DE112016004423T5 - Halbleitervorrichtung und verfahren zum herstellen derselben - Google Patents

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Kei Yamamoto
Hodaka Rokubuichi
Dai Nakajima
Kiyofumi Kitai
Yoichi Goto
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Abstract

Bereitgestellt wird eine Halbleitervorrichtung, die die Verformung einer Metallbasis aufgrund von Druck während des Spritzpressens reduziert, so dass das Auftreten von Rissen in einer Isolierschicht unterdrückt werden kann, um eine hohe elektrische Zuverlässigkeit zu erreichen. Die Halbleitervorrichtung weist Folgendes auf: ein Metallelement (2), das an dessen unterer Fläche eine Projektion und eine Vertiefung (8) und einen vorstehenden peripheren Bereich (7) aufweist, der die Projektion und die Vertiefung (8) umgibt und eine Höhe aufweist, die höher ist als oder gleich groß ist wie die Höhe der Projektion (81) der Projektion und der Vertiefung (8);eine Isolierschicht (3), die an einer oberen Fläche des Metallelements (2) ausgebildet ist;eine Metallschicht (4), die an einer oberen Fläche der Isolierschicht (3) ausgebildet ist;ein Halbleiterelement (1), das an einer oberen Fläche der Metallschicht (4) ausgebildet ist; und ein Dichtharz (5), um das Halbleiterelement (1), die Metallschicht (4), die Isolierschicht (3) und das Metallelement (2) abzudichten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit integrierter Rippe, die eine einfache Struktur mit guten Wärmeableitungseigenschaften und von guter Qualität aufweist und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine herkömmliche Halbleitervorrichtung weist ein darauf montiertes Halbleiterelement auf, das eine wärmeerzeugende Komponente ist. Das Halbleiterelement erzeugt Wärme, wenn die Halbleitervorrichtung angesteuert wird. Um das Abführen dieser Wärme zu verbessern, wird ein dickes Metallsubstrat oder keramisches Substrat verwendet, das ein Schaltmuster aufweist. Außerdem wird, um eine Wärmeableitungsfläche zur Verbesserung der Wärmeableitung zu vergrößern, eine Rippenbasis, die Wärmeableitungsrippen aufweist, an das Metallsubstrat geschraubt und mit diesem verbunden, und zwar mit einem isolierenden silikonbasierten Harzmaterial, wie beispielsweise Fett zwischen diesen angeordnet.
  • Eine Halbleitervorrichtung, die derart konfiguriert ist, benötigt allerdings einen Auftragungsschritt des silikonbasierten Harzmaterials auf eine Oberfläche des Metallsubstrats oder des keramischen Substrats oder eines Wärmeableitungselements, so dass eine erhöhte Anzahl von Herstellungsschritten resultiert. Ferner verschlechtern sich die Wärmeableitungseigenschaften aufgrund des silikonbasierten Harzmaterials, das zwischen dem Metallsubstrat oder dem keramischen Substrat und der Rippenbasis dazwischen angeordnet ist.
  • Daher wurde beispielsweise als Vorgehensweise eine Halbleitervorrichtung vorgeschlagen, die das Harzmaterial nicht aufweist, das wie oben dazwischen angeordnet ist, und die ein keramisches Substrat aufweist, das auf einer Metallplatte mit Rippen montiert ist und die vollständig mit Epoxidharz abgedichtet ist (beispielsweise PTD 1 und PTD 2).
  • STAND DER TECHNIK
  • PATENTDOKUMENTE
    • PTD 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-177038 A (Seite 7, 1)
    • PTD 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 9-22970 A (Seite 2, 3)
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Eine herkömmliche Halbleitervorrichtung, die durch Spritzpressen harzgegossen ist, zeichnet sich durch exzellente Massenproduktion und Langzeit-Zuverlässigkeit aus. Wenn allerdings eine Halbleitervorrichtung, die eine Metall-Grundplatte aufweist, die Projektionen und Vertiefungen an ihrer einer Fläche aufweist, durch Spritzpressen harzgegossen wird, muss ein Werkzeug eine eingeprägte Struktur aufweisen, um die Projektionen und Vertiefungen zu schützen, und zwar ohne zu verursachen, dass Harz zu den Projektionen und Vertiefungen austritt. Um das Austreten von Harz zu den Projektionen und Vertiefungen beim zusätzlichen Berücksichtigen der Herstellungsdimensionstoleranzen für die Projektionen zu verhindern, wird ein Abstand bei dem eingeschnittenen Bereich des Werkzeugs zwischen den Spitzen der Projektionen und einer Werkzeugoberfläche benötigt. Daraus folgt, dass die Metall-Grundplatte aufgrund der Temperatur und des Drucks während des Harzgießens deformiert wird, so dass Risse in einer Isolierschicht auftreten, die verursachen, dass die Isoliereigenschaften verschlechtert werden.
  • Die Erfindung wurde konzipiert, um die obenstehenden Probleme zu lösen. Die Erfindung schafft eine Halbleitervorrichtung, die fähig ist, die Verformung einer Metallbasis aufgrund des Drucks während des Spritzpressens zu reduzieren, so dass das Auftreten von Rissen in einer Isolierschicht unterdrückt werden kann, um eine verbesserte elektrische Zuverlässigkeit zu erreichen.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung weist Folgendes auf: ein Metallelement, das an dessen unterer Fläche eine Projektion und eine Vertiefung, und einen vorstehenden peripheren Bereich aufweist, der die Projektion und die Vertiefung umgibt und eine Höhe aufweist, die größer ist als oder gleich groß ist wie eine Höhe der Projektion und der Vertiefung; eine Isolierschicht, die auf einer oberen Fläche des Metallelements ausgebildet ist;
    eine Metallschicht, die auf einer oberen Fläche der Isolierschicht ausgebildet ist; ein Halbleiterelement, das mit einer oberen Fläche der Metallschicht verbunden ist; und ein Dichtharz, um das Halbleiterelement, die Metallschicht, die Isolierschicht und das Metallelement abzudichten.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Da der vorstehende periphere Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung so angeordnet ist, dass er die Projektion und die Vertiefung umgibt, die auf der unteren Fläche der Metall-Grundplatte ausgebildet sind, kann das Auftreten von Rissen in der Isolierschicht unterdrückt werden, die auf der oberen Fläche der Metall-Grundplatte ausgebildet ist, so dass die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert werden kann.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 eine schematisch Draufsichtdarstellung einer Metall-Grundplatte bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 eine schematische Darstellung einer Wärmeableitungsrippe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 eine schematische Darstellung einer anderen Wärmeableitungsrippe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 eine schematische Darstellung einer anderen Wärmeableitungsrippe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 6 eine schematische Darstellung einer anderen Wärmeableitungsrippe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 7 eine schematische Querschnittsdarstellung einer anderen Metall-Grundplatte der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 8 eine schematische Draufsichtdarstellung der anderen Metall-Grundplatte bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, und zwar von der unteren Fläche aus gesehen;
    • 9 eine schematische Draufsichtdarstellung einer anderen Metall-Grundplatte bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 10 eine schematische Strukturdarstellung einer anderen Metall-Grundplatte bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 11 eine schematische Darstellung einer anderen Wärmeableitungsrippe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 12 eine schematische Darstellung einer anderen Wärmeableitungsrippe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 13 eine schematische Darstellung einer anderen Wärmeableitungsrippe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 14 eine schematische Darstellung einer anderen Wärmeableitungsrippe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 15 die Form eines Stauchbereichs der Wärmeableitungsrippe der Metall-Grundplatte bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 16 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Herstellungsschritts der Halbleitervorrichtung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 17 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Herstellungsschritts der Halbleitervorrichtung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 18 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Herstellungsschritts der Halbleitervorrichtung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 19 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Herstellungsschritts der Halbleitervorrichtung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 20 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Herstellungsschritts der Halbleitervorrichtung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 21 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Herstellungsschritts der Halbleitervorrichtung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 22 eine schematische Querschnittsdarstellung während des Spritzpressens bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 23 eine schematische Querschnittsdarstellung während eines weiteren Spritzpressens bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 24 eine schematische Draufsichtdarstellung einer Metall-Grundplatte, die eine herkömmliche Struktur aufweist;
    • 25 eine schematische Querschnittsdarstellung der Metall-Grundplatte, die die herkömmliche Struktur aufweist;
    • 26 eine schematische Querschnittsdarstellung während des Spritzpressens unter Verwendung der Metall-Grundplatte, die die herkömmliche Struktur aufweist; und
    • 27 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung in einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden die Ausführungsformen der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist und angemessen modifiziert werden kann, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Es sei angemerkt, dass 1 eine Schnittansicht ist, die eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung schematisch darstellt. Daher sind Positionsrelationen der entsprechenden Teile, Komponenten und dergleichen übersichtlich dargestellt.
