DE112015000513T5 - Elektrodenanschluss, Halbleitereinrichtung für elektrische Energie sowie Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie - Google Patents

Elektrodenanschluss, Halbleitereinrichtung für elektrische Energie sowie Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie Download PDF

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Junji Fujino
Yutaka Yoneda
Shohei Ogawa
Soichi SAKAMOTO
Mikio Ishihara
Miho Nagai
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Ein Elektrodenanschluss (62) weist Folgendes auf: ein erstes ausgezogenes Teilstück (621), das an eine Hauptelektrode zu bonden ist; sowie ein zweites ausgezogenes Teilstück (622), das in einer kontinuierlichen Weise von einem Endbereich, welcher der Hauptelektrode gegenüberliegend mit einem Zwischenraum dazwischen zu positionieren ist, bis zu einem anderen Endbereich, der mit einem externen Stromkreis zu verbinden ist, aus einem Plattenelement gebildet ist, so dass ein Bereich in dem ersten ausgezogenen Teilstück (621), der benachbart zu einem an die Hauptelektrode zu bondenden Bereich ist, in dem einen Endbereich an eine der Hauptelektrode gegenüberliegende Oberfläche (622f) gebondet ist; wobei das erste ausgezogene Teilstück (621) so gebildet ist, dass der an die Hauptelektrode zu bondende Bereich entfernt von der gegenüberliegenden Oberfläche (622f) liegt; und wobei ein Öffnungsbereich(622a), welcher der Hauptelektrode entspricht, in dem zweiten ausgezogenen Teilstück (622) ausgebildet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektrodenanschluss zum Verbinden einer Hauptelektrode auf der vorderen Stirnseite eines Halbleiterelements für elektrische Energie mit einem externen Stromkreis, auf eine Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, sowie auf ein Herstellungsverfahren für eine derartige Einrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Für Produkte von industriellen Vorrichtungen bis zu Elektronikgeräten für den häuslichen Bereich/Informationsterminals sind Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie weit verbreitet, und in Bezug auf Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie, die in Elektronikgeräte für den häuslichen Bereich zu montieren sind, ist es erforderlich, dass sie eine hohe Produktivität und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, die es ihnen ermöglicht, bei einer breiten Vielfalt von Produkten und kompakt und mit geringem Gewicht hergestellt werden. Gleichzeitig ist es außerdem erforderlich, dass sie eine Packungskonfiguration aufweisen, die bei Siliciumcarbid(SiC)-Halbleitern verwendbar ist, die in Zukunft äußerst wahrscheinlich Mainstream gehen, da ihre Betriebstemperatur hoch ist und sie hinsichtlich der Effizienz ausgezeichnet sind.
  • Da Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie mit einer hohen Spannung und einem großen Strom arbeiten, war es bei ihnen allgemein üblich, eine Mehrzahl von Bondingdrähten, die jeweils aus Aluminium etc. bestehen und die zum Beispiel bis zu Ø 0,5 mm dick sind, mit einer Hauptelektrode auf der vorderen Stirnseite von jedem der Halbleiterelemente für elektrische Energie zu verdrahten, um dadurch eine elektrische Schaltung zu bilden.
  • Im Gegensatz dazu verbreiten sich zwecks Verbesserung der Produktivität etc. Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie, bei denen ein Verdrahtungselement, das aus einer Metallplatte gebildet ist, wie beispielsweise einem Leiterrahmen, und die Hauptelektrode unter Verwendung eines Lots zusammen gebondet werden, und Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie, bei denen ein Aluminium-Band mit einer großen Breite mittels Ultraschall an die Hauptelektrode gebondet wird.
  • Das Aluminium-Band weist im Vergleich zu dem Bondingdraht einen größeren Querschnitt auf, was es leicht macht, die Stromkapazität zu erhöhen, während die Produktivität verbessert wird. Wenn dessen Länge jedoch zu groß wird, so wird die Wärmeerzeugung hoch, wie bei dem Bondingdraht. Aus diesem Grund kann es nicht direkt von der Hauptelektrode in den Außenraum herausgezogen werden, und somit ist es erforderlich, dass es unter Verwendung einer aus Kupfer bestehenden Sammelschiene durch eine Verbindung mit einer keramischen Leiterplatte mit einem externen Anschluss verbunden wird.
  • Dies resultiert in einer Vergrößerung der keramischen Leiterplatte, und somit nehmen die Kosten zu; darüber hinaus wird das Modul insgesamt groß, so dass ein Problem dahingehend besteht, dass eine thermische Spannung aufgrund eines Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Metallelement und einem anderen ebenfalls zunimmt, so dass die Zuverlässigkeit auch in dem gebondeten Bereich nachteilig beeinflusst wird.
  • In dem Fall indessen, in dem ein Hartlöt-Material verwendet wird, wie beispielsweise ein Lot, ist es notwendig, da die Oberflächenelektroden von Halbleiterelementen meistens aus Aluminium bestehen, eine Oberfläche der Hauptelektrode mit einem Metall zu metallisieren, das mit dem Lot mittels eines Kupfer- oder Nickel-Platierprozesses oder dergleichen gebondet werden kann, was zu komplizierten Prozessen führt.
  • Insofern hat man ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Plattier-Streifen, der in einer Bogenform ausgebildet ist, mittels Ultraschall-Bonden auf die Hauptelektrode gebondet wird und mittels Löten an eine Elektrodenplatte gebondet wird (zum Beispiel Patentdokument 1).
  • LITERATURLISTE
  • PATENTDOKUMENT
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2011-216 822 A (Abs. [0024] bis [0032], 1 und 2)
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Bei diesem herkömmlichen Verfahren ist jedoch ein Schritt erforderlich, bei dem das Lot zugeführt wird, und darüber hinaus besteht ein Problem dahingehend, dass der gebondete Bereich von der Elektrodenplatte bedeckt ist, so dass es schwierig ist, den gebondeten Zustand zu prüfen. Um zu erreichen, dass die Bogenform des Bands zu dem Zeitpunkt des Bondens mit einem Lot selbsterhaltend ist, ist es des Weiteren erforderlich, dass dessen Dicke groß ist, so dass ein Problem hinsichtlich einer Schädigung des Halbleiterelements für elektrische Energie besteht, die von dem Ultraschall-Bonden oder einem Schneiden des Bands verursacht wird.
  • Insbesondere ist der Einfluss groß, wenn ein Material mit einer hohen Steifigkeit geschnitten wird, wie das Plattier-Band, so dass es notwendig ist, das Band nach dessen Verbindung mit der Leiterplatte durchzuschneiden, um den Einfluss auf die Hauptelektrode zu vermeiden. Auch in diesem Fall wird somit das Modul groß, da ein zusätzlicher Raum für die Verbindung des Plattier-Bands auf der Leiterplatte erforderlich ist, so dass ein Problem dahingehend besteht, dass die thermische Spannung zunimmt und dadurch die Zuverlässigkeit verschlechtert wird.
  • Diese Erfindung wurde konzipiert, um die Probleme, wie vorstehend beschrieben, zu lösen, und ihre Aufgabe besteht in der Angabe einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, bei der es nicht erforderlich ist, die Hauptelektrode zu metallisieren, und die einen großen Strom handhaben kann sowie äußerst zuverlässig ist.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
  • Bei einem Elektrodenanschluss gemäß der Erfindung handelt es sich um einen Elektrodenanschluss zum Verbinden einer Hauptelektrode eines Halbleiterelements für elektrische Energie mit einem externen Stromkreis, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er Folgendes aufweist: ein erstes ausgezogenes Teilstück, das an die Hauptelektrode zu bonden ist; sowie ein zweites ausgezogenes Teilstück, das in einer kontinuierlichen Weise von einem Endbereich, welcher der Hauptelektrode gegenüberliegend mit einem Zwischenraum dazwischen zu positionieren ist, bis zu einem anderen Endbereich, der mit dem externen Stromkreis zu verbinden ist, aus einem Plattenelement gebildet ist, so dass ein Bereich in dem ersten ausgezogenen Teilstück, der benachbart zu einem Bereich ist, der an die Hauptelektrode zu bonden ist, an eine gegenüberliegende Oberfläche der Hauptelektrode in dem einen Endbereich gebondet ist; wobei das erste ausgezogene Teilstück so gebildet ist, dass sich der an die Hauptelektrode zu bondende Bereich entfernt von der gegenüberliegenden Oberfläche befindet; und wobei ein Öffnungsbereich oder ein herausgeschnittener Bereich, welcher der Hauptelektrode entspricht, in dem zweiten ausgezogenen Teilstück ausgebildet ist.
