DE112014005415T5 - Leistungsmodul und Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Leistungsmodul angegeben, das eine verbesserte Herstellungsausbeute bietet und eine verbesserte stabile Verbindungsstärke hat und dessen Zuverlässigkeit demzufolge verbessert ist. Das Leistungsmodul weist Folgendes auf: einen Basisbereich (3) mit einer Fläche, auf welcher ein Elektrodenbereich (4) ausgebildet ist; einen Leiterbereich (5), der so angeordnet ist, dass er der einen Fläche des Basisbereichs (3) zugewandt ist, an welcher der Elektrodenbereich (4) ausgebildet ist, um eine elektrische Verbindung nach außen herzustellen; und einen Verbindungsbereich (7), der mit dem Elektrodenbereich (4) verbunden ist, der an der einen Fläche des Basisbereichs (3) ausgebildet ist, und der mit der Fläche des Leiterbereichs (5) verbunden ist, der der einen Fläche des Basisbereichs (3) zugewandt ist, um den Elektrodenbereich (4) mit dem Leiterbereich (5) elektrisch zu verbinden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsmodul. Sie betrifft insbesondere eine Verbindungsstruktur und eine Gehäusestruktur eines Leistungsmoduls.
  • Stand der Technik
  • Ein Leistungsmodul, welches eine Leistungs-Halbleitereinrichtung (z. B. einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), einen MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), einen Bipolartransistor, eine Diode oder dergleichen) enthält, die auf einer Leiterplatte montiert ist und mit einem Dichtungsharz verpackt ist, wird z. B. in einer Motorantriebsvorrichtung oder dergleichen verwendet.
  • Eine Gehäusestruktur, die auch als Einfassungsstruktur bezeichnet werden kann, wird hauptsächlich für das Leistungsmodul verwendet. Diese Gehäusestruktur ist eine Struktur, bei welcher eine Leistungs-Halbleitereinrichtung auf einer Wärmeableitungs-Metallbasisplatte mit dazwischengefügtem Isoliersubstrat montiert ist und bei welcher ein Gehäuse mit der Wärmeableitungs-Metallbasisplatte verbunden ist.
  • Die in diesem Modul montierte Leistungs-Halbleitereinrichtung ist mit einer Hauptelektrode verbunden. Zum Verbinden der Leistungs-Halbleitereinrichtung mit der Hauptelektrode wird eine Verdrahtung verwendet. Als Draht wird allgemein ein aus einer Aluminiumlegierung hergestellter Draht verwendet, der einen Durchmesser von 0,1 bis 0,5 mm hat.
  • Für den Fall, dass Drähte mit Ultraschall verschweißt werden, ist es notwendig, den Abstand zwischen den Drähten, die einander benachbart sind, so zu wählen, dass ein Kopf eines Ultraschall-Schweißwerkzeugs keinen Draht beeinflusst, der bereits montiert wurde. Um ein Leistungsmodul für größere Ströme zu erhalten, ist es notwendig, die Anzahl von Drähten zu erhöhen, die mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung verbunden sind. Infolge von Größenbeschränkungen der Leistungs-Halbleitereinrichtung ist jedoch die Zahl der Drähte begrenzt, die montiert werden können, und es ergab sich ein dahingehendes Problem, dass ein Leistungsmodul für größere Ströme schwierig zu erhalten ist.
  • Mit dem Ziel, dieses Problem zu lösen, wurde das Direkt-Drahtbonden vorgeschlagen und in der Praxis verwendet, und zwar als eine Technik, welche das Drahtbonden ersetzt. Das Direkt-Drahtbonden verbindet einen plattenförmigen Hauptanschluss (Draht bzw. Lead) mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung, und zwar mit einem Lötmittel. Das Direkt-Drahtbonden hat eine dahingehende Eigenschaft, dass es an höhere Ströme angepasst werden kann und den Verbindungswiderstand sowie die Verbindungsinduktivität verringern kann, im Vergleich mit dem Drahtbonden (siehe z. B. PTD 1).
  • In dem Fall des Direkt-Drahtbondens wird jedoch eine Belastung ausgeübt, die von der Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Leistungs-Halbleitereinrichtung und dem plattenförmigen Hauptanschluss verursacht wird, und zwar auf den Lötmittelbereich, der ein Verbindungsmaterial ist, was Risse in dem Lötmittel verursacht. Dies führt zu einem dahingehenden Problem, dass die Zuverlässigkeit verschlechtert wird.
  • Im Gegensatz dazu wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem viele Metallperlen auf einer Fläche eines plattenförmigen Hauptanschlusses ausgebildet werden, und diese Leiterplatte wird mit einer Oberflächenelektrode einer Leistungs-Halbleitereinrichtung über die Metallperlen mittels Ultraschall-Schweißens verbunden (siehe z. B. PTD 2). Für den Fall, dass diese Technik verwendet wird, dienen die Metallperlen als Puffer-schicht, um die Belastung zu verringern, die auf die Verbindung ausgeübt werden.
  • Literaturverzeichnis
  • Patentdokument
    • PTD 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 8-008 395 A (Seite 5, 1)
    • PTD 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2005-183 495 A (Seite 4, 1 und 4)
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Da viele Metallperlen in dem herkömmlichen Leistungsmodul ausgebildet werden, ist es jedoch schwierig, die jeweiligen Höhen der Metallperlen gleichmäßig zu machen. Falls die Höhen der Metallperlen nicht gleichmäßig sind, tragen einige Metallperlen nicht zu der Verbindung bei, oder ein Teil der Metallperlen hat eine schwache Verbindungsstärke. Demzufolge nimmt die Verbindungsstärke der gesamten Verbindung ab, was zu einem dahingehenden Problem führt, dass die Zuverlässigkeit des Leistungsmoduls verschlechtert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Sie gibt ein Leistungsmodul an, dessen Zuverlässigkeit durch eine zuverlässige stabile Verbindungsstärke verbessert werden kann.