  • Gemäß den Zeichnungen weist eine Halbleitervorrichtung 100 Folgendes auf: ein Halbleiterelement 1, eine Metall-Grundplatte 2, die ein Metallelement ist, eine Isolierplatte 3, die eine Isolierschicht ist, ein Metallleitungsmuster 4, das eine Metallschicht ist, ein Dichtharz 5, eine Wärmeableitungsrippe 6, die eine Rippe ist, ein peripherer Bereich 7, eine Projektion 81, und eine Vertiefung 82. Wie dargestellt, gibt die x-Richtung die Breite an, die y-Richtung gibt die Dicke an und die z-Richtung gibt die Höhe an.
  • Ein Leistungssteuerungs-Halbleiterelement, wie beispielsweise ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), eine Rücklaufdiode oder dergleichen wird als Halbleiterelement 1 verwendet.
  • Die Metall-Grundplatte 2 hat die Funktionen eines Metallsubstrats (Isoliereigenschaften und Wärmeableitungseigenschaften), und zwar dadurch, dass die Isolierplatte 3 an dessen oberer Fläche (der einen Fläche) angeordnet ist. Die Metall-Grundplatte 2 weist ferner eine Projektion und eine Vertiefung 8 auf, die eine Projektion 81 und eine Vertiefung 82 an deren unterer Fläche (der anderen Fläche) aufweist, die Dichtharz 5 ausgesetzt sind. Ein Bereich, der zwischen der Projektion 81 und der Projektion 81 sandwichartig angeordnet ist, dient als Vertiefung 82.
  • Die Metall-Grundplatte 2 hat dank ihrer unebenen Form, die durch Projektion und Vertiefung 8 ausgebildet wird, die Funktion, dass ermöglicht wird, dass die Wärmeableitungsrippe 6 darin eingesetzt wird. Allerdings muss das Projektionsmaß (die Höhe) der Projektion 81 nicht die Länge der Wärmeableitungsrippe aufweisen. Da die Wärmeableitungseigenschaft lediglich dadurch sichergestellt werden muss, dass die Wärmeableitungsrippe 6 in die Halbleitervorrichtung 100 eingeführt wird, muss die Projektion 81 lediglich eine Höhe aufweisen, die notwendig für das Einsetzen der Wärmeableitungsrippe 6 ist. Die Vertiefung 82 muss lediglich eine Dicke (Abstand) aufweisen, in die die Wärmeableitungsrippe 6 eingesetzt werden kann.
  • Falls ferner das Projektionsmaß (die Höhe) der Projektion und Vertiefung 8 hinsichtlich der Wärmekapazität der Halbleitervorrichtung 100 genügend ist, können diese Projektion und Vertiefung 8 als eine Wärmeableitungsrippe fungieren. Die untere Fläche der Metall-Grundplatte 2 weist den hervorstehenden peripheren Bereich 7 auf, der diese Projektion und Vertiefung 8 umgibt.
  • Ferner ist die Metall-Grundplatte 2 aus einem Metallmaterial hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit und gute Wärmeableitungseigenschaften aufweist, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Ferner weist die Metall-Grundplatte 2 die Isolierplatte 3 auf, die aus einem duroplastischen Harz, wie beispielsweise Epoxidharz hergestellt ist, und zwar auf deren oberer Fläche entgegengesetzt zu der Fläche, die die Projektion und Vertiefung 8 aufweist.
  • Die Isolierplatte 3 wird beispielsweise wie folgt ausgebildet: Durch Füllen des duroplastischen Harzes, wie beispielsweise Epoxidharz, mit anorganischen Pulvern, wie beispielsweise Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid oder Aluminiumnitrid, und zwar entweder alleine oder als Mischung verwendet, die eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, um die Wärmeableitungseigenschaften zu verbessern.
  • Wenn die Isolierplatte 3 eine höhere Wärmeableitungseigenschaft aufweist, ist diese häufig zu einem höheren Teil mit den anorganischen Pulvern gefüllt und muss bei einer höheren Temperatur erhitzt, gepresst und ausgehärtet werden, um ihre inhärente thermische Leitfähigkeits- und Isolierungseigenschaften sicherzustellen.
  • Das Metallleitungsmuster 4 ist durch Ätzen und dergleichen als Muster auf der Isolierplatte 3 ausgebildet und beispielsweise aus Kupfer hergestellt. Eine elektronische Komponente, wie beispielsweise das Halbleiterelement 1, ist mit einem Lot (nicht gezeigt) mit diesem Metallleitungsmuster 4 verbunden und montiert. Das Metallleitungsmuster 4 und das Halbleiterelement 1 sind mittels eines Bonddrahtes (nicht gezeigt) miteinander verbunden. Es sei angemerkt, dass das Halbleiterelement 1 nicht auf Si (Silicium) beschränkt ist, und ferner SiC (Siliciumcarbid) oder dergleichen sein, so dass ein Betrieb bei einer höheren Temperatur ermöglicht wird. Anstelle des Bonddrahtes kann auch ein Teildraht, wie beispielsweise ein Band, oder DLB (Direct-Lead-Bonding) verwendet werden, solange das Metallleitungsmuster 4 und das Halbleiterelement 1 elektrisch verbunden werden können.
  • Das Dichtharz 5 ist ein Formelement, das aus epoxidbasiertem Harz hergestellt ist und so angeordnet ist, dass es die Oberseite der Isolierplatte 3 bedeckt, die die Komponenten, wie beispielsweise das Halbleiterelement 1, aufweist, und als ein Gehäuse der Halbleitervorrichtung 100 verwendet werden kann. Wie in 1 gezeigt, wird bevorzugt, dass die Fläche, die mit dem Dichtharz 5 bedeckt ist, nicht nur auf der oberen Flächenseite der Metall-Grundplatte 2 angeordnet ist, sondern ferner an den Seitenoberflächen der Metall-Grundplatte 2 (Seitenflächen des peripheren Bereichs 7). Eine derartige Struktur beugt einem Durchbiegen und dem Auftreten von Rissen bei der Halbleitervorrichtung 100 aufgrund von thermischer Belastung und dergleichen vor, so dass eine verbesserte Zuverlässigkeit erreicht werden kann.
