DE112012005746T5 - Leistungshalbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Leistungshalbleitereinrichtung mit hoher Zuverlässigkeit angegeben, bei der die Bildung von Rissen in einem Vergussharzelement und die Separierung des Vergussharzelementes von dem Substrat schwerlich auftreten. Zu diesem Zweck ist folgendes vorgesehen: eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Halbleiterelementsubstrat, auf welchem ein vorderes Elektrodenmuster (2) auf der Oberfläche eines Isoliersubstrats (4) ausgebildet ist; Leistungs-Halbleiterelemente (5, 6), die unter Verwendung eines Verbindungsmaterials auf der Oberfläche des vorderen Elektrodenmusters (2) befestigt sind; eine Trennwand (9), die auf dem vorderen Elektrodenmuster (2) ausgebildet ist, so dass sie die Leistungshalbleiterelemente umgibt; ein erstes Vergussharzelement (120), das in den Innenraum der Trennwand (9) eingefüllt ist, so dass es die Leistungs-Halbleiterelemente und das vordere Elektrodenmuster (2) innerhalb der Trennwand (9) bedeckt; ein zweites Vergussharzelement (12), welches das erste Vergussharzelement (120) und einen Teil des Halbleiterelementsubstrats bedeckt, der von der Trennwand (9) freiliegt; wobei der Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelementes (12) mit einem kleineren Wert vorgegeben ist als dem Elastizitätsmodul des ersten Vergussharzelementes (120); wobei eine Elektrode für einen Relaisanschluss (8), der mit dem vorderen Elektrodenmuster (2) nicht in Kontakt steht, auf der Oberfläche der Trennwand (9) ausgebildet ist; und wobei eine Verdrahtung (130) von dem Innenraum der Trennwand (9) über die Elektrode für den Relaisanschluss (8) zur Außenseite der Trennwand (9) herausgeführt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Halbleitereinrichtungen, insbesondere die Montagekonfiguration von Leistungshalbleitereinrichtungen, die bei hohen Temperaturen arbeiten.
  • Stand der Technik
  • Bei der Entwicklung von industriellen Ausrüstungen, elektrischen Schienenfahrzeugen sowie Kraftfahrzeugen sind die Betriebstemperaturen für die dabei verwendeten Leistungshalbleiterelemente gestiegen.
  • In jüngerer Zeit ist die Entwicklung von Leistungshalbleiterelementen, die auch bei hohen Temperaturen arbeiten, energisch vorangetrieben worden, und bei der Reduzierung von Abmessungen, der Erhöhung der Spannungsfestigkeit sowie der Zunahme der Stromdichte in den Leistungshalbleiterelementen sind Fortschritte erzielt worden. Insbesondere werden dabei Halbleiter mit großem Bandabstand verwendet, wie z. B. SiC, GaN und dergleichen, die einen größeren Bandabstand haben als Si-Halbleiter.
  • Daher kann eine Zunahme der Spannungsfestigkeit, eine Reduzierung der Abmessungen, eine Zunahme der Stromdichte sowie ein Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtungen bei hohen Temperaturen erwartet werden. Um Halbleitereinrichtungen herzustellen, die Leistungshalbleitereinrichtungen mit den oben beschriebenen Eigenschaften verwenden, ist es auch in Fällen, in denen die Leistungshalbleitereinrichtungen bei Temperaturen vom mehr 150°C arbeiten, selbstverständlich erforderlich, einen stabilen Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung zu gewährleisten, indem die Ausbildung von Rissen in einem Verbindungs- oder Bondingmaterial sowie die Beeinträchtigung oder Verschlechterung von Verdrahtungen unterdrückt wird.
  • Als Verfahren zum Einkapseln eines Halbleiterelementes in einem Harz in einer Halbleitereinrichtung gibt die Druckschrift JP 2003-124 401 A ein Verfahren an, bei dem ein Damm-Material verwendet wird, das die Peripherie eines Halbleiterelementes umschließt, so dass ein Teil seines Innenraumes mit einem Harz eingeschlossen ist.
  • Ferner ist in der Druckschrift JP 58-017 646 A ein Verfahren angegeben, in welchem ein Damm an der Peripherie des Halbleiterelementes ausgebildet wird, um das Fließen eines Harzes zu stoppen, welches das Halbleiterelement bedeckt.
  • Erläuterung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Bei den Verfahren gemäß der JP 2003-124 401 A und der JP 58-017 646 A wird ein Halbleiterelement verwendet, bei dem es sich um ein Halbleiterelement mit breitem Bandabstand handelt, wie z. B. SiC oder dergleichen; die Halbleitereinrichtung mit einem derartigen Halbleiterelement mit breitem Bandabstand arbeitet bei höheren Temperaturen als früher, und dementsprechend werden die Temperaturen bei Wärmezyklustests ebenfalls höher.
  • Unter den genannten Bedingungen treten jedoch die Ausbildung von Rissen in dem Vergussharzelement oder die Separierung des Vergussharzelementes von einem Substrat auf. Infolgedessen war die Zuverlässigkeit von Leistungshalbleitereinrichtungen gravierend verschlechtert.
  • Die Erfindung wurde konzipiert, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Leistungshalbleitereinrichtung mit hoher Zuverlässigkeit anzugeben, bei der die Ausbildung von Rissen in dem Vergussharzelement und die Separierung eines Vergussharzelementes von einem Substrat kaum auftreten können, auch wenn diese Leistungshalbleitereinrichtungen Wärmezyklustests ausgesetzt werden, bei denen die Leistungshalbleiterelemente wiederholt bei hohen Temperaturen arbeiten.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Gemäß der Erfindung wird eine Leistungshalbleitereinrichtung angegeben, die folgendes aufweist: ein Halbleiterelementsubstrat, auf dem ein vorderes Elektrodenmuster auf der Oberfläche eines Isoliersubstrats ausgebildet ist und ein hinteres Elektrodenmuster auf einer anderen Oberfläche des Isoliersubstrats ausgebildet ist; ein elektrisches Leistungshalbleiterelement, das unter Verwendung eines Verbindungsmaterials auf der Oberfläche des vorderen Elektrodenmusters befestigt ist, das dem Isoliersubstrat gegenüberliegt; eine Trennwand, die auf dem vorderen Elektrodenmuster derart angeordnet ist, dass sie das elektrische Leistungshalbleiterelement umgibt; ein erstes Vergussharzelement, das in den Innenraum der Trennwand eingefüllt ist, so dass es das elektrische Leistungshalbleiterelement sowie das vordere Elektrodenmuster innerhalb der Trennwand bedeckt; und ein zweites Vergussharzelement, welches das erste Vergussharzelement sowie einen Teil des Halbleiterelementsubstrats bedeckt, das von der Trennwand freiliegt, wobei der Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelementes mit einem Wert vorgegeben ist, der kleiner ist als der Elastizitätsmodul des ersten Vergussharzelementes, wobei eine Elektrode für einen Relaisanschluss, der nicht mit dem vorderen Elektrodenmuster in Kontakt steht, auf der Oberfläche der Trennwand ausgebildet ist und eine Verdrahtung von dem Innenraum der Trennwand zur Außenseite der Trennwand über die Elektrode für den Relaisanschluss nach außen geführt ist.
  • Vorteile der Erfindung
  • Bei einer Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der Erfindung mit der oben angegebenen Konfiguration wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass dann, wenn die Leistungshalbleitereinrichtung bei hohen Temperaturen arbeitet, eine Separierung zwischen einem Vergussharz und einem vorderen Elektrodenmuster oder einem Isoliersubstrat kaum auftritt; auch die Ausbildung von Rissen in dem Vergussharz tritt kaum auf. Daher kann auch kaum eine Fehlfunktion auftreten, wenn der Betrieb bei hohen Temperaturen stattfindet. Infolgedessen kann eine Leistungshalbleitereinrichtung mit hoher Zuverlässigkeit erzielt werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung einer Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung.
  • 2 zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung, wobei eine Gehäuse-Seitenplatte und eine Basisplatte weggelassen sind und ein Vergussharzelement nicht dargestellt ist.
  • 3 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung der Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung.
  • 4 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung einer weiteren Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung.
  • 5 zeigte einen Querschnitt zur Erläuterung einer weiteren Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung.
  • 6 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung einer weiteren Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung.
  • 7A bis 7C zeigen perspektivische Darstellungen zur Erläuterung eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer Trennwand für eine Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung.
  • 8 zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung bei einem Vergleichsbeispiel, bei dem einige Komponenten entfernt sind.
  • Ausführungsformen gemäß der Erfindung
  • Ausführungsform 1
  • 1 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung der Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung, und 2 zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung, bei der eine Gehäuse-Seitenplatte und eine Basisplatte weggelassen sind und ein Gussharzelement nicht dargestellt ist.
  • Ein Leistungs-Halbleiterelement gemäß der Erfindung weist folgendes auf: ein Halbleiterelement-Substrat 4, wobei ein vorderes Elektrodenmuster 2 auf einer oberen Oberfläche eines Isoliersubstrats 1 und ein hinteres Elektrodenmuster 3 auf einer rückseitigen Oberfläche des Isoliersubstrats 1 angeordnet sind; und Halbleiterelemente, nämlich ein elektrisches Leistungs-Halbleiterelement 5 und ein elektrisches Leistungs-Halbleiterelement 6, die an der Oberfläche des vorderen Elektrodenmusters 2 befestigt sind, wobei ein Verbindungsmaterial 7 verwendet wird, wie z. B. ein Lot.