  • Lösung des Problems
  • Eine Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Basisbereich mit einer Fläche, auf welcher ein Elektrodenbereich ausgebildet ist; einen Leiterbereich, der so angeordnet ist, dass er dem Basisbereich zugewandt ist; und einen Verbindungsbereich, der mit dem Elektrodenbereich und einer Fläche des Leiterbereichs verbunden ist, wobei die Fläche des Leiterbereichs der einen Fläche des Elektrodenbereichs zugewandt ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung gibt eine Struktur an, bei welcher der Verbindungsbereich mit der Fläche des Leiterbereichs verbunden ist und mit der Fläche des Basisbereichs verbunden ist, der der Fläche des Leiterbereichs zugewandt ist, und bei welcher sich der Verbindungsbereich biegt, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Leiterbereich und dem Basisbereich erzeugt werden. Daher können die Belastungen verringert werden, die an der Verbindung erzeugt werden. Folglich wird ein Leistungsmodul mit verbesserter Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Leiterbereich und dem Basisbereich erhalten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Leistungsmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ein schematisches perspektivisches Strukturdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenbereichs des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm, das das Verfahren zum Herstellen des Elektrodenbereichs des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Elektrodenbereichs eines Leistungsmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm, das das Verfahren zum Herstellen des Elektrodenbereichs des Leistungsmoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Leistungsmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Elektrodenbereichs eines Leistungsmoduls gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Elektrodenbereichs eines Leistungsmoduls gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Elektrodenbereichs eines Leistungsmoduls gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Leistungsmoduls gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Leistungsmoduls gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Leistungsmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Leistungsmodul 100 in 1 weist Folgendes auf: eine Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1, ein Isoliersubstrat 2, das ein erster Basisbereich ist, eine Leistungs-Halbleitereinrichtung 3, die ein zweiter Basisbereich ist, eine Oberflächenelektrode 4, Hauptanschlüsse 5 und 10, die jeweils einen Leiterbereich bilden, eine Öffnung 6, ein Bonding-Band 7, das einen Verbindungsbereich bildet, ein Gehäuse 8 sowie ein Dichtungsharz 11.
  • Das Isoliersubstrat 2 ist auf der Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 mit einem Lötmittel oder dergleichen (nicht dargestellt) befestigt. Das Isoliersubstrat 2 weist eine Isolierschicht 21 und Metallplatten 22 und 23 auf. Das Isoliersubstrat 2 hat eine Struktur, bei welcher die Metallplatten 22 und 23 aus Kupfer oder dergleichen auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der Isolierschicht 21 befestigt sind, die aus einem keramischen Material, wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumnitrid gebildet sind, oder die aus Epoxidharz oder dergleichen gebildet sind. Auf der frontseitigen Metallplatte 23 ist ein (nicht dargestelltes) Verbindungsmuster ausgebildet. An dieser frontseitigen Metallplatte 23 ist eine Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 mit einem Lötmittel oder dergleichen (nicht dargestellt) befestigt.
  • Eine Leistungssteuerungs-Halbleitereinrichtung, wie z. B. ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder eine Leistungs-Halbleitereinrichtung, wie z. B. eine Freilaufdiode werden als Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verwendet. An der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 ist eine Oberflächenelektrode 4 aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen ausgebildet.
  • Die Oberflächenelektrode 4 ist elektrisch mit dem Hauptanschluss 5 mittels des Bonding-Bands 7 verbunden, das aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung hergestellt ist. Während das Bonding-Band 7 bei der ersten Ausführungsform verwendet wird, kann es auch ein Bondingdraht sein. Für den Fall, dass der Bondingdraht verwendet wird, hat der Bondingdraht vorzugsweise einen großen Durchmesser.
  • Der Hauptanschluss 5 ist eine Plattenelektrode aus Kupfer, und er hat eine Öffnung 6, die an einer Position ausgebildet ist, welche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt ist. Das Bonding-Band 7 ist in der Form einer Schleife über die Öffnung 6 hinweg ausgebildet, die in dem Hauptanschluss 5 ausgebildet ist, und die gegenüberliegenden Enden des Bonding-Bands 7 sind mit dem Hauptanschluss 5 durch Ultraschall-Schweißen verbunden, was eine Art des Ultraschallverbindens ist. Der Schleifenbereich des Bonding-Bands 7 ist mittels Ultraschalls mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verschweißt. Der Hauptanschluss 5 ist mit Inserttechnik geformt oder mit Outserttechnik geformt, und zwar in dem Gehäuse 8, und er wird für die Eingabe/Ausgabe von Strom und Spannung verwendet.
  • Ein weiterer Hauptanschluss 10, der auf ähnliche Weise mit Inserttechnik oder mit Outserttechnik in dem Gehäuse 8 geformt ist, ist mit der frontseitigen Metallplatte 22 des Isoliersubstrats 2 mit einem Lötmittel oder dergleichen verbunden. Das Gehäuse 8 ist mit der Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 mittels eines Klebstoffs verbunden. Um die elektrische Isolierung des Inneren des Moduls sicherzustellen, füllt ein Dichtungsharz 11, wie z. B. Silikongel oder Epoxidharz den Bereich aus, der von dem Gehäuse 8 und der Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 umgeben ist.