  • Obwohl es nicht insbesondere darauf beschränkt ist, ist das Material für das Dichtharz 5 vorzugsweise ein Material, das mit einem anorganischen Pulver, wie beispielsweise Siliciumoxid, gefüllt ist, so dass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der näher an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer liegt. Um das Durchbiegen der gesamten Halbleitervorrichtung 100 zu verhindern oder wenn die Wärmeableitungsrippe 6 später gestaucht werden soll, ist das Halbleiterelement 1 und dergleichen vorzugsweise ein epoxidbasiertes Harz, das eine mechanische Festigkeit aufweist, die einem Brechen bei Belastung, wie beispielsweise einem Pressdruck während dem Stauchen standhält.
  • Die Wärmeableitungsrippe 6 wird in die Vertiefung 82 der Projektion und Vertiefung 8 der Metall-Grundplatte 2 eingesetzt. Die Wärmeableitungsrippe 6 kann mittels eines Einsetzverfahrens mit der Vertiefung 82 befestigt werden, und zwar unter Verwendung von Stauchen, Löten, oder einem Befestigungselement. Die Wärmeableitungsrippe 6 muss nicht eine solche Breite aufweisen, die der Breite der Projektion und Vertiefung 8 der Metall-Grundplatte 2 entspricht, und kann eine einsetzbare Form bezüglich der Form der Projektion und Vertiefung 8 der Metall-Grundplatte 2 aufweisen, so dass ferner die Wärmeableitungseigenschaften der Halbleitervorrichtung 100 verbessert werden. Um die Wärmeableitungsrippen 6 durch Stauchen zu befestigen, sind die Wärmeableitungsrippen 6 alternierend für jede Vielzahl von Vertiefungen angeordnet.
  • 2 ist eine schematische Draufsichtdarstellung der Metall-Grundplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine schematische Draufsichtdarstellung der Metall-Grundplatte 2 von deren unterer Flächenseite aus gesehen. In der Figur sind die Vertiefungen 82 in der Form eines Spaltes in der Metall-Grundplatte 2 angeordnet. Die äußere Seite (äußere Peripherie) der Projektion und Vertiefung 8 ist mit dem vorstehenden peripheren Bereich 7 umgeben. Im Folgenden ist die Breite der Metall-Grundplatte 2 in der x-Richtung durch W dargestellt, die Breite der Projektion 81 und Vertiefung 82 ist durch W1 dargestellt, die Dicke der Projektion 81 ist durch L1 dargestellt und der Spalt der Vertiefung 82 ist durch S1 dargestellt.
  • Die Breite des vorstehenden peripheren Bereichs 7, der die Projektion und Vertiefung 8 umgibt, ist durch B2 dargestellt und die Dicke hiervon ist durch L2 dargestellt, wobei die Bedingung W2 = L2 erfüllt ist. Allerdings müssen W2 und L2 nicht die gleiche Größe haben, solange der periphere Bereich 7 eine Wirkung dahingehend entfalten kann, dass die Verformung der Metall-Grundplatte 2 verhindert wird. Die folgenden schematischen Draufsichtdarstellungen stellen die untere Flächenseite der Metall-Grundplatte dar.
  • Die Dimension von W2 kann so vorgegeben werden, dass sie größer (dicker) ist als L1, und zwar derart, dass die Verformung der Metall-Grundplatte 2 verhindert wird. Beispielsweise kann die Dimension von W2 doppelt so groß oder größer als L1 sein und abhängig von der Größe und der Wärmeableitungseigenschaft der Metall-Grundplatte 2 geeignet ausgewählt werden. Wenn L1 den Wert 0,5 mm beträgt, kann W2 mit 1 mm oder mehr vorgegeben werden, wie beispielsweise 1,5 mm oder 2 mm. Wenn W2 einen Wert von 1 mm oder weniger aufweist, wird die Wirkung der Verformungsunterdrückung der Metall-Grundplatte 2 während des Spritzpressens vermindert. Daher beträgt W2 vorzugsweise 1 mm oder mehr.
  • Die Dimension von W2 erfüllt eine Relation von W1 ≥ 6×W2. Wenn W1 einen Wert von 3/4 oder weniger von W aufweist, kann die Festigkeit der Projektion und Vertiefung 8 beim Stauchen der Wärmeableitungsrippe 6 nicht zugesichert werden. Folglich könnte es sein, dass es nicht möglich ist, dass die Wärmeableitungsrippe 6 gehalten wird. Wenn W1 andererseits einen Wert von 3/4 oder höher von der Breite der Metall-Grundplatte 2 aufweist, kann die Festigkeit der Projektion und Vertiefung 8 beim Stauchen der Wärmeableitungsrippe 6 zugesichert werden. Es ist dann möglich, die Wärmeableitungsrippe 6 zu halten. In diesem Fall kann die Dimension von W2 wiederum abhängig von der Größe und dergleichen der Metall-Grundplatte 2 geeignet ausgewählt werden.
  • Die Projektionen 81, die an der unteren Fläche der Metall-Grundplatte 2 angeordnet sind, sind derart ausgerichtet, dass deren jeweilige Flächen in der Breitenrichtung, wie in 2 gezeigt, in der einen Richtung einander gegenüberliegen. Ferner ist der äußere periphere Bereich dieser Projektionen und Vertiefungen 8 von einem flachen und vorstehenden peripheren Bereich 7 umgeben. Die Vertiefungen 82 sind in der Form von Spalten ausgebildet. Obwohl es ferner bevorzugt wird, dass die peripheren Bereiche 7 eine Konstante (gleiche) Höhe aufweisen, ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass die Projektionen 81 der Projektionen und Vertiefungen 8 eine Höhe aufweisen, die zu der des peripheren Bereichs 7 identisch ist.
  • Dass der periphere Bereich 7 eine gleiche Höhe aufweist, bedeutet, dass wenn die Metall-Grundplatte 2 in einem Formwerkzeug mit deren oberer Fläche, auf der die Isolierplatte ausgebildet worden ist, als der oberen Seite montiert ist, die Fläche der Isolierplatte 3 bezüglich der Montagefläche der Metall-Grundplatte 2 flach ist. Allerdings ist es, um die Verformung (das Durchbiegen) durch den Druck während dem Harzgießen zu unterdrücken, wünschenswert, dass manche der Projektionen 81 eine Höhe aufweisen, die identisch zu der Höhe des peripheren Bereichs 7 ist.
