DE112013007667T5 - Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

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electrically conductive
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Toru Kimura
Yoichi Goto
Kiyofumi Kitai
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

In einer Basisplatte 22 vorgesehene Vorsprünge 35 werden in Aussparungen eingefügt, welche in einem elektrisch leitfähigen Element 12 vorgesehen sind, und dann wird die Basisplatte 22 an dem elektrisch leitfähigen Element 12 fixiert, indem die Vorsprünge 35 deformiert werden, und das elektrisch leitfähige Element 12 wird mit Masse verbunden, sodass Rauschen, welches von dem Leistungshalbleiterelement 21 abgegeben wird reduziert wird und eine Fehlfunktion des Leistungshalbleiterelements 21 verringert wird.
Es wird eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitgestellt mit: der Basisplatte 22, welche mit dem Leistungshalbleiterelement 21 thermisch verbunden ist, sodass von dem Leistungshalbleiterelement 21 erzeugte Wärme zu Kühlrippen 11 geleitet wird; und das elektrisch leitfähige Element 12, welches an der Basisplatte 22 fixiert ist, elektrisch mit der Basisplatte 22 verbunden ist und mit Masse verbunden ist, wobei die in der Basisplatte 22 vorgesehenen Vorsprünge 35 in Aussparungen eingepasst ist, welche in dem elektrisch leitfähigen Element 12 vorgesehen ist, und durch Deformieren der Vorsprünge 35 wird das elektrisch leitfähige Element 12 an der Basisplatte 22 fixiert, und elektrische Leitung kann sichergestellt werden.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitervorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Wenn eine Wärmesenke zum Kühlen einer elektronischen Komponente (Leistungshalbleiterelement), wie etwa eine CPU (Zentrale Prozessierungseinheit) oder eines Leistungstransistors, welcher viel Wärme erzeugt, angebracht wird, ist herkömmlicherweise die Anwendung von Wärmeleitpaste weit verbreitet, um die thermische Leitfähigkeit zu verbessern, indem die Wärmeleitpaste in einen kleinen Spalt in dem Verbindungsbereich zwischen der elektronischen Komponente und der Wärmesenke gefüllt wird. Da die thermische Leitfähigkeit der Wärmeleitpaste viel geringer ist als die von Metall, wurde auch eine Halbleitervorrichtung mit integrierten Kühlrippen realisiert, bei welcher Kühlrippen und eine metallische Basisplatte eines Leistungshalbleiterelements integriert sind, um eine bessere Leistungsfähigkeit im Hinblick auf Wärmeabgabe zur erreichen, ohne die Wärmeleitpaste zu verwenden. Bei der Leistungshalbleitervorrichtung mit integrierten Kühlrippen werden in der Basisplatte Nuten zum Verbinden der Kühlrippen vorgesehen, und Kunstharzgießen wird in einem Zustand derart durchgeführt, dass ein Teil der Oberfläche der Basisplatte einschließlich einem Bereich, in dem die Nuten ausgebildet sind, exponiert ist. Die Kühlrippen werden in die Nuten der Basisplatte eingefügt, und es wird dann ein Senkschmiedevorgang ausgeführt, um sie zu fixieren, wodurch die Basisplatte und die Kühlrippen miteinander integriert werden, um die Leistungsfähigkeit im Hinblick auf die Wärmeabgabe zu verbessern.
  • Es ist bekannt, dass bei der Leistungshalbleitervorrichtung, bei der die Leistungsfähigkeit im Hinblick auf die Wärmeabgabe durch das vorangehend beschriebene Verfahren verbessert ist, von dem Leistungshalbleiterelement abgegebenes Rauschen oder eine Fehlfunktion desselben unterdrückt werden kann, indem ein Metallelement auf die Basisplatte gestapelt wird und das Metallelement eine Funktion zum Verbinden der Leistungshalbleitervorrichtung mit dem Massepotenzial aufweist (siehe Patentdokument 1).