  • Hierbei ist beispielsweise das elektrische Leistungs-Halbleiterelement 5 ein Halbleiterelement für elektrische Energie, wie z. B. ein MOSFET, der große elektrische Ströme steuert, und das elektrische Leistungs-Halbleiterelement 6 ist beispielsweise eine Rückflussstromdiode, die parallel zu dem elektrischen Leistungs-Halbleiterelement 5 geschaltet ist.
  • Eine Trennwand 9 ist so ausgebildet, dass sie das elektrische Leistungs-Halbleiterelement 5 und das elektrische Leistungs-Halbleiterelement 6 auf dem vorderen Elektrodenmuster 2 umschließt, und eine Elektrode für einen Relaisanschluss 8 ist zumindest auf einem Teil einer Oberfläche der Trennwand 9 ausgebildet, mit der die Oberfläche des vorderseitigen Elektrodenmusters 2 nicht in Kontakt steht.
  • Das Halbleiterelementsubstrat 4 auf der Seite des hinteren Elektrodenmusters 3 ist an einer Basisplatte 10 befestigt, und zwar unter Verwendung eines Verbindungsmaterials 70, wie z. B. eines Lots. Eine Basisplatte 10 bildet eine Bodenplatte, und ein Gehäuse wird gebildet, indem man eine Gehäuse-Seitenplatte 11 auf der Basisplatte 10 anbringt.
  • Ein erstes Dichtungs- oder Vergussharzelement 120 wird in die Trennwand 9 in dem Gehäuse eingefüllt oder eingespritzt, und danach wird ein zweites Dichtungs- oder Vergussharz 12 in das Gehäuse eingefüllt oder eingespritzt, um die Formgebung des Harzes vorzunehmen. Ein Draht 13 aus dickem Draht oder ein Draht 130 aus dünnem Draht sind mit dem jeweiligen elektrischen Leistungs-Halbleiterelement verbunden, um z. B. eine Elektrode von dem jeweiligen elektrischen Leistungs-Halbleiterelement mit der Außenseite zu verbinden.
  • Die externe Verbindung wird erreicht, indem man die Elektrode für einen Relaisanschluss 8, die an dem vorderen Elektrodenmuster 2 oder der Trennwand 9 angebracht ist, über einen Anschluss 14 weiterleitet.
  • Es ist für eine Leistungs-Halbleitereinrichtung erforderlich, dass sie große Ströme und große Spannungen verarbeiten kann und eine hohe mechanische Festigkeit besitzt. Daher ist es erforderlich, einen dicken Draht mit einem großen Querschnitt für eine Leistungs-Halbleitereinrichtung zu verwenden. Aufgrund der Einschränkungen beim Installationsraum ist es erforderlich, Verbindungs-Signalleitungen zum Steuern der Leistungs-Halbleiterelemente durch eine Verdrahtung mit einem dünnen Draht durchzuführen, der eine geringe Festigkeit besitzt.
  • Daher ist es erforderlich, die Festigkeit durch eine Verkürzung der Verdrahtungslänge eines dünnen Drahtes sicherzustellen, und es ist ein Relaisanschluss zum Weiterleiten eines Drahtes erforderlich. Gemäß der Erfindung ist die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 auf der Trennwand 9 vorgesehen.
  • Ein Material, das für das erste Vergussharzelement 120 verwendet wird, ist beispielsweise ein Epoxyharz; jedoch ist diesbezüglich keine Einschränkung vorgesehen, und es kann jedes geeignete Harz verwendet werden, das die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich des erforderlichen Wärmewiderstands, der gewünschten Anhaftung an einer Spitze, einer Elektrode, einem Draht etc. besitzt und einen Schutz gegenüber dem Brechen von Drähten bildet. Abgesehen von einem Epoxyharz werden vorzugsweise beispielsweise ein Silikonharz, ein Urethanharz, ein Polyimidharz, ein Polyamidharz sowie ein Acrylharz verwendet.
  • Ferner kann zum Einstellen der Wärmewiderstandsfähigkeit und des thermischen Ausdehnungskoeffizienten ein ausgehärtetes Harzprodukt verwendet werden, in welchem ein Keramikpulver verteilt ist. Als Keramikpulver können beispielsweise Al2O3, SiO2, AlN, BN, Si3N4, usw. verwendet werden, ohne dass hier eine Einschränkung besteht; beispielsweise können auch Diamant, SiC, B2O3 oder dergleichen verwendet werden.
  • Hinsichtlich der Gestalt der Pulverteilchen wird in vielen Fällen ein Pulver mit sphärisch geformten Teilchen verwendet, ohne dass diesbezüglich eine Einschränkung besteht; es können auch Teilchen oder Körner mit einer gebrochenen Gestalt, einer granulatförmigen Gestalt, einer schuppenförmigen Gestalt sowie Pulveraggregate verwendet werden. Hinsichtlich der Füllmenge des Pulvers ist jede beliebige Füllmenge akzeptabel, mit der die erforderliche Fließfähigkeit, Isoliereigenschaft und Adhäsion erreicht werden kann.
  • Wenn man das Element aus dem ersten Vergussharz unter Verwendung der oben genannten Materialien herstellt, kann ein linearer Ausdehnungskoeffizient des Elementes aus dem Vergussharz so eingestellt werden, dass sein relativer Wert im Bereich von 10 ppm bis 30 ppm liegt, so dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des ersten Vergussharzes dicht bei dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Materials von dem vorderen Elektrodenmuster 2 oder dem hinteren Elektrodenmuster 3 liegt, das beispielsweise aus Kupfer besteht.
  • Wie nachstehend im Zusammenhang mit Ausführungsform 3 erläutert, ist es bevorzugt, den Elastizitätsmodul des ersten Vergussharzes so einzustellen, dass er im Bereich von 1 GPa bis 20 GPa liegt.
  • Jeder geeignete Leiter, der die erforderlichen elektrischen Eigenschaften besitzt, kann für die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 verwendet werden, beispielsweise können Kupfer, Aluminium oder Eisen verwendet werden. Als Material für die Trennwand 9 kann ferner in gleicher Weise wie beim ersten Vergussharz beispielsweise ein Epoxyharz verwendet werden, ohne dass diesbezüglich eine Einschränkung besteht; es ist jedes geeignete Harz akzeptabel, das die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Wärmewiderstandsfähigkeit, Adhäsion und Drahtverbindungseigenschaften besitzt.
  • Abgesehen von Epoxyharz wird vorzugsweise beispielsweise ein Silikonharz, ein Urethanharz, ein Polyimidharz, ein Polyamidharz oder ein Acrylharz verwendet. Um die Wärmewiderstandsfähigkeit und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten einzustellen, kann ein gehärtetes Harzprodukt verwendet werden, in welchem ein Keramikpulver verteilt ist. Als Keramikpulver können beispielsweise verwendet werden Al2O3, SiO2, AlN, BN, Si3N4, usw.; diesbezüglich besteht jedoch keine Einschränkung, und es kann beispielsweise auch Diamant, SiC, B2O3 oder dergleichen verwendet werden.
  • Im Hinblick auf die Gestalt der Pulverteilchen wird in vielen Fällen ein Pulver mit sphärisch geformten Teilchen verwendet, ohne dass diesbezüglich eine Einschränkung besteht; es können beispielsweise auch Körner mit gebrochener Form, granulatförmiger Gestalt, schuppenförmiger Gestalt und Pulveraggregate verwendet werden. Im Hinblick auf die Füllmenge des Pulvers ist jede geeignete Füllmenge akzeptabel, mit der die erforderliche Fließfähigkeit, Isoliereigenschaft und Adhäsion erreicht werden kann.
  • Der lineare Ausdehnungskoeffizient der Trennwand 9 wird so eingestellt, dass die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten der Trennwand 9 und des linearen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Vergussharzelementes 120 einen Wert von 50 ppm oder weniger, vorzugsweise 15 ppm oder weniger, beträgt.
  • Wenn die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Trennwand 9 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Vergussharzelementes 120 einen Wert von 50 ppm oder mehr besitzt, kann eine Separierung an der Grenzschicht zwischen der Trennwand 9 und dem ersten Vergussharzelement 120 erzeugt werden.
  • Die Elektrode für den Relaisanschluss 8 auf der Trennwand 9 kann ausgebildet werden, indem man ein inselförmiges Muster vorsieht. Jedes inselförmige Muster bildet einen entsprechenden Relaisanschluss, um den jeweiligen Draht weiterzuleiten.
  • Als Material, das für das zweite Vergussharzelement 12 verwendet wird, welches die Trennwand 9 und das erste Vergussharzelement 120 überdeckt, wird beispielsweise ein Silikonharz verwendet, ohne dass diesbezüglich eine Einschränkung besteht; es kann auch Urethanharz, Acrylharz oder dergleichen verwendet werden.
  • Ferner kann ein Harz, dem ein Keramikpulver, wie z. B. Al2O3, SiO2 zugesetzt sind, verwendet werden, ohne dass hier eine Einschränkung besteht; es können auch AlN, BN, Si3N4, Diamant, SiC, B2O3 hinzugefügt werden, und es kann auch ein Harzpulver, wie z. B. Silikonharz, Acrylharz oder dergleichen hinzugefügt werden.