  • Des Weiteren ist eine Halbleitereinrichtung für elektrische Energie gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist: eine Leiterplatte; ein Halbleiterelement für elektrische Energie, das auf die Leiterplatte gebondet ist, sowie den vorstehend erwähnten Elektrodenanschluss, der sich in einem Zustand befindet, in dem eine Hauptelektrode des Halbleiterelements für elektrische Energie und das erste ausgezogene Teilstück zwischen ihren Basismaterialien zusammen gebondet sind.
  • Des Weiteren handelt es sich bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie gemäß der Erfindung um ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend erwähnten Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes aufweist: einen Schritt, bei dem das Halbleiterelement für elektrische Energie auf die Leiterplatte gebondet wird; einen Schritt, bei dem der Elektrodenanschluss an der Leiterplatte befestigt wird, während der Öffnungsbereich und die Hauptelektrode so positioniert werden, dass sie aufeinander abgestimmt sind; sowie einen Schritt, bei dem eine Schablone durch den Öffnungsbereich eingesetzt wird, um dadurch das erste ausgezogene Teilstück mittels Ultraschall-Bonden oder Vakuum-Druck-Bonden an die Hauptelektrode zu bonden.
  • AUSWIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Auch wenn die Hauptelektrode nicht metallisiert ist, ist es mit dem Elektrodenanschluss gemäß der Erfindung möglich, eine Haupt-Stromleitung zu bilden, die einen großen Strom handhaben kann, während der Einfluss auf das Halbleiterelement für elektrische Energie ohne Bereitstellen eines zusätzlichen Zwischenraums auf der Leiterplatte unterbunden wird, so dass eine Halbleitereinrichtung für elektrische Energie angegeben werden kann, die einen großen Strom handhaben kann und äußerst zuverlässig ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen sind:
  • 1A und 1B eine Draufsicht beziehungsweise eine Querschnittsansicht, um Konfigurationen eines Elektrodenanschlusses und einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 2 eine perspektivische Ansicht, um Konfigurationen des Elektrodenanschlusses und der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 3A bis 3D Querschnittsansichten bei jeweiligen Schritten, um ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenanschlusses und der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 4A bis 4D Teil-Querschnittsansichten bei jeweiligen Schritten, um ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenanschlusses gemäß einem modifizierten Beispiel von Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 5 eine Draufsicht, um Konfigurationen eines Elektrodenanschlusses und einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß einem modifizierten Beispiel von Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 6 eine Querschnittsansicht, um Konfigurationen eines Elektrodenanschlusses und einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß dem modifizierten Beispiel von Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 7 eine Querschnittsansicht, um Konfigurationen eines Elektrodenanschlusses und einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß einem modifizierten Beispiel von Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 8 eine Draufsicht, um Konfigurationen eines Elektrodenanschlusses und einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß einem modifizierten Beispiel von Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 9 eine Querschnittsansicht, um Konfigurationen eines weiteren Elektrodenanschlusses und einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern;
  • 10A und 10B eine Draufsicht beziehungsweise eine Querschnittsansicht, um Konfigurationen eines Elektrodenanschlusses und einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zu erläutern.
  • AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
  • AUSFÜHRUNGSFORM 1
  • 1 bis 3 sind Schaubilder, um Konfigurationen sowie ein Herstellungsverfahren für einen Elektrodenanschluss und eine Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zu erläutern, in denen in 1A eine Draufsicht auf die Halbleitereinrichtung für elektrische Energie in einem Zustand gezeigt ist, in dem das abdichtende Harz entfernt ist, und in 1B eine Querschnittsansicht der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie gezeigt ist, deren Schnittposition einer Linie A-A in 1A entspricht.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie in einem Zustand, in dem das abdichtende Harz entfernt ist. Des Weiteren sind in den 3A bis 3D Querschnittsansichten bei jeweiligen Schritten gezeigt, um ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenanschlusses und der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie zu erläutern, die denselben verwendet.
  • Des Weiteren sind in den 4A bis 4D Teil-Querschnittsansichten bei jeweiligen Schritten gezeigt, um ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenanschlusses gemäß einem (ersten) modifizierten Beispiel zu erläutern. Des Weiteren sind 5 bis 8 Schaubilder, um Konfigurationen von Elektrodenanschlüssen und Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie jeweils gemäß einem (zweiten bis fünften) modifizierten Beispiel zu erläutern. 5 ist eine Draufsicht, um den Elektrodenanschluss und die Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel in einem Zustand zu erläutern, in dem das abdichtende Harz entfernt ist.
  • 6 bis 8 sind Querschnittsansichten, um Konfigurationen für die Elektrodenanschlüsse und die Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie, welche dieselben verwenden, gemäß dem dritten bis fünften modifizierten Beispiel zu erläutern. 9 ist eine Draufsicht, um Konfigurationen eines weiteren Elektrodenanschlusses und einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die denselben verwendet, gemäß Ausführungsform 1 in einem Zustand zu erläutern, in dem das abdichtende Harz entfernt ist. Es ist anzumerken, dass Schnittpositionen in den vorstehenden Querschnittsansichten und Teil-Querschnittsansichten jeweils einer Linie A-A in 1A entsprechen.
  • Bei einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie 1 gemäß Ausführungsform 1, wie in 1 und 2 gezeigt, sind Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 mittels einer Substrat-Bondverbindung mit einer leitfähigen Schicht 2a einer keramischen Leiterplatte 2 verbunden (aneinandergefügt), das heißt einer Leiterplatte, wobei ein Lot 4 verwendet wird(Sn-Ag-Cu: Schmelzpunkt 219 °C).
  • Als keramische Leiterplatte 2 wird ein keramisches Basiselement 2i mit Abmessungen von 50 mm × 25 mm × 0,635 mm verwendet, das aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht und auf dessen beiden Seiten leitfähige Schichten 2a, 2b aus Kupfer jeweils mit einer Dicke von 0,4 mm ausgebildet sind. Die Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 sind Elemente, die SiC verwenden, bei dem es sich um ein Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke handelt; als Schaltelement wird hier ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, Bipolartransistor mit einem isolierten Gate) 3S verwendet, der eine Dicke von 0,25 mm aufweist und eine rechteckige Plattenform von 15 mm im Quadrat besitzt, und als Gleichrichterelement wird eine Diode 3R verwendet, die eine Dicke von 0,25 mm aufweist und eine rechteckige Plattenform von 13 mm × 15 mm besitzt.
  • Ein Elektrodenanschluss 62, der ein Merkmal dieser Erfindung darstellt, ist unter den jeweiligen Hauptelektroden der Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 an Hauptelektroden an der Vorderseite gebondet, die eine Emitter-Elektrode 3e des IGBT 3S aufweisen. Des Weiteren ist ein Leiteranschluss 61, der aus einer Kupfer-Platte mit einer Breite von 5 mm × einer Dicke von 0,7 mm besteht, auf die leitfähige Schicht 2a gebondet, an die Rückseiten-Elektroden gebondet sind, die eine Kollektor-Elektrode 3c des IGBT 3S aufweisen.
  • Die keramische Leiterplatte 2 ist innerhalb eines Gehäuses 8 positioniert und befestigt, das aus einem PPS(Polyphenylensulfid)-Harz besteht, wobei ein Haftmittel 9 so verwendet wird, dass ein Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und einem Bereich des keramischen Basiselements 2i damit abgedichtet ist. Es ist anzumerken, dass der Leiteranschluss 61, der Elektrodenanschluss 62 sowie Signalanschlüsse 52 jeweils mittels Umspritzen in dem Gehäuse 8 gebildet werden, und Endbereiche 61c, 62c des Leiteranschlusses 61 und des Elektrodenanschlusses 62, die an einem oberen Bereich des Gehäuses 8 freiliegen (in der Figur in dem rechten oberen Bereich), sind jeweils als Schraub-Anschluss mit einer Mutter ausgebildet. Des Weiteren sind Endbereiche 52t der Signalanschlüsse 52, die an einem oberen Bereich des Gehäuses 8 freiliegen (in der Figur in dem linken oberen Bereich), jeweils in der Form eines Stifts ausgebildet.