  • Dokument des Stands der Technik
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-49167
  • Überblick über die Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Auf den Oberflächen des Metallelements und der Basisplatte werden unter Atmosphäre Oxidfilme gebildet. Der elektrische Widerstand der Oxidfilme ist größer als der des Metalls selbst. Bei der vorangehend beschriebenen herkömmlichen Technik wird das Metallelement zwischen die Kühlrippen und die Basisplatte eingefügt, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem Metallelement und der Basisplatte erreicht wird. Nicht oxidierte und frisch ausgebildete Oberflächen werden durch ein Beschädigen der Oxidfilme auf den Oberflächen des Metallelements und der Basisplatte exponiert, was durch den gegenseitigen Kontakt verursacht wird, aber die exponierte Fläche ist sehr klein. Entsprechend wird die elektrische Verbindung zwischen diesen im Wesentlichen durch die auf jeder Oberfläche ausgebildeten Oxidfilme erreicht. Deshalb entsteht ein Problem dahingehend, dass selbst in dem Fall, in dem das Metallelement und die Basisplatte keine Wölbung aufweisen und in Oberflächenkontakt stehen, ein Anteil der Fläche, in der elektrische Leitung durch den Kontakt der nicht oxidierten und frisch ausgebildeten Oberflächen gebildet wird, sehr klein ist, was zu einem großen elektrischen Widerstand zwischen dem Metallelement und der Basisplatte führt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das vorangehend beschriebene Problem getätigt, und es ist ein Ziel, eine Leistungshalbleitervorrichtung zu erhalten, welche das Rauschen, das von einem Leistungshalbleiterelement abgegeben wird, reduziert und eine Fehlfunktion eines Leistungshalbleiterelements reduziert.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Um die vorangehend beschriebenen Probleme zu lösen und das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: ein Leistungshalbleiterelement; eine Basisplatte, welche aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist und thermisch mit dem Leistungshalbleiterelement verbunden ist, sodass von dem Leistungshalbleiterelement erzeugte Wärme zu einer Kühlrippe geleitet wird; und ein elektrisch leitfähiges Element, welches an der Basisplatte fixiert ist, elektrisch mit der Basisplatte verbunden ist und mit Masse verbunden ist, wobei ein in der Basisplatte vorgesehener Vorsprung in eine Aussparung eingepasst ist, welche in dem elektrisch leitfähigen Element vorgesehen ist, und durch Deformieren des Vorsprungs wird das elektrisch leitfähige Element an der Basisplatte fixiert, und elektrische Leitung kann sichergestellt werden.
  • Wirkung der Erfindung
  • Bei einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch das Deformieren der Vorsprünge einer Basisplatte zum Fixieren des elektrisch leitfähigen Elements an der Basisplatte Oxidfilme zwischen der Basisplatte und dem elektrisch leitfähigen Element beschädigt, und die Basisplatte kommt deshalb mit dem Metallelement in einem Zustand in Kontakt, in dem frisch gebildete Oberflächen mit jeweils geringem elektrischen Widerstand exponiert werden, weshalb der elektrische Widerstand niedrig ist. Deshalb können Wirkungen zum Reduzieren von Rauschen, welches von dem Leistungshalbleiterelement abgegeben wird, und zum Unterdrücken einer Fehlfunktion des Leistungshalbleiterelements verbessert werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht eines gegossenen Bereichs der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Draufsicht eines Metallelements der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Kontaktbereichs des Metallelements und einer Basisplatte bevor diese miteinander in Kontakt kommen.
  • 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Kontaktbereichs des Metallelements und der Basisplatte nachdem diese miteinander in Kontakt kommen.
  • 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Kontaktbereichs des Metallelements und der Basisplatte nachdem diese miteinander in Kontakt kommen.