  • Hinsichtlich der Gestalt der Pulverteilchen wird in vielen Fällen ein Pulver mit sphärisch geformten Teilchen verwendet, ohne dass diesbezüglich eine Einschränkung besteht; es können auch Körner mit gebrochener Gestalt, granulatförmiger Gestalt, schuppenförmiger Gestalt sowie ein Pulveraggregat verwendet werden. Hinsichtlich der Füllmenge des Pulvers ist jede geeignete Füllmenge akzeptabel, mit der die erforderliche Fließfähigkeit, Isoliereigenschaft und Adhäsion erzielt werden kann.
  • Der Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelementes 12 wird so eingestellt, dass er kleiner ist als der des ersten Vergussharzelementes 120. Wie im Zusammenhang mit Ausführungsform 3 erläutert, ist es bevorzugt, den Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelementes 12 so einzustellen, dass er im Bereich von 30 kPa bis 3 GPa liegt.
  • Das zweite Vergussharzelement 12 bedeckt nicht nur den Wandbereich der Trennwand 9 und das erste Vergussharzelement 120, sondern auch einen Bereich, der von dem Wandbereich der Trennwand 9 auf dem Halbleiterelementsubstrat 4 freiliegt. In einem Bereich, der von dem Wandbereich der Trennwand 9 auf dem Halbleiterelementsubstrat 4 freiliegt, ist der freiliegende Bereich des Isoliersubstrats 1 vorhanden.
  • In einem Vergussharzelement, das mit dem Halbleiterelementsubstrat 4 in Kontakt steht, wird dann, wenn das Vergussharz aushärtet und kontrahiert oder während eines Wärmezyklus thermische Belastungen erzeugt werden, eine Spannungsbelastung erzeugt. Das erste Vergussharzelement 120 wird so eingestellt, dass es einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der dicht bei dem von dem Material des vorderen Elektrodenmusters 2 und des hinteren Elektrodenmusters 3 unter den Materialien liegt, welche das Halbleiterelementsubstrat 4 bilden; daher ist der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Vergussharzelementes 120 verschieden von dem des Isoliersubstrats 1.
  • Hierbei ist ein Teil des Halbleiterelementsubstrats 4, das zur Außenseite von dem Wandbereich der Trennwand 9 freiliegt, mit dem zweiten Vergussharzelement 12 eingegossen, das einen kleinen Elastizitätsmodul besitzt, eine Beanspruchung in einem Bereich, der mit dem Isoliersubstrat 1 in Kontakt steht, wird entspannt, und es kann eine Separierung des Vergussharzelementes verhindert werden.
  • Infolgedessen kann eine Separierung des ersten Vergussharzelementes 120 von dem Halbleiterelementsubstrat 4 sowie die Bildung von Rissen in dem ersten Vergussharzelement 120 verhindert werden, und es kann eine Leistungs-Halbleitereinrichtung mit hoher Zuverlässigkeit erhalten werden.
  • Wenn das Leistungs-Halbleiterelement gemäß der Erfindung als Leistungs-Halbleiterelement bei Einrichtungen verwendet wird, die bei Temperaturen von mehr als 150°C arbeiten, so können nicht nur mit der Ausführungsform 1 sondern auch mit den anderen Ausführungsformen vorteilhafte Wirkungen erzielt werden.
  • Insbesondere wenn bei dem Leistungs-Halbleiterelement ein Halbleiter mit sogenanntem breiten Bandabstand verwendet wird, also ein Halbleiter aus einem Material, dessen Bandabstand größer als der von Silicium (Si) ist, wie z. B. ein Material wie Siliciumcarbid (SiC), ein Material auf der Basis von Galliumnitrid (GaN), oder Diamant, dann können vorteilhafte Wirkungen erzielt werden.
  • In 2 sind nur zwei Leistungs-Halbleiterelemente für elektrische Energie in einer geformten Leistungs-Halbleitereinrichtung vorgesehen, jedoch besteht diesbezüglich keinerlei Einschränkung. In Abhängigkeit von den beabsichtigten Anwendungen kann die erforderliche Anzahl von Leistungs-Halbleiterlementen in der Leistungs-Halbleitereinrichtung vorgesehen werden.
  • Im Allgemeinen wird Kupfer für das vordere Elektrodenmuster 2, das hintere Elektrodenmuster 3, die Elektrode für den Relaisanschluss 8, die Basisplatte 10 und den Anschluss 14 verwendet; diesbezüglich bestehen jedoch keine Einschränkungen, und es kann auch Aluminium oder Eisen oder ein Material aus einer Kombination von diesen verwendet werden.
  • Ferner wird auf einer Oberfläche im Allgemeinen eine Nickelplattierung durchgeführt, ohne dass hier eine Einschränkung besteht; es kann auch eine Goldplattierung oder eine Zinnplattierung vorgenommen werden, und es ist jede Konfiguration akzeptabel, welche die erforderlichen hohen Ströme und Spannungen zu einem Halbleiterelement führen kann. Es kann auch ein Verbundmaterial verwendet werden, wie z. B. Kupfer/Invar/Kupfer oder eine Legierung, wie z. B. SiCAl oder CuMo.
  • Das vordere Elektrodenmuster 2 wird in das erste Vergussharzelement 120 eingebettet; um daher die Adhäsion an dem Vergussharz zu verbessern, können kleine Aussparungen und Vorsprünge auf einer Oberfläche vorgesehen sein, und es kann eine Adhäsions-Hilfsschicht ausgebildet werden, indem man ein Silanverbindungsmittel verwendet.
  • Das Halbleiterelementsubstrat 4 bezieht sich auf ein Substrat, welches ein Isoliersubstrat 1 aufweist, das aus Keramik besteht, wie z. B. Al2O3, SiO2, AlN, BN, Si3N4, oder dergleichen, wobei das vordere Elektrodenmuster 2 und das hintere Elektrodenmuster 3 aus Kupfer oder Aluminium gebildet wird. Bei dem Halbleiterelementsubstrat 4 ist es erforderlich, dass es sowohl gute Wärmeabstrahlungseigenschaften als auch Isoliereigenschaften besitzt.
  • Die Konfiguration des Halbleiterelement-Substrats 4 ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Es ist auch ein Halbleiterelement-Substrat 4 akzeptabel, das ein Isoliersubstrat 1 aufweist, welches ein gehärtetes Harzprodukt ist, in welchem Keramikpulver verteilt ist oder in welchem eine Keramikplatte eingebettet ist, auf der das vordere Elektrodenmuster 2 und das hintere Elektrodenmuster 3 ausgebildet sind.
  • Als Keramikpulver, das für das Isoliersubstrat 1 verwendet wird, kann Al2O3, SiO2, AlN, BN, Si3N4, und dergleichen verwendet werden, ohne dass hier eine Einschränkung besteht; es kann hierfür auch Diamant, SiC, B2O3 verwendet werden. Ferner kann ein Harzpulver, wie z. B. Silikonharz, Acrylharz oder dergleichen verwendet werden.
  • Hinsichtlich der Gestalt der Körner oder Teilchen des Pulvers wird in vielen Fällen ein Pulver mit sphärisch geformten Teilchen verwendet, ohne dass hier eine Einschränkung besteht. Es können auch Körner oder Teilchen mit gebrochener Gestalt, granulatförmiger Gestalt, schuppenförmiger Gestalt sowie ein Pulveraggregat verwendet werden. Hinsichtlich der Füllmenge des Pulvers ist jede geeignete Füllmenge akzeptabel, mit der die erforderliche Wärmeabstrahlungseigenschaft und Isoliereigenschaft erhalten werden kann.
  • Im Allgemeinen ist ein Harz, das als Isoliersubstrat 1 verwendet wird, ein Epoxyharz, jedoch besteht hier keine Einschränkung; es kann auch ein Polyimidharz, ein Silikonharz, ein Acrylharz oder dergleichen verwendet werden, also ein Material, welches sowohl ein gutes Isoliervermögen als auch ein gutes Haftvermögen besitzt.
  • Es werden Drahtkörper verwendet, die nachstehend kurz als Drähte bezeichnet werden und einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, wobei diese aus Aluminium oder Gold bestehen, ohne dass hier eine Einschränkung besteht. Beispielsweise kann auch ein Draht verwendet werden, der hergestellt wird, indem man eine Kupferplatte in eine bandförmige Gestalt umformt, was nachstehend als Band bezeichnet wird. Ferner kann die erforderliche Anzahl von Drähten angeschlossen werden, und zwar in Abhängigkeit von der Stromdichte für die Leistungs-Halbleiterelemente.
  • Die Drähte oder Verdrahtungen können hergestellt werden, indem man ein Metallteil, beispielsweise aus Kupfer oder Zinn mit einem geschmolzenen Metall verbindet, und es ist jede Konfiguration eines Drahtes akzeptabel, die in der Lage ist, den Strom und die Spannung im Halbleiterelement in ausreichendem Maße zuzuführen.
  • Die Drahtform und der Drahtdurchmesser können in geeigneter Weise und frei gewählt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Stromstärke, der Drahtlänge und der Fläche eines Elektrodenanschlusses. Ein einem Fall beispielsweise, in welchem die Stromstärke hoch und die Drahtlänge groß ist, kann ein Draht mit einem großen Durchmesser in Form eines Drahtes oder eines Bandes mit einem Durchmesser von 400 μm verwendet werden.