  • Der Elektrodenanschluss 62 ist mit einem zweiten ausgezogenen Teilstück 622 mit einer Dicke von 0,7 mm, das aus Kupfer besteht, und einem ersten ausgezogenen Teilstück 621 mit einer Dicke von 0,2 mm konfiguriert, das dünner als das zweite ausgezogene Teilstück 622 ist, aus Aluminium besteht und auf eine Oberfläche des zweiten ausgezogenen Teilstücks 622 gebondet ist. Das zweite ausgezogene Teilstück 622 ist zu dem Zeitpunkt des Umspritzens teilweise in dem Gehäuse 8 eingebettet, um daran befestigt zu werden, und ist derart angeordnet, dass dessen eine Endseite in dem Gehäuse 8 den Halbleiterelementen für elektrische Energie 3 (die eine gegenüberliegende Oberfläche 622f aufweisen) gegenüberliegend mit einem Zwischenraum dazwischen positioniert ist.
  • Des Weiteren weisen dessen Bereiche, die den Halbleiterelementen für elektrische Energie 3 gegenüberliegen, eine Breite von 12 mm auf, in denen Öffnungsbereiche 622a (jeweils 10 mm in der Breite × 8 mm in der Länge) an zwei Stellen ausgebildet sind, die den jeweiligen Hauptelektroden der zwei Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 (3S, 3R) entsprechen.
  • Das erste ausgezogene Teilstück 621 weist eine Breite von 8 mm und eine Gesamtlänge von 35 mm auf und ist entlang der Längsrichtung in der Mitte in Richtung der Breite der den Halbleiterelementen für elektrische Energie 3 gegenüberliegenden Oberfläche 622f an das zweite ausgezogene Teilstück 622 gebondet. Hierbei werden Bereiche über die Öffnungsbereiche 622a hinweg jeweils von der gegenüberliegenden Oberfläche (Ebene) 622f weg gebogen und werden mittels Ultraschall-Bonden an die jeweiligen Hauptelektroden der Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 gebondet.
  • Im Ergebnis ist mittels des Leiteranschlusses 61 und des Elektrodenanschlusses 62 ein Haupt-Stromkreis 6 zwischen den Halbleiterelementen für elektrische Energie 3 und einem externen Stromkreis ausgebildet. Des Weiteren ist eine Gate-Elektrode 3g (1 mm × 2 mm) des IGBT 3S und dergleichen mittels Bondingdrähten 51 mit den Signalanschlüssen 52 verbunden, um eine Signalschaltung 5 zu bilden. Des Weiteren wird das Innere des Gehäuses 8 in einer isolierenden Weise abgedichtet, indem ein Harz (ein Abdichtelement 7) hinein gefüllt wird, wobei es direkt eingebracht und dann mittels Erwärmen gehärtet wird.
  • Es ist anzumerken, dass das erste ausgezogene Teilstück 621 in einem Zustand vor einer Bildung des Abdichtelements 7 durch die Öffnungsbereiche 622a hindurch freiliegt, so dass die Öffnungsbereiche jeweils als ein Einsetzloch für eine Schablone dienen, die zu verwenden ist, wenn das erste ausgezogene Teilstück 621 mittels Ultraschall an die Hauptelektroden gebondet wird. Aus diesem Grund wird die vorstehend erwähnte Haftverbindung der keramischen Leiterplatte 2 an dem Gehäuse 8 durchgeführt, so dass die Positionen der Öffnungsbereiche 622a auf die Positionen der Hauptelektroden abgestimmt sind.
  • Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie 1 gemäß Ausführungsform 1, das ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenanschlusses 62 beinhaltet.
  • Wie in 3A gezeigt, wird zunächst das Gehäuse 8, das mit dem Leiteranschluss 61, den Signalanschlüssen 52 und darüber hinaus mit dem ausgezogenen Teilstück 622 des Elektrodenanschlusses 62 integriert ist, mittels Umspritzen gebildet. Wie in 3B gezeigt, wird dann das Gehäuse 8 in einem umge-drehten Zustand so auf einer Basis 902 angeordnet, dass die gegenüberliegende Oberfläche 622f nach oben weist.
  • Unter Verwendung einer Ultraschall-Bond-Vorrichtung 901 wird ein Bonden des ersten ausgezogenen Teilstücks 621 auf das zweite ausgezogene Teilstück 622 derart durchgeführt, dass das erste ausgezogene Teilstück 621 bei Betrachtung von der Unterseite aus durch die Öffnungsbereiche 622a hindurch zu sehen ist, um dadurch den Elektrodenanschluss 62 zu bilden.
  • Wie in 3C gezeigt, wird dann das Gehäuse 8 unter Verwendung des Haftmittels 9 an der keramischen Leiterplatte 2 befestigt, auf welcher der IBGT 3S und die Diode 3R mittels Löten mit einer Substrat-Bondverbindung angebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich vorspringende Bereiche 621b in dem ersten ausgezogenen Teilstück 621 über die Öffnungsbereiche 622a hinweg, die von der gegenüberliegenden Oberfläche 622f entfernt angeordnet sind, in Kontakt mit den Hauptelektroden des IGBT 3S und der Diode 3R.
  • Dann wird die Ultraschall-Bond-Vorrichtung 901 in einem Zustand, in dem die Hauptelektroden nach oben weisen, in den Öffnungsbereich 622a eingesetzt, um dadurch das erste ausgezogene Teilstück 621 einzeln mittels Ultraschall-Bonden an die Hauptelektroden des IGBT 3S und die Diode 3R zu bonden. Da sich der Leiteranschluss 61 und die leitfähige Schicht 2a auf der keramischen Leiterplatte ferner ebenfalls miteinander in Kontakt befinden, werden sie mittels Ultraschall aneinander gebondet.
  • Wie in 3D gezeigt, wird dann unter Verwendung des Bondingdrahts 51 ein Bonden zwischen der Gate-Elektrode 3g des IGBT 3S und der Signalelektrode 52 durchgeführt. Schließlich wird das Harz (das Abdichtelement 7) durch direktes Einbringen eingefüllt, um eine isolierende Abdichtung herzustellen. Dies stellt die Halbleitereinrichtung für elektrische Energie 1 fertig, wie sie in 1B gezeigt ist.
  • Das Bonden des ersten ausgezogenen Teilstücks 621, bei dem es sich um ein Aluminium-Band handelt, an den IGBT 3S und die Diode 3R wird nicht auf einmal durchgeführt, sondern wird unter Verwendung der Ultraschall-Bond-Vorrichtung 901, deren Press-Fläche kleiner als die Fläche der Elektrode ist, an jedem von mehreren Punkten durchgeführt. Auch wenn eine Neigung zwischen dem ersten ausgezogenen Teilstück 621 und der Hauptelektrode auftritt, macht es dies möglich zu unterbinden, dass ihre Bond-Qualität unstabil wird.
  • Es ist anzumerken, dass der Leiteranschluss 61, ähnlich wie das zweite ausgezogene Teilstück 622, dicker als das erste ausgezogene Teilstück 621 ist und außerdem eine höhere Steifigkeit als dieses aufweist; da es sich jedoch bei dem Gegenstand, an den er zu bonden ist, nicht um die Hauptelektrode handelt, sondern um die leitfähige Schicht 2a, kann die Leistung bei dem Bonden ohne Rücksicht auf den Einfluss erhöht werden, und das Bonden kann auf diese Weise erfolgen.
  • Es ist anzumerken, dass für das Bonden zwischen dem zweiten ausgezogenen Teilstück 622 und dem ersten ausgezogenen Teilstück 621 ein Fall gezeigt wird, bei dem ein Ultraschall-Bonden verwendet wird; ein ähnlicher Effekt wird jedoch auch mit Druck-Bonden, Punktschweißen, Laser-Schweißen, Löten, Haft-Bonden unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Haftmittels oder dergleichen erreicht.
  • Ferner wird ein Fall gezeigt, bei dem das Bonden zwischen dem zweiten ausgezogenen Teilstück 622 und dem ersten ausgezogenen Teilstück 621 durchgeführt wird, nachdem das zweite ausgezogene Teilstück 622 einem Umspritzen in dem Gehäuse 8 unterzogen worden ist; das erste ausgezogene Teilstück 621 kann jedoch an das zweite ausgezogene Teilstück 622 gebondet werden, um den Elektrodenanschluss 62 zu bilden, bevor es einem Umspritzen unterzogen wird.