  • 2 ist ein schematisches perspektivisches Strukturdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenbereichs des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm, das das Verfahren zum Herstellen des Elektrodenbereichs des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die 2 und 3 veranschaulichen den Schritt, in welchem die Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 mit dem Hauptanschluss 5 insbesondere mittels des Bonding-Bandes 7 verbunden wird.
  • Das Leistungsmodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch die nachstehend beschriebenen Schritte hergestellt werden. Die Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1, das Lötmittel, das Isoliersubstrat 2, das Lötmittel und die Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 werden in dieser Reihenfolge geschichtet und einem Reflow-Lötvorgang unterzogen. Folglich werden die Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1, das Isoliersubstrat 2 und die Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 durch Löten verbunden. Das Gehäuse 8 wird anschließend mit der Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 mittels eines Klebstoffs verbunden. Der Hauptanschluss 5, mit welchem das Bonding-Band 7 in dem unten beschriebenen Schritt durch Ultraschall verschweißt wird, wird im Voraus mit Inserttechnik in dem Gehäuse 8 geformt.
  • Wie in 2(a) gezeigt, wird die Öffnung 6 in dem Hauptanschluss 5 ausgebildet. Wie in 2(b) und 3(a) gezeigt, wird dann in dem Schritt, in welchem der Verbindungsbereich mit dem Leiterbereich mittels Ultraschall-Schweißens verbunden wird, ein Band-Bonden durchgeführt, um die gegenüberliegenden Enden des Bonding-Bands 7 mit dem Hauptanschluss 5 durch Ultraschall zu verschweißen, und zwar über die Öffnung 6 des Hauptanschlusses 5 hinweg. Für die Bildung eines Bonding-Bandes kann ein kommerziell erhältlicher Band-Bonder verwendet werden.
  • Wie in 2(c) und 3(c) gezeigt, wird anschließend in dem Schritt, in welchem der Leiterbereich gedreht wird, um zu erreichen, dass eine Fläche des Leiterbereichs, mit welcher der Verbindungsbereich verbunden wird, nach unten weist, der Hauptanschluss 5, mit welchem das Bonding-Band 7 über die Öffnung 6 hinweg, die in dem Hauptanschluss 5 ausgebildet ist, durch Ultraschall verschweißt wird, gedreht, so dass die Fläche des Hauptanschlusses 5, mit welchem das Bonding-Band 7 durch Ultraschall verschweißt ist, der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt ist. In diesem Zustand wird das Gehäuse 8 an die Wärmeableitungs-Metalbasisplatte 1 gebondet, und der Hauptanschluss 10 wird mit einem Lötmittel mit dem Isoliersubstrat 2 verbunden.
  • Wie in 3(c) gezeigt, hat anschließend der Leiterbereich die Öffnung, und es wird in dem Schritt, in welchem der Verbindungsbereich mit dem Elektrodenbereich, der auf dem Basisbereich ausgebildet ist, mittels Ultraschall-Verbindens unter Verwendung einer durch die Öffnung geführten Bonding-Lehre verbunden wird, ein Kopf 91 eines Ultraschall-Schweißwerkzeugs 9, das eine Bonding-Lehre ist, in die Öffnung 6 eingeführt, um den Schleifenbereich des Bonding-Bandes 7 mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 durch Ultraschall zu verschweißen.
  • In dem Schritt der Harzabdichtung wird anschließend ein isolierendes Dichtungsharz 11, wie z. B. Silikongel oder Epoxidharz, injiziert und gehärtet, um das Innere des Bereichs abzudichten, der von dem Gehäuse 8 und der Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 umgeben ist. Auf diese Weise werden das Isoliersubstrat 2, die Leistungs-Halbleitereinrichtung 3, die Oberflächenelektrode 4, die Hauptanschlüsse 5 und 10, die Öffnung 6 und das Bonding-Band 7 mit dem Harz abgedichtet.
  • Durch die oben beschriebenen Schritte kann das Leistungsmodul in der ersten Ausführungsform hergestellt werden. Durch diese Schritte kann das Bonding-Band 7 mittels Ultraschall direkt mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verschweißt werden. Daher kann eine stabile Verbindungsstärke gewährleistet werden.
  • Hierbei kann die Größe der Öffnung 6, die in dem Hauptanschluss 5 ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Größe und der Strombelastungskapazität der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 sowie der Größe des Ultraschall-Schweißwerkzeugs 9 bestimmt werden. Es ist notwendig, die Größe der Öffnung 6 so zu bestimmen, dass die Größe der Öffnung 6 größer ist als die Größe des Kopfes 91 des Ultraschall-Schweißwerkzeugs 9, und so dass die Öffnung 6 den Kopf 91 während des Ultraschall-Schweißens nicht beeinflusst. Da die minimale Fläche, die zum Ultraschall-Schweißen notwendig ist, durch die Strombelastbarkeit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 bestimmt wird, kann die Größe des Kopfes 91 gleich der oder größer als diese erforderliche minimale Fläche gewählt werden.
  • Es ist auch notwendig, die Dicke und die Weite des Bonding-Bandes 7 zu bestimmen, so dass die Temperatur der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 nicht so stark ansteigt, dass sie einen zulässigen Wert überschreitet, und zwar durch die Wärme, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn der maximale Belastungsstrom in der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 fließt. Die Öffnung 6 kann durch Pressen oder Schneiden ausgebildet werden. Während die Form der Öffnung 6, die in den Zeichnungen gezeigt ist, eine Rechteckform ist, ist die Form nicht unbedingt auf eine Rechteckform beschränkt.