  • Weiterhin ist die Verwendung von SiC-Halbleiterelementen beabsichtigt, um deren Fläche wegen der Kostenbeschränkungen zu reduzieren, und in vielen Fällen ist die Fläche eines Elektrodenanschlusses klein. In diesem Falle kann ein dünner Draht 130 mit einem kleinen Querschnitt verwendet werden, der 0,018 mm2 oder weniger beträgt, beispielsweise ein Draht mit einem Durchmesser von 150 μm.
  • Weiterhin sind 50% oder mehr des dünnen Drahtes 130 mit einem Querschnitt, der 0,018 mm2 oder weniger beträgt, mit dem ersten Vergussharzelement 120 bedeckt. In einem Falle, in welchem der Bedeckungsfaktor weniger als 50% beträgt, kann ein Bruch der Drähte hervorgerufen werden, wenn das Harz eingefüllt wird, ein Wärmezyklustest durchgeführt oder der Normalbetrieb durchgeführt wird. Wenn der Bedeckungsfaktor 50% oder mehr beträgt, so kann ein Brechen der Drähte verhindert werden; infolgedessen können Leistungs-Halbleitereinrichtungen mit hoher Zuverlässigkeit erhalten werden.
  • Bei herkömmlichen Halbleitereinrichtungen, wie sie z. B. in 1 der JP 2003-124 401 A dargestellt sind, ist ein Leitungsmuster vorgesehen, welches dem vorderen Elektrodenmuster 2 gemäß der Erfindung entspricht, und zwar durch Unterteilung in einen ersten Anschluss zum Befestigen eines Halbleiterelementes und eines zweiten Anschlusses zum Weiterleiten von Drähten. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss sind isoliert, und ein Schaltungssubstrat liegt zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss frei.
  • Das Schaltungssubstrat, das Leitungsmuster und das Halbleiterelement sind mit einem Vergussharzelement eingeschlossen, da jedoch eine große Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Vergussharzelementes und des Schaltungssubstratmaterials besteht, erfolgt dann, wenn die Halbleitereinrichtung wiederholt bei hohen Temperaturen betrieben wird, die Ausbildung von Rissen oder Separierungen zwischen dem Vergusselement und dem Schaltungssubstrat in einem Bereich, in welchem das Schaltungssubstrat freiliegt.
  • Da eine hohe Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angelegt wird, kann ein Isolierungs-Durchbruch auftreten, wenn die Bildung von Rissen oder Separierungen erfolgt. Andererseits hat bei einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zumindest ein Teil des vorderen Elektrodenmusters 2, das mit einem Leistungs-Halbleiterelement verbunden ist, das gleiche Potential; weiterhin liegt das Isoliersubstrat nicht in einem Bereich frei, der mit dem ersten Vergussharzelement 120 in Kontakt steht.
  • Infolgedessen kann in den oben erwähnten Bereichen eine Ausbildung von Rissen oder eine Separierung des Vergussharzes nicht stattfinden; auch ein Isolierungs-Durchbruch kann kaum stattfinden. Infolgedessen wird eine Leistungs-Halbleitereinrichtung mit hoher Zuverlässigkeit zur Verfügung gestellt.
  • Ausführungsform 2
  • Für die Ausführungsform 2 wird die Position der Elektrode für einen Relaisanschluss 8 auf einer Trennwand 9 näher erläutert. Eine Elektrode für einen Relaisanschluss 8 und ein vorderes Elektrodenmuster 2 sind nicht elektrisch verbunden, und daher kann die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 in einem Bereich vorgesehen sein, wo der erforderliche Isolierabstand gewährleistet ist.
  • 3 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung eines Beispiels der Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 1 und 2 auch gleiche oder entsprechende Teile.
  • Die Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß 3 hat eine Konfiguration, bei der ein Teil der Innenseite der oberen Oberfläche der Trennwand 9 abgesenkt ist, und zwar in dem Bereich, in welchem die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 in ein erstes Vergussharzelement 120 eingebettet ist. In diesem Falle kann die Länge des dünnen Drahtes 130 verkürzt werden, und der Draht des dünnen Drahtes 130 kann in seiner Gesamtheit mit dem ersten Vergussharzelement 120 bedeckt werden.
  • Infolgedessen wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Drahtbruch verbessert, und folglich kann eine Leistungs-Halbleitereinrichtung mit hoher Zuverlässigkeit zur Verfügung gestellt werden. Wenn man kein Schaltungsmuster mit einer Elektrode auf einem isolierenden Substrat 1 ausbildet, sondern die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 auf der Trennwand 9 ausbildet, so kann eine Schaltung in longitudinaler Richtung ausgebildet werden.
  • Folglich wird das Isoliersubstrat 1 nicht in Breitenrichtung ausgeweitet. Infolgedessen kann die Modulgröße reduziert werden. Außerdem besteht die Trennwand 9 aus einem Isoliermaterial, so dass der Abstand zwischen den Elektroden ausreichend gewährleistet werden kann. Infolgedessen kann eine hohe Durchbruchspannung realisiert werden.
  • 4 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung; gleiche Bezugszeichen wie in 1 und 2 bezeichnen auch gleiche oder entsprechende Teile. Die Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß 4 hat eine Konfiguration, bei der die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 so vorgesehen ist, dass sie die Trennwand 9 durchdringt.
  • In diesem Falle kann die Länge des dünnen Drahtes 130 verkürzt werden, und das Drahtmaterial des dünnen Drahtes 130 kann in seiner Gesamtheit mit dem ersten Vergussharzelement 120 bedeckt werden. Infolgedessen wird die Bruchfestigkeit des Drahtes verbessert. Außerdem wird der Freiheitsgrad für die Drahtverbindungen vergrößert, so dass sich vielseitige Konzeptionsmöglichkeiten für das Modul ergeben.
  • 5 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung eines weiteren Beispiels einer Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in 1 und 2 auch gleiche oder entsprechende Teile.
  • Eine Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß 5 hat eine Konfiguration, bei der die Gestalt der Trennwand 9 die gleiche ist wie bei der Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß 3; jedoch werden als Verbindungsdrähte zur Verbindung von Leistungs-Halbleiterelementen und zur Verbindung mit der Außenseite ein dicker Draht 13 und ein Metall-Leiter 131 verwendet.
  • In diesem Falle kann die Länge des dünnen Drahtes 130 von dem elektrischen Leistungs-Halbleiterelement 5 zu der Elektrode für einen Relaisanschluss 8 verkürzt werden, und das Drahtmaterial des dünnen Drahtes 130 kann in seiner Gesamtheit mit dem ersten Vergussharzelement 120 bedeckt werden. Folglich wird die Bruchfestigkeit des Drahtes verbessert.
  • Außerdem kann mit dem Leiter 131 ein großer Verbindungsbereich erzielt werden, so dass folglich die Lebensdauer der inneren Verbindung verbessert werden kann. Außerdem kann eine elektrische Stromverteilung in einem Chip unterdrückt werden, Temperaturen des Chips können ausgeglichen werden, und eine Erhöhung der Temperatur des Chips wird unterdrückt. Infolgedessen kann die Wärmebeständigkeit verbessert werden.
  • Weiterhin ist, wie aus dem Querschnitt in 5 ersichtlich, keine Verdrahtung vorhanden, die von dem vorderen Elektrodenmuster 2 direkt herausgezogen wird; bei einem anderen Querschnitt ist jedoch eine Verdrahtung vorhanden, die von dem vorderen Elektrodenmuster 2 direkt herausgezogen wird, und zwar in gleicher Weise wie bei der Konfiguration gemäß 3 und 4.
  • Im Allgemeinen wird Kupfer für den Metall-Leiter 131 verwendet, jedoch besteht hier keine Einschränkung; es kann auch Aluminium oder Eisen verwendet werden oder ein Material aus einer Kombination von diesen. Ferner kann auf einer Oberfläche eine Plattierung durchgeführt werden; beispielsweise wird in vielen Fällen eine Nickelplattierung, Goldplattierung oder Zinnplattierung durchgeführt, wobei ein beliebiger Aufbau akzeptabel ist, mit dem die Zuführung von Strom und Spannung im erforderlichen Maße zu dem Halbleiterelement gewährleistet ist. Es kann auch ein Verbundmaterial verwendet werden, wie z. B. Kupfer/Invar/Kupfer, oder aber eine Legierung, wie z. B. SiCAl oder CuMo.
  • Der Metall-Leiter 131 wird dabei in das erste Vergussharzelement 120 eingebettet; um dabei die Adhäsion an dem Harzmaterial zu verbessern, können kleine Aussparungen und Vorsprünge auf der Oberfläche ausgebildet werden, und es kann eine Adhäsions-Hilfsschicht vorgesehen sein, indem man ein Silanverbindungsmittel verwendet.
  • 6 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Basiskonfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung; dabei werden gleiche Bezugszeichen wie in 1 und 2 für gleiche oder entsprechende Teile verwendet.