  • Wenngleich ferner Ultraschall-Bonden für das Bonden des ersten ausgezogenen Teilstücks 621 an die Hauptelektrode als Beispiel erläutert worden ist, ist dies nicht beschränkend. Das Bond-Verfahren kann eines sein, bei dem eine Schablone auf eine Oberfläche auf der anderen Seite der zu bondenden Oberfläche gebracht wird oder diese mit Laserlicht etc. bestrahlt wird, um ein Bonden zwischen ihren Basismaterialien zu bewirken, wie beispielswiese Vakuum-Druck-Bonden, Laser-Schweißen oder dergleichen.
  • Wenngleich die Öffnungsbereiche 622a so ausgebildet sind, dass eine Öffnung einer Hauptelektrode entspricht, ist es somit möglich, so zu konfigurieren, dass Schlitze oder mehrere Öffnungen jener einen Elektrode entsprechen, solange die vorstehend erwähnte Schablone eingesetzt oder das Laserlicht etc. durch diese hindurch eingestrahlt werden kann.
  • Des Weiteren ist für das zweite ausgezogene Teilstück 622 des Elektrodenanschlusses 62 und den Leiteranschluss 61 ein Fall gezeigt, bei dem jene verwendet werden, die aus Kupfer (einer Platte) bestehen; durch Verwenden eines Plattenelements, das aus Aluminium oder einem CIC (Kupfer-Invar-Plattierelement) besteht, kann jedoch ein ähnlicher Effekt erzielt werden. Des Weiteren kann ein ähnlicher Effekt ebenfalls erzielt werden, auch wenn sie in einer flexiblen Metall-Folien-Form vorliegen, wenn sie so gefertigt sind, dass sie eine Steifigkeit bis zu einem Grad aufweisen, bei dem das erste ausgezogene Teilstück (Band) gestützt werden kann, indem es zum Beispiel an beiden Enden in Bezug auf das Gehäuse gestützt wird.
  • Wenngleich ferner ein Fall gezeigt worden ist, bei dem die Anschlussbereiche 61c, 62c jeweils als Schraub-Anschluss mit Verwendung einer Mutter ausgebildet sind, wird ein ähnlicher Effekt erzielt, wenn sie als ein Schweiß-Anschluss unter Eliminierung einer Mutter ausgebildet sind. Als Material des ersten ausgezogenen Teilstücks 621 ist ein Material erstrebenswert, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul als das zweite ausgezogene Teilstück 622 aufweist, um zu dem Zeitpunkt des Bondens zwischen ihren Basismaterialien keinen Einfluss auf die Hauptelektrode auszuüben; auch wenn es sich um ein Kupfer-Band handelt, entsteht jedoch kein Problem, wenn die Vorrichtung verwendet wird, die in der Lage ist, den Einfluss zu steuern. Ferner ist es erstrebenswert, dass dessen Form dünner (oder hinsichtlich des Durchmessers schmaler) als jene des zweiten ausgezogenen Teilstücks 622 ist; dies ist jedoch nicht wesentlich, wenn das Element kein Problem hinsichtlich seiner Beständigkeit gegenüber dem Einfluss aufweist.
  • Wenngleich ein Fall gezeigt worden ist, bei dem der IGBT 3S als Schaltelement verwendet wird, kann es auch ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) sein. Ferner ist irgendeines von Elementen einer Vielzahl von Typen als Diode 3R einsetzbar, die eine SBD (Schottky-Barrieren-Diode) und dergleichen aufweisen. Darüber hinaus ist die Anzahl von Elementen nicht auf zwei beschränkt und kann größer als diese sein oder kann Eins sein.
  • Wenngleich des Weiteren ein Fall gezeigt worden ist, bei dem Aluminiumoxid als keramisches Basiselement 2i verwendet wird, wird ein ähnlicher Effekt auch erzielt, wenn Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid oder dergleichen verwendet wird. Wenngleich ferner ein Fall gezeigt worden ist, bei dem Kupfer als leitfähige Schicht 2a verwendet wird, wird ein ähnlicher Effekt auch erzielt, wenn Aluminium verwendet wird. Wenngleich ferner ein Fall gezeigt worden ist, bei dem das Lot 4 für die Substrat-Bondverbindung zwischen dem Halbleiterelement für elektrische Energie 3 und der keramischen Leiterplatte 2 verwendet wird, wird ein ähnlicher Effekt auch erzielt, wenn ein elektrisch leitfähiges Haftmittel, bei dem Silber-Füllmaterialien in einem Epoxidharz verteilt sind, oder ein Niedertemperatur-Einbrand-Bondmaterial verwendet wird, bei dem Silber-Nanopartikel eingesetzt werden. Darüber hinaus ist eine derartige Art des Bondens auch auf das Bonden zwischen dem Leiteranschluss 61 und der keramischen Leiterplatte 2 anwendbar.
  • Wenngleich ferner ein Fall gezeigt worden ist, bei dem ein PPS als Material für das Gehäuse 8 verwendet wird, kann eine weitere Verbesserung der Wärmebeständigkeit erwartet werden, wenn ein LCP (Liquid-Crystal Polymer, Flüssigkristall-Polymer) verwendet wird. Wenngleich ferner ein Fall gezeigt worden ist, bei dem das Abdichtelement 7 durch Verwenden eines Harzes für ein direktes Einbringen gebildet wird, wird ein ähnlicher Effekt auch durch Abdichten unter Verwendung eines Silikon-Gels erzielt.
  • ERSTES MODIFIZIERTES BEISPIEL
  • (HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR EINEN ELEKTRODENANSCHLUSS)
  • Bei den vorstehenden Beispielen sind Fälle gezeigt, bei denen das aus einer Kupfer-Platte gebildete zweite ausgezogene Teilstück und das aus einem Aluminium-Band gebildete erste ausgezogene Teilstück, die separate Elemente waren, aneinander gebondet werden, um den Elektrodenanschluss zu bilden; dies ist jedoch nicht beschränkend. Der Elektrodenanschluss kann zum Beispiel aus einem Kupfer-Aluminium-Plattier-Element gebildet werden, indem es einem Ätzprozess und/oder einem mechanischen Abspanen unterzogen wird, um eine Entfernung nur von Kupfer zu bewirken. Bei diesem modifizierten Beispiel, das als ein erstes modifiziertes Beispiel angegeben wird, erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens, bei dem das Kupfer-Aluminium-Plattier-Element unter Verwendung eines Ätzprozesses zu dem Elektrodenanschluss bearbeitet wird.
  • Als ein Material für ein Bilden des Elektrodenanschlusses 62 wird ein Kupfer-Aluminium-Plattier-Element 62M verwendet, bei dem eine Kupfer-Schicht 62m mit einer Dicke von 0,7 mm und eine Aluminium-Schicht 62e mit einer Dicke von 0,2 mm, die dünner als die Kupfer-Schicht 62m ist, laminiert werden, wie in 4A gezeigt. Wie in 4B gezeigt, wird zunächst eine spezifizierte Fläche der Kupfer-Schicht 62m mittels Ätzen entfernt, um den Öffnungsbereich 622a zu bilden. Dann werden Schlitze 621s, welche die Aluminium-Schicht 62e jeweils durchdringen, an beiden Seiten in Richtung der Breite innerhalb eines Bereichs der Aluminium-Schicht 62e gebildet, der durch den Öffnungsbereich 622a hindurch freiliegt, wie in 4C gezeigt.
  • Danach wird ein Bereich, der sandwichartig zwischen den Schlitzen 621s angeordnet ist, von der gegenüberliegenden Oberfläche 622f entfernt angeordnet, um dadurch den vorspringenden Bereich 621b zu bilden, wie in 4D gezeigt, und ein Bereich auf der Seite, die in dem Gehäuse 8 einzubetten ist, wird einem Biegen oder dergleichen unterzogen, so dass der Elektrodenanschluss 62 fertiggestellt ist.
  • Hierbei werden die Kupfer-Schicht 62m mit einer Dicke von 0,7 mm und die Aluminium-Schicht 62e mit einer Dicke von 0,2 mm als Materialien für die Herstellung des Elektrodenanschlusses 62 verwendet; es gibt jedoch keine spezielle Beschränkung für ihre Dicken, und ein ähnlicher Effekt wird erzielt, wenn die vorstehenden Dicken des Kupfers und des Aluminiums umgekehrt werden.