  • Die Höhe der Wärmeableitungsrippe 6 und die Höhe der Projektion 81 sind in der x-Richtung definiert, die Breite der Projektion 81 und der Vertiefung 82 ist in der x-Richtung definiert und die Dicke (L1) der Projektion 81 und der Spalt (S1) der Vertiefung 82 sind in der y-Richtung definiert. S1 muss eine Breite aufweisen, die ermöglicht, dass die Wärmeableitungsrippe 6 in S1 eingesetzt wird, und zwar abhängig von der Dicke der Wärmeableitungsrippe 6. L1 muss eine Breite aufweisen, die ermöglicht, dass die Wärmeableitungsrippe 6 in S1 eingesetzt werden kann und gestaucht wird. S1 und L1 können die gleiche Breite oder unterschiedliche Breiten sein und können mit Dimensionen vorgegeben werden, die erlauben, dass deren Funktionen ausgeführt werden können.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Wärmeableitungsrippe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeableitungsrippe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeableitungsrippe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeableitungsrippe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • In den Figuren weisen die Wärmeableitungsrippe 60, 61, 62 und 63 Vorsprünge 600, 610, 620 und 630 von einer Breite von W1, die jeweils den Vertiefungen 82 der Projektion und Vertiefung 8 eingesetzt werden. Durch Einsetzen von jedem von diesen Vorsprüngen 600, 610, 620 und 630 in die Vertiefung 82 der Projektion und Vertiefung 8 werden die Wärmeableitungsrippen 60, 61, 62 und 63 an der Metall-Grundplatte 2 montiert. Die Wärmeableitungsrippen 61, 62 und 63 weisen Bereiche auf, die breiter sind als die Vorsprünge 610, 620 und 630.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Metall-Grundplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 8 ist eine schematische Draufsichtdarstellung der weiteren Metall-Grundplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, und zwar von deren unterer Flächenseite aus gesehen. In den Figuren weist der äußere periphere Bereich des peripheren Bereichs 7 eine Stufe 9 auf. Die Stufe 9 ist in Richtung von der unteren Fläche in Richtung der oberen Fläche der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet.
  • Um die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 100 zu verbessern, wird bevorzugt, dass das Dichtharz 5 eine Verschließstruktur aufweist, um die Metall-Grundplatte 2 zu verschließen, und zwar anstelle davon, lediglich die Seitenflächen der Metall-Grundplatte 2 abzudecken. Obwohl der äußere periphere Bereich des peripheren Bereichs 7 die Stufe 9 aufweist, um strukturell eine Projektion und Vertiefung in 7 aufzuweisen, wird der Bereich der Stufe 9 an dem äußeren peripheren Bereich nach dem Spritzpressen durch Dichtharz 5 abgedeckt, so dass eine Struktur erhalten wird, die die Metall-Grundplatte 2 einschließt.
  • Die Stufe 9 verursacht, dass sich das Dichtharz 5 während dem Spritzpressen um die untere Flächenseite der Metall-Grundplatte 2 hüllt. Die Stufe 9 muss nicht eine Tiefe der Vertiefung 82 (Stufenhöhe von der unteren Flächenseite zu der oberen Flächenseite) für das Einsetzen der Wärmeableitungsrippe 6 aufweisen. Die Stufe muss lediglich ermöglichen, dass Dichtharz 5 während dem Spritzpressen um die untere Fläche der Metall-Grundplatte 2 gehüllt werden kann. Die Struktur, die eine derartige Stufe 9 aufweist, kann bewirken, dass das Abblättern von Dichtharz 5 und der Isolierplatte 3 unterdrückt wird, das von dem Endbereich der Metall-Grundplatte beginnt.
  • Das Dichtharz 5, das um die untere Flächenseite der Metall-Grundplatte 2 gehüllt ist, ist lediglich an dem Bereich der Stufe 9 ausgebildet. Folglich ist die Stufe 9 keine Projektions- und Vertiefungs-Struktur, die beim Einsetzen von solchen Wärmeableitungsrippen 6 involviert ist. Obwohl die Stufe 9 an dem peripheren Bereich 7 in der Richtung von der unteren Fläche in Richtung der oberen Fläche der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet ist, wird das Unterdrücken des Abblätterns des Dichtharz 5 mittels des Ankereffekts auch dann erreicht, wenn die Stufe 9 beispielsweise an den Seitenflächen des peripheren Bereichs 7 ausgebildet ist.
  • 9 ist eine schematische Draufsichtdarstellung einer weiteren Metall-Grundplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 9 ist eine schematische Draufsichtdarstellung der Metall-Grundplatte 2 von deren unterer Flächenseite aus gesehen. In der Figur ist die Vertiefung 82 in der Form eines Spalts in der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet. Die Außenseite (äußere Peripherie) der Projektion und Vertiefung 8 ist von dem vorstehenden peripheren Bereich 7 umgeben.
  • Ferner weist Metall-Grundplatte 2 eine Projektion 83 in einem Bereich der Projektion 81 auf. Die Projektion 83 kann die gleiche Höhe wie der periphere Bereich 7 aufweisen oder kann die gleiche Höhe wie die Projektion 81 aufweisen. Die Dicke der Projektion 83 kann größer ausgebildet sein als die Dicke der Projektion 81, um die Festigkeit der Metall-Grundplatte 2 zu erhöhen.
  • In beiden Fällen der Höhe der Projektion 83 kann das Durchbiegen der Metall-Grundplatte 2 durch den Druck während dem Spritzpressen unterdrückt werden. Bei dieser Metall-Grundplatte 2 können ähnliche Wärmeableitungsrippen 60, 61, 62 und 63 verwendet werden, die in die Metall-Grundplatte 2 eingesetzt werden können.
  • 10 zeigt eine schematische strukturelle Darstellung einer weiteren Metall-Grundplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 10(a) ist eine schematische Draufsichtdarstellung der Metall-Grundplatte 2. 10(b) ist eine schematische Querschnittsdarstellung der Metall-Grundplatte 2 entlang einer Strichpunktlinie B-B in 10(a). In den Figuren weisen die Projektion und Vertiefung 8 eine Form auf, die mit Projektionen 83 und 84 zum Verstärken der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet ist. Die Projektion 84 ist in eine Richtung ausgebildet, die die Projektion und Vertiefung 8 schneidet. Die Richtung, die die Projektion und Vertiefung 8 schneidet, kann orthogonal zu der Projektion und Vertiefung 8 sein oder kann eine diagonale Richtung der Metall-Grundplatte 2 sein.
  • Die Breite der Projektion 84 kann die gleiche Größe wie beispielsweise die Dicke der Projektion 83 aufweisen. Die Dicke der Projektion 83 und die Breite der Projektion 84 müssen nicht notwendigerweise die gleiche Größe haben und können ferner solche Größen haben, dass diese zu der Verstärkung der Metall-Grundplatte 2 beitragen. Die Breite der Projektion 84 kann die gleiche sein wie die Breite des peripheren Bereichs 7. Die Höhe dieser Projektionen 83 und 84 kann die gleiche sein wie die Höhe des peripheren Bereichs 7 oder kann die gleiche sein wie die Höhe der Projektion und Vertiefung 8.
  • Insbesondere kann die Festigkeit der Metall-Grundplatte 2 selbst dann erhöht werden, wenn die Höhe der Projektion 84 nur etwas größer ist als eine Bodenfläche der Vertiefung 82 und zwar wie in 10(b) gezeigt. In diesem Fall gilt wiederum, wenn die Wärmeableitungsrippe in die Vertiefung 82 eingesetzt wird, wird eine Struktur ausgebildet, bei der die Wärmeableitungsrippe durch im Wesentlichen die gesamte Fläche der Projektion 81 in der Breitenrichtung gestützt ist. Eine solche Form ermöglicht das Spritzpressen bei einem höheren Druck.
