DE112016005570T5 - Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112016005570T5
DE112016005570T5 DE112016005570.6T DE112016005570T DE112016005570T5 DE 112016005570 T5 DE112016005570 T5 DE 112016005570T5 DE 112016005570 T DE112016005570 T DE 112016005570T DE 112016005570 T5 DE112016005570 T5 DE 112016005570T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power semiconductor
layer
main terminal
bonding material
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112016005570.6T
Other languages
English (en)
Inventor
Tokihito Suwa
Seiji Funaba
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Publication of DE112016005570T5 publication Critical patent/DE112016005570T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49517—Additional leads
    • H01L23/49524—Additional leads the additional leads being a tape carrier or flat leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49541—Geometry of the lead-frame
    • H01L23/49562—Geometry of the lead-frame for devices being provided for in H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49575—Assemblies of semiconductor devices on lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/33—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/562—Protection against mechanical damage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Bondingteile zwischen Substraten und Eingangs-/Ausgangsklemmen werden während des Aufspannens übermäßig beansprucht, was dazu führen kann, dass sich die Bondingteile lösen und Risse auf den Substraten entstehen.
Eine untere Elektrode eines Leistungshalbleiterelements 11 ist über ein Bondingmaterial 13 mit einer ersten Verbindungsschicht 12 verbunden, die auf einer Unterseite des Leistungshalbleiterelements 11 angeordnet ist, und eine obere Elektrode 14 des Leistungshalbleiterelements 11 ist über das Bondingmaterial 13 mit einer zweiten Verbindungsschicht 15 verbunden, die auf einer Oberseite angeordnet ist. Außerdem ist eine zweite Hauptklemme 16, die mit der oberen Elektrode 14 des Leistungshalbleiterelements 11 elektrisch verbunden ist, über das Bondingmaterial 13 mit der zweiten Verbindungsschicht 15 verbunden und kontaktiert eine dritte Verbindungsschicht 24 (Abstandshalter) und ist auf dieser positioniert, die so angeordnet ist, dass sie parallel zur ersten Verbindungsschicht 12 auf der Unterseite der Vorrichtung verläuft. Eine Isolierschicht 26 ist auf einer Oberfläche jeder der ersten Verbindungsschicht 12 bis dritten Verbindungsschicht 24 gegenüber dem Bondingmaterial 13 laminiert und eine Wärmeableitungsschicht 27 ist auf der Isolierschicht 26 laminiert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung.
  • Verwandter Stand der Technik
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung führt eine Leistungsumwandlungsfunktion des Umwandelns von DC-Leistung in AC-Leistung oder AC-Leistung in DC-Leistung durch. Die Leistungshalbleitervorrichtung umfasst ein Leistungshalbleiterelement, das so konfiguriert ist, dass es einen Schaltbetrieb durchführt.
  • Als eine solche Leistungshalbleitervorrichtung beschreibt die PTL 1 eine Leistungshalbleitervorrichtung, bei der Wärme aus Wärmeableitungsflächen jeweiliger Substrate, die an beide Oberflächen eines Leistungshalbleiterelements gebondet sind, zu einem Kühler abgeleitet wird. Die Größe und das Gewicht einer Leistungshalbleitervorrichtung, die an einem elektrischen Fahrzeug wie z. B. einem Hybridauto, einem Elektroauto und einem Brennstoffzellenauto montiert ist, müssen verringert werden und Komponenten im Inneren der Leistungshalbleitervorrichtung sind dicht eingebaut. Die in der PTL 1 beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung zeigt eine ausgezeichnete Wärmeableitung. Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung mit einem Isolierharz versiegelt ist, werden Eingangs-/Ausgangsklemmen jedoch durch obere und untere Chips aufgespannt und das Harz wird in einen Raum zwischen den Chips gefüllt.
  • Liste der Referenzschriften
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2003-31765 A
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Da die Mehrzahl von Eingangs-/Ausgangsklemmen der in PTL 1 beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung an Substrate gebondet sind, die den jeweiligen Eingangs-/Ausgangsklemmen entsprechen, variieren relative Positionen der jeweiligen Eingangs-/Ausgangsklemmen tendenziell. Aus diesem Grund werden die Bondingteile zwischen den Substraten und den Eingangs-/Ausgangsklemmen während des Aufspannens übermäßig beansprucht, was dazu führen kann, dass sich die Bondingteile lösen und Risse auf den Substraten entstehen.
  • Lösung des Problems
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: ein Halbleiterelement, das eine obere Elektrode und eine untere Elektrode umfasst; eine erste Verbindungsschicht, die so angeordnet ist, dass sie der unteren Elektrode des Halbleiterelements gegenüberliegt und die über ein Bondingmaterial mit der unteren Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist; eine zweite Verbindungsschicht, die so angeordnet ist, dass sie der oberen Elektrode des Halbleiterelements gegenüberliegt und über das Bondingmaterial mit der oberen Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist; eine erste Hauptklemme, die über das Bondingmaterial mit der ersten Verbindungsschicht verbunden ist; eine zweite Hauptklemme, die über das Bondingmaterial mit der zweiten Verbindungsschicht verbunden ist; und einen Abstandshalter, wobei der Abstandshalter so angeordnet ist, dass er parallel zur ersten Verbindungsschicht oder zweiten Verbindungsschicht verläuft, und mit der ersten Hauptklemme oder der zweiten Hauptklemme versehen ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Bruch einer Leistungshalbleitervorrichtung während eines Produktionsprozesses verhindert werden.
  • Figurenliste
    • [1] Die 1(A) bis 1(C) veranschaulichen eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei 1(A) eine obere Ansicht ist, 1(B) eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X ist und 1(C) eine Querschnittsansicht entlang Linie Y-Y ist.
    • [2] 2(A) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform und 2(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X.
    • [3] Die 3(A) und 3(B) veranschaulichen eine Positionierung von Elementen gemäß der ersten Ausführungsform.
    • [4] Die 4(A) und 4(B) veranschaulichen eine Positionierung gemäß der ersten Ausführungsform unter Verwendung von Führungsstiften.
    • [5] 5 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel 1 der ersten Ausführungsform.
    • [6] Die 6(A) bis 6(C) veranschaulichen Beispiele für eine Verbindungsschicht der ersten Ausführungsform.
    • [7] 7 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel 2 der ersten Ausführungsform.
    • [8] Die 8(A) und 8(B) veranschaulichen eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • [9] 9 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform.
    • [10]Die 10(A) und 10(B) veranschaulichen eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
    • [11]Die 11(A) und 11(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform.
    • [12]12 ist ein Schaltungskonfigurationsschaubild einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
    • [13]13 veranschaulicht die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform, wobei die 13(A) und 13(B) obere Ansichten sind und 13(C) eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X ist.
    • [14]Die 14(A) und 14(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel 1 der vierten Ausführungsform.
    • [15]Die 15(A) und 15(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel 2 der vierten Ausführungsform.
    • [16]Die 16(A) und 16(B) veranschaulichen einen Anschlussrahmen gemäß der vierten Ausführungsform.
    • [17] 17 veranschaulicht das Aufspannen gemäß der vierten Ausführungsform.
    • [18]Die 18(A) und 18(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel 3 der vierten Ausführungsform.
    • [19]Die 19(A) und 19(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel 4 der vierten Ausführungsform.
    • [20]Die 20(A) und 20(B) veranschaulichen eine fünfte Ausführungsform.
    • [21]Die 21(A) bis 21(E) veranschaulichen eine sechste Ausführungsform.
    • [22]Die 22(A) und 22(B) veranschaulichen eine siebte Ausführungsform.
    • [23] Die 23(A) bis 23(C) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel der siebten Ausführungsform.
    • [24]Die 24(A) und 24(B) veranschaulichen eine achte Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 veranschaulicht eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und 1(A) ist eine obere Ansicht dieser, wobei eine zweite Verbindungsschicht 15 auf einer Oberseite und ein Versiegelungsharz 22 des leichteren Verständnisses wegen ausgelassen wurden. 1(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X in der oberen Ansicht und 1(C) ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Y-Y in der oberen Ansicht. Es wird angemerkt, dass Abmessungen von Komponenten in diesen Figuren und den darauffolgenden jeweiligen Figuren des leichteren Verständnisses wegen übertrieben dargestellt sind und sich von den tatsächlichen verkleinerten Abmessungen unterscheiden.
  • Wie in den 1(A) bis 1(C) veranschaulicht, ist eine untere Elektrode eines Leistungshalbleiterelements 11 über ein Bondingmaterial 13 mit einer ersten Verbindungsschicht 12 verbunden, die auf der Unterseite des Leistungshalbleiterelements 11 so angeordnet ist, dass sie der unteren Elektrode gegenüberliegt, und ist eine obere Elektrode 14 des Leistungshalbleiterelements 11 über das Bondingmaterial 13 mit der zweiten Verbindungsschicht 15 verbunden, die auf der Oberseite des Leistungshalbleiterelements 11 so angeordnet ist, dass sie der oberen Elektrode 14 gegenüberliegt. Außerdem ist eine zweite Hauptklemme 16, die mit der oberen Elektrode 14 des Leistungshalbleiterelements 11 elektrisch verbunden ist, über das Bondingmaterial 13 mit der zweiten Verbindungsschicht 15 verbunden und auf einem Abstandshalter 17, der so angeordnet ist, dass er parallel zur ersten Verbindungsschicht 12 auf der Unterseite der Vorrichtung verläuft, befestigt und positioniert ist. Eine erste Hauptklemme 18, die mit der unteren Elektrode des Leistungshalbleiterelements 11 elektrisch verbunden ist, ist über das Bondingmaterial 13 mit der ersten Verbindungsschicht 12 verbunden. Jede der Steuerklemmen 19 ist über eine Drahtverbindungsleitung 20 mit einer Steuerelektrode 21 des Leistungshalbleiterelements 11 verbunden. Das Versiegelungsharz 22 versiegelt die jeweiligen Komponenten, die das Leistungshalbleiterelement 11 umfassen.
  • Für jede der Verbindungsleitungen und Hauptklemmen kann ein Metall, ein Verbundmaterial aus metallischer und anorganischer Substanz oder ein Verbundmaterial aus metallischer und organischer Substanz ausgewählt werden und wird ein Metall, das vorwiegend aus Cu, Ni, Al oder dergleichen besteht, bevorzugt, da das Metall eine hohe elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist und relativ leicht verfügbar ist. Die Dicke jeder der Hauptklemmen kann auf einen Bereich von 0,5 mm bis 2 mm festgelegt werden. Die Dicke jeder der Verbindungsleitungen kann auf einen Bereich von 0,1 mm bis 3 mm festgelegt werden.