  • ZWEITES MODIFZIERTES BEISPIEL
  • (KONFIGURATION DES ELEKTRODENANSCHLUSSES)
  • Bei den vorstehenden Beispielen sind Fälle gezeigt, bei denen das erste ausgezogene Teilstück aus einem einzelnen Aluminium-Band gebildet ist; dies ist jedoch nicht beschränkend. Bei diesem modifizierten Beispiel, das als ein zweites modifiziertes Beispiel angegeben wird, wie in 5 gezeigt, werden drei Aluminium-Bänder, die jeweils eine Breite von 2 mm aufweisen und parallel gebondet sind, als ein erstes ausgezogenes Teilstück 623 verwendet.
  • Auch wenn das Halbleiterelement für elektrische Energie 3 in einer geneigten Weise mit einer Substrat-Bondverbindung an der keramischen Leiterplatte 2 angebracht ist oder das Aluminium-Band in einer geneigten Weise an das zweite ausgezogene Teilstück 622 gebondet ist, wird es weniger wahrscheinlich, dass sie durch ihre relative Neigung beeinflusst werden, da die jeweiligen Aluminium-Bänder separat und jeweils an die Hauptelektrode gebondet sind. Somit kann eine in höherem Maße zuverlässige Halbleitereinrichtung für elektrische Energie 1 gebildet werden.
  • DRITTES MODIFIZIERTES BEISPIEL
  • (KONFIGURATION EINES ELEKTRODENANSCHLUSSES)
  • Bei den vorstehenden Beispielen sind Fälle gezeigt, bei denen das erste ausgezogene Teilstück aus einem Aluminium-Band (aus Aluminium-Bändern) gebildet ist; dies ist jedoch nicht beschränkend. Bei diesem modifizierten Beispiel, das als ein drittes modifiziertes Beispiel angegeben ist, wie in 6 gezeigt, sind anstelle des Aluminium-Bands (der Aluminium-Bänder) fünf gespannte Aluminium-Drähte mit jeweils Ø 5 mm als ein erstes ausgezogenes Teilstück 624 ausgebildet. Dies ermöglicht es, dass der gebondete Bereich stabiler hergestellt wird, und dies wird somit in dem Fall ein wirkungsvolles Instrument, in dem die Stromkapazität vergleichsweise klein relativ zu der Abmessung des Halbleiterelements für elektrische Energie 3 ist.
  • VIERTES MODIFIZIERTES BEISPIEL
  • (KONFIGURATION EINES ELEKTRODENANSCHLUSSES)
  • Bei den vorstehenden Beispielen wird für das Bonden des ersten ausgezogenen Teilstücks 621 an die Hauptelektroden das Ultraschall-Bonden als Beispiel erläutert; dies ist jedoch nicht beschränkend. Für das Bonden des ersten ausgezogenen Teilstücks an die Hauptelektroden kann ein Hartlöt-Material verwendet werden, wie beispielsweise ein Lot. Wie in 7 gezeigt, kann zum Beispiel auch ein Lötmaterial 41 verwendet werden, das an die Materialien der Hauptelektrode und des ersten ausgezogenen Teilstücks gebondet werden kann.
  • Wenn das Material der Hauptelektrode als Nickel oder Kupfer angegeben ist und ein erstes ausgezogenes Teilstück 625, das aus einem Kupfer-Band oder einem laminierten Aluminium-Kupfer-Plattier-Band gebildet ist, als das erste ausgezogene Teilstück angegeben ist, so ermöglicht es dies, eine Kupfer-Schicht 625C anzuordnen, die unter Verwendung des Lötmaterials 41 auf die zu bondende Seite gelötet werden kann, und eine Aluminium-Schicht 625A anzuordnen, die problemlos mittels Ultraschall-Bonden auf die Seite gebondet werden kann, die an das zweite ausgezogene Teilstück zu bonden ist, so dass die jeweiligen Verbindungen unter Verwendung eines herkömmlichen Lötmaterials auf der Basis von Zinn hergestellt werden können.
  • Ferner wird durch die Bildung eines Öffnungsbereichs 625a für jeden Bond-Bereich zwischen dem ersten ausgezogenen Teilstück 625 und der Hauptelektrode erreicht, dass das Lötmaterial problemlos zugeführt wird, so dass es möglich ist, zu unterbinden, dass überschüssiges Lot an der Peripherie herausströmt. Es ist zulässig, als Lötmaterial ein Bondmaterial zu verwenden, wie beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Haftmittel, eine Silber-Nanopaste oder dergleichen.
  • FÜNFTES MODIFIZIERTES BEISPIEL
  • (KONFIGURATION EINES ELEKTRODENANSCHLUSSES)
  • Bei den vorstehenden Beispielen sind Fälle gezeigt, bei denen das zweite ausgezogene Teilstück 622 verwendet wird, wie es mittels Umspritzen integral mit dem Gehäuse 8 gebildet wird; es kann jedoch eine gedruckte Leiterplatte aus Glas-Epoxid als das zweite ausgezogene Teilstück verwendet werden. Wie in 8 gezeigt, handelt es sich bei der gedruckten Leiterplatte 626 aus Glas-Epoxid um eine, bei der leitfähige Oberflächenschichten 626c, 626d, die aus Kupfer bestehen, auf den beiden Oberflächen einer Leiterplatte 626b aus Glas-Epoxid ausgebildet sind.
  • Ein ähnlicher Effekt wird erzielt, wenn die leitfähige Oberflächenschicht 626c auf der einen Seite der gedruckten Leiterplatte 626 aus Glas-Epoxid an das erste ausgezogene Teilstück 621 gebondet ist und das ausgezogene Teilstück 621, das an das zweite ausgezogene Teilstück 626c gebondet ist, unter Verwendung der Ultraschall-Bond-Vorrichtung durch jeden Öffnungsbereich 626a hindurch, der in der gedruckten Leiterplatte 626 aus Glas-Epoxid ausgebildet ist, an jede Hauptelektrode gebondet wird.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird es möglich, das Gehäuse zu vereinfachen, indem der Signalanschluss 52 auf der leitfähigen Oberflächenschicht 626d ausgebildet wird, die auf der zu der leitfähigen Oberflächenschicht 626c in der gedruckten Leiterplatte 626 aus Glas-Epoxid entgegengesetzten Seite angeordnet ist, gefolgt von einem Verbinden des Signalanschlusses mit der Gate-Elektrode 3g des IGBT 3S, wobei ein Bondingdraht 51 verwendet wird, um dadurch eine Signalschaltung 5 zu bilden.
  • Es ist anzumerken, dass bei der Ausführungsform 1, welche die jeweiligen modifizierten Beispiele beinhaltet, Fälle gezeigt sind, bei denen die vorspringenden Bereiche 621b (die auch 623b, 624b, 625b aufweisen), die jeweils den zwei Öffnungsbereichen 622a (die auch 626a beinhalten) entsprechen, unter Verwendung eines kontinuierlichen Bands oder Drahts gebildet sind, um eine Kontinuität der Schritte herzustellen; dies ist jedoch nicht beschränkend. Es ist zulässig, Bänder oder Drähte einzeln an die jeweiligen Öffnungsbereiche 622a (die auch 626a beinhalten) zu bonden.
  • Des Weiteren sind Fälle gezeigt, bei denen das erste ausgezogene Teilstück 621 (das auch 623, 624, 625 beinhaltet) so gebildet ist, dass es entlang des Strompfads über die Öffnungsbereiche 622a hinweg geht; dies ist jedoch nicht beschränkend. Es kann zum Beispiel so gebildet sein, dass es über die Öffnungsbereiche 622a (die auch 626a beinhalten) hinweg in der Richtung der Breite durch beide Seiten des zweiten ausgezogenen Teilstücks 622 (das auch 626 beinhaltet) hindurch geht.
