DE112015000139T5 - Halbleitermoduleinheit und Halbleitermodul - Google Patents

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Abstract

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind, eine Halbleitermoduleinheit bereitzustellen, welche hinsichtlich ihrer Größe klein und leicht ist, eine ausgezeichnete Wärmestrahlungsleistung und eine hohe Ausbeute aufweist und einfach zu montieren ist, und ein Halbleitermodul bereitzustellen, in dem die Halbleitermoduleinheit mit einem Kühler integriert ist. Das Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: einen Halbleiterchip (3); eine isolierende Schaltungsplatine (11), die auf einer der Hauptoberflächen eines Isoliersubstrats (2) ein mit dem Halbleiterchip (3) elektrisch verbundenes Schaltungselement (6) und ein in der anderen Hauptoberfläche des Isoliersubstrats (2) angeordnetes erstes Metallelement (7) enthält; ein zweites Metallelement (10a), das auf einer Seite eines äußeren Randes des ersten Metallelements (7) angeordnet ist und zumindest teilweise weiter zu einer Außenseite hin als das Isoliersubstrat (2) angeordnet ist; einen Vergussharzabschnitt (9), der den Halbleiterchip (3), die isolierende Schaltungsplatine (11) und das zweite Metallelement (10a) in einem Zustand, in welchem ein Teil des ersten Metallelements (7) und ein Teil des zweiten Metallelements (10a) freiliegen, versiegelt; einen Kühler (1); ein erstes Bonding-Element (8a), welches den Kühler (1) und das erste Metallelement (7) verbindet; und ein zweites Bonding-Element (8b), welches den Kühler (1) und das zweite Metallelement (10a) verbindet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitermoduleinheit und ein Halbleitermodul, in dem die Halbleitermoduleinheit und ein Kühler integriert sind.
  • Stand der Technik
  • Eine Leistungshalbleitermoduleinheit hat einen Aufbau, in dem ein Leistungshalbleiterchip, wie zum Beispiel ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), ein MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) oder eine FWD (Freilaufdiode), an einer isolierenden Schaltungsplatine, die eine vorbestimmte Schaltung umfasst, lotgebondet ist und der Leistungshalbleiterchip und die isolierende Schaltungsplatine mit einem Harz versiegelt sind. Eine solche Leistungshalbleitermoduleinheit wird zum Steuern hoher Ströme zum Beispiel in elektrischen Automobilen, elektrischen Eisenbahnfahrzeugen, Bearbeitungswerkzeugen oder Ähnlichem verwendet. Da ein Leistungshalbleiterchip, in dem hohe Ströme fließen, eine große Menge an Wärme abstrahlt, benötigt die Halbleitermoduleinheit einen Aufbau, der in der Lage ist, Wärme effizient abzustrahlen, damit eine kompakte äußere Form realisiert werden kann. Außerdem wird in der Praxis die Halbleitermoduleinheit in einem Zustand verwendet, in dem sie an einem Kühler angebracht ist, um die Wärmeabstrahlungsleistung weiter zu verbessern. In der folgenden Beschreibung wird ein Aufbau, in dem eine Halbleitermoduleinheit an einem Kühler angebracht ist, als Halbleitermodul bezeichnet.
  • Herkömmlicherweise wird, um Wärme effizient abzustrahlen, eine isolierende Schaltungsplatine, an der eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterchips, die Wärmeerzeugungsquellen sind, lotgebondet ist, an einem Metallsubstrat aus Kupfer oder dergleichen mit einer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit (Wärmestrahlungsleistung) lotgebondet. Des Weiteren ist die Rückfläche des Metallsubstrats mit einer dazwischen angeordneten Wärmeleitpaste in engem Kontakt mit dem Kühler und an dem Kühler mit Schrauben und Muttern befestigt, welche durch im Umfang des Metallsubstrats gebildete Löcher gesteckt werden (Patentliteratur 1).
  • Außerdem wird der Vorgang des Anbringens der Halbleitermoduleinheit an dem Kühler im Allgemeinen von dem Anwender der Halbleitermoduleinheit durchgeführt. Im Allgemeinen verwenden viele Wärmestrahlungs-Metallsubstrate Kupfer oder Kupferlegierungen als ihr Hauptbestandteil und viele Kühler Aluminium oder Aluminiumlegierungen als ihr Hauptbestandteil. Die Wärmeleitkoeffizienten von Kupfer und Aluminium sind jeweils ungefähr 390 W/m·K und ungefähr 220 W/m·K. Dagegen fungiert die Wärmeleitpaste, da sie einen Wärmeleitkoeffizienten von nur ungefähr 1,0 W/m·K aufweist, als eine Komponente mit einem hohen Wärmewiderstand im Vergleich zur Wärmestrahlung von Leistungshalbleitermodulen. Daher ist ein Temperaturanstieg der Halbleiterchips wahrscheinlich und dementsprechend sinkt die zulässige Stromkapazität.
  • Neuerdings besteht ein zunehmendes Interesse für energiesparende und saubere Energie verwendende Technologien, wobei die Windenergieerzeugung und elektrische Automobile die führenden Technologien auf dem Markt sind. Ein für diese Anwendungen verwendetes Leistungshalbleitermodul verarbeitet hohe Ströme und muss möglichst viel der von Leistungshalbleiterchips erzeugten Wärmeenergie möglichst effizient an einen Kühler leiten, um die Wärme nach außen zu strahlen, damit eine kompakte äußere Form realisiert werden kann. Insbesondere wird in den Anwendungen für die elektrischen Automobile ein Wasserkühlverfahren als Kühlverfahren angewandt, um die Größe und das Gewicht weiter zu reduzieren. Außerdem wurde ein Halbleitermodul mit einem integrierten Kühler schon entwickelt und praktisch angewandt (Patentliteratur 2, 3 und 4). Das Halbleitermodul mit einem integrierten Kühler hat einen Aufbau, in dem eine isolierende Schaltungsplatine, auf der Halbleiterchips montiert sind, durch das Beseitigen der als eine Wärmewiderstandskomponente fungierenden Wärmeleitpaste und eines dicken und schweren Metallsubstrats, das eine große äußere Form aufweist, direkt an die Oberfläche eines wassergekühlten Kühlers gebondet ist. Als ein Verfahren zum direkten Bonden der isolierenden Schaltungsplatine, auf der Halbleiterchips montiert sind, mit dem Kühler wird im Allgemeinen ein Verfahren angewandt, welches ein Lotmaterial verwendet. Ein Aufbau, bei dem ein Harzrahmen, der den Umfang der Halbleiterchips und der isolierenden Halbleiterplatine umschließt, an dem Kühler mit Schrauben befestigt ist, ist ebenfalls bekannt (Patentliteratur 4).
    Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-288414
    Patentliteratur 2: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-226920
    Patentliteratur 3: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-142465
    Patentliteratur 4: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2008-218814
  • Allerdings muss in dem Verfahren, in dem die isolierende Schaltungsplatine, auf der Halbleiterchips montiert sind, und der Kühler direkt lotgebondet sind, der eine hohe Wärmekapazität aufweisende Kühler auf einen Schmelzpunkt (ungefähr 250°C bis 350°C) des Lotmaterials oder höher erwärmt werden, um die isolierende Schaltungsplatine mit Lot an den Kühler zu bonden. Daher erhöht sich die für die Durchführung des Lötvorgangs benötigte Zeit und sinkt die Produktionseffizienz. Außerdem muss, wenn die isolierende Schaltungsplatine an den Kühler unter Verwendung von Flussmittel lotgebondet wird, das an dem schweren und sperrigen Kühler anhaftende Flussmittel weggespült werden, wodurch die Betriebseffizienz abnimmt.
  • Des Weiteren muss, nachdem eine isolierende Schaltungsplatine, auf der eine Mehrzahl von Halbleiterchips montiert ist, an einen Kühler lotgebondet wurde, wenn die Schaltungen auf den Halbleiterchips oder der isolierenden Schaltungsplatine durch Drahtbonden angeschlossen werden, der Vorgang des Drahtbondens in einem Zustand durchgeführt werden, in dem der Kühler an die isolierende Schaltungsplatine gebondet ist. Da allerdings die Ausbreitung der zum Realisieren der drahtgebondeten Verbindung erforderlichen Ultraschallwellen wahrscheinlich nicht ausreicht, können Bonding-Defekte auftreten. Ferner kann, wenn die Leistung der Ultraschallwellen erhöht wird, um die Bonding-Defekte zu vermeiden, die Beschädigung der Halbleiterchips zunehmen.
  • Wie vorstehend beschrieben hat der Aufbau, in dem die Halbleiterchips, nachdem die isolierende Schaltungsplatine durch das Beseitigen der Wärmeleitpaste und des wärmestrahlenden Metallsubstrats direkt an den Kühler gebondet wurde, zum Reduzieren der Größe und des Gewichtes des Halbleitermoduls an die isolierende Schaltungsplatine gebondet werden, das Problem, dass die Ausbeute abnehmen kann und die Herstellungskosten steigen können.
  • Außerdem wird in einem Aufbau, in dem eine mit Harz vergossene Halbleitermoduleinheit ohne wärmestrahlendes Metallsubstrat hergestellt wird und die Halbleitermoduleinheit zum Bilden eines Halbleitermoduls direkt an einen Kühler lotgebondet wird, eine zu einem Abschnitt der Bodenfläche der Halbleitermoduleinheit frei liegende Metalloberfläche auf der Rückfläche einer isolierenden Schaltungsplatine an die Oberfläche des Kühlers lotgebondet. Der Bereich des gelöteten, den Kühler berührenden Abschnitts auf der Bodenfläche der Halbleitermoduleinheit ist kleiner als der des wärmestrahlenden Metallsubstrates, und der Harzabschnitt um den Bonding-Abschnitt ist nicht an dem Kühler angebracht. Daher ist es wahrscheinlich, dass eine Beschädigung vom Umfang des Lot-Bonding-Abschnitts ausgehend fortschreitet.
  • Außerdem können die Herstellungskosten steigen, da der Aufbau, in dem der den Umfang der Halbleiterchips umschließende Harzrahmen und die isolierende Schaltungsplatine an dem Kühler mit Schrauben befestigt werden, einen Schrauben-Befestigungsvorgang erforderlich macht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitermoduleinheit bereitzustellen, die hinsichtlich der Größe klein und leicht ist, eine ausgezeichnete Wärmestrahlungsleistung aufweist, eine hohe Ausbeute ergibt und einfach herzustellen ist, und ein Halbleitermodul bereitzustellen, in dem die Halbleitermoduleinheit mit einem Kühler integriert ist.
  • Zur Lösung der Aufgabe enthält ein Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung: ein Halbleiterelement; eine isolierende Schaltungsplatine, welche auf einer der Hauptoberflächen eines Isoliersubstrats ein mit dem Halbleiterelement elektrisch verbundenes Schaltungselement und ein auf der anderen Hauptoberfläche des Isoliersubstrats angeordnetes erstes Metallelement hat; ein zweites Metallelement, das auf einer Seite eines äußeren Randes des ersten Metallelements angeordnet ist und zumindest teilweise weiter zu einer Außenseite hin als das Isoliersubstrat angeordnet ist; einen Vergussharzabschnitt, der das Halbleiterelement, die isolierende Schaltungsplatine und das zweite Metallelement in einem Zustand, in welchem ein Teil des ersten Metallelements und ein Teil des zweiten Metallelements freiliegen, versiegelt; einen Kühler; ein erstes Bonding-Element, welches den Kühler und das erste Metallelement bondet; und ein zweites Bonding-Element, welches den Kühler und das zweite Metallelement bondet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Halbleitermoduleinheit bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Größe klein und leicht ist, eine ausgezeichnete Wärmestrahlungsleistung aufweist, eine hohe Ausbeute ergibt und einfach zu montieren ist, und ein Halbleitermodul bereitzustellen, in dem die Halbleitermoduleinheit mit einem Kühler integriert ist.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung sind das erste Metallelement und das zweite Metallelement vorzugsweise voneinander getrennt.