  • 8 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen hohlen zylindrischen Vorsprung in einem Zustand, in dem ein Metallelement in eine Basisplatte eingefügt ist, aber der Vorsprung noch nicht deformiert ist, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen hohlen zylindrischen Vorsprung nachdem das Metallelement in die Basisplatte eingefügt ist und der Vorsprung deformiert ist, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine Draufsicht, welche das Metallelement der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen Vorsprung nachdem ein Metallelement und eine Basisplatte miteinander verbunden sind, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 14 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Metallelement gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 16 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 17 ist eine vergrößerte Ansicht eines Positionierbereichs einer Basisplatte der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 18 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen Vorsprung nachdem ein Metallelement in eine Basisplatte eingefügt ist und bevor der Vorsprung noch nicht deformiert ist, gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 19 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen Vorsprung nachdem das Metallelement in die Basisplatte eingefügt ist und der Vorsprung deformiert ist, gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen von Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung basierend auf den Figuren im Detail beschrieben. Man beachte, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 umfasst einen gegossenen Bereich 10, Kühlrippen 11 und ein Metallelement (elektrisch leitfähiges Element) 12.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht des gegossenen Bereichs 10 bevor die Kühlrippen 11 und das Metallelement 12 angebracht werden, bei der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Der gegossene Bereich 10 umfasst ein Leistungshalbleiterelement 21; einen Zuleiter-Rahmen 24, welcher das Leistungshalbleiterelement 21 an einer Oberfläche desselben haltert; eine Basisplatte 22, in welcher eine thermisch hochleitfähige und elektrisch isolierende Schicht 34 an einer Oberfläche derselben ausgebildet ist und welche an der Seite der anderen Oberfläche des Zuleiter-Rahmens 24 angeordnet ist; und ein Gießharz 23, welches das Leistungshalbleiterelement 21 kapselt, und der Zuleiter-Rahmen 24, welcher das Leistungshalbleiterelement 21 haltert, und die Basisplatte 22 sind durch das Gießharz 23 miteinander integriert. Das Leistungshalbleiterelement 21 und der Zuleiter-Rahmen 24 sind unter Verwendung von Lot 25 miteinander verbunden. Die thermisch hochleitfähige und elektrisch isolierende Schicht 34 ist aus einem Epoxidharz und einem thermisch hochleitfähigen Füllmaterial gebildet und verbindet die Basisplatte 22 und den Zuleiter-Rahmen 24 miteinander. An der Basisplatte 22 ist ein Vorsprungsbereich 31 an einer Seite ausgebildet, welche von der Seite abgewandt ist, an der die thermisch hochleitfähige und elektrisch isolierende Schicht 34 ausgebildet ist, um von dem Gießharz 23 sich weg zu erstrecken. An dem Vorsprungsbereich 31 sind eine Vielzahl von Nuten 32 vorgesehen. Eine flache Oberfläche 33 ist an dem Rand des Vorsprungsbereichs 31 vorgesehen. Die Basisplatte 22 ist aus Metall, (Aluminium usw.) gebildet, wobei dessen Material weicher ist und eine größere thermische Leitfähigkeit aufweist als das Metallelement 12. Durch das Bereitstellen einer solchen Konfiguration wird durch das Leistungshalbleiterelement 21 erzeugte Wärme wirksam zu der Basisplatte 22 geleitet, und das Leistungshalbleiterelement 21 kann von der Basisplatte 22 auch isoliert sein.
  • 4 ist eine Draufsicht auf das Metallelement 12 der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Das Metallelement 12 weist eine plattenartige Struktur auf, aus der ein im Wesentlichen rechteckiger Bereich als ein herausgeschnittener Bereich 41 herausgeschnitten ist, und der Vorsprungsbereich 31 der Basisplatte 22 kann in den ausgeschnittenen Bereich 41 eingefügt werden. Hierbei bedeutet im Wesentlichen rechteckiger Bereich, dass er eine Gestalt aufweist, deren Ecken verrundet sind, um eine Spannungskonzentration an den Ecken zu vermeiden. An den Kanten von zwei aufeinander zu weisenden Seiten (vorliegend den beiden Kurzseiten) sind in dem ausgeschnittenen Bereich 41 Aussparungen 42 vorgesehen. An dem Rand des Vorsprungsbereichs 31 der Basisplatte 22 sind Vorsprünge 35 an Positionen vorgesehen, welche den Aussparungen 42 entsprechen, um das Metallelement 12 an der Basisplatte 22 anzubringen. Die Vorsprünge 35 werden zusammen mit den Seitenflächen des Vorsprungsbereichs 31 und der flachen Oberfläche 33 an der Basisplatte 22 ausgebildet.
  • Das Metallelement 12 ist aus härterem Metall gebildet als das Material der Basisplatte 22, und es kann beispielsweise eine Stahlplatte hierfür verwendet werden. In Anbetracht der Möglichkeit der Oxidierung und Korrosion des Metallelements 12 in Abhängigkeit von der Umgebung, in der die Leistungshalbleitervorrichtung 1 betrieben wird, ist es insbesondere vorteilhaft, eine galvanisierte Stahlplatte oder eine rostfreie Stahlplatte, welche kaum oxidiert und korrodiert, als das Material des Metallelements 12 zu verwenden. Insbesondere ist die galvanisierte Stahlplatte aufgrund der im Vergleich zu der rostfreien Stahlplatte niedrigeren Kosten als das Material für das Metall 12 geeignet.