  • Ferner sind die Öffnungsbereiche 622a (die auch 626a beinhalten) in dem zweiten ausgezogenen Teilstück 622 (das auch 626 beinhaltet) ausgebildet; dies ist nicht beschränkend. Wie in 9 gezeigt, wird zum Beispiel ein ähnlicher Effekt erzielt, auch wenn in einem zweiten ausgezogenen Teilstück 627 herausgeschnittene Bereiche 627a ausgebildet sind, jeweils ähnlich wie eine Form, bei der ein Ende des Öffnungsbereichs geöffnet ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist ein Elektrodenanschluss gemäß Ausführungsform 1 der Elektrodenanschluss 62, um die Hauptelektrode (zum Beispiel die Emitter-Elektrode 3e) auf der vorderen Stirnseite des Halbleiterelements für elektrische Energie 3 mit einem externen Stromkreis elektrisch zu verbinden, wobei der Elektrodenanschluss so konfiguriert ist, dass er Folgendes aufweist: das erste ausgezogene Teilstück 621 (das auch 623, 624, 625 beinhaltet), das an die Hauptelektrode zu bonden ist; sowie das zweite ausgezogene Teilstück 622 (das auch 626 beinhaltet), das in einer kontinuierlichen Weise von einem Endbereich, welcher der Hauptelektrode gegenüberliegend mit einem Zwischenraum dazwischen zu positionieren ist, bis zu einem anderen Endbereich, der mit dem externen Stromkreis zu verbinden ist, aus einem Plattenelement gebildet ist, das einen höheren Elastizitätsmodul als jenen des ersten ausgezogenen Teilstücks 621 aufweist (das auch 623, 624, 625 beinhaltet), so dass ein Bereich bei dem ersten ausgezogenen Teilstück 621 (das auch 623, 624, 625 beinhaltet), der benachbart zu einem Bereich (vorspringenden Bereichen 621b, 625b) ist, der an die Hauptelektrode zu bonden ist, an die der Hauptelektrode gegenüberliegende Oberfläche 622f (die auch 626f beinhaltet) in dem einen Endbereich gebondet ist; wobei das erste ausgezogene Teilstück 621 (das auch 623, 624, 625 beinhaltet) so ausgebildet ist, dass der Bereich (die vorspringenden Bereiche 621b, 625b), der an die Hauptelektrode zu bonden ist, entfernt von der gegenüberliegenden Oberfläche 622f ist (die auch 626f beinhaltet); und wobei der Öffnungsbereich 622a (der auch 626a beinhaltet), welcher der Hauptelektrode entspricht, in dem zweiten ausgezogenen Teilstück 622 ausgebildet ist (das auch 626 beinhaltet).
  • Somit ist es möglich, ohne eine Erhöhung des Widerstands des Elektrodenanschlusses in dem Strompfad von der Hauptelektrode zu dem externen Stromkreis ein Bonden zwischen den Basismaterialien durchzuführen, während ein Einfluss auf die Hauptelektrode unterbunden wird, so dass auf der Leiterplatte (der keramischen Leiterplatte 2) kein zusätzlicher Zwischenraum gebildet werden muss, obwohl eine Metallisierung etc. nicht notwendig ist. Dementsprechend kann die Halbleitereinrichtung für elektrische Energie angegeben werden, die einen großen Strom handhaben kann und äußerst zuverlässig ist.
  • Wenn und da das Element, welches das erste ausgezogene Teilstück 621 bildet (das auch 623, 624, 625 beinhaltet), dünner als das Element ist, welches das zweite ausgezogene Teilstück 622 bildet, ist es möglich, zwischen den Basismaterialien ein Bonden durchzuführen, während der Einfluss auf die Hauptelektrode in verlässlicherer Weise unterbunden wird.
  • Wenn und da das erste ausgezogene Teilstück 621 (das auch 623 beinhaltet) aus dem Aluminium-Band gebildet ist, kann der Elektrodenanschluss 62 problemlos gebildet werden.
  • Auch wenn das erste ausgezogene Teilstück 624 aus den Aluminium-Drähten gebildet ist, kann der Elektrodenanschluss 62 problemlos gebildet werden.
  • Wenn und da das erste ausgezogene Teilstück 625 aus dem Plattier-Band gebildet ist, ist es möglich, dessen Bonden unter Verwendung eines herkömmlichen Lötmaterials durchzuführen.
  • Wenn und da das zweite ausgezogene Teilstück 626 aus der gedruckten Leiterplatte aus Glas-Epoxid gebildet ist, ist es möglich, das Gehäuse zu vereinfachen.
  • Die Halbleitereinrichtung für elektrische Energie 1 gemäß Ausführungsform 1 weist Folgendes auf: die Leiterplatte (die keramische Leiterplatte 2); das Halbleiterelement für elektrische Energie 3, das auf die Leiterplatte (die keramische Leiterplatte 2) gebondet ist; sowie den vorstehend erwähnten Elektrodenanschluss 62, der sich in einem Zustand befindet, in dem die Hauptelektrode (zum Beispiel die Emitter-Elektrode 3e) auf der vorderen Stirnseite des Halbleiterelements für elektrische Energie und das erste ausgezogene Teilstück 621 (das auch 623, 624, 625 beinhaltet) zwischen ihren Basismaterialien zusammen gebondet sind. Somit kann die Halbleitereinrichtung für elektrische Energie angegeben werden, die einen großen Strom handhaben kann und äußerst zuverlässig ist.
  • Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie gemäß Ausführungsform 1 angegeben, das Folgendes beinhaltet: einen Schritt, bei dem das Halbleiterelement für elektrische Energie 3 auf die Leiterplatte (auf die keramische Leiterplatte 2) gebondet wird; einen Schritt, bei dem der Elektrodenanschluss 62 (oder das Gehäuse 8, das mit dem Anschluss versehen ist) an der Leiterplatte (der keramischen Leiterplatte 2) befestigt wird, während der Öffnungsbereich 622a und die Hauptelektrode (zum Beispiel die Emitter-Elektrode 3e) so positioniert werden, dass sie aufeinander abgestimmt sind; sowie einen Schritt, bei dem durch den Öffnungsbereich 622a hindurch (der auch 626a beinhaltet) eine Schablone (zum Beispiel die Ultraschall-Bond-Vorrichtung 901) eingesetzt wird oder Laserlicht eingestrahlt wird, um dadurch das erste ausgezogene Teilstück 621 (das auch 623, 624, 625 beinhaltet) mittels Ultraschall-Bonden, Vakuum-Druck-Bonden oder Laser-Schweißen an die Hauptelektrode zu bonden. Somit kann die Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die einen großen Strom handhaben kann und äußerst zuverlässig ist, problemlos hergestellt werden.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 2
  • Eine Halbleitereinrichtung für elektrische Energie gemäß Ausführungsform 2 entspricht der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, mit der Maßgabe, dass ihre Abdichtstruktur so modifiziert ist, dass ein Abdichtelement mittels eines Transfer-Formvorgangs gebildet wird. 10 ist ein Schaubild, um Konfigurationen eines Elektrodenanschlusses und eine Halbleitereinrichtung für elektrische Energie gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zu erläutern, welche denselben verwendet, wobei in 10A eine Draufsicht in einem Zustand gezeigt ist, bei dem das abdichtende Harz von der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie eliminiert ist, und in 10B eine Querschnittsansicht der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie gezeigt ist, deren Schnittposition einer Linie B-B in 10A entspricht.
  • Bei der Ausführungsform 2 ist die Struktur des ersten ausgezogenen Teilstücks in dem Elektrodenanschluss jenem ähnlich, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, welche die modifizierten Beispiele beinhaltet, so dass deren Beschreibung hier weggelassen wird. Ferner sind in den Figuren die gleichen Bezugszeichen für die Teilstücke angegeben, die äquivalent zu jenen bei der Ausführungsform 1 beschriebenen sind, so dass eine detaillierte Beschreibung hinsichtlich derartiger überlappender Teile hier weggelassen wird.
  • Bei der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie 1 gemäß Ausführungsform 2, wie in 10 gezeigt, sind außerdem die Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 unter Verwendung des Lots 4 (Sn-Ag-Cu: Schmelzpunkt 219 °C) mit einer Substrat-Bondverbindung an der leitfähigen Schicht 2a der keramischen Leiterplatte 2 angebracht, die eine Leiterplatte ist.
  • Als keramische Leiterplatte 2 wird das keramische Basiselement 2i mit einer Abmessung von 50 mm × 25 mm × 0,635 mm verwendet, das aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht und auf dessen beiden Seiten die leitfähigen Kupfer-Schichten 2a, 2b mit einer Dicke von jeweils 0,4 mm ausgebildet sind. Die Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 sind Elemente, die SiC verwenden, bei dem es sich um ein Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke handelt, und der IGBT 3S, der eine Dicke von 0,25 mm aufweist und eine rechteckige Plattenform mit 15 mm im Quadrat bildet, wird hierin als ein Schaltelement verwendet, und die Diode 3R, die eine Dicke von 0,25 mm aufweist und eine rechteckige Plattenform von 13 mm × 15 mm bildet, wird als ein Gleichrichterelement verwendet.