  • Gemäß dieser Konfiguration breitet sich ein Riss in dem zweiten Bonding-Element selten zum ersten Bonding-Material aus, welches von dem zweiten Bonding-Element getrennt ist, und ein Bonding-Abschnitt mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit kann gebildet werden.
  • Alternativ sind in dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung eine Grenzfläche des ersten Bonding-Elements und eine Grenzfläche des zweiten Bonding-Elements vorzugsweise auf einer Hauptoberfläche des Kühlers verbunden.
  • Da der Bonding-Bereich so weit wie möglich erweitert werden kann, ist es gemäß dieser Konfiguration möglich, das Bonding zwischen dem ersten und dem zweiten Metallelement und dem Kühler zu festigen.
  • Alternativ deckt in dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung vorzugsweise das zweite Metallelement zumindest einen Teil einer Seitenfläche des Vergussharzabschnitts ab.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird die Fläche des Teils des zweiten Metallelements, welche in engem Kontakt mit dem Vergussharzabschnitt ist, vergrößert und der Effekt der Verstärkung des an den Kühler gebondeten Teils und der Verstärkung der äußeren Form des Vergussharzabschnitts kann erhalten werden.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung weist das zweite Metallelement eine Rahmenform auf, die eine äußere Form des Vergussharzabschnitts verstärkt.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann, da das zweite Metallelement an jeder Seite des Vergussharzabschnitts angeordnet ist, eine Verformung der äußeren Form des Vergussharzabschnitts unterdrückt werden.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine unebene Oberfläche auf einer Oberfläche des zweiten Metallelements, die in Kontakt mit dem Vergussharzabschnitt ist, vorgesehen.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Haftfestigkeit zwischen dem zweiten Metallelement und dem Vergussharzabschnitt zu verbessern.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung sind das erste Bonding-Element und das zweite Bonding-Element vorzugsweise Metall-Bondingmaterialien, die kein Blei enthalten.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, ein umweltschonendes, bleifreies Halbleitermodul bereitzustellen.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung sind das erste Bonding-Element und das zweite Bonding-Element vorzugsweise Metall-Bondingmaterialien, die kein Blei enthalten und verschiedene Zusammensetzungen haben.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, für die Bondingposition geeignete Zusammensetzungen auszuwählen und Bonding mit ausgezeichneter Kühlleistung bei niedrigen Kosten zu realisieren.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist eine unebene Oberfläche vorzugsweise auf einer Oberfläche des zweiten Metallelements gebildet, die in Kontakt mit dem zweiten Bonding-Element ist.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Bonding-Festigkeit zwischen dem zweiten Metallelement und dem zweiten Bonding-Element zu verbessern.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist das erste Bonding-Element vorzugsweise ein Metall-Bondingmaterial, das kein Blei enthält, und das zweite Bonding-Element vorzugsweise ein thermoplastisches Harz oder ein duroplastisches Harz.
  • Da das zweite Bonding-Element ein thermoplastisches Harz oder ein duroplastisches Harz ist, ist gemäß dieser Konfiguration das Auftreten einer Kriechverformung wahrscheinlicher als in einem Bonding-Element, das aus einem Metallmaterial wie Lot gebildet ist. Daher wird das zweite Bonding-Element selten beschädigt.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist das erste Bonding-Element vorzugsweise ein Element, in welches Silberteilchen gesintert sind.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird die Wärmeleitfähigkeit erhöht und die Kühleffizienz erhöht.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine Metallschicht, die ausgewählt ist aus einer Nickel-Plattierungsschicht, einer Gold-Plattierungsschicht, einer Silber-Plattierungsschicht, einer Zinn-Plattierungsschicht und einer Kupfer-Plattierungsschicht, vorzugsweise auf einer Oberfläche des zweiten Metallelements vorgesehen, die in Kontakt mit dem zweiten Bonding-Element ist.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Bonding-Festigkeit zwischen dem zweiten Metallelement und dem zweiten Bonding-Element zu verbessern.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine Metallschicht, die ausgewählt ist aus einer Nickel-Plattierungsschicht, einer Gold-Plattierungsschicht, einer Silber-Plattierungsschicht, einer Zinn-Plattierungsschicht und einer Kupfer-Plattierungsschicht, vorzugsweise auf einer Oberfläche des Kühlers vorgesehen, die in Kontakt mit dem zweiten Bonding-Element ist.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Bonding-Festigkeit zwischen dem Kühler und dem zweiten Bonding-Element zu verbessern.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine Metallschicht, die ausgewählt ist aus einer Gold-Plattierungsschicht und einer Silber-Plattierungsschicht, vorzugsweise in einem Teil des Kühlers, der in Kontakt mit dem ersten Bonding-Element ist, und einem Teil des ersten Metallelements vorgesehen, der in Kontakt mit dem ersten Bonding-Element ist.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Wärmeübertragungsleistung von dem ersten Metallelement zum Kühler zu verbessern.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist das Isoliersubstrat vorzugsweise eine Keramikplatine, die hauptsächlich aus mindestens einem Keramikmaterial gebildet ist, das ausgewählt ist aus Aluminiumoxiden, Siliciumnitriden und Aluminiumnitriden.
  • Da das Isoliersubstrat eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann gemäß dieser Konfiguration die Wärmestrahlungsleistung verbessert werden. Wenn die Wärmestrahlungsleistung verbessert werden kann, ist es möglich, die Arbeitsleistung des Halbleiterelements zu verbessern, da das Halbleiterelement bei höheren Temperaturen betrieben werden kann.
  • In dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung ist das zweite Metallelement vorzugsweise hauptsächlich aus mindestens einem Material gebildet ist, das ausgewählt ist aus Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Metallelements zu verbessern.