  • Sie kann vielmehr eine beliebige Form besitzen, die den Kopf 91 des Ultraschall-Schweißwerkzeugs 9 nicht beeinflusst. Während ferner hier das Ultraschall-Schweißen als ein Verfahren zum Ausbilden der Verbindung verwendet wird, ist ein solches Verfahren nicht auf das Ultraschall-Schweißen beschränkt, und es kann ein beliebiges Verfahren zum Ausbilden der Verbindung in geeigneter Weise ausgewählt werden, und zwar z. B. in Abhängigkeit des zu verwendenden Materials.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Fläche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt ist. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt werden. Folglich wird das Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Hauptanschluss 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird ein Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich wie folgt von der ersten Ausführungsform: Während der bei der ersten Ausführungsform verwendete Hauptanschluss 5 eine Öffnung 6 hat, besitzt der Hauptanschluss 5 gemäß der zweiten Ausführungsform keine Öffnung 6; und bei der zweiten Ausführungsform ist das eine Ende des Bonding-Bandes 7 mit der Fläche des Hauptanschlusses 5 durch Ultraschall verschweißt, die der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt ist, und das andere Ende des Bonding-Bandes 7 ist mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 durch Ultraschall verschweißt. Folglich ist der Abstand kurz, über welchen hinweg das Bonding-Band 7 den Hauptanschluss 5 mit der Oberflächenelektrode 4 verbindet. Daher kann die Menge des Bonding-Bandes 7 verringert werden, das zum Verbinden verwendet wird.
  • 4 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Elektrodenbereichs eines Leistungsmoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 4 weist ein Verbindungsbereich zwischen der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 und dem Hauptanschluss 5 Folgendes auf: Die Leistungs-Halbleitereinrichtung 3, eine Oberflächenelektrode 4, einen Hauptanschluss 5 und ein Bonding-Band 7.
  • Der Hauptanschluss 5 hat keine Öffnung 6, und er ist so angeordnet, dass er der Seite der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt ist, an welcher die Oberflächenelektrode 4 ausgebildet ist. Das eine Ende des Bonding-Bandes 7 ist mit der Fläche des Hauptanschlusses 5 durch Ultraschall verschweißt, welche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt ist. Das andere Ende des Bonding-Bandes 7 ist ebenfalls durch Ultraschall verschweißt, und zwar mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3.
  • 5 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm, das das Verfahren zum Herstellen des Elektrodenbereichs des Leistungsmoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 5(a) gezeigt, wird in dem Schritt, in welchem der Verbindungsbereich verbunden wird, das eine Ende des Bonding-Bandes 7 mit der Fläche des Hauptanschlusses 5 durch Ultraschall verschweißt, welche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt sein wird.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist das andere Ende (ein anderes Ende) des Bonding-Bandes 7 so angeordnet, dass es mit dem Hauptanschluss 5 bei Betrachtung von der Rückseite des Hauptanschlusses 5 nicht überlappt, d. h. von der Rückseite in Bezug auf dessen Fläche, welche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt sein wird. Wie in 5(b) gezeigt, wird dann der Hauptanschluss 5, mit welchem das eine Ende des Bonding-Bandes 7 durch Ultraschall verschweißt wird, so angeordnet, dass dessen Fläche, mit welcher das Bonding-Band 7 durch Ultraschall verschweißt ist, der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt ist.
  • Wie in 5(c) gezeigt, wird in dem Schritt, in welchem der Verbindungsbereich mittels Ultraschall-Schweißens mit dem Elektrodenbereich verbunden wird, der an dem Basisbereich ausgebildet ist, das Ultraschall-Schweißwerkzeug 9 verwendet, um das andere Ende des Bonding-Bandes 7 durch Ultraschall zu verschweißen, das nicht mit dem Hauptanschluss 5 verbunden ist, und zwar mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3.
  • Auf diese Weise wird der Hauptanschluss 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 bei der zweiten Ausführungsform verbunden. Während hier das Ultraschall-Schweißen als ein Verfahren zum Ausbilden der Verbindung verwendet wird, ist ein solches Verfahren aber nicht auf das Ultraschall-Schweißen beschränkt, und es kann ein beliebiges Verfahren zum Ausbilden der Verbindung in geeigneter Weise ausgewählt werden, und zwar z. B. in Abhängigkeit des zu verwendenden Materials.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Fläche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt ist. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 kann verbessert werden.
  • Da es unnötig ist, die Öffnung 6 in dem Hauptanschluss 5 auszubilden, wird die Materialverwertungseffizienz beim Herstellen des Hauptanschlusses 5 verbessert. Da die Anzahl von Verbindungen verringert werden kann, kann die Herstellungsausbeute verbessert werden, und die Bearbeitungszeit kann verkürzt werden. Der Freiheitsgrad beim Anordnen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 wird außerdem erhöht. Insbesondere für den Fall, dass die Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 eine kleine Größe hat, wird daher das Design vereinfacht.
  • Da die Länge des Bonding-Bandes 7, das zum Verbinden des Hauptanschlusses 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verwendet wird, minimiert werden kann, wird ferner der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7 verringert, und folglich kann die Wärmemenge verringert werden, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Demzufolge wird eine dahingehende Wirkung erzielt, dass die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert wird. Da die Länge des Bonding-Bandes 7 minimiert werden kann, wird ferner die thermische Leitfähigkeit zwischen der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 und dem Hauptanschluss 5 verringert.
  • Folglich kann die Wärme, die in der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, wirksam durch das Bonding-Band 7 an den Hauptanschluss 5 abgeführt werden. Demzufolge kann ein Temperaturanstieg der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 unterbunden werden, und folglich kann die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert werden. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform wird außerdem die Begrenzung der Größe des Kopfes 91 des Ultraschall-Schweißwerkzeugs 9 verringert.