  • Die Kühlrippen 11 weisen eine dünne plattenartige Struktur auf und haben eine Anzahl, die gleich der Anzahl der Mehrzahl von Nuten 32 ist, sind zueinander parallel und an dem Vorsprungsbereich 31 der Basisplatte 22 vorgesehen, und die Kühlrippen sind in die jeweiligen Nuten 32 in dem Vorsprungsbereich 31 eingefügt und an ihren rechten und linken Seiten umgriffen, um geschmiedet bzw. verformt zu werden, wodurch sie an der Basisplatte 22 fixiert werden. Deshalb wird von dem Leistungshalbleiter 21 erzeugte Wärme thermisch an die Basisplatte 22 geleitet und von dieser zu den Kühlrippen 11 weitergeleitet, um abgestrahlt zu werden, wodurch die Reduzierung eines Anstiegs der Temperatur in dem Leistungshalbleiterelement 21 ermöglicht wird.
  • 5 bis 7 sind vergrößerte Querschnittsansichten eines Bereichs um den Vorsprung 35, in dem entlang der Linie A-A' in 1 genommenen Querschnitt. 5 zeigt einen Zustand, bevor der Vorsprungsbereich 31 in den ausgeschnittenen Bereich 41 eingefügt ist, 6 zeigt einen Zustand, nachdem der Vorsprungsbereich 31 in den ausgeschnittenen Bereich 41 eingefügt ist, und 7 zeigt einen Zustand, in dem der Vorsprung 35 nach dem Einfügen des Vorsprungsbereichs 31 in den ausgeschnittenen Bereich 41 deformiert wurde.
  • Der Vorsprungsbereich 31 der Basisplatte 22 wird in den ausgeschnittenen Bereich 41 eingefügt, und die flache Oberfläche 33 der Basisplatte 22 kommt somit in Kontakt mit der Rückfläche des Metallelements 12, sodass das Metallelement 12 relativ zu der Basisplatte 22 grob positioniert ist, während der Vorsprung 35 in die Aussparung 42 des Metallelements 12 eingefügt wird. Nachfolgend wird eine Last nur auf den Vorsprung 35 ausgeübt, und zwar senkrecht zu der Oberfläche des Metallelements 12, sodass der Vorsprung 35 durch Eindrücken plastisch deformiert wird. Dadurch, dass der Vorsprung 35, wie vorangehend beschrieben, plastisch deformiert wird, fließt er und verbreitert sich über dem Metallelement 12 entlang dessen Oberfläche an der Seite des Vorsprungs 35 (an der Oberfläche, welche der mit der flachen Oberfläche 33 in Kontakt stehenden rückwärtigen Oberfläche gegenüberliegt). Ein Teil des Vorsprungs wird an die innere Seitenoberfläche der Aussparung 42 gedrückt, und der verbleibende Bereich verbreitert sich weiter und läuft entlang der Oberfläche des Metallelements 12 an der Seite des Vorsprungs 35 (an der Oberfläche, welche der mit der flachen Oberfläche 33 in Kontakt stehenden rückwärtigen Oberfläche gegenüberliegt), sodass das Metallelement 12 an der Basisplatte 22 mechanisch fixiert ist. Da das Metallelement 12 aus härterem Metall als die Basisplatte 22 gebildet ist, ist es insbesondere weniger wahrscheinlich, dass das Metallelement 12 beschädigt wird, selbst wenn die Last auf den Vorsprung 35 ausgeübt wird.
  • Der Vorsprung 35 kommt zudem mit dem Metallelement 12 in einem Zustand in Kontakt, in dem der Oxidfilm auf der Oberfläche des Vorsprungs durch den plastischen Fluss beschädigt ist, und eine frisch gebildete Oberfläche, deren elektrischer Widerstand sehr klein ist, wird exponiert.
  • Ferner kommt das Metallelement 12 mit dem Vorsprung 35 auch in einem Zustand in Kontakt, in dem der Oxidfilm an der Oberfläche des Metallelements durch Druck oder Reibung beschädigt wird, wenn der Vorsprung 35 plastisch deformiert und an das Metallelement 12 gedrückt wird, und eine frisch gebildete Oberfläche, deren elektrischer Widerstand sehr klein ist, wird exponiert.