  • Eine Halbleitermoduleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: ein Halbleiterelement; eine isolierende Schaltungsplatine, welche auf einer der Hauptoberflächen eines Isoliersubstrats ein mit dem Halbleiterelement elektrisch verbundenes Schaltungselement und ein auf der anderen Hauptoberfläche des Isoliersubstrats angeordnetes erstes Metallelement hat; ein zweites Metallelement, das auf einer Seite des äußeren Randes des ersten Metallelements angeordnet ist und mindestens teilweise weiter zu einer Außenseite hin als das Isoliersubstrat angeordnet ist; und einen Vergussharzabschnitt, der das Halbleiterelement, die isolierende Schaltungsplatine und das zweite Metallelement in einem Zustand, in welchem ein Teil des ersten Metallelements und ein Teil des zweiten Metallelements freiliegen, versiegelt, wobei das erste Metallelement und das zweite Metallelement mit dem Kühler verbunden sind.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, eine zum Verbinden mit einem Kühler ideale Halbleitermoduleinheit einfach herzustellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Halbleitermoduleinheit, welche hinsichtlich ihrer Größe klein und leicht ist, eine ausgezeichnete Wärmestrahlungsleistung hat, eine hohe Ausbeute bereitstellt und einfach herzustellen ist, und ein Halbleitermodul bereitzustellen, in dem die Halbleitermoduleinheit mit einem Kühler integriert ist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Halbleitermoduls.
  • 3 ist eine Draufsicht einer Halbleitermoduleinheit von der Rückseite aus gesehen.
  • 4 ist ein Säulendiagramm, das das Ausmaß der in einem Lot-Bonding-Abschnitt gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftretenden Verzerrung darstellt.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Säulendiagramm, das das Ausmaß der in einem Lot-Bonding-Abschnitt gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftretenden Verzerrung darstellt.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Verstärkungsmetallplatine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aspekt eines Verstärkungsmetallelements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren Aspekt des Verstärkungsmetallelements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren Aspekt des Verstärkungsmetallelements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung
  • Im Folgenden werden die Ausführungsformen einer Halbleitermoduleinheit und eines Halbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben. In der Beschreibung der Ausführungsformen und der beigefügten Zeichnungen werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine redundante Beschreibung dieser wird verzichtet. Außerdem sind in den für die Beschreibung verwendeten beigefügten Zeichnungen die Elemente für die Einfachheit und Klarheit der Darstellung nicht in exaktem Maßstab und Dimensionsverhältnissen dargestellt. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, solange sie unter den Schutzumfang und den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung fällt.
  • [Erste Ausführungsform]
  • Eine erste Ausführungsform eines Halbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Querschnittsansicht in 1 ausführlich beschrieben. Ferner stellt die Querschnittsansicht in 2 ein Halbleitermodul mit einem herkömmlichen Aufbau dar, sodass der Unterschied zum Aufbau des Halbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform in 1 ersichtlich wird.
  • Im dem Halbleitermodul aus 1 ist eine Kupferschaltungsfolie 6 (Schaltungselement) oder Ähnliches an eine der Hauptoberflächen einer Keramikplatine 2 (Isoliersubstrat) gebondet, die hauptsächlich aus AlN, Si3N4 oder Al2O3 besteht, und ein Halbleiterelement 3 ist an einer erforderlichen Stelle auf der Kupferschaltungsfolie 6 lotgebondet. Eine Elektrode (nicht dargestellt) auf der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 3 und äußere Anschlüsse 4, die auf Kupferschaltungsfolien 6 vorgesehen sind, welche von der Kupferschaltungsfolie 6 getrennt sind, sind mittels eines Leitungsrahmens 5, eines Bonding-Drahts oder dergleichen verbunden (eine ausführliche Anschlussbeziehung ist in den Zeichnungen allerdings nicht dargestellt). Eine Kupferfolie oder Kupferplatine 7 (erstes Metallelement) ist an eine untere Oberfläche der Keramikplatine 2 gebondet, sodass ein Isolierabstand von der Keramikplatine 2 zur Kupferschaltungsfolie 6 auf der oberen Oberfläche beibehalten bleibt. Eine isolierende Schaltungsplatine 11, welche die Keramikplatine 2, die Kupferschaltungsfolie 6 auf der oberen Oberfläche und die Kupferplatine 7 auf der unteren Oberfläche enthält, das Halbleiterelement 3, die äußeren Anschlüsse 4 und der Leitungsrahmen 5 sind mit einem Vergussharz versiegelt. Die äußeren Anschlüsse 4 liegen an einem oberen Teil eines Vergussharzabschnitts 9 frei und die untere Oberfläche der Kupferplatine 7, die an die untere Oberfläche der isolierenden Schaltungsplatine 11 gebondet ist, liegt an dem unteren Teil des Vergussharzabschnitts 9 frei.
  • In dem Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine in der perspektivischen Ansicht in 7 dargestellte planare Verstärkungsmetallplatine 10a (zweites Metallelement) in einem Umfangsabschnitt angeordnet, der die Kupferplatine 7 umschließt, welche zur unteren Oberfläche des Vergussharzabschnitts 9 freiliegt, sodass sie von der Kupferplatine 7 in ihrer planaren Richtung getrennt ist, sodass mindestens deren untere Oberfläche aus dem Harzabschnitt freiliegt. Obwohl die Kupferplatine 7 und die untere Oberfläche der Verstärkungsmetallplatine 10a vorzugsweise bündig miteinander sind, können die beiden Platten aus dem bündigen Zustand verschoben sein, solange die Verschiebung von einem Bonding-Element ausgeglichen werden kann, das zum Bonden mit einem Kühler 1 verwendet wird, da die Verschiebung gemäß der Dicke des Bonding-Elements eingestellt werden kann. Außerdem kann die in 7 dargestellte Verstärkungsmetallplatine 10a vorzugsweise eine unebene Oberfläche oder eine aufgeraute Oberfläche auf der inneren Oberfläche der Verstärkungsmetallplatine haben, die mit dem Vergussharzabschnitt 9 in Kontakt ist, um die Haftfestigkeit zu verbessern.