  • Die Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß 6 hat eine Konfiguration, bei der eine Vielzahl von Modulen in einem Gehäuse angeordnet ist, welches eine Gehäuse-Seitenplatte 11 und eine Basisplatte 10 besitzt. Das Modul hat eine solche Konfiguration, dass die Innenseite der Trennwand 9, die an der Peripherie des Halbleiterelement-Substrats 4 vorgesehen ist, an welchem das Leistungs-Halbleiterelement 5 und das Leistungs-Halbleiterelement 6 angebracht sind, mit dem ersten Vergussharzelement 120 eingeschlossen ist.
  • Die Vielzahl von Modulen in dem Gehäuse ist mit einem zweiten Vergussharzelement 12 eingeschlossen. Ferner liegt ein Teil des vorderen Elektrodenmusters 2 zur Außenseite der Trennwand 9 frei, und ein Verdrahtungsmaterial, wie z. B. ein Leiter 132, ist mit dem Teil der Trennwand 9 verbunden, wo das vordere Elektrodenmuster 2 freiliegt, um eine Verbindung zu einem anderen Vergussharzmodul und zur Außenseite herzustellen.
  • Wie in 6 dargestellt, kann dann, wenn die Verdrahtung des dünnen Drahtes 130 von dem Leistungs-Halbleiterelement 5 über die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 erfolgt, das vordere Elektrodenmuster 2 zur Außenseite der Trennwand 9 freiliegen.
  • Bei der oben beschriebenen Konfiguration kann dort, wo das vordere Elektrodenmuster 2 und die Außenseite der Trennwand 9 durch einen dicken Draht oder eine Leitung verbunden sind, ein Bereich, wo das vordere Elektrodenmuster 2 zur Außenseite der Trennwand 9 freiliegt, als Verbindungsteil verwendet werden.
  • In diesem Falle kann die Länge des dünnen Drahtes 130 von dem Leistungs-Halbleiterelement 5 zu der Elektrode für den Relaisanschluss 8 verkürzt werden, und die Gesamtheit des Drahtmaterials des dünnen Drahtes 130 kann mit dem ersten Vergussharzelement 120 abgedeckt werden.
  • Infolgedessen wird die Bruchfestigkeit des Drahtes verbessert. Ferner kann eine Vielzahl von Modulen in einem Gehäuse angeordnet werden, und die Vielzahl von Modulen werden mit einem zweiten Vergussharzelement 12 abgedeckt, dessen Elastizitätsmodul kleiner ist als der des ersten Vergussharzelementes 120.
  • Bei der oben beschriebenen Konfiguration ist in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform 1 das Halbleiterelement-Substrat 4, das zur Außenseite der Trennwand 9 freiliegt, mit dem zweiten Vergussharzelement 12 eingeschlossen, welches einen kleinen Elastizitätsmodul besitzt. Infolgedessen werden Spannungen in dem Bereich, der mit dem Isoliersubstrat 1 in Kontakt steht, abgebaut. Infolgedessen kann eine Separierung des Vergussharzes verhindert werden.
  • Infolgedessen kann eine Separierung des ersten Vergussharzelementes 120 von dem Halbleiterelement-Substrat 4 sowie die Ausbildung von Rissen in dem ersten Vergussharzelement 120 verhindert werden; somit kann eine Leistungs-Halbleitereinrichtung mit hoher Zuverlässigkeit erhalten werden.
  • Weiterhin ist bei dem Querschnitt gemäß 6 keine Verdrahtung zu erkennen, die von dem vorderen Elektrodenmuster 2 direkt nach außen herausgeführt wird; bei der Konfiguration gemäß 6 kann jedoch in einem anderen Querschnitt eine Verdrahtung vorgesehen sein, die von dem vorderen Elektrodenmuster 2 direkt nach außen herausgeführt wird, und zwar in gleicher Weise wie bei der Konfiguration gemäß 3 und 4.
  • Ausführungsform 3
  • Bei der Ausführungsform 3 wird ein Formgebungsverfahren zur Herstellung einer Trennwand 9 in einer Leistungs-Halbleitereinrichtung beschrieben, die in 5 dargestellt ist und der Ausführungsform 2 entspricht. Hierbei kann die Trennwand 9 eine beliebige Gestalt im Rahmen der Erfindung aufweisen und ist nicht auf die Konfiguration gemäß 5 eingeschränkt.
  • Das bedeutet, das grundsätzliche Herstellungsverfahren wird bei der Ausführungsform 3 beschrieben, jedoch kann eine Elektrode für einen Relaisanschluss 8 unter optimalen Bedingungen gewählt und ausgebildet werden, beispielsweise hinsichtlich der Position, der Anzahl, oder der Fläche an der Trennwand 9.
  • 7A, 7B und 7C zeigen im Einzelnen Konfigurationen der Trennwand 9. 7A zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung eines unteren Bereiches 91 der Trennwand 9, 7B zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung eines oberen Bereiches 92, und 7C zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Endzustandes der Trennwand 9.
  • Leiter werden auf einer oberen Oberfläche des unteren Bereiches 91 gebildet. Unter den Leitern wird ein Teil der Leiter 81 so vorgesehen, dass sie eine Elektrode für einen Relaisanschluss bilden, wenn die Trennwand 9 fertiggestellt ist. Außerdem kann auf einer oberen Oberfläche des oberen Bereiches 92 ein Leiter 82 ausgebildet werden, der die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 bildet, wenn die Trennwand 9 fertiggestellt ist.
  • Wie in 7A und 7B dargestellt, wird auf der einen Oberfläche oder beiden Oberflächen von Isolierharz, welches ein Isolierelement bildet, ein flächenkörperartiges Element vorgesehen, auf dem ein Leiter ausgebildet ist; das erforderliche Muster, beispielsweise eines Leiters, der die Elektrode für den Relaisanschluss 8 bildet, wird unter Verwendung eines Fotolithografie-Verfahrens ausgebildet.
  • Danach werden die flächenkörperartigen Elemente auf die gewünschte Größe geschnitten, um den oberen Bereich 92 und den unteren Bereich 91 der Trennwand 9 zu bilden. Danach werden der obere Bereich 92 und der untere Bereich 91 mit einem Epoxyharz verklebt und ausgehärtet, um die Trennwand 9 zu erhalten.
  • Wenn das erforderliche Muster auf dem oberen Bereich 92 bzw. dem unteren Bereich 91 ausgebildet worden ist, können alternativ sowohl der obere Bereich 92 als auch der untere Bereich 91 mit einem Epoxyharz verbunden und auf die gewünschte Größe geschnitten werden, um die Trennwand 9 zu erhalten.
  • Wie in 7A dargestellt, kann alternativ ein Leiter 83 an der Peripherie der oberen Oberfläche des unteren Bereiches 91 ausgebildet werden, und zwar in einer Position auf der unteren Oberfläche des oberen Bereiches 92, die dem Leiter 83 auf dem unteren Bereich 91 entspricht. Auf diese Weise kann ein Leiter gebildet werden, und der untere Bereich 91 sowie der obere Bereich 92 können durch ein Lot miteinander verbunden werden.
  • Wie in 1 und 2 dargestellt, ist es in einem Fall, in dem eine Trennwand mit einer Konfiguration vorgesehen ist, bei der keine Niveaudifferenz existiert, nicht erforderlich, Teile vorzusehen, die einen oberen Bereich und einen unteren Bereich bilden; daher kann eine Trennwand in einfacher Weise ausgebildet werden, indem man lediglich ein einzelnes flächenkörperartiges Element verwendet.
  • Das flächenkörperartige Element wird hergestellt, indem man einen halb ausgehärteten Epoxyflächenkörper als Isolierharz verwendet, und zwar auf der einen Oberfläche oder beiden Oberflächen von einem halb ausgehärteten Epoxyflächenkörper. Eine Kupferfolie kann durch Pressformen darauf angebracht werden, um einen kupferplattierten Flächenkörper herzustellen. Weiterhin können übliche Glasepoxysubstrate als flächenkörperartige Elemente verwendet werden.
  • Die Dicke der Kupferfolie ist nicht speziell eingeschränkt, solange die erforderlichen elektrischen Eigenschaften erzielt werden können. Es ist bevorzugt, eine Kupferfolie mit einer Dicke im Bereich von 1 μm bis 2000 μm zu verwenden, und es ist stärker bevorzugt, eine Kupferfolie mit einer Dicke zu verwenden, die im Bereich von 20 μm bis 400 μm liegt.
  • In deinem Falle, in dem die Kupferfolie zu dünn ist, kann während des Drahtbondens zum Anschließen von Drähten in einem Bereich, in welchem die Kupferfolie und der Draht miteinander verbunden werden, die Kupferfolie reißen. Ein einem Falle, in welchem die Kupferfolie zu dick ist, wird zu viel Zeit benötigt, um ein Muster zum Ausbilden einer Elektrode für einen Relaisanschluss zu ätzen. Infolgedessen wird die Produktivität merklich reduziert.
  • Die Dicke des Isolierelementes ist nicht speziell eingeschränkt, solange die erforderlichen Isoliereigenschaften erzielt werden können. Es ist bevorzugt, die Dicke so einzustellen, dass sie einem Bereich von 1 µm bis 5000 µm liegt, und es ist stärker bevorzugt, die Dicke so einzustellen, dass sie in einem Bereich von 50 µm bis 2000 µm liegt.
  • In einem Falle, in welchem die Dicke des Harzes zu gering ist, können die erforderlichen Isoliereigenschaften nicht erzielt werden, und einem Falle, in welchem die Dicke des Harzes zu groß ist, wird die Handhabung von Drähten während des Drahtbondens sehr schwierig oder auch das Schneiden des Musters auf die gewünschte Größe wird schwierig.