  • Dritte Ausführungsform
  • Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich wie folgt von der ersten Ausführungsform: Während bei der ersten Ausführungs ein Lötverbinden für den Verbindungsbereich zwischen dem Hauptanschluss 10 und dem Isoliersubstrat 2 stattfindet, wird bei der dritten Ausführungsform die Öffnung 6 in dem Hauptanschluss 10 wie dem Hauptanschluss 5 ausgebildet, und der Hauptanschluss 10 wird mit dem Isoliersubstrat 2 mittels des Bonding-Bandes 7 verbunden. Folglich können die Verbindung für den Hauptanschluss 5 und die Verbindung für den Hauptanschluss 10 in demselben Schritt ausgebildet werden, und die Anzahl von Schritten kann verringert werden. Außerdem kann die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 10 und dem Isoliersubstrat 2 verbessert werden.
  • 6 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Leistungsmoduls in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Leistungsmodul 200 gemäß 6 weist Folgendes auf: eine Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1, ein Isoliersubstrat 2, eine Leistungs-Halbleitereinrichtung 3, eine Oberflächenelektrode 4, Hauptanschlüsse 5 und 10, eine Öffnung 6, ein Bonding-Band 7, ein Gehäuse 8, und ein Dichtungsharz 11. Während der Hauptanschluss 10 mit dem Isoliersubstrat 2 mittels eines Lötmittels in der ersten Ausführungsform in 1 verbunden ist, wird bei der dritten Ausführungsform die Öffnung 6 in dem Hauptanschluss 10 wie in dem Hauptanschluss 5 ausgebildet, und der Hauptanschluss 10 ist mit dem Isoliersubstrat 2 mittels des Bonding-Bandes 7 verbunden.
  • Das Isoliersubstrat 2 ist auf der Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 mit einem Lötmittel oder dergleichen (nicht dargestellt) befestigt. Das Isoliersubstrat 2 weist eine Isolierschicht 21 und Metallplatten 22 und 23 auf. Das Isoliersubstrat 2 hat eine Struktur, bei welcher die Metallplatten 22 und 23 aus Kupfer oder dergleichen auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der Isolierschicht 21 befestigt sind, die aus einem keramischen Material, wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumnitrid gebildet sind, oder die aus Epoxidharz oder dergleichen gebildet sind. Auf der frontseitigen Metallplatte 23 ist ein (nicht dargestelltes) Verbindungsmuster ausgebildet. An dieser frontseitigen Metallplatte 23 ist eine Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 mit einem Lötmittel oder dergleichen (nicht dargestellt) befestigt.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Fläche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt ist. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Hauptanschluss 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird ein Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Da die Öffnung 6 auch in dem Hauptanschluss 10 ausgebildet ist und die Fläche des Hauptanschlusses 10 mit der Fläche des Isoliersubstrats 2 verbunden ist, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 10 zugewandt ist, und zwar mittels des Bonding-Bandes 7, können die Verbindung für den Hauptanschluss 5 und die Verbindung für den Hauptanschluss 10 in demselben Schritt ausgebildet werden, und die Anzahl von Schritten kann verringert werden. Außerdem kann die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 10 und dem Isoliersubstrat 2 verbessert werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich wie folgt von der ersten Ausführungsform: Während bei der ersten Ausführungsform eine Öffnung 6 des Hauptanschlusses 5 verwendet wird, ist bei der vierten Ausführungsform eine Mehrzahl von Öffnungen in dem Hauptanschluss 5 ausgebildet, und eine Mehrzahl von Verbindungen wird über Bonding-Bänder 7 ausgebildet.
  • Die Anzahl von Verbindungen kann folglich vergrößert werden, um die Stromdichte der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zu erhöhen. Unter der Bedingung, dass die Stromdichte der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 die gleiche ist, kann außerdem die Dichte des Stroms verringert werden, der in jedem Bonding-Band 7 fließt. Daher kann die Zuverlässigkeit der Verbindung weiter verbessert werden.
  • 7 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Elektrodenbereichs eines Leistungsmoduls gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 7 weist der Verbindungsbereich zwischen der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 und dem Hauptanschluss 5 Folgendes auf: die Leistungs-Halbleitereinrichtung 3, eine Oberflächenelektrode 4, einen Hauptanschluss 5, Öffnungen 6 und ein Bonding-Band 7. Während 7 zwei Verbindungen mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zeigt, kann die Anzahl von Verbindungen Zwei oder mehr betragen.
  • Während eine Mehrzahl von Verbindungen in der Longitudinalrichtung des Hauptanschlusses 5 angeordnet sind, ist die Anordnung der Verbindungen nicht auf diese Anordnung beschränkt, und die Verbindungen können an beliebigen Orten und in beliebiger Richtung innerhalb der Reichweite angeordnet sein, wo sich die Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 befindet.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Fläche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt ist. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Hauptanschluss 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird ein Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Da eine Mehrzahl von Öffnungen 6 in dem Hauptanschluss 5 ausgebildet ist und die Anzahl von Verbindungen mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 vergrößert wird, kann die Stromdichte der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erhöht werden. Unter der Bedingung, dass die Stromdichte der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 die gleiche ist, kann außerdem die Dichte des Stroms verringert werden, der in jedem Bonding-Band 7 fließt. Daher kann die Zuverlässigkeit der Verbindung weiter verbessert werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform in folgender Hinsicht. Bei der fünften Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Öffnungen 6 in dem Hauptanschluss 5 ausgebildet, wie bei der vierten Ausführungsform, und der Hauptanschluss 5 ist mit einer Mehrzahl von Orten über das Bonding-Band 7 mittels einer Heftverbindung verbunden. Da der Hauptanschluss 5 mittels dieser Heftverbindung verbunden ist, wird die Anzahl von Orten verringert, an welchen ein Ultraschall-Schweißen erfolgt, und folglich kann die Bearbeitungszeit des Schrittes verkürzt werden.