  • Die Verstärkungsmetallplatine 10a ist durch ein zweites Bonding-Element 8b an die obere Oberfläche des Kühlers 1 gebondet, wenn die Kupferplatine 7 auf der Rückfläche der isolierenden Schaltungsplatine 11 durch ein erstes Bonding-Element 8a an die obere Oberfläche der Verstärkungsmetallplatine 10a und des Kühlers 1 gebondet wird. Das erste und das zweite Bonding-Element 8a und 8b können das gleiche Bonding-Element sein und können unterschiedliche Bonding-Elemente sein. Unter dem Gesichtspunkt einer Wärmestrahlungsleistung sind die Kupferplatine 7 und der Kühler 1 vorzugsweise durch ein Metall-Bonding-Element gebondet. Die Verstärkungsmetallplatine 10a und der Kühler 1 können ebenso wie durch das Metall-Bonding-Element durch einen organischen Klebstoff gebondet sein. Beispiele für einen organischen Klebstoff schließen ein thermoplastisches Harz oder ein duroplastisches Harz ein. Da gemäß einer solchen Konfiguration eine Kriechverformung wahrscheinlicher auftritt als in einem aus einem Metall-Material wie zum Beispiel Lot gebildeten Bonding-Element, wird das zweite Bonding-Element selten beschädigt. Das Bonding, welches die Verstärkungsmetallplatine 10a verwendet, hat eine Wirkung, die das Bonding zwischen der Kupferplatine 7 und dem Kühler 1 verstärkt. Als Ergebnis davon ist es möglich, das Problem zu lösen, dass eine Verschlechterung des Lot-Bonding-Abschnitts auf der Bodenfläche der herkömmlichen Halbleitermoduleinheit beträchtlich ist. Des Weiteren hat die Verstärkungsmetallplatine 10a eine den Vergussharzabschnitt selbst verstärkende Wirkung. Die Hauptkomponente der Verstärkungsmetallplatine 10a und des Kühlers 1 enthält vorzugsweise mindestens ein Material, das ausgewählt ist aus Kupfer, Aluminium, einer Kupferlegierung und einer Aluminiumlegierung.
  • Löcher 12, durch welche das Kühlmittel strömt, sind in dem Kühler 1 gebildet, und ein Kühlmitteleinlass und ein Kühlmittelauslass (nicht dargestellt) sind gebildet. Das von dem Kühlmittelauslass abgegebene Kühlmittel wird von einem Wärmetauscher außerhalb des Halbleitermoduls gekühlt und das gekühlte Kühlmittel strömt in den Kühlmitteleinlass. Eine Pumpe zum Pumpen des Kühlmittels ist in einer Leitung zum Verbinden des Kühlers und des Wärmetauschers vorgesehen.
  • Ein Verfahren zum Herstellen des Halbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
  • Zunächst wird ein Aufbau hergestellt, welcher den Halbleiterchip 3, wie zum Beispiel ein IGBT-Halbleiterelement oder ein FWD-Halbleiterelement, die äußeren Anschlüsse 4, den Leitungsrahmen 5 und die isolierende Schaltungsplatine 11 enthält, bei der die Kupferschaltungsfolie 6 (Schaltungselement) und die Kupferplatine 7 (erstes Metallelement) an die obere und untere Oberfläche (vordere Oberfläche und Rückfläche) der Keramikplatine 2 gebondet sind. In diesem Aufbau sind der Halbleiterchip 3 und die äußeren Anschlüsse 4 an die Kupferschaltungsfolie 6 (Schaltungselement) gelötet und der Leitungsrahmen 5 ist an die Oberflächenelektrode (nicht dargestellt) des Halbleiterchips 3 und an die Kupferschaltungsfolie 6 gelötet. Außerdem ist die 0,5 mm dicke, aus Kupfer gebildete planare Verstärkungsmetallplatine 10a auf einer Oberfläche des Aufbaus angeordnet, zu der die Kupferplatine 7 freiliegt, und unter Verwendung von Vergussharz wird zum Bilden einer Halbleitermoduleinheit ein Spritzpressvorgang durchgeführt. Alternativ kann der Aufbau in einem Harzgehäuse angeordnet sein, in dem die Verstärkungsmetallplatine 10a eingegossen ist, und ein Vergussharz kann zum Bilden einer Halbleitermoduleinheit in das Gehäuse gegossen werden. Die Hauptkomponente des Leitungsrahmens 5 enthält vorzugsweise Kupfer und als das Vergussharz ist ein epoxidbasiertes Harz, ein siliciumbasiertes Harz, ein PPS-(Polyphenylensulfid)Harz oder dergleichen bevorzugt. 3 ist eine Draufsicht, welche die Kupferplatine 7 auf der Rückfläche der isolierenden Schaltungsplatine 11 der Halbleitermoduleinheit nach dem Versiegeln durch Harz und eine freiliegende Oberfläche der Verstärkungsmetallplatine 10a darstellt. Der Vergussharzabschnitt 9 liegt zum Trennungsabschnitt zwischen der Kupferplatine 7 und der Verstärkungsmetallplatine 10a frei.
  • Anschließend werden beide Rückflächen der Kupferplatine 7 und der Verstärkungsmetallplatine 10a der Halbleitermoduleinheit und die obere Oberfläche (Nickel-Plattierungsoberfläche) des Kühlers 1, welcher hauptsächlich aus einer Aluminiumlegierung besteht, unter Verwendung eines Bonding-Elements gebondet.
  • Das Bonding-Element ist vorzugsweise ein umweltfreundliches bleifreies Bonding-Element. Speziell wird Sn-Sb-Lot bevorzugt.
  • Außerdem können das in dem ersten Bonding-Element verwendete Bonding-Material und das in dem zweiten Bonding-Element verwendete Bonding-Material unterschiedliche Zusammensetzungen haben. Das erste Bonding-Element hat vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit, kann das erste Metallelement und den Kühler mit hoher physischer Festigkeit bonden und ist vorzugsweise aus Zusammensetzungen gebildet, in denen ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel Silber beigemischt ist. Von dem zweiten Bonding-Element wird erwartet, dass es zumindest das erste Metallelement und den Kühler mit hoher physischer Festigkeit bonden kann, aber nicht speziell aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet sein muss. Zum Beispiel kann für das erste Bonding-Element silberhaltiges Lot verwendet werden und für das zweite Bonding-Element silberfreies Lot verwendet werden. Dadurch ist es möglich, eine erforderliche Kühlleistung zu erhalten und Kosten zu reduzieren.