  • In einem Falle, in welchem an einem unteren Bereich der Trennwand 9 beispielsweise ein Leiter aus Kupfer angebracht wird, kann ein Bondingverfahren oder Verbindungsverfahren unter Verwendung von Lotmaterial verwendet werden, um die Trennwand 9 an dem vorderen Elektrodenmuster 2 auf dem Halbleiterelement-Substrat 4 anzubringen. In einem Falle, in welchem kein Leiter an einem unteren Bereich der Trennwand 9 ausgebildet wird, kann ein Verbindungsverfahren unter Verwendung von Epoxyharz verwendet werden.
  • Ein Muster eines Leiters, der auf der Trennwand 9 ausgebildet wird, kann hergestellt werden durch Aufbringen einer fotoempfindlichen Zusammensetzung (Fotolack), Durchführen einer Muster-Belichtung und Durchführen einer Entwicklung, um einen erforderlichen Bereich des leitfähigen Materials übrigzulassen, der dann die Elektrode für einen Relaisanschluss 8 bildet.
  • In einem Falle, in welchem ein Muster eines Leiters für die Trennwand nicht erforderlich ist, beispielsweise auf einer unteren Oberfläche im unteren Bereich der Trennwand, wie es in 7B dargestellt ist, können die obigen Schritte entfallen.
  • Das Schneiden der Trennwand 9 kann durchgeführt werden, indem man eine allgemein übliche Schneidetechnik verwendet, beispielsweise Laserschneiden oder Fräsen. Die Größe der Trennwand 9 kann in geeigneter Weise gewählt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Größe des Halbleiterelement-Substrats 4, auf welchem die Trennwand 9 montiert wird.
  • In einem Falle, in welchem Drähte durch Drahtbonden verbunden werden, ist die Gestalt der Trennwand durch Einschränkungen bestimmt, beispielsweise den Drahtdurchmesser des zu verwendenden Drahtes, die Positionsgenauigkeit beim Schwenken eines Drahtbonders und dergleichen. Hinsichtlich der Dimensionen der Trennwand 9 wird beispielsweise eine Trennwand 9 verwendet, deren Gesamtlänge etwa 20 mm beträgt, deren Gesamtbreite etwa 25 mm beträgt, wobei die Breite 1,5 mm und die Höhe 3,5 mm beträgt, mit der Gesamtdicke einer Kupferfolie und des entsprechenden Harzes.
  • Als Verfahren zum Herstellen der Trennwand 9, bei dem eine Kupferfolie mit der einen Oberfläche eines Isolierharzes verbunden und ein gewünschtes Muster eines Leitungsmusters durch Ätzen hergestellt wird, werden im Hinblick auf das Verfahren zum Befestigen der Trennwand 9 an dem Halbleiterelement-Substrat 4 folgende Verfahren bevorzugt: ein Verfahren, bei dem die Trennwand in einer gewünschten Position an dem Halbleiterelement-Substrat 4 mit einem isolierenden Klebstoff, beispielsweise einem Epoxyharz befestigt wird; ein Verfahren, bei dem die Trennwand 9 auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als die Erweichungstemperatur des Isolierharzes und Verschieben der Trennwand in die gewünschte Position auf dem Halbleiterelement-Substrat 4 und anschließendes Abkühlen zum Befestigen.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Isolierelementes, das für die Trennwand 9 verwendet wird, dicht bei dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem ersten Vergussharzelement 120 liegt. Wenn der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der Trennwand 9 und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Vergussharzelementes 120 sehr stark voneinander verschieden sind, dann kann für den Fall des wiederholten Betriebes der Leistungs-Halbleitereinrichtung, also wenn ein Wärmezyklus durchgeführt wird, eine Trennung an der Grenzschicht zwischen der Trennwand 9 und dem ersten Vergussharzelement 120 auftreten.
  • Infolgedessen ist es bevorzugt, dass die Differenz der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Trennwand 9 und dem ersten Vergussharzelement 120 einen Wert von 15 ppm oder weniger beträgt.
  • Ausführungsform 4
  • Bei der Ausführungsform 4 wird ein Halbleitereinrichtungsmodul zu Testzwecken hergestellt, in dem verschiedene Arten von Materialien für die Trennwand und das Vergussharz verwendet werden; es werden Leistungszyklustests und Wärmezyklustests für den Halbleitereinrichtungsmodul durchgeführt, und die erzielten Resultate werden in Beispielen angegeben.
  • Beispiel 1
  • Zunächst wurden eine Leistungs-Halbleitereinrichtung mit der Konfiguration gemäß 5 gemäß der Erfindung sowie eine Leistungs-Halbleitereinrichtung mit der Konfiguration gemäß 8 gemäß einem Vergleichsbeispiel hergestellt; dann wurden Wärmezyklustests durchgeführt. Die Auswertung der Wärmezyklustests wurde durchgeführt, indem der PDIV-Wert, also der Wert der Teilentladungs-Einsetzspannung, gemessen wurde, und zwar nach und vor der Durchführung eines Wärmezyklustests.
  • Die Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel hat eine Konfiguration gemäß 8, die der herkömmlichen Technologie entspricht. In der gleichen Weise wie in 2 dargestellt, zeigt 8 die Konfiguration einer Leistungs-Halbleitereinrichtung, bei der eine Gehäuse-Seitenplatte und eine Basisplatte weggelassen sind und ein Vergussharzelement entfernt ist.
  • Eine Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel hat jedoch eine Konfiguration, bei der die Anordnung von einem Gehäuse mit einer Gehäuse-Seitenplatte und einer Basisplatte umschlossen ist und mit einem Vergussharzelement eingeschlossen ist. Eine Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel, die in 8 dargestellt ist, hat eine Konfiguration, bei der ein Draht 13 und ein Draht 15 weitergeleitet sind, in dem man aber nicht eine Trennwand verwendet, sondern ein Elektrodenmuster für ein Relaisanschlussmuster 21, welches von dem vorderen Elektrodenmuster 2 elektrisch isoliert ist und auf einer Oberfläche eines Isoliersubstrats 1 ausgebildet ist, und zwar in gleicher Weise wie bei dem vorderen Elektrodenmuster 2.
  • Ferner wurde als Material für das Vergussharz das gleiche Material wie für das erste Vergussharzelement der Leistungs-Halbleitereinrichtung mit der Konfiguration gemäß 5 der Erfindung bei dem Vergleichsbeispiel verwendet.
  • Wärmezyklustests wurden durchgeführt, indem man die gesamte Leistungs-Halbleitereinrichtung in eine Thermostatkammer brachte, deren Temperatur gesteuert werden kann, wobei die Temperatur wiederholt verändert wurde in einem Bereich von –40°C bis 150°C. DER PDIV-Wert wurde unter Verwendung einer Teilentladungs-Testmaschine gemessen.
  • Durch Anschließen von Elektroden zwischen dem vorderen Elektrodenmuster 2 und dem hinteren Elektrodenmuster 3 eines Halbleiterelement-Substrats 4 und Erhöhen der Spannung bei einer Wechselspannungsfrequenz von 60 Hz in einer inerten Flüssigkeit bei einer Temperatur von 25°C wurde eine Spannung gemessen, wenn eine Teilentladung von 10 pC oder mehr erzeugt wurde.
  • Die obigen Vorgänge wurden mit einer Anzahl von Tests durchgeführt, nämlich n = 5, und die Ergebnisse wurden mit ihrem Mittelwert ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Sowohl die Leistungs-Halbleitereinrichtung mit der Konfiguration gemäß 5 der Erfindung als auch die Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigen ausgezeichnete Werte im Ausgangszustand.
  • Nach der Durchführung eines Wärmezyklustests war jedoch im Vergleich mit einer Leistungs-Halbleitereinrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel die Teilentladungsspannung der Leistungs-Halbleitereinrichtung mit der Konfiguration gemäß 5 immer noch ausgezeichnet. Tabelle 1
    ERFINDUNG VERGLEICHSBEISPIEL
    AUSGANGSZUSTAND > 6 kV > 6 kV
    Nach 100 Zyklen > 6 kV 4,2 kV
    Nach 200 Zyklen > 6 kV 2,3 kV
    Nach 300 Zyklen > 6 kV 2,2 kV
    Nach 600 Zyklen > 6 kV 2,3 kV
  • In den Beispielen 2 bis 5 wurden Leistungs-Halbleitereinrichtungen hergestellt, wobei Trennwände und Leistungs-Halbleiterelemente auf einem Halbleiterelement-Substrat angeordnet wurden, wie es in 5 dargestellt ist, und jede Einheit wurde an Drähte angeschlossen; anschließend wurden Leistungszyklustests und Wärmezyklustests durchgeführt. Die Resultate der Tests werden nachstehend erläutert.
  • Bei einem Leistungszyklustest wird, bis die Temperatur des Halbleiterelementes 200°C erreicht, ein elektrischer Strom dem Halbleiterelement zugeführt, und wenn die Temperatur des Halbleiterelements die Temperatur von 200°C erreicht, wird die Zufuhr von elektrischem Strom unterbrochen, um das Halbleiterelement auf einen Wert von 120°C abzukühlen; nachdem das Halbleiterelement abgekühlt war, wurde der elektrische Strom dem Halbleiterelement wieder zugeführt.