  • 11 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeableitungsrippe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 12 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeableitungsrippe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 13 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeableitungsrippe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 14 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Wärmeableitungsrippe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. In den Figuren weisen die Wärmeableitungsrippen 601, 611, 621 und 631 Vorsprünge 6010, 6110, 6210 und 6310 auf, die jeweils in die in 10 gezeigten Vertiefungen 82 der Projektion und Vertiefung 8 eingesetzt werden. Die Wärmeableitungsrippen 601, 611, 621 und 631 weisen eine Form auf, die in die Metall-Grundplatte 2, die in 10 gezeigt ist, eingesetzt werden kann.
  • 15 zeigt die Form eines Stauchbereichs der Wärmeableitungsrippe der Metall-Grundplatte gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. In den Figuren ist ein Stauchbereich 13 während des Stauchens der Wärmeableitungsrippe 6 zu der Projektion und Vertiefung 8 ausgebildet. Der Stauchbereich 13 ist in der Vertiefung 82 ausgebildet, die zwischen zwei gegenüberliegenden Projektionen 81 sandwichartig angeordnet ist, weist eine vorstehende Wand auf, die eine niedrigere Höhe als Projektion 81 hat, und staucht die Wärmeableitungsrippe 6 durch die vorstehende Wand und die Projektion 81. Hier sind zwei vorstehende Wände in der Vertiefung 82 ausgebildet, um die Wärmeableitungsrippen 6 zu stauchen, wobei eine Auskerbung zwischen diesen vorstehenden Wänden ausgebildet ist.
  • Im Folgenden wird ein Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der wie oben beschrieben ausgebildeten Ausführungsform beschrieben. Grundsätzlich kann die Halbleitervorrichtung 100 mit einem Herstellungsverfahren hergestellt werden, dass ähnlich zu einem herkömmlichen Herstellungsverfahren ist, sich jedoch von dem herkömmlichen Herstellungsverfahren in einem Metallelement-Ausbilde-Schritt und einem Spritzpress-Schritt unterscheidet.
  • 21-26 sind schematische Querschnittsdarstellungen der Herstellungsschritte der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 16 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Metallelement-Ausbildeschritt (siehe oben) darstellt. 17 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Isolierschicht-Ausbildeschritt darstellt. 18 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Metallschicht-Ausbildeschritt darstellt. 19 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Halbleiterelement-Verbindeschritt darstellt. 20 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Dichtharz-Aushärteschritt darstellt.
  • 21 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Rippen-Einsetzschritt darstellt. Die Halbleitervorrichtung 100 kann durch die Schritte von 16-21 hergestellt werden. Wenn die Wärmeableitungsrippe 6 nicht verwendet wird, ist die Halbleitervorrichtung 100 durch die Schritte bis 20 fertiggestellt. 22 zeigt schematische Querschnittsdarstellungen während des Spritzpressens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 23 ist eine schematische Querschnittsdarstellung während eines anderen Spritzpressens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • In den Figuren ist der vorstehende periphere Bereich 7 der Metall-Grundplatte 2 in Kontakt mit einer Bodenfläche 10a eines Formwerkzeugs 10 angeordnet. 22 zeigt eine Beispielsstruktur, bei der die Projektion und Vertiefung 8 in Kontakt mit der Bodenfläche 10a des Formwerkzeugs 10 ist. 23 zeigt eine Beispielsstruktur, bei der die Projektion und Vertiefung 8 nicht in Kontakt mit der Bodenfläche 10a des Formwerkzeugs 10 ist. 22(a) stellt einen Zustand dar, bei dem die Metall-Grundplatte 2 in dem Formwerkzeug 10 angeordnet worden ist, und 22(b) stellt einen Zustand dar, bei dem das Dichtharz 5 in das Formwerkzeug 10 gepresst worden ist.
  • Zunächst werden, wie in 16 gezeigt, Vertiefungen 82 in der Form von Spalten (in der Form von Linien) in vorbestimmten Intervallen auf der unteren Fläche (der anderen Fläche) der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet, die aus Aluminium oder dergleichen hergestellt ist. Hier können, falls Stauchen als Verfahren zum Befestigen der Wärmeableitungsrippe 6 verwendet wird, die Form der Projektion und Vertiefung 8 so gestaltet sein, dass sie, wie in 15 gezeigt, den Stauchbereich 13 aufweist, um das Stauchen der Wärmeableitungsrippe 6 mit der Halbleitervorrichtung 100 (Metall-Grundplatte 2) zu erleichtern.
  • Die Vertiefungen 82 in der Form von Spalten sind derart ausgebildet, dass sie nicht zu der äußersten Peripherie (dem peripheren Bereich 7) der unteren Fläche der Metall-Grundplatte 2 durchstoßen, und die äußerste Peripherie (der periphere Bereich 7) ist so ausgebildet, dass er eine konstante Höhe aufweist. Entsprechend ist der vorstehende periphere Bereich 7 so ausgebildet, dass er die Projektion und Vertiefung 8 umgibt. Ein Spitzenendenbereich der Projektion 81 von der Projektion und Vertiefung 8, die in der Form eines Spalts ausgebildet ist, ist mit einer Höhe vorgegeben, die gleich zu oder niedriger ist als die Höhe des vorstehenden peripheren Bereichs 7 (Metallelement-Ausbildeschritt).
  • Die Metall-Grundplatte 2 kann dadurch ausgebildet werden, dass sie aus einem Metallblock geschnitten wird oder kann unter Verwendung eines Werkzeuges bzw. einer Gussform integral ausgebildet werden. Hier ist der periphere Bereich 7, der in der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet ist, mit einer konstanten Höhe ausgebildet, und zwar innerhalb des Bereichs der Genauigkeit der Oberflächenebenheit des Metallblocks und der Genauigkeit des Werkzeugs.
  • Dann wird, wie in 17 gezeigt, die Isolierplatte 3 durch Applizieren eines epoxidbasierten Harzes auf die obere Fläche (die eine Fläche) der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet, die entgegengesetzt zu der Oberfläche liegt, die die Projektion und Vertiefung 8 aufweist (Isolierschicht-Ausbildeschritt).
  • Dann kann, wie in 18 gezeigt, das Metallleitungsmuster 4 durch Laminieren bzw. Beschichten einer Kupferplatte beispielsweise auf der Isolierplatte 3 und einen Ätzprozess und dergleichen anschließend ausgebildet werden (Metallschicht-Ausbildeschritt).
  • Dann wird, wie in 19 gezeigt, die Lötpaste (nicht gezeigt) an einem vorbestimmten Bereich des Metallleitungsmusters 4 appliziert und eine elektronische Komponente, wie beispielsweise das Halbleiterelement 1, wird durch einen Reflow-Prozess und dergleichen mit der Lötpaste verbunden und auf dieser montiert. Das heißt, Metall-Grundplatte 2, die mit der Projektion und Vertiefung 8 ausgebildet ist, wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, um die applizierte Lötpaste bei der hohen Temperatur zu schmelzen, so dass die elektronische Komponente, wie beispielsweise das Halbleiterelement 1, und das Metallleitungsmuster 4 verbunden werden (Halbleiterelement-Verbindeschritt).
  • Dann werden das Metallleitungsmuster 4 und das Halbleiterelement 1 durch einen Bonddraht (nicht gezeigt) elektrisch verbunden, der ein Metalldraht (Draht-Ausbildeschritt). Obwohl an dieser Stelle ein Bonddraht verwendet wird, kann jeglicher Draht verwendet werden, solange die elektrisch verbunden werden können.