  • Das zweite ausgezogene Teilstück 622 (das in einem Bereich, an den das erste ausgezogene Teilstück gebondet ist, eine Breite von 12 mm aufweist), das ein Teilstück des Elektrodenanschlusses 62 ist, und der Leiteranschluss 61 (der eine Breite von 5 mm aufweist) sind zusammen mit dem Signalanschluss 52 (1 mm × 40 mm) jeweils in einer Form eines Leiterrahmens mit einer Dicke von 0,7 mm ausgebildet. In der gegenüberliegenden Oberfläche 622f des zweiten ausgezogenen Teilstücks 622 sind die Öffnungsbereiche 622a (jeweils 10 mm in der Breite × 8 mm in der Länge) an zwei Stellen ausgebildet, die den jeweiligen Hauptelektroden der Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 entsprechen.
  • Des Weiteren ist das Aluminium-Band mit einer Breite von 8 mm und einer Gesamtlänge von 35 mm entlang der Längsrichtung in der Richtung der Breite in der Mitte der gegenüberliegenden Oberfläche 622f an das zweite ausgezogene Teilstück 622 gebondet. Hierbei sind Bereiche über die Öffnungsbereiche 622a hinweg jeweils so gebogen, dass sie entfernt von der gegenüberliegenden Oberfläche 622f liegen, so dass das erste ausgezogene Teilstück 621 gebildet wird.
  • Dann werden die jeweiligen Hauptelektroden und das erste ausgezogene Teilstück 621 in einem Zustand, in dem die keramische Leiterplatte 2 und die Leiterrahmen zueinander positioniert und aneinander befestigt sind, mittels Ultraschall-Bonden aneinander gebondet, und der Leiterrahmen 61 wird an die leitfähige Schicht 2a gebondet. Dies bildet den Haupt-Stromkreis 6 zwischen den Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie 3 und dem externen Stromkreis. Ferner ist die Gate-Elektrode 3g (1 mm × 2 mm) des IGBT 3S und dergleichen mittels Bondingdrähten 51 mit den Signalanschlüssen 52 verbunden, um die Signalschaltung 5 zu bilden.
  • Dann wird in der keramischen Leiterplatte 2 die Oberflächenseite, an der die Halbleiterelemente für elektrische Energie 3 angebracht sind, mittels eines Transfer-Formvorgangs abgedichtet, um dadurch ein Abdichtelement 7 zu bilden. Dementsprechend sind die Schaltkreisteile, welche die Halbleitereinrichtungen für elektrische Energie 3 aufweisen, in einer isolierten Weise abgedichtet. Ferner sind der Elektrodenanschluss 62, der Leiteranschluss 61 und die Signalanschlüsse 52 mittels des Abdichtelements 7 an ihren Bereichen, die sich von ihren nach außen hin freiliegenden Endbereichen unterscheiden, vollständig fixiert.
  • Außerdem wird bei der Ausführungsform 2 das Bonden des ersten ausgezogenen Teilstücks 621, bei dem es sich um ein Aluminium-Band handelt (das außerdem die ersten ausgezogenen Teilstücke 623, 624 bei den in der Ausführungsform 1 gezeigten modifizierten Beispielen beinhaltet), an den IGBT 3S und die Diode 3R nicht auf einmal durchgeführt, sondern es wird an jedem von mehreren Punkten unter Verwendung der Ultraschall-Bond-Vorrichtung 901 durchgeführt, deren Druckfläche kleiner als die Fläche der Elektrode ist. Dies ermöglicht es, zu unterbinden, dass die Bond-Qualität unbeständig wird, auch wenn zwischen dem ersten ausgezogenen Teilstück 621 und der Hauptelektrode eine Neigung auftritt.
  • Des Weiteren ist für das Bonden zwischen dem zweiten ausgezogenen Teilstück 622 und dem ersten ausgezogenen Teilstück 621 ein Fall gezeigt, bei dem ein Ultraschall-Bonden verwendet wird; ein ähnlicher Effekt wird jedoch auch durch Druck-Bonden, Punktschweißen, Laser-Schweißen, Löten, Haft-Bonden unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Haftmittels oder dergleichen erzielt. Des Weiteren kann der Elektrodenanschluss, ähnlich wie bei dem ersten modifizierten Beispiel bei der Ausführungsform 1, aus einem Kupfer-Aluminium-Plattier-Element gebildet werden, indem er einem Ätzprozess und/oder einem mechanischen Abspanen unterzogen wird, um eine Entfernung nur von Kupfer zu bewirken.
  • Des Weiteren kann das Bond-Verfahren für das Bonden des ersten ausgezogenen Teilstücks 621 an die Hauptelektrode eines sein, bei dem eine Schablone auf eine Oberfläche auf der anderen Seite der zu bondenden Oberfläche gebracht wird oder Laserlicht etc. auf diese eingestrahlt wird, um ein Bonden zwischen ihren Basismaterialien zu bewirken, wie beispielsweise Vakuum-Druck-Bonden, Laser-Schweißen oder dergleichen. Wenngleich die Öffnungsbereiche 622a so gebildet sind, dass eine Öffnung einer Hauptelektrode entspricht, ist es somit auch bei der Ausführungsform 2 zulässig, so zu konfigurieren, dass Schlitze oder mehrere Öffnungen jener einen Elektrode entsprechen, solange die vorstehend erwähnte Schablone durch diese hindurch eingesetzt werden kann oder das Laserlicht eingestrahlt werden kann.
  • Ferner ist für das zweite ausgezogene Teilstück 622 des Elektrodenanschlusses 62 und den Leiteranschluss 61 ein Fall gezeigt, bei dem jene aus Kupfer (einer Platte) bestehenden verwendet werden; ein ähnlicher Effekt kann jedoch auch mittels Verwenden eines Plattenelements erzielt werden, das aus Aluminium oder einem CIC (Kupfer-Invar-Plattier-Element) besteht.
  • Wenngleich ferner ein Fall gezeigt worden ist, bei dem Aluminiumoxid als keramisches Basiselement 2i verwendet wird, kann ein ähnlicher Effekt auch erzielt werden, wenn Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid oder dergleichen verwendet wird. Wenngleich ferner ein Fall gezeigt worden ist, bei dem Kupfer als leitfähige Schicht 2a verwendet wird, kann ein ähnlicher Effekt auch erzielt werden, wenn Aluminium verwendet wird. Wenngleich ferner ein Fall gezeigt worden ist, bei dem das Lot 4 für die Substrat-Bondverbindung zwischen den Halbleiterelementen für elektrische Energie 3 und der keramischen Leiterplatte 2 verwendet wird, kann ein ähnlicher Effekt auch erzielt werden, wenn ein elektrisch leitfähiges Haftmittel, bei dem Silber-Füllmaterialien in einem Epoxid-Harz verteilt sind, oder ein Niedertemperatur-Einbrand-Bondmaterial verwendet wird, das Silber-Nanopartikel einsetzt. Darüber hinaus ist eine solche Art des Bondens auch auf das Bonden zwischen dem Leiterrahmen 61 und der keramischen Leiterplatte 2 anwendbar.
  • Es ist anzumerken, dass bei den vorstehenden jeweiligen Ausführungsformen Fälle beschrieben sind, bei denen SiC, bei dem es sich um ein Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke handelt, für das Halbleiterelement für elektrische Energie 3 verwendet wird; selbstverständlich kann die Erfindung jedoch auch auf ein übliches Element angewendet werden, das Silicium verwendet. Nichtsdestoweniger entsteht ein besonders bemerkenswerter Effekt, wenn ein sogenanntes Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke, das eine breitere Bandlücke aufweist als Silicium und das nicht nur von Siliciumcarbid, sondern auch von einem Material der Galliumnitrid(GaN)-Familie, von Diamant oder dergleichen repräsentiert wird, in dem Fall verwendet wird, in dem eine zulässige Stromrate hoch ist und ein Betrieb mit einer hohen Temperatur angenommen wird.