  • Eine planare Lotplatte oder eine Lotpaste können als die beim Bonding verwendete Form des Lots verwendet werden. Die Lotpaste enthält Flussmittel und hat den Vorteil, dass die Bonding-Temperatur bei ihrer Verwendung im Vergleich zur Verwendung einer planaren Lotplatte gesenkt werden kann.
  • Bonding auf der Basis von Sn-Sb-Lot kann durch Bonding ersetzt werden, welches ein Ag-gesintertes Bonding-Element verwendet. Gemäß dieser Konfiguration wird die Wärmeleitfähigkeit verbessert und die Kühleffizienz erhöht.
  • Zumindest eine Plattierungsschicht, die ausgewählt ist aus einer Nickel-Plattierungsschicht, einer Gold-Plattierungsschicht, einer Silber-Plattierungsschicht, einer Zinn-Plattierungsschicht und einer Kupfer-Plattierungsschicht, ist vorzugsweise auf der oberen Oberfläche des Kühlers oder der Rückfläche der Kupferplatine 7 und der Verstärkungsmetallplatine 10a gebildet. Allerdings muss der praktische Schmelzpunkt eines Bonding-Elements zum Bonden der Halbleitermoduleinheit und des Kühlers niedriger sein als der Schmelzpunkt des Lot-Bonding-Elements in der Halbleitermoduleinheit. Dadurch können die Kupferplatine 7 auf der Rückfläche der isolierenden Schaltungsplatine 11, welche zur Rückfläche der Halbleitermoduleinheit frei liegt, und die Verstärkungsmetallplatine 10a, die am Umfang der Kupferplatine 7 angeordnet ist, an den Kühler 1 gelötet werden, ohne dass die bereits verlöteten Teile schmelzen.
  • Außerdem kann, wenn für das erste und das zweite Bonding-Element das gleiche Bonding-Element verwendet wird, ein Bonding-Element auf der oberen Oberfläche des Kühlers 1 in einem weiten Bereich ausgebreitet sein, der sich über beide Bereiche der frei liegenden Oberflächen der Kupferplatine 7 und der Verstärkungsmetallplatine 10a ausdehnt, und dann können die Kupferplatine 7 und die Verstärkungsmetallplatine 10a gebondet werden.
  • Im Folgenden wird die Auswirkung der unter dem Vergussharzabschnitt 9 auf dem Umfang der isolierenden Schaltungsplatine 11 eingebetteten Verstärkungsmetallplatine 10a beschrieben. 4 stellt ein Säulendiagramm dar, welches das Ausmaß der in dem Lot-Bonding-Abschnitt zwischen der Halbleitermoduleinheit und dem Kühler auftretenden Belastung (Verzerrung) für das Halbleitermodul mit der Verstärkungsmetallplatine 10a gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und für das herkömmliche Halbleitermodul ohne die Verstärkungsmetallplatine veranschaulicht. Die Belastung (Verzerrung) beträgt bei Abwesenheit der Verstärkungsmetallplatine 10a ungefähr 10%, während die Belastung (Verzerrung) bei Anwesenheit der Verstärkungsmetallplatine 10a ungefähr 5% beträgt. Daher ist ersichtlich, dass die auftretende Belastung in dem Halbleitermodul der vorliegenden Erfindung, welche die Verstärkungsmetallplatine 10a hat, um ungefähr die Hälfte reduziert wird. Daher kann durch Einbetten der Verstärkungsmetallplatine 10a die auftretende Belastung (Verzerrung) reduziert und die Lebensdauer des Lot-Bonding-Abschnitts verlängert werden.
  • Da in der ersten Ausführungsform die Kupferplatine (erstes Metallelement) 7 und die Verstärkungsmetallplatine (zweites Metallelement) 10a getrennt sind, breitet sich auch dann, wenn ein Riss in dem zweiten Bonding-Element 8b unter der Verstärkungsmetallplatine (zweites Metallelement) 10a auftritt, der Riss selten bis zum ersten Bonding-Element 8a unter der Kupferplatine (erstes Metallelement) 7 aus. Außerdem ist es auch dann, wenn eine Belastung aufgrund des Unterschieds zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Elemente auftritt, welche aus der während des Betriebes des Halbleitermoduls erzeugten Wärme resultiert, und die Belastung einen Zustand erzeugt, in dem eine Verwerfung in der isolierenden Schaltungsplatine auftritt, möglich, Beständigkeit gegen die Verwertungsbelastung zu schaffen, indem das zweite Metallelement auf der Außenseite anstatt auf der unteren Oberfläche des Vergussharzabschnitts angeordnet wird, sodass es mit dem Kühler gebondet wird.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Eine zweite Ausführungsform des Halbleitermoduls der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die Querschnittsansicht in 5 genauer beschrieben. In dem Halbleitermodul der zweiten Ausführungsform ist zumindest ein Teil einer Seitenfläche des Vergussharzabschnitts 9 der Halbleitermoduleinheit mit einem Verstärkungsmetallelement 10b abgedeckt. 8 stellt die perspektivische Ansicht des Verstärkungsmetallelements 10b dar. Das Verstärkungsmetallelement 10b hat die Form eines Rahmens aus Metall (Kupfer). Wenn das Verstärkungsmetallelement 10b mit einer solchen Form verwendet wird, wird der Bereich des Teils des Verstärkungsmetallelements 10b, welcher in engem Kontakt mit dem Vergussharzabschnitt 9 ist, wie in 5 dargestellt vergrößert. Daher ist es möglich, einen Effekt der Verstärkung des an den Kühler 1 gebondeten Teils und der Verstärkung der äußeren Form des Vergussharzabschnitts 9 zu erhalten und die Zuverlässigkeit der Halbleitermoduleinheit weiter zu verbessern.