  • Im Folgenden wird eine Verfahrensweise zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • [Prozess A: Herstellung der ersten Verbindungsschicht und des Abstandshalters]
  • Zunächst werden die erste Verbindungsschicht 12 und der Abstandshalter 17 in vordefinierten Positionen parallel angeordnet.
  • Zu diesem Zeitpunkt werden die erste Verbindungsschicht 12 und der Abstandshalter 17 unter Verwendung eines nicht veranschaulichten Positionierungsmittels wie z. B. einer Montagevorrichtung, einer Klebefolie und eines Druckentspannungsadsorptionstischs positioniert.
  • [Prozess B: Verbinden der ersten Hauptklemme und Positionierung der zweiten Hauptklemme]
  • Danach werden das Bondingmaterial 13 und die erste Hauptklemme 18 in einer vordefinierten Position auf der ersten Verbindungsschicht 12 angeordnet, die der ersten Hauptklemme 18 entspricht, und die zweite Hauptklemme 16 wird in einer vordefinierten Position auf dem Abstandshalter 17 befestigt und mithilfe des Bondingmaterials 13 verbunden.
  • Als Bondingmaterial 13 können ein bekanntes Material wie z. B. Leitpaste, das Partikel von einem Metall, Kohlenstoff oder dergleichen enthält, Lot, ein Hartlötmaterial und ein Sintermaterial verwendet werden und wird ein für das Material geeignetes Verbindungsverfahren verwendet. Alternativ kann ein Direktbondingverfahren ohne Bondingmaterial 13 gewählt werden, wie z. B. Laserschweißen, Ultraschallschweißen und Plasmaaktivierungs-Niedrigtemperaturbonding. Beim Direktbondingverfahren kann ein Einfluss der Maßtoleranz des Bondingmaterials 13 ausgeschlossen werden und kann der Prozess vereinfacht werden. Wenn ein beliebiges Direktbondingverfahren verwendet wird, wird „Bondingmaterial“ in den jeweiligen Figuren und deren Beschreibung gemäß der vorliegenden und anderen Ausführungsformen durch „Bondingschicht“ ersetzt.
  • Außerdem agiert der Abstandshalter 17 als Positionierer für die zweite Hauptklemme 16. Wenn die zweite Hauptklemme 16 über das gleiche Bondingmaterial 13 wie das obige Bondingmaterial oder ein anderes mit dem Abstandshalter 17 verbunden ist, kann demnach eine Verschiebung in den darauffolgenden Prozessen verhindert werden. Wenn das gleiche Bondingmaterial 13 verwendet wird, kann die zweite Hauptklemme 16 im gleichen Prozess wie jenem zum Verbinden der ersten Hauptklemme 18 verbunden werden, wodurch die Anzahl der Prozesse weiter verringert werden kann.
  • 2(A) ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die zweite Hauptklemme 16 und den Abstandshalter 17 in 1(C) zeigt, und 2(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X in 2(A). Wie in 2 veranschaulicht, ist ein Teil von Seitenflächen der zweiten Hauptklemme 16 oder sind alle dieser (nicht veranschaulicht) in eine Ausnehmung eingesetzt oder gepasst und darin befestigt, die im Abstandshalter 17 gebildet ist, um ein Positionierungsmittel zu vereinfachen. Außerdem kann ein Einsetzen oder Einpassen und ein Bondingmaterials oder Direktmetallbonding kombiniert werden. Als Material für den Abstandshalter 17 können ein isolierendes oder leitfähiges Material wie z. B. ein Metall, ein Harz, Keramik, Glas und ein Verbundmaterial davon gewählt werden. Wenn der Abstandshalter 17 über das Bondingmaterial 13 mit der zweiten Hauptklemme 16 verbunden ist, wird ein Material für den Abstandshalter 17 ausgewählt, das für das Bondingmaterial 13 geeignet ist. Beispielsweise wenn ein Metall wie z. B. Cu und Ni als Material für den Abstandshalter 17 ausgewählt wird, kann ein Lot als Bondingmaterial 13 ausgewählt werden.
  • Außerdem können die erste Hauptklemme 18 und die zweite Hauptklemme 16, ähnlich wie in Prozess A, unter Verwendung eines Positionierungsmittels positioniert werden und kann das Positionierungsmittel mit dem Positionierungsmittel in Prozess A kombiniert werden. Beispielsweise wird ein Druckentlastungsadsorptionstisch in Prozess A verwendet und wird eine Montagevorrichtung im vorliegenden Prozess verwendet. Wenn eine Montagevorrichtung sowohl in Prozess A als auch im vorliegenden Prozess verwendet wird, kann die Positionierungsgenauigkeit der jeweiligen Komponenten unter Verwendung einer integrierten Montagevorrichtung weiter verbessert werden.
  • Die 3(A) und 3(B) veranschaulichen eine Positionierung der Elemente gemäß der ersten Ausführungsform. 3(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie Y-Y in 3(A). Wie in den 3(A) und 3(B) veranschaulicht, werden die Elemente wie z. B. die erste Verbindung 12, der Abstandshalter 17, die erste Hauptklemme 18 und die zweite Hauptklemme 16 unter Verwendung einer Ausnehmung 100 einer unteren Montagevorrichtung 101 positioniert. Indem eine obere Montagevorrichtung 102 zwischen den jeweiligen Elementen zwischengeschaltet wird, können die jeweiligen Elemente ferner in einer Nach-oben/Nach-unten-Richtung positioniert werden.
  • Die 4(A) und 4(B) veranschaulichen eine Positionierung der Elemente gemäß der ersten Ausführungsform unter Verwendung von Führungsstiften. 4(A) ist eine obere Ansicht und 4(B) ist eine Seitenansicht von Führungsstiften und der Montagevorrichtung. Wie in den 4(A) und 4(B) veranschaulicht, werden die erste Verbindungsschicht 12, die erste Hauptklemme 18 und die zweite Hauptklemme 16 unter Verwendung von Führungsstiften 104 positioniert. Unterdessen können die erste Hauptklemme 18 und die zweite Hauptklemme 16 von einem Anschlussrahmen getrennt sein. Demnach kann ein Positionierungsmittel unter Verwendung eines Anschlussrahmens, in den die erste Hauptklemme 18 und die zweite Hauptklemme 16 über einen nicht veranschaulichten Haltesteg integriert sind, vereinfacht werden. Der Haltesteg kann in beliebigen der darauffolgenden Prozesse geschnitten werden.
  • Wie oben beschrieben, wird, da die erste Hauptklemme 18 und die zweite Hauptklemme 16 positioniert sind, eine relative Positionsgenauigkeit zwischen der ersten Hauptklemme 18 und der zweiten Hauptklemme 16 verbessert, das Bondingmaterial 13 durch Aufspannen eines Chips in einem Versiegelungsprozess mithilfe eines unten erwähnten Transferpressverfahrens nicht übermäßig beansprucht und kann ein Bruch der Leistungshalbleitervorrichtung verhindert werden.
  • [Prozess C: Verbinden des Leistungshalbleiterelements]
  • Danach werden das Bondingmaterial 13 und das Leistungshalbleiterelement 11 in einer vordefinierten Position auf der ersten Verbindungsschicht 12 angeordnet, die dem Leistungshalbleiterelement 11 entspricht, um das Leistungshalbleiterelement 11 mithilfe des Bondingmaterials 13 zu verbinden.
  • Als Material für das Bondingmaterial 13 kann ein ähnliches Material wie jenes in Prozess B gewählt werden. Unterdessen kann das Leistungshalbleiterelement 11 unter Verwendung einer Montagevorrichtung positioniert werden. Wenn ein flüssiges Material wie z. B. Lötpaste und Leitpaste als Bondingmaterial 13 ausgewählt wird, kann das Leistungshalbleiterelement 11 mithilfe der Viskosität des Bondingmaterials 13 positioniert werden. Wenn das gleiche Bondingmaterial 13 wie in Prozess B verwendet wird, können der vorliegende Prozess und Prozess B gleichzeitig durchgeführt werden, was die Anzahl der Prozesse weiter verringern kann.
  • [Prozess D: Verbinden der Steuerklemme]
  • Danach wird jede der Steuerklemmen 19 in einer vordefinierten Position angeordnet und werden die Steuerelektrode 21 des Leistungshalbleiterelements 11 und die Steuerklemme 19 mithilfe eines Drahtbondingverfahrens unter Verwendung der Drahtverbindungsleitung 20 verbunden.
  • Ähnlich wie in Prozess A kann die Steuerklemme 19 unter Verwendung eines Positionierungsmittels positioniert werden und kann das Positionierungsmittel mit dem Positionierungsmittel in Prozess A und/oder Prozess B kombiniert werden.
  • Es wird angemerkt, dass, auch wenn bei der vorliegenden Ausführungsform drei Steuerelektroden 21 veranschaulicht sind, die Anzahl von Steuerelektroden 21 nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise können Detektionselektroden wie z. B. ein Temperatursensor und ein Stromsensor, die im Leistungshalbleiterelement 11 integriert oder nahe diesem angeordnet sind, beliebig hinzugefügt werden. Außerdem können die Steuerklemmen 19 und die erste Hauptklemme 18 und/oder die zweite Hauptklemme 16 von einem Anschlussrahmen getrennt sein. Demnach kann ein Positionierungsmittel für die Steuerklemmen 19 unter Verwendung eines Anschlussrahmens, in den sie über einen nicht veranschaulichten Haltesteg integriert sind, vereinfacht werden.
  • [Prozess E: Verbinden der zweiten Verbindungsschicht]
  • Danach werden das Bondingmaterial 13 und die zweite Verbindungsschicht 15 in vordefinierten Positionen auf den Oberseiten des Leistungshalbleiterelements 11 und der zweiten Hauptklemme 16 angeordnet, um das Leistungshalbleiterelement 11 und die zweite Hauptklemme 16 mithilfe des Bondingmaterials 13 zu verbinden. Als Material für das Bondingmaterial 13 kann ein ähnliches Material wie jene in Prozess B und Prozess C gewählt werden. Wenn das gleiche Bondingmaterial 13 wie jene in Prozess B und Prozess C verwendet wird, können demnach der vorliegende Prozess, Prozess B und Prozess C gleichzeitig durchgeführt werden, was die Anzahl der Prozesse weiter verringern kann. In diesem Fall kann Prozess D nach dem vorliegenden Prozess durchgeführt werden.