  • Entsprechend zeigt der Bereich, in dem der deformierte Vorsprung 35 und das Metallelement 12 miteinander in Kontakt stehen, aufgrund der beschädigten Oxidfilme einen geringen elektrischen Widerstand, und deshalb kann der elektrische Widerstand zwischen der Basisplatte 22 und dem Metallelement 12 verringert werden. Ferner kann dadurch, dass das elektrische Potenzial des Metallelements 12 auf das gleiche Potenzial wie das Massepotenzial eingestellt wird, für die Leistungshalbleitervorrichtung ein stabiles Massepotenzial sichergestellt werden, sodass Wirkungen im Hinblick auf das Reduzieren von Rauschen, welches von dem Leistungshalbleiterelement abgegeben wird, und das Verhindern einer Fehlfunktion des Leistungshalbleiterelements verbessert werden. Man beachte, dass abgesehen von den Aussparungen 42 in dem ausgeschnittenen Bereich 41 des Metallelements 12 durch den Kontakt mit der flachen Oberfläche 33 der Basisplatte 22 zur elektrischen Leitung beiträgt, obwohl die elektrische Leitung durch Oxidfilme verläuft.
  • Man beachte, dass, obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Vorsprung 35 durch das Ausüben der Last plastisch deformiert wird, das Verfahren zur plastischen Deformation nicht hierauf beschränkt ist. Beispielsweise kann der Vorsprung 35 durch Schmelzen plastisch deformiert werden. Selbst in diesem Fall wird eine Wirkung erzielt, die der beim Ausüben der Last ähnlich ist. Das Verfahren zum Herstellen der Basisplatte 22 ist wie folgt. Die Nuten 32 werden durch Strangpressen gebildet. Nachdem die Basisplatte herausgeschnitten ist, sodass deren kurze Seiten parallel zu den Nuten 32 sind, werden die Vorsprünge und die Flachseite 33 durch Maschinenbearbeitung gebildet. Die Vorsprünge 35 werden nach den Nuten 32 gebildet. In einem Fall, in dem die Vorsprünge 35 an den Langseiten der Basisplatte 22 vorgesehen sind, ist es somit nicht möglich, die Breite der Vorsprünge 35 größer als die Breite eines Abschnitts zwischen benachbarten Nuten 32 einzustellen. Deshalb sind in Anbetracht der Flexibilität hinsichtlich der Gestalt der Vorsprünge 35, in der vorliegenden Ausführungsform die Vorsprünge 35 an den Kurzseiten, welche parallel zu den Nuten 32 sind, der Basisplatte vorgesehen. Es ist klar, dass, solange beim Einstellen der Breite der Vorsprünge 35 derart, dass sie kleiner sind als die Breite eines Abschnitts zwischen benachbarten Nuten 32, kein Problem entsteht, die Vorsprünge 35 an den Langseiten der Basisplatte vorgesehen sein können. Obwohl vorliegend angenommen wird, dass die Anzahl der Vorsprünge 35 an jeder Kurzseite der Basisplatte 22 gleich 2 ist, ist die Anzeige nicht hierauf beschränkt. Die Vorsprünge 35 können an einer einzigen Position oder an einer Mehrzahl von drei oder mehr Positionen an jeder Seite vorgesehen sein. Die Anzahl der Vorsprünge 35 ist vorzugsweise eine minimale Anzahl, welche notwendig ist, um das Metallelement 12 ausreichend fest an der Basisplatte 22 zu fixieren und um den elektrischen Widerstand zwischen der Basisplatte 22 und dem Metallelement 12 ausreichend zu erniedrigen. Umgekehrt kann das Metallelement auch dann, wenn das Metallelement 12 auf eine solche Weise gebildet ist, dass es keine Aussparungen 42 aufweist und der ausgeschnittene Bereich um die Breite des Vorsprungs 35 erweitert wird, befestigt werden, nachdem die Vorsprünge 35 deformiert wurden, und die elektrische Leitung kann sichergestellt werden, sodass Wirkungen zum Reduzieren von Rauschen, welches von dem Leistungshalbleiterelement abgegeben wird, und zum Unterdrücken einer Fehlfunktion des Leistungshalbleiterelements verbessert werden können.