  • Dies liegt daran, dass die Dicke (die Querschnittsfläche), die für den Elektrodenanschluss 62 erforderlich ist, größer wird, so dass die Steifigkeit höher wird, und die Verschiebung aufgrund eines Unterschieds der linearen Ausdehnungskoeffizienten größer wird, da die Betriebstemperatur höher wird. Somit ist es möglich, einen Effekt dahingehend stärker anzuwenden, dass die Halbleitereinrichtung für elektrische Energie 1, die einen großen Strom handhaben kann und äußerst zuverlässig ist, gemäß der Konfiguration erzielt wird, bei der das erste ausgezogene Teilstück 621 (das auch das erste ausgezogene Teilstück 623, 624 bei den modifizierten Beispielen beinhaltet), das einem Ultraschall-Bonden zu unterziehen ist, mit dem zweiten ausgezogenen Teilstück 622 kombiniert wird, das dicker als das erste ausgezogene Teilstück 621 ist, wie vorstehend beschrieben.
  • Es wird nämlich möglich, eine Halbleitereinrichtung für elektrische Energie 1 mit einer hohen Leistungsfähigkeit zu erzielen, die einen Vorteil aus der Eigenschaft eines Halbleiters mit einer breiten Bandlücke zieht, wenn der Elektrodenanschluss 62 gemäß den jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird.
  • Es ist anzumerken, dass eine unbegrenzte Kombination der jeweiligen Ausführungsformen und eine geeignete Modifikation/ein Weglassen bei den Ausführungsformen bei der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden kann, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleitereinrichtung für elektrische Energie
    2
    keramische Leiterplatte (Leiterplatte)
    2a, 2b
    leitfähige Schicht
    2i
    keramisches Basiselement
    3
    Halbleiterelement für elektrische Energie
    4
    Lot (gebondeter Bereich)
    5
    Signalschaltung
    6
    Haupt-Stromkreis
    7
    Abdichtelement
    8
    Gehäuse
    9
    Haftmittel
    61
    Leiteranschluss
    62
    Elektrodenanschluss
    621, 623
    erstes ausgezogenes Teilstück
    624, 625
    erstes ausgezogenes Teilstück
    621b, 625b
    vorspringender Bereich
    622, 626
    zweites ausgezogenes Teilstück
    622a, 626a
    Öffnungsbereich
    622f, 626f
    gegenüberliegende Oberfläche
    901
    Ultraschall-Bond-Vorrichtung (Schablone)
    902
    Basis

Claims (17)

  1. Elektrodenanschluss zum Verbinden einer Hauptelektrode eines Halbleiterelements für elektrische Energie mit einem externen Stromkreis, der Folgendes aufweist: – ein erstes ausgezogenes Teilstück, das an die Hauptelektrode zu bonden ist; und – ein zweites ausgezogenes Teilstück, das in einer kontinuierlichen Weise von einem Endbereich, welcher der Hauptelektrode gegenüberliegend mit einem Zwischenraum dazwischen zu positionieren ist, bis zu einem anderen Endbereich, der mit dem externen Stromkreis zu verbinden ist, aus einem Plattenelement gebildet ist, so dass ein Bereich in dem ersten ausgezogenen Teilstück, der benachbart zu einem Bereich ist, der an die Hauptelektrode zu bonden ist, in dem einen Endbereich an eine der Hauptelektrode gegenüberliegenden Oberfläche gebondet ist; – wobei das erste ausgezogene Teilstück so gebildet ist, dass der an die Hauptelektrode zu bondende Bereich entfernt von der gegenüberliegenden Oberfläche liegt; und – wobei ein Öffnungsbereich oder ein herausgeschnittener Bereich, welcher der Hauptelektrode entspricht, in dem zweiten ausgezogenen Teilstück ausgebildet ist.
  2. Elektrodenanschluss nach Anspruch 1, wobei das zweite ausgezogene Teilstück aus einer Isolations-Leiterplatte gebildet ist.
  3. Elektrodenanschluss nach Anspruch 2, wobei die Isolations-Leiterplatte aus einer Leiterplatte aus Glas-Epoxid gebildet ist.
  4. Elektrodenanschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Element, welches das erste ausgezogene Teilstück bildet, eine Dicke aufweist, die geringer als jene eines Elements ist, welches das zweite ausgezogene Teilstück bildet.
  5. Elektrodenanschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Element, welches das erste ausgezogene Teilstück bildet, einen Elastizitätskoeffizienten aufweist, der kleiner als jener eines Elements ist, welches das zweite ausgezogene Teilstück bildet.
  6. Elektrodenanschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste ausgezogene Teilstück aus einem Aluminium-Band gebildet ist.
  7. Elektrodenanschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste ausgezogene Teilstück aus einem Aluminium-Draht gebildet ist.
  8. Elektrodenanschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste ausgezogene Teilstück aus einem Plattier-Band gebildet ist, in dem zwei oder mehr Arten von Metallen laminiert sind.
  9. Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die Folgendes aufweist: – eine Leiterplatte; – ein Halbleiterelement für elektrische Energie, das auf die Leiterplatte gebondet ist; und – einen Elektrodenanschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der sich in einem Zustand befindet, in dem eine Hauptelektrode des Halbleiterelements für elektrische Energie und das erste ausgezogene Teilstück zwischen ihren Basismaterialien zusammen gebondet sind.
  10. Halbleitereinrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 9, wobei das Halbleiterelement für elektrische Energie aus einem Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke gebildet ist.
  11. Halbleitereinrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke um Siliciumcarbid, ein Material der Galliumnitrid-Familie oder Diamant handelt.
  12. Halbleitereinrichtung für elektrische Energie, die Folgendes aufweist: – eine Leiterplatte; – ein Halbleiterelement für elektrische Energie, das auf die Leiterplatte gebondet ist; und – den Elektrodenanschluss nach Anspruch 8, der sich in einem Zustand befindet, in dem eine Hauptelektrode des Halbleiterelements für elektrische Energie und das erste ausgezogene Teilstück zwischen ihren Basismaterialien zusammen gebondet sind.
  13. Halbleitereinrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 12, wobei das Halbleiterelement für elektrische Energie aus einem Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke gebildet ist.
  14. Halbleitereinrichtung für elektrische Energie nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke um Siliciumcarbid, ein Material der Galliumnitrid-Familie oder Diamant handelt.
  15. Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie nach einem der Ansprüche 9 bis 11, das Folgendes aufweist: – einen Schritt, bei dem das Halbleiterelement für elektrische Energie auf die Leiterplatte gebondet wird; – einen Schritt, bei dem der Elektrodenanschluss an der Leiterplatte befestigt wird, während der Öffnungsbereich und die Hauptelektrode so positioniert werden, dass sie aufeinander abgestimmt sind; und – einen Schritt, bei dem eine Schablone durch den Öffnungsbereich hindurch eingesetzt wird, um dadurch das erste ausgezogene Teilstück mittels Ultraschall-Bonden oder Vakuum-Druck-Bonden an die Hauptelektrode zu bonden.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung für elektrische Energie nach einem der Ansprüche 9 bis 11, das Folgendes aufweist: – einen Schritt, bei dem das Halbleiterelement für elektrische Energie auf die Leiterplatte gebondet wird; – einen Schritt, bei dem der Elektrodenanschluss an der Leiterplatte befestigt wird, während der Öffnungsbereich und die Hauptelektrode so positioniert werden, dass sie aufeinander abgestimmt sind; und – einen Schritt, bei dem Laserlicht durch den Öffnungsbereich hindurch auf das erste ausgezogene Teilstück eingestrahlt wird, um dadurch das erste ausgezogene Teilstück mittels Laser-Schweißen an die Hauptelektrode zu bonden.
  17. Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinrichtung für elektrische Energie nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das Folgendes aufweist: – einen Schritt, bei dem das Halbleiterelement für elektrische Energie auf die Leiterplatte gebondet wird; – einen Schritt, bei dem der Elektrodenanschluss an der Leiterplatte befestigt wird, während der Öffnungsbereich und die Hauptelektrode so positioniert werden, dass sie aufeinander abgestimmt sind; und – einen Schritt, bei dem ein Hartlöt-Material durch den Öffnungsbereich hindurch zugeführt wird, um dadurch das erste ausgezogene Teilstück mittels Verwenden des Hartlöt-Materials an die Hauptelektrode zu bonden.
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