  • Es wird angemerkt, dass die Reihenfolge von Prozess A bis Prozess E beliebig geändert werden kann und Prozess A bis Prozess E gleichzeitig durchgeführt werden können. Die Reihenfolge ist nicht auf die eine gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschränkt.
  • [Prozess F: Harzversiegelung]
  • Danach werden das Leistungshalbleiterelement 11, die erste Verbindungsschicht 12, die zweite Verbindungsschicht 15, der Abstandshalter 17, die zweite Hauptklemme 16, die erste Hauptklemme 18 und die Steuerklemmen 19 in einem Zustand aufgespannt, in dem sie in vordefinierten Positionen in einem Hohlraum angeordnet sind, der durch den obere Chip und den unteren Chip gebildet wird, und werden durch das Versiegelungsharz im Transferpressverfahren versiegelt.
  • Wenn der obere Abstandshalter 17 nicht an der zweiten Hauptklemme 16 befestigt ist oder nicht mit der zweiten Hauptklemme 16 verbunden ist, über das Bondingmaterial 13, ist der Abstandshalter 17 mit einer Klebefolie 17 zwischen dem Abstandshalter und einem der oberen und unteren Chips versehen, an dem der Abstandshalter 17 anliegt, oder wird der Abstandshalter 17 durch Versehen des Chips mit einem Saugmechanismus zum Positionieren des Abstandshalters 17 in Bezug auf den oberen Chip angesaugt.
  • Die dem Leistungshalbleiterelement 11 gegenüberliegende Oberfläche zumindest eines der ersten Verbindungsschicht 12, der zweiten Verbindungsschicht 15 und des Abstandshalters 17 wird in Bezug auf das Versiegelungsharz teilweise oder gänzlich freigelegt, wird mit einem Kühlelement wie z. B. einem Kühler und einem Kühlkörper in engem Kontakt gebracht und wird gekühlt. Ein Isoliermaterial wie z. B. Keramik und eine Isolierharzfolie wird nach Bedarf zwischen der freigelegten Oberfläche und dem Kühlelement zwischengeschaltet.
  • 5 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel 1 der ersten Ausführungsform und ist eine Querschnittsansicht, die 1(C) entspricht. Beispielsweise bei dem Leistungshalbleiterelement 11, das weniger Wärme erzeugt, oder der Leistungshalbleitervorrichtung, die weniger Kühlleistung erfordert, kann die zweite Verbindungsschicht 15 in das Versiegelungsharz 22 versiegelt werden, während die erste Verbindungsschicht 12 in Bezug auf das Versiegelungsharz 22 freigelegt sein kann, wie in 5 veranschaulicht. In diesem Fall kann, da ein relativ dünnes Material für die zweite Verbindungsschicht 15 verwendet werden kann, die zweite Verbindungsschicht 15 mithilfe angemessener Pressarbeit gebildet werden.
  • Wenn hingegen die erste Verbindungsschicht 12 und die zweite Verbindungsschicht 15 freigelegt sind, kann die Leistungshalbleitervorrichtung von beiden Seiten gekühlt werden und kann somit eine hohe Kühlleistung erzielen, was in Bezug auf Größenverringerung und hohe Dichte einer Leistungsumwandlungsvorrichtung unter Verwendung der Leistungshalbleitervorrichtung vorteilhaft ist. Wenn der Abstandshalter 17 ebenfalls freigelegt ist und gekühlt wird, können außerdem eine Wärme, die durch die Selbsterhitzung der zweiten Hauptklemme 16 erzeugt wird, und eine Wärme, die durch die Wärmeerzeugung von Verbindungsleitungen und elektrischen Teilen erzeugt wird, die mit der zweiten Hauptklemme 16 verbunden sind, über den Abstandshalter 17 gekühlt werden. Somit kann eine höhere Kühlleistung erzielt werden. Demnach kann eine hohe Kühlleistung erzielt werden, wenn der Abstandshalter 17 aus einem Metall mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Cu und Al, Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminiumoxid, Siliciumnitrid und Bornitrid oder einem Harz mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das durch starkes Füllen eines Isolierharzes wie z. B. Epoxid und Polyamid mit einem wärmeleitfähigen Füllstoff oder einer wärmeleitfähigen Faser erhalten wird, hergestellt ist.
  • Was die zweite Verbindungsschicht 15 gemäß der vorliegenden Ausführungsform betrifft, so ist unterdessen eine dem Bondingmaterial 13 gegenüberliegende Region so ausgebildet, dass sie weiter als ein Umfang davon vorsteht, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die 6(A) bis 6(C) veranschaulichen Beispiele für die Verbindungsschicht. Beispielsweise können die dem Bondingmaterial 13 gegenüberliegende Region der zweiten Verbindungsschicht 15 und der Umfang auf einer gleichen Ebene liegen. Wie in 6(A) veranschaulicht, kann die dem Bondingmaterial 13 gegenüberliegende Region der ersten Verbindungsschicht 12 vorstehen. Wie in 6(B) veranschaulicht, können auch den Bondingmaterialien 13 gegenüberliegende Regionen der ersten Verbindungsschicht 12 und der zweiten Verbindungsschicht 15 vorstehen.
  • Wie bei einem unten erwähnten vierten Beispiel ( 13(C)), können außerdem die Höhen der ersten Verbindungsschicht 12 und der zweiten Verbindungsschicht 15 verändert werden. Wie in 6(C) veranschaulicht, können die erste Verbindungsschicht 12 und die zweite Verbindungsschicht 15 in diesem Fall den unterschiedlichen Dicken des Leistungshalbleiterelements 11, des Bondingmaterials 13, der zweiten Hauptklemme 16 und der erste Hauptklemme 18 entsprechen, indem die vorstehenden Dicken (Höhen) angepasst werden. Insbesondere wenn eine Mehrzahl unterschiedlicher Leistungshalbleiterelemente 11 in Bezug auf die erste Verbindungsschicht 12 und die zweite Verbindungsschicht 15 parallel und/oder in Reihe geschaltet ist, ist es schwierig, die Dicken der jeweiligen Leistungshalbleiterelemente 11 gleich zu gestalten, und werden die Dicken der jeweiligen Leistungshalbleiterelemente 11 auf einen Bereich von 0,05 mm bis 0,2 mm individuell eingestellt. Das Verändern der Höhen der ersten Verbindungsschicht 12 und der zweiten Verbindungsschicht 15 ist ein geeignetes Mittel zum Ausgleichen des Dickenunterschieds. Außerdem können Isolierabstände in Dickenrichtung zwischen der ersten Verbindungsschicht 12 und der zweiten Verbindungsschicht 15 und zwischen der ersten Verbindungsschicht 12 und der zweiten Verbindungsschicht 15 und zwischen der zweiten Hauptklemme 16 und der ersten Hauptklemme 18 gesichert werden.
  • 7 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel 2 der ersten Ausführungsform und ist eine Querschnittsansicht, die 1(C) entspricht. Das Modifikationsbeispiel 2 unterscheidet sich dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass anstatt des Abstandshalters 17 eine dritte Verbindungsschicht 24 verwendet wird und über das Bondingmaterial 13 mit der zweiten Hauptklemme 16 verbunden ist. Die restliche Konfiguration ähnelt jener der ersten Ausführungsform und auf eine Beschreibung dieser wird somit verzichtet.
  • In 7 ist die dritte Verbindungsschicht 24 in Bezug auf die erste Verbindungsschicht 12 parallel angeordnet, so dass sie von der ersten Verbindungsschicht 12 beabstandet ist, um die dritte Verbindungsschicht 24 gegenüber der ersten Verbindungsschicht 12 elektrisch zu isolieren. Die dritte Verbindungsschicht 24 ist mit der zweiten Hauptklemme 16 verbunden, um die dritte Verbindungsschicht 24 mit der Elektrode des Leistungshalbleiterelements 11 elektrisch zu verbinden. Unterdessen können die erste Verbindungsschicht 12 und die dritte Verbindungsschicht 24 vorzugsweise von einem Anschlussrahmen getrennt sein. Demnach kann ein Positionierungsmittel unter Verwendung eines Anschlussrahmens, in den die erste Verbindungsschicht 12 und die dritte Verbindungsschicht 24 über einen nicht veranschaulichten Haltesteg integriert sind, vereinfacht werden und kann die Anzahl von Prozessen drastisch verringert werden. Der Haltesteg kann in beliebigen der Prozesse nach Verbinden der ersten Verbindungsschicht 12 mit dem Leistungshalbleiterelement 11 und nach Verbinden der dritten Verbindungsschicht 24 mit der zweiten Hauptklemme 16 geschnitten werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Die 8(A) und 8(B) veranschaulichen eine zweite Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 8(A) ist eine Querschnittsansicht, die 1(B) der ersten Ausführungsform entspricht, und 8(B) ist eine Querschnittsansicht, die 7 der ersten Ausführungsform entspricht. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass eine Isolierschicht 26 auf einer Oberfläche gegenüber dem Bondingmaterial 13 jeder der ersten Verbindungsschicht 12 bis dritten Verbindungsschicht 24 laminiert ist. Die restliche Konfiguration ähnelt jener der ersten Ausführungsform und auf eine Beschreibung dieser wird somit verzichtet.
  • Die vorliegende Ausführungsform weist die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den Wirkungen der ersten Ausführungsform auf.
  • Als erste Wirkung muss, da die auf jede der Verbindungsschichten laminierte Isolierschicht 26 in Bezug auf das Versiegelungsharz 22 freigelegt ist, kein Isoliermaterial zwischen der freigelegten Oberfläche und dem Kühlelement zwischengeschaltet werden, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall wäre.
  • Als zweite Wirkung muss außerdem, da eine Verbindungsplatte, wobei eine laminierte Platte geätzt ist, die durch Laminieren und Anbringen einer Metallplatte wie z. B. Cu und Al und einer Isolierschicht gebildet wurde, und wobei die Metallplatte so verarbeitet ist, dass sie jeweilige Verbindungsleitungen bildet, oder eine Verbindungsplatte, wobei eine Isolierschicht laminiert und an einer Metallplatte angebracht ist, die mit jeweiligen Verbindungsleitungen versehen ist, unter Verwendung von Pressarbeit, verwendet werden, ein Haltesteg, der die erste Verbindungsschicht 12 und die dritte Verbindungsschicht 24 integriert, nicht geschnitten werden, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall wäre.