  • 6 stellt ein Säulendiagramm dar, welches das Ausmaß der Belastung (Verzerrung) darstellt, die in dem Lot-Bonding-Abschnitt zwischen der Halbleitermoduleinheit und dem Kühler in dem Halbleitermodul mit der Verstärkungsmetallplatine 10a gemäß der ersten Ausführungsform und dem Halbleitermodul mit dem Verstärkungsmetallelement 10b, welches gemäß der zweiten Ausführungsform einen L-förmigen aufgerichteten Abschnitt am Umfang hat, auftritt. Die in der planaren Verstärkungsmetallplatine 10a auftretende Belastung (Verzerrung) beträgt ungefähr 5%, während die in dem Verstärkungsmetallelement 10b, welches den L-förmigen aufgerichteten Abschnitt hat, auftretende Belastung (Verzerrung) ungefähr 2% beträgt. Daher kann die Verzerrung des Bonding-Abschnitts weiter reduziert werden.
  • Daher hat das Verstärkungsmetallelement zum Verstärken des Vergussharzabschnitts vorzugsweise Formen wie die, die in den perspektivischen Ansichten in den 8, 9 und 10 dargestellt sind. 8 stellt eine Form dar, in der der äußerste Umfang der in 7 dargestellten planaren Verstärkungsmetallplatine 10a senkrecht aufgerichtet ist und entlang der Außenkante des Vergussharzabschnitts aufrecht steht. Die Höhe des aufrechten Teils kann entsprechend so ausgewählt werden, dass sie gleich der oder kleiner als die Höhe des Vergussharzabschnitts ist. 9 stellt eine Form dar, die alle Seiten eines rechteckigen, quaderförmigen Vergussharzabschnitts verstärkt, der die in 7 dargestellte planare Verstärkungsmetallplatine 10a als Sockel verwendet. 10 stellt einen Aufbau eines Verstärkungsmetallelements 10d dar, welches eine durch Stanzen planarer Abschnitte des Verstärkungsmetallelements 10b mit der in 8 dargestellten Form erzielte Form aufweist, um das Gewicht zu reduzieren. Obwohl in 10 kreisförmig gestanzte Löcher gebildet sind, muss das Loch nicht kreisförmig sein.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Eine dritte Ausführungsform des Halbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die Querschnittsansicht aus 11 näher beschrieben. Das Halbleitermodul der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform insofern, als ein zweites Metallelement 10e mit dem ersten Metallelement 7 in Kontakt ist und das zweite Metallelement 10e nicht mit dem Isoliersubstrat 2 in Kontakt ist. Um einen Kriechstrom-Isolierabstand zwischen dem Schaltungselement 6 und dem zweiten Metallelement 10e sicherzustellen, ist das erste Metallelement 7 vorzugsweise dicker als das aus 1, sodass der Kriechstrom-Isolierabstand in einem Bereich erhöht wird, in dem das Schaltungselement am Umfangsende des Isoliersubstrats nicht gebildet ist. Verschiedene modifizierte Beispiele der in 8 bis 10 dargestellten zweiten Metallelemente 10b bis 10d können für das zweite Metallelement 10e der dritten Ausführungsform angewandt werden.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Eine vierte Ausführungsform des Halbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die Querschnittsansicht aus 12 genauer beschrieben. Die Halbleiterschicht der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform insofern, als ein zweites Metallelement 10f sowohl mit dem ersten Metallelement 7 als auch mit dem Isoliersubstrat 2 in Kontakt ist. Um einen Kriechstrom-Isolierabstand zwischen dem Schaltungselement 6 und dem zweiten Metallelement 10f sicherzustellen, ist es bevorzugt, dass der Kriechstrom-Isolierabstand in einem Bereich, in dem das Schaltungselement 6 an dem Umfangsende des Isoliersubstrats 2 nicht gebildet ist, größer ist als der der ersten und dritten Ausführungsform. Verschiedene modifizierte Beispiele der in 8 bis 10 dargestellten zweiten Metallelemente 10b bis 10d können für das zweite Metallelement 10f der vierten Ausführungsform angewandt werden.
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform ist ein neues Verstärkungsmetallelement, in dem eine Verstärkungsmetallplatine angeordnet ist, in der unteren Oberfläche der Keramikplatine am Umfang der isolierenden Schaltungsplatine vorgesehen oder in dem die Keramikplatte umgebenden Umfangsabschnitt vorgesehen, an dem herkömmlicherweise die untere Seite des Vergussharzabschnitts 9 und die obere Oberfläche des Kühlers 1 miteinander in Kontakt sind. Daher ist es möglich, das Lot-Bonding mit der Oberfläche des Kühlers 1 zu verstärken. Als Resultat wird die Bonding-Festigkeit des Lot-Bonding-Abschnitts in dem freiliegenden Teil der Kupferplatine unter der isolierenden Schaltungsplatine erhöht, die Bonding-Verzerrung gesenkt und kann die Zuverlässigkeit des Bonding erhöht werden.