  • Ausführungsform 2
  • 8 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Unterschied im Vergleich zur Ausführungsform 1 liegt darin, dass in Ausführungsform 1 die Gestalt des Vorsprungs 35 halbzylindrisch ist, während dessen Gestalt in der Ausführungsform 2 zylindrisch ist. In dem Fall, in dem ein Vorsprung 36 mit zylindrischer Gestalt ausgebildet ist, wird die mit der Seite des Vorsprungsbereichs 31 in der Basisplatte 22 integrierte Fläche reduziert, wodurch eine zum plastischen Deformieren des Vorsprungs 36 notwendige Last reduziert werden kann.
  • Der Grund für die Änderung der Gestalt des Vorsprungs 35 wird nachfolgend beschrieben. Die Last, welche notwendig ist, um den Vorsprung 35 nach dem Einfügen des Vorsprungsbereichs 31 in den ausgeschnittenen Bereich 41 plastisch zu deformieren, nimmt zu, wenn die Querschnittsfläche des Vorsprungs 35 oder die mit der Seitenwand des Vorsprungsbereichs 31 in der Basisplatte 22 integrierte Fläche zunimmt, und sie nimmt ferner zu, wenn die Anzahl der Vorsprünge 35 erhöht wird. Es gibt jedoch Bedenken dahingehend, dass eine während der plastischen Deformation des Vorsprungs 35 auf die Leistungshalbleitervorrichtung ausgeübte übermäßige Last einen Defekt der Leistungshalbleitervorrichtung verursacht. Deshalb ist eine Auslegung der Gestalt und/oder der Anzahl der Vorsprünge im Hinblick darauf, dass die zum plastischen Deformieren des Vorsprungs 35 notwendige Last so klein wie möglich ist, wichtig, um zu verhindern, dass die Leistungshalbleitervorrichtung ausfällt und um die Qualität der Leistungshalbleitervorrichtung zu stabilisieren.
  • Um die zum plastischen Deformieren des Vorsprungs 35 notwendige Last zu reduzieren, ist die Anzahl der Vorsprünge 35 vorzugsweise eine minimale Anzahl, welche notwendig ist, um das Metallelement 12 ausreichend fest an der Basisplatte 22 zu fixieren und um den elektrischen Widerstand zwischen der Basisplatte 22 und dem Metallelement 12 ausreichend zu erniedrigen.
  • Der Vorsprung 36 kann ferner hohl und von zylindrischer Gestalt sein, um leicht plastisch deformiert zu werden. 9 und 10 sind vergrößerte Querschnittsansichten des Vorsprungs 36 von hohler und zylindrische Gestalt vor und nach der Deformation des Vorsprungs 36 nach dem Einfügen des Metallelements 12 in die Basisplatte 22 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Wenn der Vorsprung 36 mit hohler und zylindrischer Gestalt ausgebildet wird, wird die mit der Seitenwand des Vorsprungs 31 in der Basisplatte 22 integrierte Fläche reduziert, und zusätzlich wird die Querschnittsfläche des Vorsprungs 36 reduziert, sodass der Vorsprung 36 durch eine kleinere Last plastisch deformiert werden kann. Man beachte, dass dann, wenn der Vorsprung 36 eine von der Seitenwand des Vorsprungsbereichs 31 in der Basisplatte 12 vollständig separierte Gestalt aufweist, die Aussparungen 43 des Metallelements 12 Löcher sein können, welche von dem ausgeschnittenen Bereich 41 separiert sind, wie in 11 gezeigt.
  • Ausführungsform 3
  • 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 13 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Vorsprungs 37, nachdem ein Metallelement 12 und eine Basisplatte 22 miteinander verbunden sind, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. In der Ausführungsform 3 ist der Vorsprung 37 so ausgebildet, dass er eine plattenartige Struktur aufweist. Wie in 13 gezeigt, wird der Vorsprung 37 plastisch deformiert, indem er auf die Oberfläche des Metallelements 12 hinuntergedrückt wird. In den anderen Ausführungsformen wird eine Last in Richtung senkrecht zu der flachen Oberfläche 33 der Basisplatte 22 ausgeübt, um den Vorsprung 37 plastisch zu deformieren; in der vorliegenden Ausführungsform jedoch kann der Vorsprung 37 plastisch deformiert werden, indem eine Last in einer zu der flachen Oberfläche 33 der Basisplatte 22 im Wesentlichen parallelen Richtung ausgeübt wird, sodass auf die unter der Basisplatte 22 angeordnete Leistungshalbleitervorrichtung nicht eine große Last ausgeübt werden muss. Ferner ist in dem Querschnitt des Vorsprungs 37 die Länge einer Seite, welche senkrecht zur Lastausübungsrichtung ist, größer als die Dicke in der Richtung, in welche sich der Vorsprung durch die Last verbiegt. Entsprechend kann eine Struktur realisiert werden, bei der die zum plastischen Deformieren des Vorsprungs 37 notwendige Last reduziert werden kann, und das Metallelement 12 ist ferner ausreichend fest an der Basisplatte 22 fixiert, sodass der elektrische Widerstand zwischen der Basisplatte 22 und dem Metallelement 12 ausreichend verringert werden kann. Durch die vorangehend beschriebene Struktur kann der Einfluss der Last zum plastischen Deformieren des Vorsprungs 37 auf die Leistungshalbleitervorrichtung weiter reduziert werden.