  • Als Isolierschicht 26 kann Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminiumoxid, Siliciumnitrid und Bornitrid oder ein Harz mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das durch starkes Füllen eines Isolierharzes wie z. B. Epoxid und Polyamid mit einem wärmeleitfähigen Füllstoff wie z. B. Aluminiumoxid, Siliciumnitrid und Bornitrid erhalten wird, verwendet werden.
  • Die Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder das Harz mit hoher Wärmeleitfähigkeit können zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Prozesses des Verbindens jeweiliger Verbindungsleitungen bei der ersten Ausführungsform (d. h., der Prozess entspricht Prozess E der ersten Ausführungsform) zum Prozess der Harzversiegelung (der Prozess entspricht Prozess F der ersten Ausführungsform) laminiert werden.
  • 9 veranschaulicht ein Modifikationsbeispiel der zweiten Ausführungsform. Wie in 9 veranschaulicht, wird die Isolierschicht 26 bei der Leistungshalbleitervorrichtung, die relativ weniger Wärmeableitung benötigt, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, ggf. nur auf eine der Ober- und Unterseiten laminiert.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Die 10(A) und 10(B) veranschaulichen eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. 10(A) ist eine Querschnittsansicht, die 8(A) der zweiten Ausführungsform entspricht, und 10(B) ist eine Querschnittsansicht, die 8(B) der zweiten Ausführungsform entspricht. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der zweiten Ausführungsform, dass eine Wärmeableitungsschicht 27 auf der Isolierschicht 26 laminiert ist. Die restliche Konfiguration ähnelt jener der zweiten Ausführungsform und auf eine Beschreibung dieser wird somit verzichtet.
  • Als Material für die Wärmeableitungsschicht 27 kann ein Metall wie z. B. Cu und Al verwendet werden. Da ein Kühlelement und ein Kühlkörper mit einer freigelegten Oberfläche der Wärmeableitungsschicht 27 verbunden sein können, kann der Wärmewiderstand verringert werden und kann eine hohe Kühlleistung erhalten werden. Da die Wärmeableitungsschicht 27 bei der vorliegenden Ausführungsform nicht leitfähig sein muss, kann außerdem ein Halbleiter oder ein Verbundmaterial wie z. B. SiC und AlSiC verwendet werden und kann die Wärmeableitungsschicht 27 nach Bedarf plattiert werden.
  • Ferner kann ein Isoliersubstrat verwendet werden, das durch Laminieren und Anbringen der Verbindungsschicht, der Isolierschicht 26 und der Wärmeableitungsschicht 27 vorab erhalten wird. Das Isoliersubstrat kann durch Hartlöten oder direktes Anbringen der Verbindungsschicht und der Wärmeableitungsschicht an einer Keramikplatte oder durch Bilden der Verbindungsschicht und der Wärmeableitungsschicht auf der Keramikplatte mithilfe eines Verfahrens zum Behandeln von geschmolzenem Metall hergestellt werden.
  • Die 11(A) und 11(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform. 11(A) veranschaulicht ein Beispiel, bei dem eine Lamelle 28 vom Versiegelungsharz 22 vorsteht, während 11(B) ein Beispiel veranschaulicht, bei dem die Lamelle 28 im Versiegelungsharz 22 aufgenommen ist. Wie in den 11(A) und 11(B) veranschaulicht, ist die plattenähnliche oder stiftähnliche (säulenförmige) Lamelle 28 mit der Wärmeableitungsschicht 27 integral ausgebildet und in Bezug auf das Versiegelungsharz 22 freigelegt, um eine hohe Kühlleistung zu ermöglichen. Als Verfahren, mit dem die Lamelle 28 mit der Wärmeableitungsschicht 27 integral ausgebildet wird, wird die Lamelle 28 an die Wärmeableitungsschicht 27 hartgelötet oder direkt an dieser angebracht oder wird die Wärmeableitungsschicht 27, in die die Lamelle 28 mithilfe von Strangpressen oder Schmieden integriert wurde, an eine Keramikplatte hartgelötet oder direkt an dieser angebracht. Wenn das Isoliersubstrat mithilfe des Verfahrens zum Behandeln von geschmolzenem Metall hergestellt wird, kann die Lamelle 28 auf einfache Weise durch Bilden der Lamelle 28 in einem Formteil integral mit der Wärmeableitungsschicht 27 ausgebildet werden. Da in diesem Fall keine Verbindungsgrenzfläche zwischen der Wärmeableitungsschicht 27 und der Lamelle 28 vorhanden ist, kann der Wärmewiderstand der Leistungshalbleitervorrichtung weiter verbessert werden. Es wird angemerkt, dass die Lamelle, auch wenn die Lamellen in den 11(A) und 11(B) auf beiden Seiten auf den Wärmeableitungsschichten bereitgestellt sind, auf nur einer der Oberseite oder der Unterseite bereitgestellt sein kann.
  • Die vorliegende Ausführungsform weist im Vergleich zur zweiten Ausführungsform die folgenden Wirkungen auf. Und zwar kommt es bei den Verbindungsschichten der zweiten Ausführungsform durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen der Verbindungsschicht 12 oder 15 und der Isolierschicht 26 zu einer Verwerfung. Um den Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Verbindungsschicht und der Isolierschicht 26 zu verringern, müssen somit Materialien begrenzt werden und muss die Struktur berücksichtigt werden. Beispielsweise wenn die Verbindungsschicht aus einem Metall wie z. B. Cu und Al hergestellt ist, muss ein Harz mit hoher Wärmeleitfähigkeit stark mit einen anorganischen Füllstoff mit geringer Wärmeausdehnung gefüllt werden. Wenn die Isolierschicht 26 aus Keramik hergestellt ist, müssen ein Metall wie z. B. Mo und W und eine Legierung mit geringer Wärmeausdehnung wie z. B. Legierung 42 und Invar verwendet werden. Außerdem können Materialien mit relativ unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden, um den Einfluss einer Verwerfung durch Prozesssteuerung zu verringern. Dadurch werden die Prozesse jedoch ggf. komplexer.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Substrat, wenn die Verbindungsschicht 12 oder 15 und die Wärmeableitungsschicht 27 aus einem Metall oder dergleichen auf beiden Oberflächen der Isolierschicht 26 laminiert und angebracht sind, über die Isolierschicht 26 in Dickenrichtung symmetrisch sein und können die Materialbegrenzung und Prozesskomplexität somit verringert werden. Unterdessen kann eine Verwerfung durch entsprechendes Anpassen der jeweiligen Dicken begrenzt werden, da die Verbindungsschicht 12 oder 15 und die Wärmeableitungsschicht 27 unterschiedliche Flächen aufweisen.
  • Bei jeder der obigen ersten bis dritten Ausführungsformen ist ein Leistungshalbleiterelement 11 bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und es kann eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterelementen 11 gleicher oder unterschiedlicher Art parallel oder in Reihe geschaltet sein. Demnach können die Leistungshalbleiterelemente 11 durch Verwenden von MOSFETs als Leistungshalbleiterelemente 11 und Verbinden der MOSFETs parallel, durch Verbinden einer Diode nicht parallel mit einem IGBT oder einem Bipolartransistor oder durch Verbinden dieser in Reihe zur Bildung einer Brückenkonfiguration beliebig kombiniert werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 12 bis 21 beschrieben. Die vierte Ausführungsform wird anhand einer beispielhaften Leistungshalbleitervorrichtung mit Brückenkonfiguration beschrieben, die insbesonders hohe Wirkungen aufweist. Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung, auch wenn die vorliegende Ausführungsform auf der Konfiguration der dritten Ausführungsform basiert, nicht darauf beschränkt ist und die vorliegende Ausführungsform durch Kombinieren der ersten bis dritten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
  • 12 ist ein Schaltungskonfigurationsschaubild einer Leistungshalbleitervorrichtung mit Brückenkonfiguration. Wie in 12 veranschaulicht, sind Leistungshalbleiterelemente, die einen oberen Arm 30 und einen unteren Arm 31 bilden, zwischen einer Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode und einer Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode in Reihe geschaltet und ist eine mittelseitige Hauptklemme 34 von einem Verbindungspunkt der oberen und unteren Arme verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind ein Oberer-Arm-IGBT 35 und eine Oberer-Arm-Diode 36 als Leistungshalbleiterelemente parallel verbunden, während ein Unterer-Arm-IGBT 37 und eine Unterer-Arm-Diode 38 parallel verbunden sind. Diese Brücke oder eine Mehrzahl von parallel geschalteten Brücken ist für eine Verwendung als Leistungsumwandlungsvorrichtung für eine DC-AC-Umwandlung, AC-DC-Umwandlung, DC-Spannungsumwandlung und dergleichen bereitgestellt.
  • 13 veranschaulicht eine Außenansicht der Leistungshalbleitervorrichtung. 13(A) ist eine obere Ansicht, wobei das Versiegelungsharz 22, die obere Isolierschicht 26 und das obere Bondingmaterial nicht gezeigt sind, 13(B) ist eine obere Ansicht, die durch Hinzufügen von Verbindungsleitungen der oberen Isolierschicht 26 zu 13(A) erhalten wurde, und 13(C) eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X in 13(B).
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Oberer-Arm-IGBT 35 und die Oberer-Arm-Diode 36 über das Bondingmaterial 13 mit einer ersten Verbindungsleitung 40 der unteren Isolierschicht 26 auf Seite des oberen Arms verbunden und sind der Unterer-Arm-IGBT 37 und die Unterer-Arm-Diode 38 über das Bondingmaterial 13 mit einer ersten Verbindungsleitung 43 auf der Seite des unteren Arms verbunden. Außerdem ist die Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode über das Bondingmaterial 13 mit der ersten Verbindungsleitung 40 auf Seite des oberen Arms verbunden, ist die Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode über das Bondingmaterial 13 mit einer dritten Verbindungsschicht 45 auf Seite des unteren Arms verbunden und ist die mittelseitige Hauptklemme 34 über das Bondingmaterial 13 mit einer ersten Verbindungsleitung 43 auf Seite des unteren Arms verbunden. Ferner ist eine zweite Verbindungsleitung 41 der oberen Isolierschicht 26 auf Seite des oberen Arms über das Bondingmaterial 13 mit dem Oberer-Arm-IGBT 35, der Oberer-Arm-Diode 36 und der mittelseitigen Hauptklemme 34 verbunden, und ist eine zweite Verbindungsleitung 44 auf Seite des unteren Arms über das Bondingmaterial 13 mit dem Unterer-Arm-IGBT 37, der Unterer-Arm-Diode 38 und der Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode verbunden.