  • 8 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Elektrodenbereichs eines Leistungsmoduls gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 8 weist der Verbindungsbereich zwischen der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 und dem Hauptanschluss 5 Folgendes auf: die Leistungs-Halbleitereinrichtung 3, eine Oberflächenelektrode 4, einen Hauptanschluss 5, Öffnungen 6 und ein Bonding-Band 7.
  • Während 8 zwei Verbindungen mit der Oberflächenelektrode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zeigt, kann die Anzahl von Verbindungen mit der Oberflächenelek-trode 4 der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 auch Zwei oder mehr betragen. Außerdem sind Verbindungen an einer Mehrzahl von Orten über das Bonding-Band 7 mittels der Heftverbindung ausgebildet, die Anzahl von Orten der Verbindungen mit der Hauptfläche 5, die mittels Ultraschall-Schweißens hergestellt wird, kann verringert werden, und zwar im Vergleich zu dem Fall, in welchem das Bonding-Band 7 über jede Öffnung 6 hinweg mit dem Hauptanschluss 5 verbunden wird.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Fläche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt ist. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Hauptanschluss 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird ein Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Da die Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und dem Bonding-Band 7 mittels einer Heftverbindung ausgeführt ist, wird die Anzahl von Orten, wo das Ultraschall-Schweißen erfolgt, verringert, und daher kann die Bearbeitungszeit des Schrittes verkürzt werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform in folgender Hinsicht. Bei der sechsten Ausführungsform sind in der Fläche des Hauptanschlusses 5, die bei der vierten Ausführungsform verwendet wird und die der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt ist, eine oder mehrere Öffnungen 12 ebenfalls an einem Ort (an Orten) ausgebildet, wo das Bonding-Band 7 nicht ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Einfachheit der Injektion des Dichtungsharzes 11 in den Bereich zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 vergrößert werden, und folglich kann die Herstellungsausbeute verbessert werden.
  • 9 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Elektrodenbereichs eines Leistungsmoduls gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 9 weist der Verbindungsbereich zwischen der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 und dem Hauptanschluss 5 Folgendes auf: die Leistungs-Halbleitereinrichtung 3, eine Oberflächenelektrode 4, einen Hauptanschluss 5, eine Öffnung 6, ein Bonding-Band 7 und eine Öffnung 12.
  • In der Fläche des Hauptanschlusses 5, die der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 zugewandt ist, sind eine oder mehrere Öffnungen 12 ebenfalls an einem Ort (an Orten) ausgebildet, wo das Bonding-Band 7 nicht ausgebildet ist. Mit solch einer Konfiguration kann die Einfachheit der Injektion des Dichtungsharzes 11 in den Bereich zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 vergrößert werden, und folglich kann die Herstellungsausbeute verbessert werden.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Fläche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt ist. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Hauptanschluss 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird der Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Da eine oder mehrere Öffnungen 6, über welche hinweg das Bonding-Band 7 nicht ausgebildet ist, in dem Hauptanschluss 5 vorgesehen sind, kann die Einfachheit der Injektion des Dichtungsharzes 11 in den Bereich zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 vergrößert werden, und folglich kann die Herstellungsausbeute verbessert werden.
  • Siebente Ausführungsform
  • Die siebente Ausführungsform unterscheidet sich in folgender Hinsicht. Wie bei der vierten und fünften Ausführungsformen, bei welchen der Hauptanschluss 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 an einer Mehrzahl von Orten verbunden ist, ist der Hauptanschluss 10 der dritten Ausführungsform ebenfalls mit dem Isoliersubstrat 2 an einer Mehrzahl von Orten verbunden. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 10 und dem Isoliersubstrat 2 ebenfalls verbessert werden.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Fläche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt ist. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Hauptanschluss 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird ein Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Außerdem sind eine Mehrzahl von Öffnungen 6 auch in dem Hauptanschluss 10 vorgesehen, und folglich wird die Anzahl an Orten vergrößert, wo der Hauptanschluss 10 mit dem Isoliersubstrat 2 verbunden ist. Daher kann die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 10 und dem Isoliersubstrat 2 ebenfalls verbessert werden.
  • Achte Ausführungsform
  • Die achte Ausführungsform unterscheidet sich in folgender Hinsicht. Bei der sechsten Ausführungsform sind für die Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 eine oder mehrere Öffnungen 12 auch an einem Ort (an Orten) gebildet, wo das Bonding-Band 7 nicht ausgebildet ist. Dies wird bei der achten Ausführungsform auf die Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 10 und dem Isoliersubstrat 2 angewendet.
  • Eine oder mehrere Öffnungen 12 sind auch an einem Ort (an Orten) ausgebildet, wo das Bonding-Band 7 nicht ausgebildet ist. Da die Öffnung (die Öffnungen) 12 folglich in dem Hauptanschluss 10 vorgesehen ist bzw. sind, kann die Einfachheit der Injektion des Dichtungsharzes 11 auch für die Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 10 und dem Isoliersubstrat 2 verbessert werden.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit der Fläche der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt ist. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Hauptanschluss 5 mit der Leistungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird ein Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Da eine oder mehrere Öffnungen 12, über welche hinweg das Bonding-Band 7 nicht ausgebildet ist, in dem Hauptanschluss 10 vorgesehen sind, kann die Einfachheit der Injektion des Dichtungsharzes 11 in den Bereich zwischen dem Hauptanschluss 10 und dem Isoliersubstrat 2 vergrößert werden, und folglich kann die Herstellungsausbeute verbessert werden.