  • Ausführungsform 4
  • 14 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 15 ist eine perspektivische Ansicht eines Metallelements 12. Der Unterschied im Vergleich zur Ausführungsform 1 ist der, dass in der Ausführungsform 1 der Vorsprungsbereich 31 und die Mehrzahl von Vorsprüngen 35 der Basisplatte 22 in den ausgeschnittenen Bereich 41 mit im Wesentlichen rechteckiger Gestalt in dem Metallelement 12 eingefügt werden können, ein in 15 gezeigtes Metallelement der Ausführungsform 4 jedoch kreisförmig ist und hat eine Gestalt einer Beilagscheibe mit einer Aussparung 45 (Loch) an deren Zentrum zum Einfügen nur des Vorsprungs 35, und ein Vorsprung 35 ist in ein einziges Metallelement 12 eingepasst. In 14 ist eine Konfiguration gezeigt, in der zwei Metallelemente 12 an die Vorsprünge 35 an zwei Positionen angepasst sind, gezeigt, die Anzahl der Positionen kann jedoch eins, drei oder mehr sein und kann derart gewählt sein, dass die elektrische Leitung ausreichend sichergestellt ist. Nachdem die Metallelemente 12 mit Beilagscheibengestalt auf die Vorsprünge 35 gesetzt sind, werden die Basisplatte und die Metallelemente 12 aneinander fixiert, indem die Vorsprünge 35 auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1 deformiert werden, und jedes der Metallelemente 12 wird mit Masse verbunden. Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 wird somit von dem Leistungshalbleiterelement abgegebenes Rauschen reduziert und eine Fehlfunktion des Leistungshalbleiterelements kann vermieden werden. Man beachte, dass das Metallelement 12 nicht auf die Gestalt der Beilagscheibe beschränkt ist und dessen Gestalt beliebig sein kann, solange die Aussparung 45 (eine Lochgestalt ist ebenso umfasst) vorgesehen ist, sodass sie zu dem in der Basisplatte 22 ausgebildeten Vorsprung 35 passt. Die Gestalt des Vorsprungs kann ferner eine der in den anderen Ausführungsformen beschriebenen Gestalten sein.
  • Ausführungsform 5
  • 16 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Unterschied im Vergleich zur Ausführungsform 1 liegt darin, dass das Metallelement 12 einen ausgeschnittenen Bereich aufweist, in welchen der Vorsprungsbereich 31 eingefügt wird, jedoch keine Aussparungen aufweist. d. h., Vorsprünge in der Basisplatte 22 sind so ausgebildet, dass sie innerhalb des Vorsprungsbereichs 31 liegen. Wie in 16 gezeigt, sind in der Basisplatte 22 Positionierbereiche 51 durch Maschinenbearbeiten des Vorsprungsbereichs 31 an den gleichen Positionen gebildet, an denen die Vorsprünge 35 in der Ausführungsform 1 vorgesehen sind, und Vorsprünge 38 (nicht dargestellt) sind innerhalb der Positionierbereiche 51 in der Basisplatte ausgebildet. Positionierbereiche 50 in dem Metallelement 12 sind an den gleichen Positionen vorgesehen, wie die Aussparungen 42 in der Ausführungsform 1.
