente, von denen jedes mit einer Seite durch eine leitende Bondschicht auf dem ersten Kupferblock fixiert ist und Siliziumkarbid verwendet; mehrere Implantierungspins, die durch eine leitende Bondschicht auf der anderen Seite jedes der mehreren Leistungshalbleiterelemente fixiert sind; eine Leiterplatte, die an den Implantierungspins fixiert ist und so angeordnet ist, dass sie den Leistungshalbleiterelementen zugewandt ist; ein erstes Abdichtmaterial, das keinen Flammhemmer enthält und mindestens zwischen den Leistungshalbleiterelementen und der Leiterplatte angeordnet ist; und ein zweites Abdichtmaterial, das einen Flammhemmer enthält und so angeordnet ist, dass es das erste Abdichtmaterial verdeckt.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das erste Abdichtmaterial eine Formbeständigkeitstemperatur von 175°C bis 225°C aufweist.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das erste Abdichtmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,5 × 10–5/°C bis 1,8 × 10–5/°C aufweist.
  4. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das erste Abdichtmaterial mit einer Haftfestigkeit von 10 MPa bis 30 MPa an dem Kupferbasissubstrat haftet.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das zweite Abdichtmaterial eine Formbeständigkeitstemperatur von 100°C bis 175°C aufweist.
  6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das zweite Abdichtmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,5 × 10–5/°C bis 1,8 × 10–5/°C aufweist.
  7. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das zweite Abdichtmaterial mit einer Haftfestigkeit von 10 MPa bis 30 MPa an dem Kupferbasissubstrat haftet.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei flüssiges Epoxidharz in dem ersten Abdichtmaterial und dem zweiten Abdichtmaterial verwendet wird.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Schritt des Herstellens einer Isolierschicht; einen Schritt des Konfigurierens eines Kupferbasissubstrats mit einem ersten Kupferblock und einem zweiten Kupferblock, von denen jeder auf einer der beiden Seiten der Isolierschicht fixiert ist; einen Schritt des Fixierens einer Seite jedes von mehreren Leistungshalbleiterelementen durch eine leitende Bondschicht auf dem ersten Kupferblock, wobei die mehreren Leistungshalbleiterelemente Siliziumkarbid verwenden; einen Schritt des Fixierens mehrerer Implantierungspins durch eine leitende Bondschicht auf der anderen Seite jedes der mehreren Leistungshalbleiterelemente; einen Schritt des Fixierens einer Leiterplatte an den Implantierungspins, so dass die Leiterplatte so angeordnet ist, dass sie den Leistungshalbleiterelementen zugewandt ist; einen Schritt des Gießens eines ersten Abdichtmaterials, das keinen Flammhemmer enthält, mindestens zwischen die Leistungshalbleiterelemente und die Leiterplatte; und einen Schritt des Anordnens eines zweiten Abdichtmaterials, das einen Flammhemmer enthält, so dass es das erste Abdichtmaterial bedeckt.
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