  • Neunte Ausführungsform
  • Die neunte Ausführungsform unterscheidet sich wie folgt von der ersten Ausführungsform: Während bei der ersten Ausführungsform der Hauptanschluss 5 mit einer Leistungssteuerungs-Halbleitereinrichtung 3 verbunden ist, ist bei der neunten Ausführungsform der Hauptanschluss 5 mit einer Mehrzahl von Leistungs-Halbleitereinrichtungen 3 verbunden.
  • 10 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Leistungsmoduls in der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Leistungsmodul 300 gemäß 10 weist Folgendes auf: eine Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1, ein Isolier-substrat 2, Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32, eine Oberflächenelektrode 4, Hauptanschlüsse 5 und 10, eine Öffnung 6, ein Bonding-Band 7, ein Gehäuse 8 und ein Dichtungsharz 11. In einer Konfiguration, die in 10 gezeigt ist, wird der Hauptanschluss 5 mit zwei Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 verbunden.
  • Das Isoliersubstrat 2 ist auf der Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 mit einem Lötmittel oder dergleichen (nicht dargestellt) befestigt. Das Isoliersubstrat 2 weist eine Isolierschicht 21 und Metallplatten 22 und 23 auf. Das Isoliersubstrat 2 hat eine Struktur, bei welcher die Metallplatten 22 und 23 aus Kupfer oder dergleichen auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der Isolierschicht 21 befestigt sind, die aus einem keramischen Material, wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumnitrid gebildet sind, oder die aus Epoxidharz oder dergleichen gebildet sind. Auf der frontseitigen Metallplatte 23 ist ein (nicht dargestelltes) Verbindungsmuster ausgebildet. An dieser frontseitigen Metallplatte 23 sind die Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 mit einem Lötmittel oder dergleichen (nicht dargestellt) befestigt.
  • Ein Leistungsmodul, das zum Antreiben eines Motors oder dergleichen verwendet wird, führt ein Schalten des Stroms und der Spannung als seine Hauptvorgänge aus. Für den Fall, dass das Leistungsmodul ein Schalten einer induktiven Last, wie z. B. eines Motors durchführt, ist es notwendig, Freilaufdioden antiparallel zu schalten. Wie in 8 gezeigt, können die Schalteinrichtung 31 und die Freilaufdiode 32, die zwei Leistungs-Halbleitereinrichtungen sind, jeweils mit dem Hauptanschluss 5 verbunden werden, um die oben genannte Schaltung zu implementieren.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Hauptanschlusses 5 durch das Bonding-Band 7 mit den jeweiligen Flächen der Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 verbunden, die der oben genannten Fläche des Hauptanschlusses 5 zugewandt sind. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Hauptanschluss 5 und den Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und den Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Hauptanschlusses 5 und der Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptanschluss 5 und den Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Hauptanschluss 5 mit den Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird ein Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Zehnte Ausführungsform
  • Die zehnte Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend, dass das Leistungsmodul bei der zehnten Ausführungsform vom Transferformtyp ist, im Gegensatz zu dem Leistungsmodul vom Gehäusetyp, das bei der ersten bis neunten Ausführungsform verwendet wurde. Da das Leistungsmodul vom Transferformtyp ist, kann das Formen in einem Schritt durchgeführt werden. Folglich werden die Herstellungskosten verringert, und die Produktivität kann verbessert werden.
  • 11 ist ein schematisches Querschnittsstruktur-Diagramm eines Leistungsmoduls gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 11 weist das Leistungsmodul 400 Folgendes auf: ein Isoliersubstrat 2, Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32, eine Oberflächenelektrode 4, eine Öffnung 6, ein Bonding-Band 7, ein Gehäuse 8, ein Dichtungsharz 11 und einen Leiterrahmen 13. Der Leiterrahmen 13 ersetzt die Hauptanschlüsse 5 und 10.
  • Außerdem ersetzt das Einschritt-Formen mit dem Transferformungsharz 14 den Schritt, in welchem das Dichtungsharz 11 injiziert wird. Während 11 eine Konfiguration ohne eine Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 zeigt, kann die Konfiguration auch mit einer Wärmeableitungs-Metallbasisplatte 1 versehen werden, wie die Konfiguration vom Gehäusetyp.
  • Das Isoliersubstrat 2 weist eine Isolierschicht 21 und Metallplatten 22 und 23 auf. Das Isoliersubstrat 2 hat eine Struktur, bei welcher die Metallplatten 22 und 23 aus Kupfer oder dergleichen auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der Isolierschicht 21 befestigt sind, die aus einem keramischen Material, wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumnitrid gebildet sind, oder die aus Epoxidharz oder dergleichen gebildet sind. Auf der frontseitigen Metallplatte 23 ist ein (nicht dargestelltes) Verbindungsmuster ausgebildet. An dieser frontseitigen Metallplatte 23 sind die Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 mit einem Lötmittel oder dergleichen (nicht dargestellt) befestigt.
  • Bei dem Leistungsmodul, das auf die oben beschriebene Art konfiguriert ist, wird die Fläche des Leiterrahmens 13 durch das Bonding-Band 7 mit den jeweiligen Flächen der Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 verbunden, die der oben genannten Fläche des Leiterrahmens 13 zugewandt sind. Daher kann sich das Bonding-Band 7 verbiegen, um Belastungen zu absorbieren, die infolge einer Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Leiterrahmen 13 und den Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 erzeugt wird.