  • 17 ist eine vergrößerte Ansicht des Positionierbereichs 51 in der Basisplatte. Der Vorsprung 38 ist innerhalb des Positionierbereichs 51 in der Basisplatte in einer solchen Gestalt vorgesehen, dass die Stufenhöhe kleiner ist als die Höhe des Vorsprungsbereichs 31. 18 und 19 sind vergrößerte Querschnittsansichten des Vorsprungs vor und nach dem Deformieren des Vorsprungs, wenn das Metallelement in die Basisplatte eingefügt ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Vorsprung 38 wird durch Ausüben einer Last hin zu dem Boden plastisch deformiert, und der plastisch deformierte Vorsprung 38 verbreitert sich hinein in die Lücke zwischen dem Positionierbereich 51 in der Basisplatte und dem Positionierbereich 50 in dem Metallelement und haftet fest an dem Metallelement 12, wodurch das Metallelement 12 an der Basisplatte 22 fixiert wird. In diesem Fall werden auch Oxidfilme beschädigt und die elektrische Leitung kann somit sichergestellt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, ähnlich zur Ausführungsform 1, von dem Leistungshalbleiterelement abgegebenes Rauschen reduziert, und eine Fehlfunktion des Leistungshalbleiterelements kann vermieden werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungshalbleitervorrichtung
    11
    Kühlrippe
    12
    Metallelement (elektrisch leitfähiges Element)
    21
    Leistungshalbleiterelement
    22
    Basisplatte
    31
    Vorsprungsbereich
    32
    Nut
    35, 36, 37 und 38
    Vorsprung
    41
    Ausgeschnittener Bereich
    42, 43, 44 und 45
    Aussparung

Claims (7)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung, umfassend: ein Leistungshalbleiterelement; eine Basisplatte, welche einen Vorsprung aufweist, aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist und thermisch mit dem Leistungshalbleiterelement verbunden ist, sodass von dem Leistungshalbleiterelement erzeugte Wärme zu einer Kühlrippe geleitet wird; und ein elektrisch leitfähiges Element, welches an der Basisplatte fixiert ist, elektrisch mit der Basisplatte verbunden ist und mit Masse verbunden ist, wobei der in der Basisplatte vorgesehene Vorsprung in eine Aussparung eingepasst ist, welche in dem elektrisch leitfähigen Element vorgesehen ist, und durch Deformieren des Vorsprungs ist das elektrisch leitfähige Element an der Basisplatte fixiert, und elektrische Leitung kann sichergestellt werden.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung, umfassend: ein Leistungshalbleiterelement; eine Basisplatte, welche einen Vorsprung aufweist, aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist und thermisch mit dem Leistungshalbleiterelement verbunden ist, sodass von dem Leistungshalbleiterelement erzeugte Wärme zu einer Kühlrippe geleitet wird; und ein elektrisch leitfähiges Element, welches an der Basisplatte fixiert ist, elektrisch mit der Basisplatte verbunden ist und mit Masse verbunden ist, wobei durch Deformieren des in der Basisplatte vorgesehenen Vorsprungs der Vorsprung fest an einem Rand des elektrisch leitfähigen Elements haftet, sodass das elektrisch leitfähige Element an der Basisplatte fixiert ist und elektrische Leitung sichergestellt werden kann.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Basisplatte einen Vorsprungsbereich, welcher eine Kühlrippe trägt, und eine flache Oberfläche um den Vorsprungsbereich herum umfasst; das elektrisch leitfähige Element einen ausgeschnittenen Bereich umfasst, in welchen der Vorsprungsbereich eingefügt ist; und der Vorsprungsbereich in den ausgeschnittenen Bereich eingefügt ist und eine Rückfläche des elektrisch leitfähigen Elements in Kontakt mit der flachen Oberfläche kommt, sodass das elektrisch leitfähigen Element bezüglich der Basisplatte positioniert ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei der Vorsprung durch Ausüben einer Last in einer Stapelrichtung der Basisplatte und des elektrisch leitfähigen Elements deformiert ist; und der Vorsprung von zylindrische Gestalt ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Vorsprung eine plattenartige Struktur aufweist und durch Ausüben einer Last derart deformiert ist, dass er zur Seite des elektrisch leitfähigen Elements hinuntergedrückt ist; und in einem Querschnitt des Vorsprungs die Länge einer Seite, welche zu der Lastausübungsrichtung senkrecht ist, größer ist als eine Dicke in eine Richtung, sodass sich der Vorsprung durch die Last verbiegt.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Vorsprung hohl ist.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 und 3, wobei nur ein Boden des Vorsprungs mit der Basisplatte integriert ist.
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