  • Außerdem werden die hergestellten Halbleitermoduleinheiten basierend auf einem Test der elektronischen Merkmale überprüft und können nur Produkte an den Kühler 1 gebondet werden, die nicht fehlerhaft sind. Da nur fehlerfreie Produkte montiert werden, ist die Ausbeute hoch. Da während des Bondings die Halbleitermoduleinheit und der Kühler durch Vergrößern eines Lot-Bonding-Bereichs unter Verwendung eines der herkömmlichen Technik ähnlichen Lots gebondet werden können, ist es möglich, ein Leistungshalbleitermodul mit einem integrierten Kühler bereitzustellen, welches durch einfache und effiziente Prozesse hergestellt werden kann und welches eine ausgezeichnete Wärmestrahlungsleistung aufweist. Da ferner ein Herstellungsverfahren verwendet wird, bei dem eine kleine Halbleitermoduleinheit hergestellt wird und dann diese an einen Kühler gebondet wird, ist es möglich, die elektrische Kapazität des Halbleitermoduls zu vergrößern oder zu verringern und den Freiheitsgrad einer Schaltungskonfiguration in der Halbleitermoduleinheit zu erhöhen. Daher ist es möglich, eine kleine Halbleitermoduleinheit mit einer hohen Strahlungsleistung und hoher Stromkapazität und ein Halbleitermodul mit einem integrierten Kühler bereitzustellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kühler
    2
    Keramikplatine (Isoliersubstrat)
    3
    Halbleiterchip
    4
    äußerer Anschluss
    5
    Leitungsrahmen
    6
    Kupferschaltungsfolie
    7
    Kupferplatine (erstes Metallelement)
    8a
    erstes Bonding-Element
    8b
    zweites Bonding-Element
    8c
    zweites Bonding-Element
    9
    Vergussharzabschnitt
    10a
    Verstärkungsmetallplatine (zweites Metallelement)
    10b
    Verstärkungsmetallelement (zweites Metallelement)
    10c
    Verstärkungsmetallelement (zweites Metallelement)
    10d
    Verstärkungsmetallelement (zweites Metallelement)
    10e
    Verstärkungsmetallelement (zweites Metallelement)
    10f
    Verstärkungsmetallelement (zweites Metallelement)
    11
    isolierende Schaltungsplatine
    12
    Loch, durch welches das Kühlmittel des Kühlers strömt

Claims (17)

  1. Halbleitermodul, enthaltend: ein Halbleiterelement; eine isolierende Schaltungsplatine, welche auf einer der Hauptoberflächen eines Isoliersubstrats ein mit dem Halbleiterelement elektrisch verbundenes Schaltungselement und ein auf der anderen Hauptoberfläche des Isoliersubstrats angeordnetes erstes Metallelement hat; ein zweites Metallelement, das auf der Seite eines äußeren Randes des ersten Metallelements angeordnet ist und zumindest teilweise weiter zu einer Außenseite hin als das Isoliersubstrat angeordnet ist; einen Vergussharzabschnitt, der das Halbleiterelement, die isolierende Schaltungsplatine und das zweite Metallelement in einem Zustand, in welchem ein Teil des ersten Metallelements und ein Teil des zweiten Metallelements freiliegen, versiegelt; einen Kühler; ein erstes Bonding-Element, welches den Kühler und das erste Metallelement verbindet; und ein zweites Bonding-Element, welches den Kühler und das zweite Metallelement verbindet.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das erste Metallelement und das zweite Metallelement voneinander getrennt sind.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Grenzfläche des ersten Bonding-Elements und eine Grenzfläche des zweiten Bonding-Elements auf einer Hauptoberfläche des Kühlers verbunden sind.
  4. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das zweite Metallelement zumindest einen Teil einer Seitenfläche des Vergussharzabschnitts abdeckt.
  5. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das zweite Metallelement eine Rahmenform aufweist, die eine äußere Form des Vergussharzabschnitts verstärkt.
  6. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei eine unebene Oberfläche auf einer Oberfläche des zweiten Metallelements, die in Kontakt mit dem Vergussharzabschnitt ist, gebildet ist.
  7. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das erste Bonding-Element und das zweite Bonding-Element Metall-Bondingmaterialien sind, die kein Blei enthalten.
  8. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das erste Bonding-Element und das zweite Bonding-Element Metall-Bondingmaterialien sind, die kein Blei enthalten und unterschiedliche Zusammensetzungen haben.
  9. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei eine unebene Oberfläche auf einer Oberfläche des zweiten Metallelements, die in Kontakt mit dem zweiten Bonding-Element ist, gebildet ist.
  10. Halbleitermodul nach Anspruch 9, wobei das erste Bonding-Element ein Metall-Bondingmaterial ist, das kein Blei enthält, und das zweite Bonding-Element ein thermoplastisches Harz oder ein duroplastisches Harz ist.
  11. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das erste Bonding-Element ein Element ist, in welches Silberteilchen gesintert sind.
  12. Halbleitermodul nach Anspruch 7 oder 8, wobei mindestens eine Metallschicht, die ausgewählt ist aus einer Nickel-Plattierungsschicht, einer Gold-Plattierungsschicht, einer Silber-Plattierungsschicht, einer Zinn-Plattierungsschicht und einer Kupfer-Plattierungsschicht, auf einer Oberfläche des zweiten Metallelements vorgesehen ist, die in Kontakt mit dem zweiten Bonding-Element ist.
  13. Halbleitermodul nach Anspruch 7 oder 8, wobei mindestens eine Metallschicht, die ausgewählt ist aus einer Nickel-Plattierungsschicht, einer Gold-Plattierungsschicht, einer Silber-Plattierungsschicht, einer Zinn-Plattierungsschicht und einer Kupfer-Plattierungsschicht, auf einer Oberfläche des Kühlers vorgesehen ist, die in Kontakt mit dem zweiten Bonding-Element ist.
  14. Halbleitermodul nach Anspruch 7 oder 8, wobei mindestens eine Metallschicht, die ausgewählt ist aus einer Gold-Plattierungsschicht und einer Silber-Plattierungsschicht, auf einem Teil des Kühlers, der in Kontakt mit dem ersten Bonding-Element ist, und einem Teil des ersten Metallelements vorgesehen ist, das in Kontakt mit dem ersten Bonding-Element ist.
  15. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das Isoliersubstrat eine Keramikplatine ist, die hauptsächlich aus mindestens einem Keramikmaterial gebildet ist, das ausgewählt ist aus Aluminiumoxiden, Siliciumnitriden und Aluminiumnitriden.
  16. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das zweite Metallelement hauptsächlich aus mindestens einem Material gebildet ist, das ausgewählt ist aus Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen.
  17. Mit einem Kühler verbundenes Halbleitermodul, enthaltend: ein Halbleiterelement; eine isolierende Schaltungsplatine, welche auf einer der Hauptoberflächen eines Isoliersubstrats ein mit dem Halbleiterelement elektrisch verbundenes Schaltungselement und ein auf der anderen Hauptoberfläche des Isoliersubstrats angeordnetes erstes Metallelement hat; ein zweites Metallelement, das auf der Seite eines äußeren Randes des ersten Metallelements angeordnet ist und zumindest teilweise weiter zu einer Außenseite hin als das Isoliersubstrat angeordnet ist; einen Vergussharzabschnitt, der das Halbleiterelement, die isolierende Schaltungsplatine und das zweite Metallelement in einem Zustand, in welchem ein Teil des ersten Metallelements und ein Teil des zweiten Metallelements freiliegen, versiegelt, wobei das erste Metallelement und das zweite Metallelement mit dem Kühler verbunden sind.
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