  • Demzufolge werden die Belastungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Leiterrahmen 13 und den Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 erzeugt werden. Folglich wird ein Ablösen des Leiterrahmens 13 und der Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 voneinander unterbunden, und die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Leiterrahmen 13 und den Leistungs-Halbleitereinrichtungen 3 kann verbessert werden.
  • Außerdem kann der Leiterrahmen 13 mit den Leistungs-Halbleitereinrichtungen 31 und 32 verbunden werden, wobei der Abstand zwischen ihnen so kurz wie möglich ist. Folglich kann der elektrische Widerstand des Bonding-Bandes 7, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird, verringert werden. Demzufolge wird die Wärmemenge verringert, die von dem Bonding-Band 7 erzeugt wird, wenn das Leistungsmodul unter Spannung gesetzt wird. Folglich wird ein Temperaturanstieg des Leistungsmoduls unterbunden. Demzufolge kann ein Leistungsmodul für höhere Ströme erhalten werden.
  • Da ein Transferformen verwendet wird, kann das Formen in einem Schritt durchgeführt werden. Folglich werden die Herstellungskosten verringert, und die Produktivität kann verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmeableitungs-Metallbasisplatte
    2
    Isoliersubstrat
    3
    Leistungs-Halbleitereinrichtung
    4
    Oberflächenelektrode
    5
    Hauptanschluss
    6
    Öffnung
    7
    Bonding-Band
    8
    Gehäuse
    9
    Ultraschall-Schweißwerkzeug
    10
    Hauptanschluss
    11
    Dichtungsharz
    12
    Öffnung
    13
    Leiterrahmen
    14
    Transferformungsharz
    21
    Isolierschicht
    22
    Metallplatte
    23
    Metallplatte
    31
    Schalteinrichtung
    32
    Freilaufdiode
    91
    Kopf
    100
    Leistungsmodul
    200
    Leistungsmodul
    300
    Leistungsmodul
    400
    Leistungsmodul

Claims (17)

  1. Leistungsmodul, das Folgendes aufweist: – einen Basisbereich mit einer Fläche, auf welcher ein Elektrodenbereich ausgebildet ist; – einen Leiterbereich, der so angeordnet ist, dass er dem Basisbereich zugewandt ist; und – einen Verbindungsbereich, der mit dem Elektrodenbereich und einer Fläche des Leiterbereichs verbunden ist, wobei die Fläche des Leiterbereichs der einen Fläche des Elektrodenbereichs zugewandt ist.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei das eine Ende des Verbindungsbereichs mit dem Elektrodenbereich verbunden ist, und wobei das andere Ende mit der Fläche des Leiterbereichs verbunden ist, die der einen Fläche des Elektrodenbereichs zugewandt ist.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 2, wobei der Leiterbereich eine Öffnung hat, und wobei an einer Position, die mit der Öffnung korrespondiert, das andere Ende des Verbindungsbereichs mit dem Elektrodenbereich verbunden ist.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei der Leiterbereich eine Öffnung hat, gegenüberliegende Enden des Verbindungsbereichs mit dem Leiterbereich über die Öffnung hinweg verbunden sind, und wobei an einer Position, die mit der Öffnung korrespondiert, ein Teil des Verbindungsbereichs mit dem Elektrodenbereich verbunden ist.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine Mehrzahl von Öffnungen in dem Leiterbereich vorgesehen sind.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 5, wobei der Verbindungsbereich mit dem Leiterbereich über jede der Mehrzahl von Öffnungen hinweg verbunden ist.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 5, wobei der Leiterbereich die Öffnung hat, über welche hinweg der Verbindungsbereich nicht mit dem Leiterbereich verbunden ist.
  8. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Basisbereich einen ersten Basisbereich und einen zweiten Basisbereich aufweist.
  9. Leistungsmodul nach Anspruch 8, wobei das Leistungsmodul eine Mehrzahl von zweiten Basisbereichen aufweist.
  10. Leistungsmodul nach Anspruch 8 oder 9, wobei der erste Basisbereich ein Isoliersubstrat ist.
  11. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der zweite Basisbereich eine Halbleitereinrichtung ist.
  12. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Basisbereich, der Leiterbereich und der bandförmige Leiterbereich mit einem Harz mittels eines Gehäuses abgedichtet sind.
  13. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Basisbereich, der Leiterbereich und der bandförmige Leiterbereich mit einem Transferformungsharz abgedichtet sind.
  14. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Verbindungsbereich ein Draht oder ein Band ist.
  15. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Verbinden eines Verbindungsbereichs mit einem Leiterbereich durch Ultraschall-Schweißen; – Drehen des Verbindungsbereichs, um zu bewirken, dass der Leiterbereich nach unten weist, wobei der Verbindungsbereich mit der Fläche des Leiterbereichs verbunden ist; und – Verbinden des Verbindungsbereichs mit einem Elektrodenbereich, der auf einem Basisbereich ausgebildet ist, durch Ultraschall-Schweißen.
  16. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls nach Anspruch 15, wobei der Leiterbereich eine Öffnung hat, und wobei das Verfahren ein Verbinden des Verbindungsbereichs mit dem Elektrodenbereich aufweist, der an dem Basisbereich ausgebildet ist, und zwar durch Ultraschall-Schweißen unter Verwendung einer Bonding-Lehre, die durch die Öffnung geführt wird.
  17. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Verbindungsbereich ein Draht oder ein Band ist.
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