  • Ferner wurde ein Wärmezyklustest durchgeführt, in dem die gesamte Leistungs-Halbleitereinrichtung in einer Thermostatkammer untergebracht wurde, deren Temperatur gesteuert werden kann. Die Temperatur wurde wiederholt geändert in einem Bereich von –40°C bis 150°C.
  • Beispiel 2
  • Im Beispiel 2 wurden Halbleitereinrichtungen mit einer Konfiguration gemäß 5 hergestellt, wobei zweite Vergussharzelemente mit verschiedenen Elastizitätsmodulen hergestellt wurden, und es wurden Leistungszyklustests und Wärmezyklustests mit den Halbleitereinrichtungen durchgeführt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Leistungszyklustests und der Wärmezyklustests mit den Halbleitereinrichtungen, wobei das Material EX-550, hergestellt von der Firma Sanyu Rec Co,. Ltd. (Elastizitätsmodul: 7,0 GPa) als erstes Vergussharzelement 120 verwendet wurde, und der Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelementes 12 wurde variiert.
  • Für die Trennwand 9 wurde das Material MCL-E-700G, hergestellt von der Firma Hitachi Chemical Company, Ltd. als Isolierteil verwendet, das Isolierteil wurde mit einer gewünschten Größe hergestellt, ein Elektrodenmuster für einen Relaisanschluss 8 wurde durch Ätzen hergestellt, und das Isolierteil wurde auf dem Halbleiterelementsubstrat 4 befestigt.
  • Zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung wurden folgende Komponenten verwendet: eine Basisplatte 10 mit einer Größe von 50 mm × 92 mm × 3 mm; ein Isoliersubstrat 1 aus AlN mit einer Größe von 23,2 mm × 23,4 mm × 1,12 mm; ein Halbleiterelement aus SiC mit einer Größe von 5 mm × 5 mm × 0,35 mm; ein Verbindungsmaterial 7 aus M731 hergestellt von SENJU METAL INDUSTRY CO., LTD.; eine Gehäuse-Seitenplatte 11 aus Polyphenylsulfid (PPS); und ein Draht aus Aluminium mit einem Durchmesser von 0,4 mm. Weiterhin wurde bei diesem Test nur ein SiC Halbleiterelement an der Innenseite des Moduls montiert, und es wurden Leistungszyklustests und Wärmezyklustests durchgeführt.
  • Nachstehend wird das Beispiel 2-1 gemäß Tabelle 2 beschrieben. In einem Fall, in welchem ein Modul unter Verwendung von SE1885, hergestellt von der Firma Dow Corning Toray Co., Ltd. (Elastizitätsmodul: 15 kPa) als zweites Vergussharzelement verwendet wurde, stellte sich heraus, dass bei der Durchführung von Leistungszyklustests nach 110 000 Zyklen eine Separierung des ersten Vergussharzelementes 120 stattfand; und bei der Durchführung von Wärmezyklustests traten nach 200 Zyklen eine Separierung des ersten Vergussharzelementes 120 sowie die Bildung von Rissen in dem ersten Vergussharzelement 120 auf. Infolgedessen hörte die Leistungshalbleitereinrichtung auf zu arbeiten.
  • Beim Beispiel 2-2 wurde ein Modul unter Verwendung des Materials SE1886, hergestellt von der Firma Dow Corning Toray Co., Ltd. (Elastizitätsmodul: 30 kPa) hergestellt. Es wurde festgestellt, dass bei den Leistungszyklustests das Ergebnis bis hinauf zu 200 000 Zyklen verbessert wurde und dass bei Wärmezyklustests das Ergebnis bis zu 800 Zyklen verbessert wurde.
  • Beim Beispiel 2-3 wurde zum Herstellen eines Moduls das Material KE1833, hergestellt von der Firma Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. (Elastizitätsmodul: 3,5 MPa) als zweites Vergussharzelement verwendet. Dabei wurde festgestellt, dass bei den Leistungszyklustests das Ergebnis bis hinauf zu 210 000 Zyklen verbessert wurde, während bei den Wärmezyklustests die Eigenschaften der Halbleitereinrichtung bis zu 1 200 Zyklen oder mehr beibehalten wurden.
  • Beim Beispiel 2-4 wurde ein Modul hergestellt, bei dem etwa 50 Gew.-% eines Glasfüllstoffs dem Material KER-4000, hergestellt von der Firma Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., hinzugefügt wurden, um den Elastizitätsmodul für das zweite Vergussharzelement auf einen Wert von 900 MPa einzustellen. Dabei wurde festgestellt, dass bei den Leistungszyklustests die Eigenschaften der Halbleitereinrichtung für bis zu 210 000 Zyklen beibehalten werden können und dass bei den Wärmezyklustests die Eigenschaften der Halbleitereinrichtung bei bis zu 1 200 Zyklen oder mehr beibehalten werden können.
  • Beim Beispiel 2-5 wurde ein Modul unter Verwendung von SCR-1016, hergestellt von der Firma Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. (Elastizitätsmodul: 1 400 MPa), als zweites Vergussharzelement verwendet. Dabei wurde festgestellt, dass bei Leistungszyklustests das Ergebnis auf einen Wert von 180 000 Zyklen reduziert wurde, und auch bei Wärmezyklustests wurde das Ergebnis auf einen Wert von 500 Zyklen reduziert.
  • Beim Beispiel 2-6 wurden etwa 54 Gew.-% eines Glasfüllstoffs dem Material SCR-1016, hergestellt von der Firma Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., hinzugefügt, um den Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelementes auf einen Wert von 3 000 MPa einzustellen, und es wurde ein Modul unter Verwendung eines derartigen Materials hergestellt. Dabei wurde festgestellt, dass das Ergebnis auf einen Wert von 120 000 Zyklen bei Leistungszyklustests reduziert wurde und auch das Ergebnis bei Wärmezyklustests auf einen Wert von 250 Zyklen reduziert wurde.
  • Gemäß den oben erläuterten Ergebnissen wurde somit erkannt, dass es zweckmäßig ist, wenn das zweite Vergussharzelement einen Elastizitätsmodul N besitzt, der im Bereich von 30 kPa oder mehr bis 3 GPa oder weniger liegt. Tabelle 2
    Beispiel 2-1 Beispiel 2-2 Beispiel 2-3 Beispiel 2-4 Beispiel 2-5 Beispiel 2-6
    Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelements 15 kPa 30 kPa 3,5 MPa 900 MPa 1400 MPa 3000 MPa
    Lebensdauer bei Leistungszyklustests (Zyklen) 110 000 200 000 210 000 210 000 180 000 120 000
    Lebensdauer bei Wärmezyklustests (Zyklen) 200 800 > 1 200 > 1 200 500 250
  • Beispiel 3
  • Beim Beispiel 3 wurden Halbleitereinrichtungen mit einer Konfiguration gemäß 5 hergestellt, wobei das erste Vergussharzelement 120 verschiedene Elastizitätsmodule besaß. Dann wurden Leistungszyklustests und Wärmezyklustests mit den Halbleitereinrichtungen durchgeführt.
  • Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Leistungszyklustests und der Wärmezyklustests mit den Halbleitereinrichtungen, wobei das Material KE1833, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., (Elastizitätsmodul: 3,5 MPa) für die Trennwand 9 verwendet wurde, während das Material SE1886, hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd., (Elastizitätsmodul: 30 kPa) für das zweite Vergussharzelement 12 verwendet wurde; es wurde dann der Elastizitätsmodul des ersten Vergussharzelementes 120 variiert.
  • Nachstehend wird das Beispiel 3-1 gemäß Tabelle 3 erläutert. Als erstes Vergussharzelement 120 wurde ein Harz hergestellt, in dem etwa 50 Gew.-% eines Glasfüllstoffs dem Material KER-4000, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., hinzugefügt wurden, um den Elastizitätsmodul auf einen Wert von 0,9 GPa einzustellen.
  • Es wurde festgestellt, dass bei den Leistungszyklustests eine Separierung des Vergussharzelementes nach 100 000 Zyklen auftrat, und bei Wärmezyklustests traten eine Separierung des Vergussharzelementes sowie die Bildung von Rissen in dem Vergussharzelement nach 100 Zyklen auf. Infolgedessen hörte die Halbleitereinrichtung auf zu arbeiten.
  • Beim Beispiel 3-2 wurde für das erste Vergussharzelement 120 ein Harz hergestellt, in dem etwa 58 Gew.-% eines Glasfüllstoffs dem Material KER-4000, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., hinzugefügt wurden, um den Elastizitätsmodul auf einen Wert von 1 GPa einzustellen. Es wurde festgestellt, dass das Ergebnis bis hinauf zu 170 000 Zyklen bei Leistungszyklustests verbessert wurde und auch das Ergebnis bei Wärmezyklustests auf 350 Zyklen verbessert wurde.
  • Beim Beispiel 3-3 wurde das Material EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd., (Elastizitätsmodul: 7,0 GPa) für das erste Vergussharzelement 120 verwendet. Es wurde festgestellt, dass das Ergebnis bis hinauf zu 210 000 Zyklen bei Leistungszyklustests verbessert wurde und auch das Ergebnis bei Wärmezyklustests auf Werte von 1 200 Zyklen oder mehr verbessert wurde.