  • Dann wird, um die Gesamtheit des Halbleiterelements, des Metallleitungsmusters 4, der Isolierplatte 3 und dergleichen unter Verwendung des Dichtharzes 5 durch Spritzpressen mit Harz zu versiegeln, wie in 22(a) gezeigt, die Metall-Grundplatte 2 in dem Formwerkzeug 10 dadurch montiert, dass die Bodenfläche 10a des Formwerkzeugs 10 mit dem peripheren Bereich 7 in Kontakt gebracht wird (Metallelement-Montierschritt).
  • Dann wird, wie in 22(b) gezeigt, Dichtharz 5 durch eine Spritzpress-Maschine eingegossen (Versiegelungsschritt). Folglich sind die Elemente, die auf der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet sind, mit Dichtharz 5 abgedichtet bzw. versiegelt. Das Dichtharz 5 bedeckt die gesamten Seitenflächen der Metall-Grundplatte 2. Dementsprechend ist die äußere periphere Seitenfläche des peripheren Bereichs 7 auch durch Dichtharz 5 bedeckt. Da der periphere Bereich 7 kontinuierlich so ausgewählt ist, dass er die Projektion und Vertiefung 8 umgibt, wird hier verhindert, dass das Dichtharz 5 in die Projektion und Vertiefung 8 während des Spritzpressens fließt. Es sei angemerkt, dass 22 lediglich die Metall-Grundplatte 2 und eine untere Werkzeughälfte des Formwerkzeugs 10 zeigt, ein Bereich über der Isolierplatte 3 ist nicht dargestellt.
  • Hier kann das Dichtharz 5 bei einer reduzierten-Druck-Atmosphäre eingegossen werden, so dass das Ausbilden von Luftporen in dem Dichtharz 5 unterdrückt werden kann. Wie in 20 gezeigt, wird das Dichtharz 5, bei dem es sich um ein duroplastisches Harz, wie beispielsweise Epoxidharz handelt, durch Erwärmen innerhalb des Formwerkzeugs 10 ausgehärtet und kann nach einer gewissen Zeitspanne aus dem Formwerkzeug 10 entfernt werden (Dichtharz-Aushärteschritt). Anschließend kann wie nötig eine zusätzliche Wärmebehandlung in einem Ofen oder dergleichen durchgeführt werden, um das Aushärten des Dichtharzes 5 weiter zu erleichtern.
  • Die Schritte bis zu dem Harzversiegeln durch Spritzpressen sind nicht auf diesen Vorgang beschränkt. So kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem die Metall-Grundplatte 2, die mit der Isolierplatte ausgebildet ist, vor dem Aushärten des Dichtharzes 5 auf der oberen Fläche der Metall-Grundplatte 2, die zu der Fläche entgegengesetzt liegt, die die Projektion und Vertiefung 8 aufweist, und ein Leiterrahmen, der die elektrischen Komponenten, wie beispielsweise das Halbleiterelement 1, aufweist, das hierauf im Voraus durch einen Reflow-Prozess und dergleichen montiert worden ist, in das Formwerkzeug 10 montiert werden. Ferner wird Dichtharz 5 durch die Spritzpressmaschine eingefüllt bzw. eingegossen, so dass die Isolierplatte 3 erhitzt, gepresst und ausgehärtet wird.
  • Abschließend wird, wie in 21 gezeigt, die Wärmeableitungsrippe 6 in die Vertiefung 82 eingesetzt, um die Halbleitervorrichtung fertig zu stellen. Die Wärmeableitungsrippe 6 kann abhängig von der Menge an Wärmeerzeugung in der Halbleitervorrichtung 100 angebracht werden und muss nicht angebracht werden, falls Wärme durch die Projektion und Vertiefung 8 abgeführt werden kann (Rippen-Einsetzschritt). Die Wärmeableitungsrippe 6 kann an der Vertiefung 82 durch ein Einsetzverfahren unter Verwendung von Stauchen, Löten oder einem Befestigungselement befestigt werden.
  • Im Folgenden werden Probleme bei der Verwendung einer Metall-Grundplatte beschrieben, die bei einer herkömmlichen Struktur auftreten, und zwar unter Verwendung der 24-26.
  • 24 ist eine schematische Draufsichtdarstellung einer Metall-Grundplatte, die eine herkömmliche Struktur aufweist. 25 ist eine schematische Querschnittsdarstellung der Metall-Grundplatte, die die herkömmliche Struktur aufweist.
  • 25 ist eine schematische Querschnittsdarstellung entlang einer Strichpunktlinie A-A in 24. 26 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung während des Spritzpressens unter Verwendung der Metall-Grundplatte, die eine herkömmliche Struktur aufweist.
  • 26(a) stellt einen Zustand dar, bei dem eine Metall-Grundplatte 21 in einem Formwerkzeug 101 angeordnet worden ist, und 26(b) stellt einen Zustand dar, bei dem das Dichtharz 5 in das Formwerkzeug 101 gepresst worden ist. In den Vertiefungen weist die Metall-Grundplatte 21 eine Projektion und eine Vertiefung 80 auf, die eine Projektion 85 und eine Vertiefung 86 aufweisen. Die Metall-Grundplatte 21 wird in dem Formwerkzeug 101 angeordnet.
  • Wenn die Projektionen 85 (Vertiefungen 86) in der einen Richtung bei einer unteren Fläche (der anderen Fläche) der Metall-Grundplatte 21 angeordnet sind, ist die äußerste Peripherie der unteren Fläche der Metall-Grundplatte 21 mit einem flachen Bereich 71 angeordnet, und zwar wie in 25 gezeigt, um ein Formen bzw. Gießen zu ermöglichen, ohne ein Entweichen des Dichtharzes 5 zu der Projektion und Vertiefung 80 in einem Spritzpress-Schritt zu verursachen. Das Harzgießen wird durchgeführt, während der flache Bereich 71 als eine Dichtfläche gegen das Formwerkzeug 101 gedrückt wird, und zwar wie in 26 gezeigt.
  • Falls dem Abdichtverhalten während des Harzgießens Wichtigkeit beigemessen wird, wird hier ein Abstand zwischen dem Spitzenendbereichen der Projektionen 85 der Projektionen und Vertiefungen 80 und einer Bodenfläche 101a des Formwerkzeugs 101 benötigt, und zwar unter Berücksichtigung der Herstellungsdimensionsabweichung bei den Spitzenendbereichen der Projektionen 85 (siehe 26a)). Falls das Harzgießen durchgeführt wird, wenn dieser Abstand ausgebildet ist, wird die Metall-Grundplatte 21 aufgrund des Harzgieß-Drucks verformt (durchgebogen) (siehe 26(b)).
  • Folglich kann ein Abschälen oder Risse bei der Isolierplatte 3 auftreten, die auf der Metall-Grundplatte 21 angeordnet ist, so dass eine verminderte Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung auftritt, die diese Metall-Grundplatte 21 aufweist.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 100, die die Struktur der Metall-Grundplatte 2 der vorliegenden ersten Ausführungsform aufweist, ist allerdings die äußerste Peripherie der untersten Fläche der Metall-Grundplatte 2, die mit Projektion und Vertiefung 8 ausgebildet ist, mit dem vorstehenden peripheren Bereich 7 einer konstanten Höhe ausgebildet, der die Projektion und Vertiefung 8 umgibt. Entsprechend kann verhindert werden, dass das Dichtharz 5 während des Harzgießens in Richtung der Projektion und Vertiefung 8 fließt.