  • Bei einer solchen Konfiguration kann die mittelseitige Hauptklemme 34 sowohl einen Stromeingang/-ausgang als auch eine elektrische Verbindung zwischen dem oberen Arm und dem unteren Arm durchführen. Da üblicherweise ein Metallblock verwendet wird und die zweite Verbindungsleitung 41 auf Seite des oberen Arms und die erste Verbindungsleitung 43 auf Seite des unteren Arms über Bondingmaterialien mit der Oberseite und der Unterseite des Metallblocks verbunden sind, wird das Verwalten der Komponenten im Prozess komplexer. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine solche Komplexität umgangen.
  • Man nehme unterdessen den Fall an, dass die Unterer-Arm-Diode 38 in einem leitfähigen Zustand in Durchlassrichtung vorgespannt vorliegt. In diesem Zustand ist die Unterer-Arm-Diode 38, wenn der Oberer-Arm-IGBT 35 eingeschaltet ist, in Sperrrichtung vorgespannt und fließt Erholungsstrom, der aus dem Trägertransfer resultiert, durch die oberen und unteren Arme. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Erholungsstrom in den durchgehenden Pfeilen in 13. Demnach fließt Schleifenstrom von der Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode zu einer ersten Verbindungsleitung 40 auf Seiten des oberen Arms (Pfeil (1)), von einer Kollektorelektrode zu einer Emitterelektrode des Oberer-Arm-IGBT 35, von einer zweiten Verbindungsleitung 41 auf Seite des oberen Arms zur mittelseitigen Hauptklemme 34 (Pfeil (2)), von der mittelseitigen Hauptklemme 34 zur ersten Verbindungsleitung 43 auf Seite des unteren Arms (Pfeil (3)), von einer Kathodenelektrode zu einer Anodenelektrode der Unterer-Arm-Diode 38 und von der zweiten Verbindungsleitung 44 auf Seite des unteren Arms zur Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode (Pfeil (4)). Aufgrund dieses Schleifenstroms fließt Wirbelstrom, wie durch den unterbrochenen Pfeil gezeigt, in den jeweiligen Wärmeableitungsschichten der oberen und unteren Isolierschichten 26. Aufgrund der Magnetfeldaufhebungswirkung wird die Verbindungsinduktanz im Pfad des Schleifenstroms verringert.
  • Die 14(A) und 14(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel 1 der vierten Ausführungsform und die 15(A) und 15(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel 2 der vierten Ausführungsform.
  • Wie in 14 veranschaulicht, ist eine zweite mittelseitige Hauptklemme 50 neben der Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode so bereitgestellt, dass sie nahe der Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode liegt. Wie in 15 veranschaulicht, ist außerdem eine zweite mittelseitige Hauptklemme 51 neben der Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode so bereitgestellt, dass sie nahe der Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode liegt. Somit kann die Verbindungsinduktanz durch eine Gegenstromwirkung sowie eine Wirbelstromwirkung verringert werden. Beispielsweise wenn der Oberer-Arm-IGBT 35 eingeschaltet ist, während der Unterer-Arm-IGBT 37 ausgeschaltet ist, fließt Strom in entgegengesetzte Stromrichtungen, wie durch die durchgehenden Pfeile (1) und (2) in den 14(A) und 14(B) veranschaulicht. Demnach liegen die Seitenfläche der Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode und die Seitenfläche der zweiten mittelseitigen Hauptklemme 50 nahe einander und einander gegenüber und liegen die Hauptfläche der zweiten Verbindungsleitung 41 auf Seite des oberen Arms und die Hauptfläche der ersten Verbindungsleitung 40 auf Seite des oberen Arms nahe einander und einander gegenüber und werden Magnetfelder aufgehoben, die durch jeweils fließenden Strom erzeugt werden, und wird die Verbindungsinduktanz verringert. Beispielsweise wenn der Oberer-Arm-IGBT 35 ausgeschaltet ist, während der Unterer-Arm-IGBT 37 eingeschaltet ist, fließt Strom in entgegengesetzte Stromrichtungen, wie durch die durchgehenden Pfeile (1) und (2) in den 15(A) und 15(B) gezeigt, und wird eine Verbindungsinduktanz durch eine ähnliche Wirkung wie in 14 verringert. Da die mittelseitige Hauptklemme 34 als elektrische Verbindung zwischen dem oberen und unteren Armen dient, sind unterdessen keine Verbindungsleitungen oder elektrische Teile mit der mittelseitigen Hauptklemme 34 verbunden.
  • Wie oben beschrieben, kann eine Verbindungsinduktanz gemäß der vorliegenden Ausführungsform wirksam verringert werden. Folglich kann ein Erholungsstoß begrenzt werden und kann eine Snubber-Schaltung verkleinert oder weggelassen werden, was in Bezug auf Größenverringerung und hohe Dichte einer Leistungsumwandlungsvorrichtung vorteilhaft ist. Da die Hauptklemmenanordnung in den 13 bis 15 gemäß dem Layout im Inneren der Leistungsumwandlungsvorrichtung beliebig ausgewählt werden kann, wird außerdem der Designspielraum erhöht.
  • Hier kann eine dritte Verbindungsleitung (nicht veranschaulicht), die gegenüber der zweiten Verbindungsleitung 41 auf Seite des oberen Arms isoliert ist, in einer Position der oberen Isolierschicht 26 gebildet sein, die der Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode entspricht, und kann über das Bondingmaterial 13 mit der Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode verbunden sein, und können durch Selbsterhitzung der Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode erzeugte Wärme und Wärme, die durch die Wärmeerzeugung von Verbindungsleitungen und elektrischen Teilen erzeugt wird, die mit der Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode verbunden sind, über die obere Isolierschicht 26 gekühlt werden. Somit kann eine höhere Kühlleistung erzielt werden.
  • Steuerelektroden der IGBTs der jeweiligen Arme werden mithilfe eines Drahtbondingverfahrens unter Verwendung von Drahtverbindungsleitungen mit den Steuerklemmen 42 des oberen Arms und den Steuerklemmen 46 des unteren Arms verbunden.
  • Die 16(A) und 16(B) veranschaulichen einen Anschlussrahmen gemäß der vierten Ausführungsform. 16(A) ist eine obere Ansicht und 16(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X.
  • Wie in 16 veranschaulicht, können Steuerklemmen der jeweiligen Arme über Bondingmaterialien (nicht veranschaulicht) im gleichen Prozess wie das Verbinden der jeweiligen Hauptklemmen und der jeweiligen Verbindungsleitungen unter Verwendung eines Anschlussrahmens 53 über einen Haltesteg 52 mit den Steuerklemmen 42 des oberen Arms und den Steuerklemmen 46 den unteren Arms verbunden werden. Dadurch wird ein Positionierungsmittel einfacher und kann der Prozess verkürzt werden. Danach können die Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode, die Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode, die mittelseitige Hauptklemme 34, die Steuerklemmen 42 des oberen Arms und die Steuerklemmen 46 des unteren Arms durch Schneiden des Haltestegs 52 vom Anschlussrahmen 53 getrennt werden. Unterdessen kann eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 54, die an vordefinierten Positionen des Anschlussrahmens 53 angeordnet sind, als Führungslöcher zum Positionieren und Transferieren in den jeweiligen Prozessen verwendet werden.
  • Auf diese Weise sind die relativen Positionen genau, da die jeweiligen Steuerklemmen und die jeweiligen Hauptklemmen durch den Anschlussrahmen 53 integriert werden. Während des Aufspannens im Transferpressverfahren wird in den jeweiligen Klemmen keine übermäßige Beanspruchung erzeugt, können ein Lösen des Bondingmaterials und das Erzeugen von Rissen in der Keramik der Isolierschicht 26 verhindert werden und kann die Leistungshalbleitervorrichtung mit einer hohen Ausbeute bereitgestellt werden.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, ist das Bondingmaterial außerdem, wenn die jeweiligen Steuerklemmen und die jeweiligen Hauptklemmen mithilfe des Direktbondingverfahrens mit den jeweiligen entsprechenden Verbindungsleitungen verbunden sind, nicht zwischengeschaltet und wird somit die Positionsgenauigkeit der unteren Isolierschicht 26 verbessert. Während des Aufspannens unter Verwendung eines oberen Chips 55 und eines unteren Chips 56, wie in 16(B) veranschaulicht, wird die Ausbeute weiter verbessert.
  • 17 veranschaulicht das Aufspannen gemäß der vierten Ausführungsform. Wie in 17 veranschaulicht, kann, nachdem ein Raum 57 bereitgestellt wurde, um zu verhindern, dass der obere Chip 55 die Wärmeableitungsschicht 27 der oberen Isolierschicht 26 berührt, und mit dem Versiegelungsharz versiegelt wurde, das Versiegelungsharz poliert und geschnitten werden, so dass die obere Wärmeableitungsschicht 27 freigelegt werden kann. In diesem Fall wird die Anzahl von Prozessen um eins erhöht. Da die Positionsgenauigkeit der oberen Isolierschicht 26 jedoch stärker als bei einem herkömmlichen Verfahren verbessert wird, kann der Raum dünner sein und wird die Zeit zum Polieren und Schneiden verkürzt.
  • Die 18(A) und 18(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel 3 der vierten Ausführungsform. 18(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X in 18(A).
  • Wie in den 18(A) und 18(B) veranschaulicht, ist eine dritte Steuerverbindungsleitung 60 in einer Position der oberen Isolierschicht 26, die der Steuerklemme jedes Arms entspricht, die gegenüber der zweiten Verbindungsleitung 41 auf Seite des oberen Arms und/oder der zweiten Verbindungsleitung 44 auf Seiten des unteren Arms isoliert ist, gebildet und ist über das Bondingmaterial mit zumindest einer Steuerklemme jedes Arms verbunden. Demgemäß können die Wärme, die durch Selbsterhitzung der Steuerklemme jedes Arms erzeugt wird, und die Wärme, die durch Wärmeerzeugung von Verbindungsleitungen und elektrischen Teilen erzeugt wird, die mit der Steuerklemme jedes Arms verbunden sind, über die obere Isolierschicht 26 gekühlt werden. Somit kann eine höhere Kühlleistung erzielt werden.
  • Die 19 (A) und 19(B) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel 4 der vierten Ausführungsform. 19(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X in 19 (A) .