  • Beim Beispiel 3-4 wurde ein Vergussharzelement als erstes Vergussharzelement 120 verwendet, das hergestellt wurde durch Hinzufügen von etwa 15 Gew.-% eines Siliciumdioxid-Füllstoffs zu dem Material EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd., um den Elastizitätsmodul auf einen Wert von 12 GPa einzustellen. Es wurde festgestellt, dass bei Leistungszyklustests ein Ergebnis von 170 000 Zyklen erzielt wurde und bei Wärmezyklustests ein Ergebnis von 700 Zyklen erzielt wurde.
  • Beim Beispiel 3-5 wurde ein Vergussharzelement als erstes Vergussharzelement 120 verwendet, das hergestellt wurde durch Hinzufügen von etwa 20 Gew.-% eines Siliciumdioxid-Füllstoffs zu dem Material EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd., um den Elastizitätsmodul auf einen Wert von 14 GPa einzustellen. Es wurde festgestellt, dass bei Leistungszyklustests Ergebnisse von 140 000 Zyklen erzielt wurden und bei Wärmezyklustests Ergebnisse von 500 Zyklen erzielt wurden.
  • Beim Beispiel 3-6 wurde ein Vergussharzelement als erstes Vergussharzelement 120 verwendet, das hergestellt wurde durch Hinzufügen von etwa 36 Gew.-% eines Siliciumdioxid-Füllstoffs zu dem Material EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd., um den Elastizitätsmodul auf einen Wert von 20 GPa einzustellen. Es wurde festgestellt, dass bei Leistungszyklustests Ergebnisse von 110 000 Zyklen erzielt wurden und bei Wärmezyklustests Ergebnisse von 450 Zyklen erzielt wurden.
  • Beim Beispiel 3-7 wurde ein Vergussharzelement als erstes Vergusharzelement 120 verwendet, das hergestellt wurde durch Hinzufügen von etwa 40 Gew.-% eines Siliciumdioxid-Füllstoffs zu dem Material EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd., um den Elastizitätsmodul auf einen Wert von 22 GPa einzustellen. Es wurde festgestellt, dass bei Leistungszyklustests Ergebnisse von 100 000 Zyklen erzielt wurden und bei Wärmezyklustests Ergebnisse von 200 Zyklen erzielt wurden.
  • In Anbetracht der oben erläuterten Ergebnisse wurde ermittelt, dass es zweckmäßig ist für das erste Vergussharzelement ein Material zu verwenden, das einen Elastizitätsmodul besitzt, der im Bereich von 1 GPa oder mehr bis 20 GPa oder weniger liegt. Tabelle 3
    Beispiel 3-1 Beispiel 3-2 Beispiel 3-3 Beispiel 3-4 Beispiel 3-5 Beispiel 3-6 Beispiel 3-7
    Elastizitätsmodul des ersten Vergussharz-Elements 0,9 GPa 1 GPa 7 GPa 12 GPa 14 GPa 20 GPa 22 GPa
    Lebensdauer bei Leistungszyklustests (Zyklen) 100 000 170 000 210 000 170 000 140 000 110 000 100 000
    Lebensdauer bei Wärmezyklustests (Zyklen) 100 350 > 1 200 700 500 450 200
  • Beispiel 4
  • Beim Beispiel 4 wurden Leistungshalbleitereinrichtungen mit einer Konfiguration gemäß 5 hergestellt, wobei der Bedeckungsfaktor von Drähten, welche ein Halbleiterelement und eine Elektrode für einen Relaisanschluss 8 auf einer Trennwand 9 verbinden, variiert wurde, und zwar durch Variation der Höhe des Vergussharzelementes; dann wurden Wärmezyklustests durchgeführt. Die Testauswertung erfolgte in der Weise, dass die Anzahl von Wärmezyklen ermittelt wurde, bis ein Draht brach.
  • Für das erste Vergussharzelement 120 wurde ein Harz hergestellt, in dem man 15 Gew.-% eines Siliciumdioxid-Füllstoffs zu dem Material EX-550, hergestellt von Sanyu Rec Co., Ltd., hinzufügte, um den Elastizitätsmodul auf einen Wert von 12 GPa einzustellen.
  • Für das zweite Vergussharzelement 12 wurde das Material SE1886, hergestellt von der Dow Corning Toray Co., Ltd., (Elastizitätsmodul: 30 kPa) verwendet. Abgesehen von den Materialien für das erste Vergussharzelement 120 und das zweite Vergussharzelement 12 wurden die gleichen Materialien wie beim Beispiel 2 verwendet.
  • Das Beispiel 3-4 in Tabelle 4 hat die Konfiguration des Beispiels 3-4 gemäß Beispiel 3. Aus den Testergebnissen gemäß den Beispielen 4-1 bis 4-4 in Tabelle 4 sowie Beispiel 3-4 ergibt sich gemäß der oben beschriebenen Konfiguration folgendes: Wenn der Bedeckungsfaktor für Drähte, welche ein Halbleiterelement und eine Elektrode für einen Relaisanschluss 8 verbinden, einen Wert von 50% überschreitet, ergibt sich ein ausgezeichnetes Wärmezyklusverhalten.
  • In einem Fall jedoch, in welchem der Bedeckungsfaktor weniger als 50% beträgt, wird die Anzahl von Wärmezyklen reduziert, bis ein Drahtbruch auftritt. Infolgedessen wurde festgestellt, dass es zweckmäßig ist, einen Bedeckungsfaktor für die Drähte zu verwenden, welche ein Halbleiterelement und eine Elektrode für einen Relaisanschluss 8 auf einer Trennwand 9 verbinden, der einen Wert von 50% oder mehr aufweist. Tabelle 4
    Beispiel 4-1 Beispiel 4-2 Beispiel 4-3 Beispiel 4-4 Beispiel 3-4
    Bedeckungsfaktor für Drähte 10% 25% 50% 75% 100%
    Wärmezyklen bis zum Drahtbruch 75 150 650 900 > 1 200
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Isoliersubstrat
    2
    vorderes Elektrodenmuster
    3
    hinteres Elektrodenmuster
    4
    Halbleiterelementsubstrat
    5
    elektrisches Leistungshalbleiterelement
    6
    elektrisches Leistungshalbleiterelement
    7
    Verbindungsmaterial
    8
    Relaisanschluss
    9
    Trennwand
    10
    Basisplatte
    11
    Gehäuse-Seitenplatte
    12
    zweites Vergussharzelement
    13
    Verdrahtung aus dickem Draht
    70
    Verbindungsmaterial
    120
    erstes Vergussharzelement
    130
    Verdrahtung aus dünnem Draht

Claims (8)

  1. Leistungshalbleitereinrichtung, die folgendes aufweist: – ein Halbleiterelementsubstrat, auf dem ein vorderes Elektrodenmuster auf der Oberfläche eines Isoliersubstrats ausgebildet ist und ein hinteres Elektrodenmuster auf einer anderen Oberfläche des Isoliersubstrats ausgebildet ist; – ein elektrisches Leistungshalbleiterelement, das unter Verwendung eines Verbindungsmaterials auf der Oberfläche des vorderen Elektrodenmusters befestigt ist, das dem Isoliersubstrat gegenüberliegt; – eine Trennwand, die auf dem vorderen Elektrodenmuster derart angeordnet ist, dass sie das elektrische Leistungshalbleiterelement umgibt; – ein erstes Vergussharzelement, das in den Innenraum der Trennwand eingefüllt ist, so dass es das elektrische Leistungshalbleiterelement sowie das vordere Elektrodenmuster innerhalb der Trennwand bedeckt; und – ein zweites Vergussharzelement, welches das erste Vergussharzelement sowie einen Teil des Halbleiterelementsubstrats bedeckt, das von der Trennwand freiliegt, wobei der Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelementes mit einem Wert vorgegeben ist, der kleiner ist als der Elastizitätsmodul des ersten Vergussharzelementes, wobei eine Elektrode für einen Relaisanschluss, der nicht mit dem vorderen Elektrodenmuster in Kontakt steht, auf der Oberfläche der Trennwand ausgebildet ist und eine Verdrahtung von dem Innenraum der Trennwand zur Außenseite der Trennwand über die Elektrode für den Relaisanschluss nach außen geführt ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elastizitätsmodul des ersten Vergussharzelementes im Bereich von 1 GPa bis 20 GPa liegt und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Vergussharzelementes im Bereich von 10 ppm bis 30 ppm liegt.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Differenz zwischen dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Trennwand und dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten Vergussharzelementes 50 ppm oder weniger beträgt.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elastizitätsmodul des zweiten Vergussharzelementes im Bereich von 30 kPa bis 3 GPa liegt.
  5. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest einer der Drähte der Verdrahtung, welche das elektrische Leistungshalbleiterelement und die Elektrode für den Relaisanschluss verbinden, dünner ist als die anderen Drähte.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, wobei der Querschnitt des Drahtes, der dünner ist als die anderen Drähte, einen Wert von 0,018 mm2 oder weniger besitzt und wobei 50% oder mehr des dünnen Drahtes von dem ersten Vergussharzelement bedeckt ist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Leistungshalbleiterelement aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand gebildet ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei der Halbleiter mit breitem Bandabstand ein Halbleiter ist, der ausgewählt ist aus Siliciumcarbid, einem Material auf der Basis von Galliumnitrid und Diamant.
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