  • Außerdem wird die Wärmeableitungsrippe 6 in die Vertiefung 82 der Projektion und Vertiefung 8 nach dem Harzgießen eingesetzt, so dass die Wärmeableitungs-Eigenschaften erhöht werden. Außerdem kann mit der Struktur, die die Verformung der Metall-Grundplatte 2 unterdrückt, im Vergleich zu einer herkömmlichen Struktur ein höherer Harzgieß-Druck als herkömmlich möglich erreicht werden, so dass das Verwenden einer Isolierplatte 3 ermöglicht wird, die ein höheres Wärmeableitungsverhalten aufweist.
  • Da der vorstehende periphere Bereich 7 so angeordnet ist, dass er die Projektion und Vertiefung 8 umgibt, die an der unteren Fläche der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet sind, kann bei der wie oben konfigurierten Halbleitervorrichtung das Verbiegen der Metall-Grundplatte 2 aufgrund des Formdrucks während des Spritzpressens reduziert werden und das Auftreten des Abschälens von und der Risse in der Isolierplatte 3 kann unterdrückt werden, die auf der oberen Fläche der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet ist, und zwar so, dass die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert wird. Außerdem ermöglicht das verminderte Verbiegen der Metall-Grundplatte 2 ein Harzgießen bei einer höheren Formtemperatur als herkömmlich möglich, so dass das Verwenden einer Isolierplatte 3 ermöglicht wird, die eine höhere thermische Leitfähigkeit als bei einer herkömmlichen Technik aufweist, wobei es nötig war, dass der Druck diese Funktion ausführt.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende zweite Ausführungsform unterscheidet sich dadurch, dass ein Isolierplatte 3 verwendet wird, die ein höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als diese der Isolierplatte 3, die Isolierschicht bei der ersten Ausführungsform ist. Durch ein derartiges Verwenden der Isolierplatte 3, die eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist, können die Wärmeableitungseigenschaften der Halbleitervorrichtung verbessert werden, und zwar die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung beibehalten wird.
  • Die Isolierplatte 3 wird beispielsweise wie folgt ausgebildet: Durch Füllen des duroplastischen Harzes, wie beispielsweise Epoxidharz, mit anorganischen Pulvern, wie beispielsweise Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid oder Aluminiumnitrid, die entweder alleine oder als eine Mischung verwendet werden, die eine hohe thermische Leitfähigkeit zum Verbessern der Wärmeableitungseigenschaften aufweist. Die Isolierplatte 3, die höhere Wärmeableitungs-eigenschaften aufweist, muss hochgradiger mit anorganischen Pulvern gefüllt werden und wird mit Bornitrid oder Aluminiumnitrid gefüllt, die bei den anorganischen Pulvern eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweisen.
  • Um die inhärente thermische Leitfähigkeit und Isoliereigenschaften der Isolierplatte 3 sicherzustellen, benötigt allerdings das Füllen mit einer höheren Menge von anorganischen Pulvern ein Aushärten bei einem höheren Druck während dem Erhitzen und Aushärten des Harzes, wie beispielsweise Epoxidharz, das als Basis für die Isolierplatte 3 dient.
  • Insbesondere hat die Form der anorganischen Pulver eine bedeutende Wirkung. Wenn Bornitrid verwendet wird, das eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist, wird, da dessen Pulver schuppenförmig ist, häufig ein höherer Druck benötigt, um die inhärenten Eigenschaften zu erhalten als wenn andere Pulver verwendet werden, die eine zerkleinerte Form oder eine Kugelform aufweisen, wie beispielsweise Siliciumoxid oder Aluminiumoxid für das Füllen verwendet werden. Wenn die Isolierplatte 3 erhitzt, gepresst und innerhalb der Spritzpressmaschine ausgehärtet wird, kann unter Verwendung der Metall-Grundplatte 2 der vorliegenden Erfindung eine Isolierplatte 3 verwendet werden, die eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist.
  • Wenn Bornitrid als anorganisches Pulver verwendet wird, um die Isolierplatte 3 zu füllen, wobei das anorganische Pulver inklusive dem Bornitrid in einer Menge von bis 40 Vol.% vorliegt, können inhärente thermische Leitfähigkeits- und IsolierEigenschaften bei einem Formdruck von etwa 5 MPa während des Erwärmens und Aushärtens sichergestellt werden, und die thermische Leitfähigkeit liegt bei etwa 2 bis 5 W/(m × K).
  • Wenn die anorganischen Pulver in einer Menge von 40 Vol.% oder mehr und weniger als 50 Vol.% vorliegen, wird ein Formdruck von etwa 10 MPa benötigt und die thermische Leitfähigkeit liegt bei etwa 4 bis 6 W/(m × K). Wenn die Metall-Grundplatte 21, die die in 24-26 gezeigte herkömmliche Struktur aufweist, verwendet wird, können Risse während des Harzgießens in der Isolierplatte 3 auftreten, die in einer erheblich reduzierten Durchbruchspannung resultieren kann, und zwar obwohl die thermische Leitfähigkeit sich selbst zeigt.
  • Wenn außerdem die anorganischen Pulver inklusive Bornitrid in einer Höhe von 50 Vol.% oder mehr und weniger als 60 Vol.% für das Füllen verwendet werden, kann sich eine thermische Leitfähigkeit von etwa 5 bis zu 14 W/(m x K) selbst zeigen, allerdings ist ein Formdruck von 10 MPa oder höher nötig. Eine Halbleitervorrichtung, die eine höhere Zuverlässigkeit aufweist, kann durch Verwenden der Struktur der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Es sei angemerkt, dass die thermische Leitfähigkeit davon abhängig variiert, ob als das anorganische Pulver für das Füllen Bornitrid als eine einfache Substanz verwendet wird oder gemischt mit anderen Pulvern, wobei das nach Bedarf entsprechend angemessen ausgewählt werden kann.
  • Da der vorstehende periphere Bereich 7 so angeordnet ist, dass der Projektion und Vertiefung 8 umgibt, die auf der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet sind, kann bei der wie oben konfigurierten Halbleitervorrichtung das Durchbiegen der Metall-Grundplatte 2 aufgrund des Formdrucks während des Spritzpressens reduziert werden und das Auftreten von Abschälen von und Rissen in der Isolierplatte 3, die auf der oberen Fläche der Metall-Grundplatte 2 angeordnet ist, kann unterdrückt werden, so dass die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert wird.
  • Außerdem ermöglicht das reduzierte Durchbiegen der Metall-Grundplatte 2 ein Harzgießen bei einer höheren Formtemperatur als herkömmlich möglich, so dass das Verwenden einer Isolierplatte 3 ermöglicht wird, die eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als bei einer herkömmlichen Technik, bei der es nötig war, dass der Druck die Funktion ausführt.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende dritte Ausführungsform unterscheidet sich dadurch, dass die Isolierplatte 3, die bei der ersten Ausführungsform verwendet wird, durch ein keramisches Substrat 31 ersetzt wird. Wenn die Isolierplatte 3 mit einem keramischen Substrat 31 auf diese Weise ausgetauscht wird, kann das Durchbiegen des keramischen Substrats 31 wiederum unterdrückt werden, so dass die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert wird.
  • 27 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Es sei angemerkt, dass 27 eine Schnittansicht ist, die eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung schematisch zeigt. Daher zeigt sie Positionsrelationen der entsprechenden Teile, Komponenten und dergleichen übersichtlich.
  • In den Figuren weist eine Halbleitervorrichtung 200 Folgendes auf: Das Halbleiterelement 1, die Metall-Grundplatte 2, die ein Metallelement ist, das keramische Substrat 31, das eine Isolierschicht ist, die Metallleitungsmuster 4 und 11, die Metallschichten sind, das Dichtharz 5, die Wärmeableitungsrippe 6, die eine Rippe ist, der periphere Bereich 7, die Projektion und Vertiefung 8, die Projektion 81, und die Vertiefung 82. Ein isolierendes Substrat 12 weist die Metallleitungsmuster 4 und 11 an entgegengesetzten Seiten des keramischen Substrats 31 auf.
  • Anders als die Isolierplatte 3 kann das keramische Substrat 31 für einen Bereich verwendet werden, der der Isolierschicht entspricht. Beim Anwenden auf die Metall-Grundplatte 21, wie in 25 gezeigt, bestand ein Problem dahingehend, dass Risse in dem keramischen Substrat 31 aufgrund der Verformung der Metall-Grundplatte 21 während des in 26 gezeigten Verformens auftreten, so dass eine Verschlechterung der Isoliereigenschaften resultiert. Allerdings kann mit dieser Struktur, wie in 27 gezeigt, eine Halbleitervorrichtung erreicht werden, die eine höhere Isolierungszuverlässigkeit aufweist, und zwar selbst, wenn das keramische Substrat 31 verwendet wird.
  • Wenn das keramische Substrat 31 verwendet wird, ist das Metallleitungsmuster 4 im Voraus auf einer oberen Fläche des keramischen Substrats 31 ausgebildet und das Halbleiterelement 1 wird mit Lot (nicht gezeigt) mit dem Metallleitungsmuster 4 verbunden und an diesem montiert. Außerdem ist das Metallleitungsmuster 11 im Voraus auf einer unteren Fläche des keramischen Substrats 31 ausgebildet. Die Metallleitungsmuster 4 und 11 sind an entgegengesetzten Oberflächen des keramischen Substrats 31 ausgebildet, um so das isolierende Substrat 12 auszubilden.
  • Ferner ist das keramische Substrat 31, das die Metallleitungsmuster 4 und 11 an dessen entgegengesetzten Oberflächen aufweist, dadurch mit der Metall-Grundplatte 2 verbunden, dass das Metallleitungsmuster 11 und die Metall-Grundplatte 2 mit Lot (nicht gezeigt) miteinander verbunden werden. Dann kann das Dichtharz 5 durch die Spritzpressmaschine eingefüllt werden, um die Halbleitervorrichtung 200 herzustellen. Grundsätzlich kann die Halbleiter-vorrichtung 200 durch die bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Herstellungsschritte hergestellt werden, und zwar indem die Isolierplatte 3 mit dem isolierenden Substrat 12 (keramischen Substrat 31) ausgewechselt wird.
  • Da der vorstehende periphere Bereich 7 so ausgebildet ist, dass die Projektion und Vertiefung 8 umgibt, die auf der unteren Fläche der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet sind, kann bei der wie oben konfigurierten Halbleitervorrichtung das Durchbiegen der Metall-Grundplatte 2 aufgrund des Formdrucks während des Spritzpressen reduziert werden und das Auftreten des Abschälens von und der Risse in dem keramischen Substrat 31 (isolierenden Substrat 12) kann verhindert werden, dass auf der oberen Fläche der Metall-Grundplatte 2 ausgebildet ist, so dass die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterelement
    2, 21
    Metall-Grundplatte
    3
    Isolierplatte
    4, 11
    Metallleitungsmuster
    5
    Dichtharz
    6, 60, 61, 62, 63, 601, 611, 621, 631
    Wärmeableitungsrippe
    7
    peripherer Bereich
    8, 80
    Projektion und Vertiefung
    9
    Stufe
    10, 101
    Formwerkzeug
    10a, 101a
    Bodenfläche des Formwerkzeugs
    12
    isolierendes Substrat
    13
    Stauchbereich
    31
    keramisches Substrat
    71
    flacher Bereich
    81, 83, 84, 85
    Projektion
    82, 86
    Vertiefung
    100, 200
    Halbleitervorrichtung
    600, 610, 620, 630, 6010, 6110, 6210, 6310
    Vorsprung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009177038 A [0004]
    • JP 9022970 A [0004]

Claims (11)

  1. Halbleitervorrichtung, die Folgendes aufweist: - ein Metallelement, das an dessen unterer Fläche eine Projektion und eine Vertiefung, und einen vorstehenden peripheren Bereich aufweist, der die Projektion und die Vertiefung umgibt, und eine Höhe aufweist, die höher ist als oder gleich groß ist wie eine Höhe der Projektion der Projektion und Vertiefung; - eine Isolierschicht, die auf einer oberen Fläche des Metallelements ausgebildet ist; - eine Metallschicht, die auf einer oberen Fläche der Isolierschicht ausgebildet ist; - ein Halbleiterelement, das mit einer oberen Fläche der Metallschicht verbunden ist; und - ein Dichtharz, um das Halbleiterelement, die Metallschicht, die Isolierschicht und das Metallelement abzudichten.
  2. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Höhe des peripheren Bereichs konstant ist.
  3. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Rippe in die Vertiefung der Projektion und Vertiefung eingesetzt ist.
  4. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Rippe einen Bereich aufweist, der in einer Breitenrichtung breiter ist als ihr Bereich, der in die Vertiefung der Projektion und der Vertiefung eingesetzt ist.
  5. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Projektion der Projektion und Vertiefung Projektionen von unterschiedlichen Dicken aufweist.
  6. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der periphere Bereich mit einer Stufe an dessen äußeren peripheren Bereich ausgebildet ist.
  7. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Isolierschicht eine Isolierplatte ist.
  8. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Isolierplatte Bornitrid aufweist und mit einem anorganischen Pulvermaterial in einer Menge von 40 Vol.% oder mehr gefüllt ist.
  9. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Isolierschicht ein keramisches Substrat ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - einen Metallelement-Ausbildeschritt zum Ausbilden eines Metallelements, das an dessen unterer Fläche eine Projektion und eine Vertiefung und einen vorstehenden peripheren Bereich aufweist, der die Projektion und die Vertiefung umgibt und eine Höhe aufweist, die höher ist als oder gleich groß ist wie eine Höhe der Projektion der Projektion und der Vertiefung; - einen Isolierschicht-Ausbildeschritt zum Ausbilden einer Isolierschicht auf einer oberen Fläche des Metallelements; - einen Metallschicht-Ausbildeschritt zum Ausbilden einer Metallschicht auf einer oberen Fläche der Isolierschicht; - einen Halbleiter-Verbindeschritt zum Verbinden eines Halbleiterelements mit einer oberen Fläche der Metallschicht; - einen Metallelement-Montierschritt zum Montieren des Metallelements in einem Formwerkzeug, und zwar durch Inkontaktbringen des peripheren Bereichs mit einer Bodenfläche des Formwerkzeugs ; und - einen Abdicht-Schritt zum Abdichten des Halbleiterelements, der Metallschicht, der Isolierschicht und des Metallelements mit einem Dichtharz.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist: einen Rippen-Einsetzschritt zum Einsetzen einer Rippe in die Vertiefung der Projektion und der Vertiefung.
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