  • Wie in den 19(A) und 19(B) veranschaulicht, sind manche der dritten Steuerverbindungsleitungen 60 mit der zweiten Verbindungsleitung 41 auf Seite des oberen Arms oder der zweiten Verbindungsleitung 44 auf Seite des unteren Arms elektrisch verbunden. Da die dritten Steuerverbindungsleitungen 60 als Steueremitter (im Fall eines MOSFET Steuerquellen) verwendet werden können und die Anzahl der Steuerelektroden und die Anzahl der Drahtverbindungsleitungen in der Leistungshalbleitervorrichtung verringert werden können, kann die Leistungshalbleitervorrichtung somit kostengünstig bereitgestellt werden. Da die Flächen der zweiten Verbindungsleitung 41 auf Seite des oberen Arms und der zweiten Verbindungsleitung 44 auf Seite des unteren Arms vergrößert werden können, kann außerdem die Kühlleistung drastisch verbessert werden, was in Bezug auf Größenverringerung und hohe Dichte einer Leistungsumwandlungsvorrichtung vorteilhaft ist.
  • Da die jeweiligen Verbindungsleitungen der oberen Isolierschicht 26 nicht nur mit dem Leistungshalbleiterelement, sondern auch mit den Hauptklemmen und den Steuerklemmen um die Verbindungsteile mit dem Leistungshalbleiterelement verbunden sind, erhöht sich außerdem die Anzahl von Bondingteilen. Da die Positionsgenauigkeit der jeweiligen Klemmen jedoch vorteilhaft ist, wird auch die Positionsgenauigkeit der oberen Isolierschicht 26 verbessert und wird die obere Isolierschicht 26 kaum geneigt. Demnach können, da die Parallelität zwischen der Hauptfläche des Leistungshalbleiterelements und der Hauptfläche der Isolierschicht 26 gesichert ist, eine Dickenabweichung und ein Fließen (Lecken) des Bondingmaterials der oberen Elektrode eingeschränkt werden und wird die Ausbeute verbessert.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Leistungshalbleitervorrichtung mit hoher Ausbeute bereitgestellt werden, die eine bessere Größenverringerung und Wärmeableitung und eine viel bessere Verringerung der Verbindungsinduktanz als jene der ersten bis dritten Ausführungsformen aufweist.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Die 20(A) und 20(B) veranschaulichen eine fünfte Ausführungsform. 20(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X in 20(A).
  • Wie in 20 veranschaulicht, kann bei der vorliegenden Ausführungsform, da ein Regulierungsabschnitt 62 an einer vordefinierten Position jeder Verbindungsleitung und/oder jeder Klemme 61, wie mit dem Bondingmaterial 13 versehen, gebildet ist, ein Fließen des Bondingmaterials 13 verhindert werden und kann eine Dickenabweichung des Bondingmaterials 13 verringert werden.
  • Der Regulierungsabschnitt 62 kann mit einem bekannten Verfahren gebildet werden, wie z. B. durch Verwenden eines photolithographischen Verfahrens mit einem lichtempfindlichen Harz wie z. B. einem lichtempfindlichen Lötstopplack und lichtempfindlichen Polyimid und Auftragen eines wärmehärtenden Harzes mithilfe eines Siebdrucks oder eines Spenders und Härten des Harzes. Wenn Lot als Bondingmaterial 13 verwendet wird, kann außerdem der Regulierungsabschnitt 62 durch Anbringen einer Maske in einer vordefinierten Position und Durchführen einer Oberflächenaufrauung durch Nassätzen oder Sandstrahlung gebildet werden.
  • Auch wenn der in 20 veranschaulichte Regulierungsabschnitt 62 nur in der Nähe des Außenumfangs des Bondingmaterials 13 gebildet ist, ist die vorliegende Erfindung unterdessen nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Isolierleistung der Verbindungsleitung und der Klemme 61 mit unterschiedlichem Potenzial durch Erweitern und Bilden eines Isoliermaterials, sei es ein organisches oder anorganisches Isoliermaterial, an einer vordefinierten Position verbessert werden. Durch Verwenden eines Polyamidharzes als Regulierungsabschnitt 62 oder Aufrauen des Regulierungsabschnitts 62 und Bilden des Regulierungsabschnitt 62 in einer Region mit Ausnahme einer Region, die dem Bondingmaterial jeder Verbindungsleitung und jeder Klemme 61 gegenüberliegt, kann außerdem die Adhäsion am Versiegelungsharz verbessert werden.
  • Die vorliegende Ausführungsform kann mit den anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • Die 21(A) bis 21(E) veranschaulichen eine sechste Ausführungsform.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Verbindungsverfahren von der Steuerelektrode zur Steuerklemme gemäß der vierten Ausführungsform ein anderes. Es wird angemerkt, dass die andere Konfiguration jener der vierten Ausführungsform ähnelt und auf eine Beschreibung dieser verzichtet wird.
  • In 21(A) ist die Drahtverbindungsleitung durch eine flexible Leiterplatte (im Folgenden als FPC) 70 ersetzt und sind die Steuerelektrode des Leistungshalbleiterelements und eine Steuerverbindungsleitung 71 über eine Verbindungsleitung der FPC 70 und Bondingmaterialien 72 verbunden. Bondhügel können z. B. als Bondingmaterialien 72 verwendet werden. Die Bondhügel werden auf der Steuerelektrode und entweder der Steuerverbindungsleitung 71 oder einer Verbindungskontaktstelle (nicht veranschaulicht) der FPC 70 vorab gebildet und mithilfe von Ultraschallschweißen verbunden. Die Bondhügel können durch Elektroplattieren oder stromlose Abscheidung eines Metalls, das vorwiegend aus Lot, Ni, Au oder dergleichen besteht, oder einer Druckleitpaste, Lötpaste oder dergleichen gebildet werden.
  • Da die Bondingmaterialien 72 aus dem gleichen Material wie jenes für das Bondingmaterial 13 auf der oberen Elektrode des Leistungshalbleiterelements und jenes für das Bondingmaterial 13 auf der Steuerverbindungsleitung 71 hergestellt sein können, können ferner die Verbindungsprozesse integriert werden und kann die Anzahl von Prozessen verringert werden.
  • In 21(B) ist ein Ziel, mit dem eine Drahtverbindungsleitung 73 verbunden ist, die Steuerklemme 42 und nicht die Steuerverbindungsleitung. Folglich kann die Länge der Steuerverbindungsleitung verkürzt werden und kann somit die Größe der Leistungshalbleitervorrichtung gegenüber der Größe von 21(A), wie durch die strichlierte Linie gezeigt, verringert werden. Unterdessen agiert eine Verbindungsleitung auf der unteren Isolierschicht 26, die der Steuerverbindungsleitung in 21(A) entspricht, als dritte Steuerverbindungsleitung 74.
  • In 21(C) sind die 21(A) und 21(B) kombiniert. Die Drahtverbindungsleitung ist durch die FPC 70 ersetzt und die Steuerelektrode und die Steuerverbindungsleitung sind über die Verbindungsleitung der FPC 70 und Bondingmaterialien 72 verbunden. Folglich werden die Wirkungen von 21(A) und 21(B) erzielt.
  • In 21(D) wird die FPC 70 ähnlich wie in 21(A) verwendet und ist die FPC 70 an der Verbindungsleitung der oberen Isolierschicht 26 befestigt. Da die FPC 70 vorab auf der Verbindungsleitung positioniert wird, muss somit nur die Isolierschicht 26 positioniert werden und kann die Größe der Leistungshalbleitervorrichtung ähnlich wie in 21(B) verringert werden.
  • Unterdessen kann eine Isolierschicht, die dem Basismaterial der FPC 70 entspricht, anstatt der FPC 70 auf der Verbindungsleitung der Isolierschicht 26 bereitgestellt sein, um eine Verbindungsleitung zu bilden, die der Verbindungsleitung der FPC 70 entspricht. Unter Verwendung des in der fünften Ausführungsform beschriebenen Regulierungsabschnitts 62 für die Verbindungsleitung, die der Verbindungsleitung der FPC 70 entspricht, können die Materialkosten und die Anzahl von Prozessen verringert werden.
  • In 21(E) ist die Steuerverbindungsleitung 71 anstatt der Drahtverbindungsleistung oder der FPC auf der oberen Isolierschicht 26 bereitgestellt. Da auf die Drahtverbindungsleitung oder die FPC verzichtet wird, kann eine weitere Kostenverringerung erzielt werden. Somit können die zweite Verbindungsschicht 15 der oberen Isolierschicht 26 und die Steuerverbindungsschicht 71 beim vorliegenden Beispiel gleichzeitig gebildet werden und kann auf die Drahtverbindungsleitung oder die FPC verzichtet werden. Da die Steuerelektrode des Leistungshalbleiterelements und die obere Elektrode und die zweite Verbindungsleitung 15 und die Steuerverbindungsleitung 71 über das gleiche Bondingmaterial im gleichen Prozess verbunden werden können, kann außerdem die Anzahl von Prozessen verringert werden. Da die Steuerverbindungsleitung 71 und die Steuerklemme 42 auch über das gleiche Bondingmaterial im gleichen Prozess verbunden werden können, kann ferner die Anzahl von Prozessen weiter verringert werden. Da die Verbindungsleitungen im gleichen Prozess gebildet werden können und über das gleiche Bondingmaterial verbunden werden können, kann außerdem ein Positionierungsmittel vereinfacht werden und kann die Positionsgenauigkeit der jeweiligen Klemmen verbessert werden.
  • Die vorliegende Ausführungsform kann mit den anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • (Siebte Ausführungsform)
  • Die 22(A) und 22(B) veranschaulichen eine siebte Ausführungsform.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitgestellt, bei der die führenden Richtungen der Steuerklemmen und der Hauptklemmen verändert werden. Die 22(A) und 22(B) veranschaulichen eine spezifische Ausführungsform. Es wird angemerkt, dass die 22(A) und 22(B) auf der vierten Ausführungsform basieren und obere Ansichten sind, bei denen das Versiegelungsharz, die obere Isolierschicht 26 und das obere Bondingmaterial des leichteren Verständnisses wegen entfernt wurden, ähnlich 13(A). Die restliche Konfiguration ähnelt jener der vierten Ausführungsform und auf eine Beschreibung dieser wird somit verzichtet. Unterdessen ist die vorliegende Ausführungsform nicht darauf beschränkt und kann durch Kombinieren der vorliegenden Ausführungsform mit den ersten bis dritten Ausführungsformen durchgeführt werden.
  • In den 22(A) und 22(B) sind die Hauptklemme 32 auf Seite der positiven Elektrode, die Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode und die mittelseitige Hauptklemme 34 von entgegengesetzt gepaarten Seiten geführt und sind die Steuerklemmen 42 des oberen Arms und die Steuerklemmen 46 des unteren Arms von gepaarten Seiten normal zu den führenden Richtungen dieser Hauptklemmen geführt. Auf diese Weise können die führenden Richtungen der jeweiligen Klemmen durch Ändern der Anordnung des Leistungshalbleiterelements und Ändern der führenden Richtungen der jeweiligen Klemmen gemäß dem Layout der Komponenten den Leistungshalbleitervorrichtung beliebig eingestellt werden. Durch Verwenden der Isolierschicht 26 wie bei der vorliegenden Ausführungsform, auch wenn diese in der Figur nicht gezeigt ist, können die Steuerverbindungsleitungen im Inneren der Isolierschicht 26 frei gebildet werden. Somit können z. B. die jeweiligen Steuerklemmen der oberen und unteren Arme auf einer Seite der Leistungshalbleitervorrichtung bereitgestellt sein.
  • Die 23(A) bis 23(C) veranschaulichen ein Modifikationsbeispiel der siebten Ausführungsform.
  • Es wird angemerkt, dass die 23(A) bis 23(C) auf der vierten Ausführungsform basieren und obere Ansichten sind, bei denen das Versiegelungsharz, die obere Isolierschicht 26 und das obere Bondingmaterial des leichteren Verständnisses wegen entfernt wurden, ähnlich 13(A). Die restliche Konfiguration ähnelt jener der vierten Ausführungsform und auf eine Beschreibung dieser wird somit verzichtet.
  • 23(B) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie X-X in 23(A) erhalten wurde, und 23 (C) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie Y-Y in 23(A).
  • Wie in den 23(A) bis 23(C) veranschaulicht, können die jeweiligen Hauptklemmen z. B. durch Erweitern der mittelseitigen Hauptklemme 34 und der Hauptklemme 33 auf Seite der negativen Elektrode vom Verbindungsabschnitt dieser zum Bondingmaterial zwischen den oberen und unteren Isolierschichten 26 auf einer Seite der Leistungshalbleitervorrichtung bereitgestellt werden. Auf diese Weise wird die Positionsgenauigkeit der Hauptklemme unter Verwendung der vorliegenden Ausführungsform sogar dann stärker als üblicherweise verbessert werden, wenn die Distanz vom Verbindungsabschnitt der Hauptklemme zum führenden Abschnitt des Versiegelungsharzes (Abschnitt, in dem die Hauptklemme durch den Chip aufgespannt ist) lang ist. Demgemäß wird in den jeweiligen Klemmen während des Aufspannens keine übermäßige Beanspruchung erzeugt, können ein Lösen des Bondingmaterials und das Erzeugen von Rissen in der Keramik der Isolierschicht 26 verhindert werden, kann die Leistungshalbleitervorrichtung mit einer hohen Ausbeute bereitgestellt werden und können die Designfreiheit des Innenlayouts der Leistungshalbleitervorrichtung verbessert werden.
  • Die Ausführungsformen der Leistungshalbleitervorrichtung wurden oben beschrieben. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf eine Leistungshalbleitervorrichtung angewandt werden, die eine 2-Phasen-Vollbrücke (4IN1) oder eine 3-Phasen-Vollbrücke (6IN1) ist, die durch Herstellen einer Mehrzahl von 1-Phasen-Schaltungen, die jeweils durch die oberen und unteren Arme dargestellt sind, die in den 13 gebildet sind, und durch Integrieren der 1-Phasen-Schaltungen im Inneren des Versiegelungsharzes erhalten wird. Durch Anwenden der vorliegenden Erfindung auf eine solche Leistungshalbleitervorrichtung, bei der die Anzahl von Hauptklemmen und Steuerklemmen erhöht ist, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung weiter verbessert.
  • (Achte Ausführungsform)
  • Die 24(A) und 24(B) veranschaulichen eine achte Ausführungsform. Bei den vorliegenden Erfindung wird eine Leistungsumwandlungsvorrichtung beschrieben, in die eine Leistungshalbleitervorrichtung integriert ist.
  • 24(A) ist eine Querschnittsansicht auf einer Seitenfläche einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 80 und 24(B) ist eine Querschnittsansicht auf einer weiteren Seitenfläche in einer Richtung normal zu der einen Seitenfläche, die den Umfang einer Leistungshalbleitervorrichtung 81 veranschaulicht.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die bei der ersten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform veranschaulichte Leistungshalbleitervorrichtung 81 verwendet. Demnach ist die Leistungshalbleitervorrichtung 81 eine Leistungshalbleitervorrichtung, bei der die obere Verbindungsleitung in Bezug auf das Versiegelungsharz 22 freigelegt ist oder bei der die untere Wärmeableitungsschicht 27, die mit der Lamelle ausgestattet ist, in Bezug auf das Versiegelungsharz 22 freigelegt ist.
  • Die Lamelle 28 der Leistungshalbleitervorrichtung 81 ist über ein Versiegelungselement (nicht veranschaulicht) wie z. B. einen Dichtungsring und eine Flüssigkeitsdichtung so befestigt, dass sie einem unteren Wasserweg 84 gegenüberliegt, der in einer Trennplatte 83 eines Gehäuses 82 integral ausgeformt ist. Außerdem ist ein oberer Wasserweg 86 mit der oberen Verbindungsleitung der Leistungshalbleitervorrichtung 81 über ein Isolierelement 85 wie z. B. eine Wärmeableitungsfolie und eine Keramikplatte in engen Kontakt gebracht. Ein Wasserversorgungs- und Wasserablasszuleiter 87 des oberen Wasserwegs 86 ist in ein Loch 88, das auf der Oberseite des unteren Wasserwegs 84 bereitgestellt ist, über ein Dichtungselement (nicht veranschaulicht), wie z. B. einen Dichtungsring und eine Flüssigkeitsdichtung, wasserdicht eingesetzt. Außerdem ist der obere Wasserweg 86 durch Verschraubung oder durch ein Anziehelement (nicht veranschaulicht) wie z. B. eine Federklammer an der Trennplatte 83 befestigt. Auf diese Weise wird die Leistungshalbleitervorrichtung 81 sowohl von der Oberseite als auch der Unterseite gekühlt.
  • Außerdem sind die Hauptklemmen 16 und 18 der Leistungshalbleitervorrichtung 81 nach unten gebogen, so dass sie durch ein Durchgangsloch der Trennplatte 83 verlaufen, und sind mit Klemmen eines anderen elektrischen Teils 89 wie z. B. eines Glättungskondensators und eines Reaktors, die auf der Unterseite des unteren Wasserwegs 84 befestigt sind, durch Verschraubung, Schweißen oder dergleichen, verbunden. Ferner ist die Steuerklemme 19 der Leistungshalbleitervorrichtung nach oben gebogen und mit einem Steuersubstrat 90, das an einem Trägerelement (nicht veranschaulicht) wie z. B. einer Abschirmplatte und einer Befestigungsnabe befestigt ist, durch Presssitz, Löten oder dergleichen, verbunden. Auf diese Weise kann der andere elektrische Teil 89 durch den unteren Wasserweg 84 gekühlt werden und kann eine Wärmeinterferenz mit dem anderen elektrischen Teil 89 von der Leistungshalbleitervorrichtung 81 mit relativ großer Wärmeerzeugung beschränkt werden, da der untere Wasserweg 84 zwischen dem anderen elektrischen Teil 89 und der Leistungshalbleitervorrichtung 81 zwischengeschaltet ist. Gleichermaßen kann das Kühlsubstrat 90 mit dem oberen Wasserweg 86 gekühlt werden und kann eine Wärmeinterferenz beschränkt werden. Wenngleich nicht veranschaulicht, kann eine Wärmeinterferenz von Rechenvorrichtungen wie z. B. einer CPU und eines DSP, die auf dem Steuersubstrat 90 umgesetzt sind, beschränkt werden, können diese über ein Wärmeableitungselement mit dem oberen Wasserweg 86 thermisch verbunden sein und können gekühlt werden.
  • Das Gehäuse 82 nimmt nicht veranschaulichte Komponenten, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung 80 bilden, wie z. B. einen Stromsensor, einen Entladungswiderstand und einen Filter, über ein obere Abdeckung 91, eine untere Abdeckung 92 und ein Versiegelungselement (nicht veranschaulicht) wie z. B. einen Dichtungsring und eine Flüssigkeitsdichtung wasserdicht auf.
  • Unterdessen wird eine Leistungshalbleitervorrichtung 81 bei der vorliegenden Ausführungsform der Zweckdienlichkeit wegen verwendet. Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 80, die einen bürstenlosen 3-Phasen-Motor antreibt, können sechs 1-Arm-(lIN1)-Leistungshalbleitervorrichtungen 81, drei 1-Phasen-Brücken-(2IN1)-Leistungshalbleitervorrichtung 81 oder kann ein 3-Phasen-Vollbrücken-(6IN1)-Leistungshalbleitervorrichtung 81 verwendet werden. Auch bei einer Serienresonanz-Vollbrücken-Spannungsumwandlungsvorrichtung können vier 1-Arm-(1IN1)-Leistungshalbleitervorrichtungen 81 oder kann eine 2-Phasen-Vollbrücken-(4IN1)-Leistungshalbleitervorrichtung 81 verwendet werden. Die Armkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 81 kann gemäß der Hauptschaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 80 frei festgelegt werden.
  • Gemäß den obigen Ausführungsformen können die folgenden Wirkungen erzielt werden.
    1. (1) Die Leistungshalbleitervorrichtung 81 umfasst das Halbleiterelement 11 , das die obere Elektrode 14 und die untere Elektrode umfasst, die erste Verbindungsschicht 12, die so angeordnet ist, dass sie der unteren Elektrode des Halbleiterelements 11 gegenüberliegt und die über das Bondingmaterial 13 mit der unteren Elektrode des Halbleiterelements 11 verbunden ist, die zweite Verbindungsschicht 15, die so angeordnet ist, dass sie der oberen Elektrode 14 des Halbleiterelements 11 gegenüberliegt und über das Bondingmaterial 13 mit der oberen Elektrode 14 des Halbleiterelements 11 verbunden ist, die erste Hauptklemme 18, die über das Bondingmaterial 13 mit der ersten Verbindungsschicht 12 verbunden ist, die zweite Hauptklemme 16, die über das Bondingmaterial 13 mit der zweiten Verbindungsschicht 15 verbunden ist, und den Abstandshalter 17, wobei der Abstandshalter 17 so angeordnet ist, dass er parallel zur ersten Verbindungsschicht 12 oder zweiten Verbindungsschicht 15 verläuft, und mit der ersten Hauptklemme 18 oder der zweiten Hauptklemme 16 versehen ist. Demgemäß kann ein Bruch der Leistungshalbleitervorrichtung während des Produktionsprozesses verhindert werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und andere Ausführungsformen, die im Umfang des technischen Grundgedankens der vorliegenden Erfindung denkbar sind, fallen in den Umfang der vorliegenden Erfindung, ohne die Charakteristika der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen. Außerdem können die obigen Ausführungsformen und die Mehrzahl von Modifikationsbeispielen kombiniert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 11
    Leistungshalbleiterelement
    12
    erste Verbindungsschicht
    13
    Bondingmaterial
    15
    zweite Verbindungsschicht
    16
    zweite Hauptklemme
    17
    Abstandshalter
    18
    erste Hauptklemme
    19
    Steuerklemme
    20
    Drahtverbindungsleitung
    22
    Versiegelungsharz
    24
    dritte Verbindungsschicht
    26
    Isolierschicht
    27
    Wärmeableitungsschicht
    28
    Lamelle
    30
    oberer Arm
    31
    unterer Arm
    35
    Oberer-Arm-IGBT
    36
    Oberer-Arm-Diode
    37
    Unterer-Arm-IGBT
    38
    Unterer-Arm-Diode
    80
    Leistungsumwandlungsvorrichtung
    81
    Leistungshalbleitervorrichtung
    86
    oberer Wasserweg
    84
    unterer Wasserweg
  • 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 2003031765 A [0004]

Claims (4)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung, die umfasst: ein Halbleiterelement, das eine obere Elektrode und eine untere Elektrode umfasst; eine erste Verbindungsschicht, die so angeordnet ist, dass sie der unteren Elektrode des Halbleiterelements gegenüberliegt und über ein Bondingmaterial mit der unteren Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist; eine zweite Verbindungsschicht, die so angeordnet ist, dass sie der oberen Elektrode des Halbleiterelements gegenüberliegt und über das Bondingmaterial mit der oberen Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist; eine erste Hauptklemme, die über das Bondingmaterial mit der ersten Verbindungsschicht verbunden ist; eine zweite Hauptklemme, die über das Bondingmaterial mit der zweiten Verbindungsschicht verbunden ist; und einen Abstandshalter, wobei der Abstandshalter so angeordnet ist, dass er mit der ersten Verbindungsschicht oder der zweiten Verbindungsschicht parallel verläuft, und der mit der ersten Hauptklemme oder der zweiten Hauptklemme versehen ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abstandshalter eine dritte Verbindungsschicht ist, die über das Bondingmaterial mit einer gegenüberliegenden Fläche einer Bondingfläche zwischen der ersten Verbindungsschicht oder der zweiten Verbindungsschicht und der ersten Hauptklemme oder der zweiten Hauptklemme verbunden ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Verbindungsschicht und die dritte Verbindungsschicht von einem Anschlussrahmen getrennt sind.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei: die erste Verbindungsschicht über das Bondingmaterial mit einer Seite der unteren Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist und die zweite Verbindungsschicht über das Bondmaterial mit einer Seite der oberen Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist, eine Isolierschicht und eine Wärmeableitungsschicht auf einer Seite jeder der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht gegenüber einer Bondfläche mit dem Halbleiterelement laminiert sind, und eine Isolierschicht und eine Wärmeableitungsschicht auf einer Seite der dritten Verbindungsschicht gegenüber einer Bondfläche mit der ersten Hauptklemme oder der zweiten Hauptklemme laminiert sind.
DE112016005570.6T 2016-01-05 2016-12-07 Leistungshalbleitervorrichtung Pending DE112016005570T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016000327 2016-01-05
JP2016-000327 2016-01-05
PCT/JP2016/086291 WO2017119226A1 (ja) 2016-01-05 2016-12-07 パワー半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112016005570T5 true DE112016005570T5 (de) 2018-10-25

Family

ID=59274573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112016005570.6T Pending DE112016005570T5 (de) 2016-01-05 2016-12-07 Leistungshalbleitervorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11011443B2 (de)
JP (1) JPWO2017119226A1 (de)
CN (1) CN108352380A (de)
DE (1) DE112016005570T5 (de)
WO (1) WO2017119226A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4224520A1 (de) * 2022-02-08 2023-08-09 Semiconductor Components Industries, LLC Hochleistungsmodulgehäusestrukturen

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018195694A (ja) * 2017-05-17 2018-12-06 株式会社Ｓｏｋｅｎ 電力変換器
JP6948855B2 (ja) * 2017-06-30 2021-10-13 日立Astemo株式会社 パワー半導体装置及びそれを用いた電力変換装置
JP2019067950A (ja) * 2017-10-02 2019-04-25 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法
JP7119399B2 (ja) * 2018-02-06 2022-08-17 株式会社デンソー 半導体装置
CN110323142B (zh) 2018-03-29 2021-08-31 台达电子工业股份有限公司 功率模块及其制造方法
CN109530838B (zh) * 2018-12-13 2021-05-04 武汉凌云光电科技有限责任公司 一种激光焊接功率半导体芯片的方法
JP7074046B2 (ja) * 2018-12-21 2022-05-24 株式会社デンソー 半導体装置とその製造方法
KR102296270B1 (ko) * 2019-12-10 2021-09-01 현대모비스 주식회사 양면 냉각 파워 모듈 및 이의 제조방법
JP7367507B2 (ja) * 2019-12-12 2023-10-24 株式会社プロテリアル パワーモジュール
JP7298467B2 (ja) * 2019-12-17 2023-06-27 三菱電機株式会社 半導体モジュールおよび半導体装置
DE112020006455T5 (de) * 2020-01-08 2022-10-27 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE212021000238U1 (de) * 2020-10-14 2022-05-19 Rohm Co., Ltd. Halbleitermodul
JP2022144247A (ja) * 2021-03-18 2022-10-03 株式会社デンソー 半導体モジュール、および、これを用いた電子装置
CN115223981A (zh) * 2021-04-20 2022-10-21 株式会社东芝 半导体装置
WO2023047881A1 (ja) * 2021-09-21 2023-03-30 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
JP2023122391A (ja) * 2022-02-22 2023-09-01 株式会社デンソー 半導体装置
KR20240022790A (ko) * 2022-08-12 2024-02-20 주식회사 엘엑스세미콘 양면 방열 구조의 반도체 모듈 및 그 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003031765A (ja) 2001-07-17 2003-01-31 Hitachi Ltd パワーモジュールおよびインバータ

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4207710B2 (ja) 2003-08-08 2009-01-14 株式会社デンソー 半導体装置
JP4899481B2 (ja) 2006-01-10 2012-03-21 サンケン電気株式会社 外部に露出する放熱体を上部に有する樹脂封止型半導体装置の製法
US20090261462A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Jocel Gomez Semiconductor package with stacked die assembly
JP2012146760A (ja) 2011-01-11 2012-08-02 Calsonic Kansei Corp パワー半導体モジュール
JP5585518B2 (ja) 2011-04-08 2014-09-10 株式会社デンソー 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US8810014B2 (en) * 2012-10-30 2014-08-19 Samsung Electro-Mechanics, Co., Ltd. Semiconductor package including conductive member disposed between the heat dissipation member and the lead frame
JP6303776B2 (ja) * 2014-04-29 2018-04-04 三菱電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003031765A (ja) 2001-07-17 2003-01-31 Hitachi Ltd パワーモジュールおよびインバータ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4224520A1 (de) * 2022-02-08 2023-08-09 Semiconductor Components Industries, LLC Hochleistungsmodulgehäusestrukturen

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2017119226A1 (ja) 2018-07-05
US11011443B2 (en) 2021-05-18
CN108352380A (zh) 2018-07-31
US20190006255A1 (en) 2019-01-03
WO2017119226A1 (ja) 2017-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112016005570T5 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
EP3008753B1 (de) Leistungsmodul
DE102008036112B4 (de) Leistungshalbleitermodul, leistungshalbleiteranordnung und verfahren zum herstellen eines leistungshalbleitermoduls
DE102012214901B4 (de) Halbleiteranordnung mit einer Diffusionslotschicht auf einer gesinterten Silberschicht und Verfahren zu deren Herstellung
DE112013007047B4 (de) Halbleitermodul
DE112015000446B4 (de) Wasserdichte elektronische Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102019112935B4 (de) Halbleitermodul
DE102009033321A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE112017001646T5 (de) Leistungsmodul und verfahren zum herstellen desselben, sowie leistungselektronik-vorrichtung und verfahren zum herstellen derselben
DE102018104509A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102016206233A1 (de) Leistungsmodul mit einem Ga-Halbleiterschalter sowie Verfahren zu dessen Herstellung, Wechselrichter und Fahrzeugantriebsystem
DE102017200013A1 (de) Halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
DE102013219959B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102012200863A1 (de) Halbleitervorrichtung mit Grundplatte
DE102018212436A1 (de) Halbleitergehäuse mit symmetrisch angeordneten leisungsanschlüssen und verfahren zu dessen herstellung
DE112020006116T5 (de) Körper einer elektrischen schaltung, leistungsumsetzungsvorrichtung und herstellungsverfahren für körper einer elektrischen schaltung
DE112018004816T5 (de) Leistungsmodul, verfahren zur herstellung desselben und leistungswandler
DE112018003628T5 (de) Leistungsumsetzungsvorrichtung
DE112020006374T5 (de) Leistungsmodul mit verbesserten elektrischen und thermischen Charakteristiken
DE212021000169U1 (de) Halbleiterbauteil
DE102021100717A1 (de) Package mit eingekapselter elektronischer Komponente zwischen einem Laminat und einem thermisch leitfähigen Träger
DE102017120747A1 (de) SMD-Gehäuse mit Oberseitenkühlung
DE112019007349T5 (de) Halbleiteranordnung, leistungswandler und verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung
DE102021209589A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102012204159A1 (de) Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung desselben

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: HITACHI ASTEMO, LTD., HITACHINAKA-SHI, JP

Free format text: FORMER OWNER: HITACHI AUTOMOTIVE SYSTEMS, LTD., HITACHINAKA-SHI, IBARAKI, JP

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings