DE112016006536T5 - Leistungshalbleitervorrichtung und Leistungshalbleiterkernmodul - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung und Leistungshalbleiterkernmodul Download PDF

Info

Publication number
DE112016006536T5
DE112016006536T5 DE112016006536.1T DE112016006536T DE112016006536T5 DE 112016006536 T5 DE112016006536 T5 DE 112016006536T5 DE 112016006536 T DE112016006536 T DE 112016006536T DE 112016006536 T5 DE112016006536 T5 DE 112016006536T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power semiconductor
self
turn
core module
semiconductor core
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
DE112016006536.1T
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiko Tamada
Yoshihiro Yamaguchi
Seiji Oka
Tetsuo Motomiya
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE112016006536T5 publication Critical patent/DE112016006536T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H01L23/18—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device
    • H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
    • 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
    • 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
    • H01L25/18—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
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1602—Diamond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • 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
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H01L2924/12032—Schottky diode
    • 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
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H01L2924/12036—PN diode
    • 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]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

Es ist eine Aufgabe eine Druckkontakt-Leistungshalbleitervorrichtung und ein Leistungshalbleiterkernmodul bereitzustellen, die eingerichtet sind, ihre Größen geeignet zu reduzieren. Jedes Leistungshalbleiterkernmodul umfasst das Folgende: eine Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips, welche eine Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen und eine Mehrzahl von Dioden umfasst, die in einer Draufsicht nebeneinanderliegenden; und eine Mehrzahl von ersten Federn, die zwischen einer oberen Metallplatte und einer leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist. Die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen jedes Leistungshalbleiterkernmoduls ist in einer Draufsicht entlang einer L-förmigen Linie, oder einer kreuzförmigen Linie, oder einer T-förmigen Linie angeordnet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Druckkontakt-Leistungshalbleitervorrichtung und ein Leistungshalbleiterkernmodul.
  • Stand der Technik
  • In jüngster Zeit wurden zahlreiche Verfahren vorgeschlagen, die eine Druckkontakt-Leistungshalbleitervorrichtung betreffen, die mittels eines Druckkontaktes verpackt wird, oder die andere Arten von Halbleitervorrichtungen betreffen. Patentdokument 1 offenbart zum Beispiel ein Druckkontakt-Hochleistungshalbleitermodul, das eine leitfähige Basisplatte, eine leitfähige Abdeckplatte, eine Mehrzahl von starren Modulgehäusekomponenten, und eine Mehrzahl von Halbleiter-Chips umfasst.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Halbleiter-Chip über eine Unterseite, die mittels einer ersten Elektrode mit der Basisplatte verbunden ist, und eine Oberseite verfügt, die mittels einer zweiten Elektrode und einer Mehrzahl von flexiblen und komprimierbaren Kontaktkomponenten (individuelle Druck-Pins, die Elemente für eine elektrische Verbindung darstellen) mit der Abdeckplatte verbunden ist. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Halbleiter-Chips und die Kontaktkomponenten durch ein Submodulgehäuseelement aus einem Polyamid-Harz geführt werden.
  • Stand der Technik
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Japanische Patent-Nr. 4280626
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Das Hochleistungshalbleitermodul in Patentdokument 1 ist derart eingerichtet, dass eine Mehrzahl vorgeprüfter Submodule parallel zueinander in einer einzigen Modulgehäusekomponente angeordnet sind. Danach wird eine Gate-Elektrode eines Bipolartransistors mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), der ein Halbleiter-Chip ist, über einen Bonddrahtkontakt mit einem Gate-Runner verbunden, der auf der Seite des Halbleiter-Chips angeordnet ist, und wird somit in einem einzigen, gemeinsamen Gate-Signalleiter zusammengeführt. Der Gate-Signalleiter ist wahrscheinlich in der Lage, über einen an einer Modulabdeckung angebrachten Gate-/Hilfskontaktbereich elektrisch mit der Außenseite zu kommunizieren.
  • In einem solchen Aufbau ist ein Gate eines selbstabschaltenden Halbleiterelements mittels eines Bonddrahtkontaktes mit einem zwischen den Chips angeordneten Gate-Runner verbunden. Daher besitzt die Basisplatte in Übereinstimmung mit einem Draht am Gate-Runner einen großen Bereich. Dies ist ungeeignet für eine kleine Vorrichtung. Entsprechend kann statt des Gate-Runners ein elektrischer Federkontaktbereich eingesetzt werden. Leider ist schwierig, den elektrischen Federkontaktbereich, der einzeln bereitgestellt wird, bezüglich eines Leiters, der mit dem elektrischen Federkontaktbereich verbunden ist, in der Fertigung zu positionieren. Dies verschlechtert die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Federkontaktbereich und dem Leiter.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf dieses Problem umgesetzt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Druckkontakt-Leistungshalbleitervorrichtung und ein Leistungshalbleiterkernmodul bereitzustellen, die in der Lage sind, ihre Größen in geeigneter Weise zu reduzieren.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterkernmodulen, in welchen eine leitfähige Abdeckplatte über einer leitfähigen Basisplatte angeordnet ist. Jedes Leistungshalbleiterkernmodul umfasst das Folgende: eine Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips, die eine Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen und eine Mehrzahl von Dioden umfasst, die in einer Draufsicht nebeneinanderliegen; eine obere Metallplatte, die zwischen jedem selbstabschaltendem Halbleiterelement oder jeder Diode, und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist; eine untere Metallplatte, die zwischen jedem selbstabschaltenden Halbleiterelement oder jeder Diode, und der leitfähigen Basisplatte angeordnet ist; und eine Mehrzahl von ersten Federn, die zwischen der oberen Metallplatte und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist. Die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen jedes Leistungshalbleiterkernmoduls sind in einer Draufsicht entlang einer L-förmigen Linie, einer kreuzförmigen Linie oder einer T-förmigen Linie angeordnet.
  • In einem Leistungshalbleiterkernmodul gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist eine leitfähige Abdeckplatte oberhalb einer leitfähigen Basisplatte angeordnet. Das Leistungshalbleiterkernmodul umfasst: eine Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips, die eine Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen und eine Mehrzahl von Dioden umfasst, die in einer Draufsicht nebeneinanderliegen; eine obere Metallplatte, die zwischen einem Teil jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements oder jeder Diode, und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist; eine untere Metallplatte, die zwischen jedem selbstabschaltenden Halbleiterelement oder jeder Diode, und der leitfähigen Basisplatte angeordnet ist; eine Mehrzahl von ersten Federn, die zwischen der oberen Metallplatte und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist; ein Signalsubstrat, das aus einem Bereich eines unteren Teils der leitfähigen Abdeckplatte nach unten herausragt, wobei sich der Bereich oberhalb eines verbleibenden Bereichs befindet, der sich vom Teil jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements unterscheidet; eine zweite Feder, die zwischen dem verbleibenden Teil jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements und dem Signalsubstrat angeordnet ist, und den verbleibenden Teil und das einzelne Substrat elektrisch miteinander verbindet; und einen Rahmen, der die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen und die Mehrzahl von Dioden einzeln umgibt. Ein oberer Teil des Rahmens verfügt über eine Aussparung, die in das Signalsubstrat eingefügt ist.
  • Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Mehrzahl von selbstabschalteten Halbleiterelementen jedes Leistungshalbleiterkernmoduls in einer Draufsicht entlang der L-förmigen Linie, der kreuzförmigen Linie, oder der T-förmigen Linie angeordnet. Dies verbessert die Wärmeableitungsfähigkeit des selbstabschaltenden Halbleiterelements und reduziert die Größe der Vorrichtung.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung verfügt der obere Teil des Rahmens über die Aussparung, die in das Signalsubstrat eingefügt wird. Folglich fungiert die Aussparung als eine Positionierungshilfe, wodurch die Größe der Vorrichtung reduziert wird, während die Positionierung zwischen dem Signalsubstrat und der zweiten Feder vereinfacht wird.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Figuren deutlicher.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Draufsicht eines Aufbaus eines Teils einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • 2 ist eine schematische Draufsicht eines Aufbaus eines Leistungshalbleiterkernmoduls gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus des Leistungshalbleiterkernmoduls gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus des Leistungshalbleiterkernmoduls gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 5 ist eine schematische Draufsicht eines Aufbaus eines Teils einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 6 ist eine schematische Draufsicht eines Aufbaus eines Teils einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
    • 7 ist eine schematische Draufsicht eines Aufbaus eines Teils einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation.
  • Beschreibung der Ausführungsform(en)
  • <Erste Ausführungsform>
  • 1 ist eine schematische Draufsicht eines Aufbaus eines Teils einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Leistungshalbleitervorrichtung in 1 umfasst insgesamt vier (eine Mehrzahl von) im Wesentlichen viereckige Leistungshalbleiterkernmodule, die in zwei Reihen und zwei Spalten in Längs- und Querrichtung angeordnet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass eine beliebige Anzahl von Leistungshalbleiterkernmodulen angeordnet sein kann, und dass es erforderlich ist, zwei oder mehr Leistungshalbleiterkernmodule anzuordnen.
  • 2 ist eine schematische Draufsicht eines Leistungshalbleiterkernmoduls gemäß der ersten Ausführungsform, und ist konkret eine vergrößerte Draufsicht eines Bereichs A in 1. Die 3 und 4 stellen Querschnittsansichten des Aufbaus des Leistungshalbleiterkernmoduls dar. Konkret ist 3 eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie B-B' in 2 entnommen wurde; darüber hinaus ist 4 eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie C-C' in 2 entnommen wurde.
  • Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, umfasst das Leistungshalbleiterkernmodul eine leitfähige Basisplatte 1 und eine leitfähige Abdeckplatte 2, die oberhalb der leitfähigen Basisplatte 1 angeordnet ist.
  • Das Leistungshalbleiterkernmodul umfasst das Folgende: eine Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips umfassend eine Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 und eine Mehrzahl von Dioden 6; obere Metallplatten, die in dieser Ausführungsform obere Chip-Metallplatten 8 sind; und untere Metallplatten, die in dieser Ausführungsform untere Chip-Metallplatten 9 sind.
  • Die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 und die Mehrzahl von Dioden 6 liegen in einer Draufsicht nebeneinander. Im Beispiel von 1 sind fünf selbstabschaltende Halbleiterelemente 5 und vier Dioden 6 in einer 3 × 3 Matrix angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Chip-Anordnung nicht auf die Matrix von 3 × 3 beschränkt ist.
  • Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass Beispiele für jedes selbstabschaltende Halbleiterelement 5 einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) und einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) umfassen. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass Beispiele für jede Diode 6 eine Schottky-Diode (SBD) und eine PN-Diode umfassen.
  • Die oberen Chip-Metallplatten 8 sind jeweils zwischen einem Teil des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 oder der Diode 6, und der leitfähigen Abdeckplatte 2 angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass in der ersten Ausführungsform eine einzelne obere Chip-Metallplatte 8 auf einem einzelnen selbstabschaltenden Halbleiterelement 5 angeordnet ist.
  • Die unteren Chip-Metallplatten 9 sind jeweils zwischen dem selbstabschaltenden Halbleiterelement 5 oder der Diode 6, und der leitfähigen Basisplatte 1 angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass in der ersten Ausführungsform eine einzelne untere Chip-Metallplatte 9 auf einer einzelnen Diode 6 angeordnet ist.
  • Zusätzlich zu diesen Komponenten umfasst das Leistungshalbleiterkernmodul eine Mehrzahl von Druckkontakt-Drahtfedern 3 (erste Federn), Signal-Drahtfedern 4 (zweite Federn), ein Signalsubstrat 7, und Federstützen 13, die isolierende Eigenschaften besitzen.
  • Die Federstützen 13 und die Mehrzahl von Druckkontakt-Drahtfedern 3 sind jeweils zwischen der oberen Chip-Metallplatte 8 und der leitfähigen Abdeckplatte 2 angeordnet. Die Federstütze 13 verfügt auf der oberen Chip-Metallplatte 8 über eine Mehrzahl zylindrischer Löcher. Die Mehrzahl von Druckkontakt-Drahtfedern 3 wird in die Mehrzahl von zylindrischen Löchern eingefügt. Darüber hinaus steht die Mehrzahl von Druckkontakt-Drahtfedern 3 in Kontakt mit der oberen Chip-Metallplatte 8 und der leitfähigen Abdeckplatte 2, während sie sich in einer Auf- und Abwärtsrichtung ausdehnen.
  • Die Federstütze 13 und die Signal-Drahtfeder 4 sind zwischen dem Signalsubstrat 7 und einem freiliegenden Bereich des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 angeordnet, wobei der freiliegende Bereich von der oberen Chip-Metallplatte 8 freigelegt wird (d.h., der freiliegende Bereich ist der verbleibende Bereich, der sich vom Teil des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 unterscheidet). Die Federstütze 13 verfügt über ein zylindrisches Loch auf dem freiliegenden Bereich des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5. Die Signal-Drahtfeder 4 wird in das zylindrische Loch eingefügt. Des Weiteren steht die Signal-Drahtfeder 4 in Kontakt mit dem freiliegenden Bereich des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 und dem Signalsubstrat 7, während sie sich in einer Auf- und Abwärtsrichtung ausdehnt. Dementsprechend verfügt die Signal-Drahtfeder 4 über zwei Enden: eines ist elektrisch mit einem im freiliegenden Bereich des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 angeordneten Signal-Pad eines Gates oder eines Emitters verbunden; und das andere ist elektrisch mit dem Signalsubstrat 7 des Gates oder des Emitters verbunden.
  • Beispiele für jede Druckkontakt-Drahtfeder 3 und jede Signal-Drahtfeder 4 umfassen eine Spiralfeder und einen Federring. Es wird darauf hingewiesen, dass die Signal-Pads des Gates und des Emitters des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 elektrisch mit den Signalsubstraten 7 des Gates und des Emitters verbunden sein können. Dementsprechend kann eine Mehrzahl von Signal-Drahtfedern 4 vorgesehen werden.
  • Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, ragt das Signalsubstrat 7 aus einem Bereich des unteren Teils der leitfähigen Abdeckplatte 2 nach unter hervor, wobei sich der Bereich oberhalb des freiliegenden Bereichs des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 befindet. Darüber hinaus wird das Signalsubstrat 7 für jedes Leistungshalbleiterkernmodul bereitgestellt und verfügt, wie in den 1 und 2 veranschaulicht, in einer Draufsicht über eine L-Form. Das Signalsubstrat 7 ist von der leitfähigen Abdeckplatte 2 isoliert und ist eingerichtet, in eine Richtung erregt zu werden, in die sich das Signalsubstrat 7 erstreckt. Im Beispiel von 1 ist das Signalsubstrat 7 mit fünf selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 auf kollektive Weise verbunden. Solch ein Aufbau realisiert eine gemeinsame Verbindung zwischen Signaldrähten oberhalb des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5, wodurch eine kleine Leistungshalbleitervorrichtung erzielt wird.
  • Das Leistungshalbleiterkernmodul wird verpackt, während es von oben und unten zusammengedrückt wird, d.h., von der leitfähigen Basisplatte 1 und der leitfähigen Abdeckplatte 2. Die Druckkontakt-Drahtfeder 3 und die Signal-Drahtfeder 4 werden somit komprimiert, wodurch im Ansprechen auf die Kompression eine Rückstellkraft erzeugt wird. Die Rückstellkraft der Signal-Drahtfeder 4 veranlasst, dass die Signal-Drahtfeder 4 in Kontakt mit dem selbstabschaltenden Halbleiterelement 5 und dem Signalsubstrat 7 steht. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung (Verbindungsstelle) zwischen dem selbstabschaltenden Halbleiterelement 5 und dem Signalsubstrat 7, zusätzlich wird eine Betriebszuverlässigkeit des Chips verbessert. Es wird darauf hingewiesen, dass eine elektrische Verbindung (Verbindungsstelle) bezüglich der Druckkontakt-Drahtfeder 3 auf ähnliche Weise realisiert werden kann, wie bei der Signal-Drahtfeder 4, wodurch die Diode 6 und eine weitere Komponente elektrisch verbunden werden; alternativ kann die Diode 6 mittels einer Bonddrahtes (nicht gezeigt) mit der weiteren Komponente verbunden werden.
  • Zusätzlich zu diesen Komponenten umfasst das Leistungshalbleiterkernmodul ein Versiegelungsharz 10 und einen Rahmen (einen inneren Harzrahmen 11 und einen äußeren Harzrahmen 12).
  • Der innere Harzrahmen 11 ist an der leitfähigen Basisplatte 1 befestigt, während er die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 und die Mehrzahl von Dioden 6 einzeln umgibt. Das heißt, der innere Harzrahmen 11 trennt die Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips (die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 und die Mehrzahl von Dioden 6) voneinander.
  • Der äußere Harzrahmen 12 ist an der leitfähigen Abdeckplatte 2 befestigt, während er den inneren Harzrahmen 11 umgibt. Das Versiegelungsharz 10 wird in einen Behälter gefüllt, der aus der leitfähigen Basisplatte 1 und dem inneren Harzrahmen 11 ausgebildet wird, so dass eine vorgegeben Höhe erreicht wird.
  • Wie in 4 veranschaulicht, verfügt der obere Teil des inneren Harzrahmens 11 über eine Aussparung, welche ein Ausschnitt 11a ist. Zusätzlich verfügt der obere Teil des Harzrahmens 12 über eine Aussparung oder einen Ausschnitt (nicht gezeigt). Darüber hinaus ist das Signalsubstrat 7 in den Ausschnitt 11a des inneren Harzrahmens 11 und den Ausschnitt des äußeren Harzrahmens 12 eingefügt. Aufgrund eines solchen Aufbaus fungieren die Ausschnitte als Positionierungshilfen. Dies erleichtert das Positionieren des Signalsubstrats 7 und des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 in Bezug zur Signal-Drahtfeder 4. Darüber hinaus stellt dieser Aufbau einen geeigneten elektrischen Kontakt her, wodurch die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung (Verbindungsstelle) verbessert wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der innere Harzrahmen 11 als Stopper fungiert, der verhindert, dass ein Abstand zwischen der leitfähigen Basisplatte 1 und der leitfähigen Abdeckplatte 2 bei der Druckbeaufschlagung von oben und unten, d.h. von diesen Platten, kürzer wird, als ein bestimmter Wert. Daher ermöglicht eine Anpassung der Höhe des inneren Harzrahmens 11, dass die Druckkontakt-Drahtfedern 3 und die Signal-Drahtfeder 4 geeignete Rückstellkräfte (Drücke) erzeugen können. Darüber hinaus ermöglicht eine einheitliche Höhe des inneren Harzrahmens 11, dass der Abstand zwischen der leitfähigen Basisplatte 1 und der leitfähigen Abdeckplatte 2 einheitlich gehalten werden kann. Dies ermöglicht der Mehrzahl von Druckkontakt-Drahtfedern 3 eine einheitliche Abwärtskraft (Druck) auf die Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips auszuüben, die im Inneren angeordnet sind, und infolgedessen auf die obere Chip-Metallplatten 8, die auf den Leistungshalbleiter-Chips angeordnet sind, wodurch eine Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert wird.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1, ist die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 jedes Leistungshalbleiterkernmoduls in der ersten Ausführungsform in einer Draufsicht entlang einer L-förmigen (dem L-förmigen Signalsubstrat 7) Linie angeordnet. Die Dioden 6 sind somit in der Mitte des Leistungshalbleiters in 1 angeordnet; zusätzlich sind die selbstabschaltenden Halbleiterelemente 5 und infolgedessen die Signal-Drahtfedern 4 im äußeren Randbereich des Leistungshalbleiters in 1 angeordnet.
  • Das Signalsubstrat 7 verfügt über zwei Enden 7a, die an Ausschnitten der Seitenflächen des Leistungshalbleiterkernmoduls (der äußere Harzrahmen 12) zur Außenseite des Leistungshalbleiterkernmoduls freiliegen. Obwohl nicht gezeigt, sind die freiliegenden Enden 7a des Signalsubstrats 7 der nebeneinanderliegenden Leistungshalbleiterkernmodule elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindung kann zum Beispiel eine elektrische Verbindung mittels eines Kabels sein. Es können unterschiedliche Verbindungsarten eingesetzt werden, die eine Verbindung mit einem Verbinder, einer Lotverbindung, und einer Schraubverbindung umfassen.
  • Hier trifft ein Leistungshalbleiterkernmodul, das in einer Draufsicht gedreht wird, mit den anderen Leistungshalbleiterkernmodulen zusammen. Wenn zum Beispiel die Lage der L-Form eines Leistungshalbleiterkernmoduls in 1 um jeweils 90 Grad gedreht wird, trifft das eine Leistungshalbleiterkernmodul mit den drei anderen Leistungshalbleiterkernmodulen zusammen. Solch ein Aufbau, der es ermöglicht, die Leistungshalbleitervorrichtung aus einer einzigen Art von Leistungshalbleiterkernmodulen auszubilden, erhöht die Produktivität und erzielt eine Kostenreduktion.
  • Wie in 1 veranschaulicht, sind die leitfähige Basisplatte 1, die leitfähige Abdeckplatte 2, und die Mehrzahl von (vier in 1) Leistungshalbleiterkernmodulen, welche die vorgenannten Komponenten umfassen, die von diesen Platten eingefasst sind, auf einer gemeinsamen Kollektor-Metallplatte 16 angeordnet. Darüber hinaus liegen die Signalsubstrate 7 (ein Gate-Signalsubstrat und ein Emitter-Signalsubstrat) der einzelnen Leistungshalbleiterkernmodule an den Seitenflächen der Leistungshalbleiterkernmodule frei. Zudem sind die Enden der Signalsubstrate 7 elektrisch miteinander verbunden. Hier sind die Emitter-Signalsubstrate, deren Enden elektrisch miteinander verbunden sind, elektrisch mit einer gemeinsamen Emitter-Metallplatte (nicht gezeigt) verbunden. Die gemeinsame Emitter-Metallplatte (nicht gezeigt) wird mit jedem Leistungshalbleiterkernmodul an einer gegenüberliegenden Position der gemeinsamen Kollektor-Metallplatte 16 pressverschweißt. Somit weist die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einen integrierten Aufbau auf, welcher die Mehrzahl von Leistungshalbleiterkernmodulen, die gemeinsame Kollektor-Metallplatte 16, und die gemeinsame Emitter-Metallplatte (nicht gezeigt) umfasst.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung in der ersten Ausführungsform ist derart eingerichtet, dass die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 jedes Leistungshalbleiterkernmoduls in einer Draufsicht entlang der L-förmigen Linie angeordnet ist. Die Dioden 6 sind somit in der Mitte des Leistungshalbleiters angeordnet; außerdem sind die selbstabschaltenden Halbleiterelemente 5 im äußeren Randbereich des Leistungshalbleiters angeordnet. Dies verbessert die Wärmeableitungsfähigkeit der selbstabschaltenden Halbleiterelemente 5. Infolgedessen kann das selbstabschaltende Halbleiterelement 5 aus einem Element bestehen, das eine große Wärmeentwicklung besitzt.
  • In der ersten Ausführungsform ist der Ausschnitt, in den das Signalsubstrat 7 eingefügt wird, oberhalb des Rahmens (des inneren Harzrahmens 11 und des äußeren Harzrahmens 12) angeordnet. Folglich fungiert der Ausschnitt als Positionierungshilfe. Dies erleichtert das Positionieren des Signalsubstrats 7 und des selbstabschaltenden Halbleiterelements 5 bezüglich der Signal-Drahtfeder 4. Außerdem realisiert dieser Aufbau einen geeigneten elektrischen Kontakt, wodurch die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung (Verbindungsstelle) verbessert wird.
  • In der ersten Ausführungsform liegt das Signalsubstrat 7 am Ausschnitt zur Außenseite des Leistungshalbleiterkernmoduls frei. Dies realisiert eine elektrische Verbindung zwischen den freiliegenden Bereichen der Signalsubstrate 7 der nebeneinanderliegenden Leistungshalbleiterkernmodule. Entsprechend kann eine Anpassung der Anzahl der parallel miteinander verbundenen Leistungshalbleiterkernmodule eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer gewünschten Stromkapazität erzeugen. Darüber hinaus kann die Kostenreduktion und eine einfache Fertigung erreicht werden.
  • In der ersten Ausführungsform besitzt das Signalsubstrat 7 in einer Draufsicht eine L-Form. Dies verbessert die Ausbeute des Substrats, wodurch die Kostenreduktion erreicht wird. Es wird darauf hingewiesen, dass das Signalsubstrat 7 aus einem gedruckten Substrat, das aus zwei oder mehr Schichten besteht, oder aus einem metallbeschichteten Substrat mit einer Isolierschicht ausgebildet werden kann, welche zwischen die Metalle eingefügt ist. Auf diese Weise wird eine Verdrahtung erreicht, indem ein schmales Signalsubstrat 7 verwendet wird. Dies realisiert eine kleinere Leistungshalbleitervorrichtung und ermöglicht, dass eine Gate-Schaltung und eine Emitter-Schaltung eine kurze Schleife besitzen, wodurch ein abnormaler Betrieb aufgrund elektromagnetischer Induktion und Rauschen verhindert wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass wenigstens das selbstabschaltende Halbleiterelement 5 oder die Diode 6 aus Silicium oder aus einem Halbleiter mit einer breiten Bandlücke (hergestellt aus Siliciumcarbid, Galliumnitrid, oder Diamant) ausgebildet wird. Solch ein Aufbau ermöglicht einen stabilen Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung unter hohen Temperaturen, und eine schnelle SW-Geschwindigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 5 ist eine schematische Draufsicht eines Aufbaus eines Teils einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass identische oder ähnliche Komponenten zwischen der Leistungshalbleitervorrichtung in der ersten Ausführungsform und der Leistungshalbleitervorrichtung in der zweiten Ausführungsform mittels derselben Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und dass hier hauptsächlich Komponenten beschrieben werden, die sich zwischen diesen Leistungshalbleitervorrichtungen unterscheiden.
  • In der zweiten Ausführungsform ist die Mehrzahl von Halbleiter-Chips (die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 und die Mehrzahl von Dioden 6) in einer Draufsicht in einer L-förmigen Linie auf gleiche Weise wie jene in der ersten Ausführungsform angeordnet. Im Gegensatz zum Signalsubstrat 7 in der ersten Ausführungsform besitzt das Signalsubstrat 7 des Leistungshalbleiterkernmoduls in der zweiten Ausführungsform eine Kreuzform. Auf diese Weise kann sich die Form der Anordnung der Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips von der Form des Signalsubstrats 7 unterscheiden.
  • In der ersten Ausführungsform umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung vier Leistungshalbleiterkernmodule, die miteinander verbunden sind. Für eine Leistungshalbleitervorrichtung, die fünf oder mehr miteinander verbundene Leistungshalbleiterkernmodule umfasst, bewirkt das Signalsubstrat 7, das in der ersten Ausführungsform eine einfache L-Form besitzt, einen nicht einheitlichen Abstand zwischen den nebeneinanderliegenden Signalsubstraten 7. Dies führt zu einer Signalverzögerung zwischen den Signalsubstraten 7, wodurch ein nicht einheitlicher Betrieb verursacht werden kann. Der nicht einheitliche Betrieb beeinflusst die selbstabschaltenden Halbleiterelemente 5 auf ungünstige Weise.
  • Das Signalsubstrat 7 in der zweiten Ausführungsform besitzt dementsprechend keine L-Form, sondern eine Kreuzform. Darüber hinaus verfügt das Signalsubstrat 7 über vier Enden 7a, die zur Außenseite des Leistungshalbleiterkernmoduls freiliegen. Das heißt, die Enden 7a des Signalsubstrats 7 liegen in den jeweiligen vier Seitenflächen des Leistungshalbleiterkernmoduls frei. Solch ein Aufbau realisiert auf einfache Weise elektrische Verbindungen zwischen den Enden 7a der nebeneinanderliegenden Signalsubstrate 7, wodurch die Fertigung der Leistungshalbleitervorrichtung vereinfacht wird. Zusätzlich realisiert dieser Aufbau einen einheitlichen Abstand zwischen den nebeneinanderliegenden Signalsubstraten 7 in einer Leistungshalbleitervorrichtung, die zwei oder mehr Leistungshalbleiterkernmodule umfasst, wodurch eine ungünstige Auswirkung auf das selbstabschaltende Halbleiterelement 5 reduziert wird.
  • In der ersten Ausführungsform wird die Mehrzahl von Leistungshalbleiterkernmodulen ausgebildet, indem das Leistungshalbleiterkernmodul einer einzigen Art für die Anordnung um jeweils 90 Grad gedreht wird. In der zweiten Ausführungsform kann eine identisch orientierte Anordnung des Leistungshalbleiterkernmoduls einer einzigen Art ohne solche Drehungen eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterkernmodulen ausbilden. Dies reduziert Fehler in der Anordnung, wodurch eine Arbeitseffizienz verbessert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Leistungshalbleitervorrichtung, obwohl sie im Beispiel von 5 vier Leistungshalbleiterkernmodule umfasst, eine beliebige Anzahl von Leistungshalbleiterkernmodulen umfassen kann; die Leistungshalbleitervorrichtung erfordert jedoch, dass zwei oder mehr Leistungshalbleiterkernmodule enthalten sind.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 6 ist eine schematische Draufsicht eines Aufbaus eines Teils einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass identische oder ähnliche Komponenten zwischen der Leistungshalbleitervorrichtung in der zweiten Ausführungsform und der Leistungshalbleitervorrichtung in der dritten Ausführungsform mittels derselben Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und dass hier hauptsächlich Unterschiede zwischen den Komponenten dieser Leistungshalbleitervorrichtungen beschrieben werden.
  • In der ersten und zweiten Ausführungsform ist die Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips (die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 und die Mehrzahl von Dioden 6) in einer Draufsicht entlang einer L-förmigen Linie angeordnet. Hier wird in der ersten Ausführungsform das Leistungshalbleiterkernmodul einer einzigen Art um jeweils 90 Grad gedreht, damit die Anordnung die erzeugte Wärme verteilt und die Wärmeableitungsfähigkeit verbessert wird. In der zweiten Ausführungsform erzeugen die Leistungshalbleiterkernmodule einer einzigen Art, die so angeordnet sind, dass sie parallel zueinander verschoben sind, Unterschiede in der Wärmeentwicklung. Infolgedessen wird ein Anwender bei der thermischen Auslegung vor Probleme gestellt. Dies kann die Qualität der Leistungshalbleitervorrichtung ungünstig beeinflussen.
  • Um diesem Problem zu begegnen ist die Leistungshalbleitervorrichtung in der dritten Ausführungsform eingerichtet, die Unterschiede in der Wärmeentwicklung zu verbessern. Um genau zu sein, ist die Mehrzahl der Leistungshalbleiter-Chips (die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 und die Mehrzahl von Dioden 6) in der dritten Ausführungsform, wie in 6 veranschaulicht, in einer Draufsicht entlang einer kreuzförmigen Linie angeordnet. Dies erzielt eine homogene Verteilung der Wärmeentwicklung hinsichtlich der Leistungshalbleiterkernmodule. Dadurch werden die Unterschiede in der Wärmeentwicklung in der Leistungshalbleitervorrichtung verhindert. Dies vereinfacht die thermische Auslegung, wodurch die ungünstige Auswirkung auf die Qualität verhindert wird. Außerdem ist die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 nicht lokal versammelt, sondern im Wesentlichen so angeordnet, dass in einer Draufsicht Linien ausgebildet werden, wenn die Leistungshalbleiterkernmodule angeordnet werden. Infolgedessen wird die durch die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 erzeugte Wärme an Bereiche der Dioden 6 mit relativ niedriger Temperatur abgeleitet. Dadurch wird die Wärmeableitungsfähigkeit nicht beeinflusst. Darüber hinaus erleichtert das Signalsubstrat 7 in der dritten Ausführungsform, das eine Kreuzform besitzt, auf ähnliche Weise, wie das Signalsubstrat 7 in der zweiten Ausführungsform, die Fertigung der Leistungshalbleitervorrichtung und realisiert einen einheitlichen Abstand zwischen den nebeneinanderliegenden Signalsubtraten 7.
  • <Modifikation>
  • Die vorgenannten Ausführungsformen beschreiben, dass die Mehrzahl der selbstabschaltenden Halbleiterelemente 5 jedes Leistungshalbleiterkernmoduls in einer Draufsicht entlang einer L-förmigen Linie oder einer kreuzförmigen Linie angeordnet sein kann. Die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen 5 kann entlang einer Linie mit einer beliebigen Form angeordnet sein; zum Beispiel können die selbstabschaltenden Halbleiterelemente 5 jedes Leistungshalbleiterkernmoduls in einer Draufsicht entlang einer T-förmigen Linie angeordnet sein, wie in 7 veranschaulicht.
  • Die vorgenannten Ausführungsformen beschreiben, dass das Signalsubstrat 7 in einer Draufsicht eine L-Form oder eine Kreuzform besitzt. Das Signalsubstrat 7 kann eine beliebige Form annehmen; zum Beispiel kann das Signalsubstrat 7 eine T-Form besitzen, und drei Enden 7a der T-Form können zur Außenseite des Leistungshalbleiterkernmoduls freiliegen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die individuellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung frei kombiniert oder modifiziert und in geeigneter Weise ausgelassen werden können.
  • Während die Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen erdacht werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1 leitfähige Basisplatte, 2 leitfähige Abdeckplatte, 3 Druckkontakt-Drahtfeder, 4 Signaldrahtfeder, 5 selbstabschaltendes Halbleiterelement, 6 Diode, 7 Signalsubstrat, 8 obere Chip-Metallplatte, 9 untere Chip-Metallplatte, 11 innerer Harzrahmen, 11a Ausschnitt, 12 äußerer Harzrahmen.
  • 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 4280626 [0004]

Claims (9)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung umfassend eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterkernmodulen, in welchen eine leitfähige Abdeckplatte (2) oberhalb einer leitfähigen Basisplatte (1) angeordnet ist, • wobei jedes Leistungshalbleiterkernmodul umfasst: ◯ eine Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips, welche eine Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen (5) und eine Mehrzahl von Dioden (6) umfasst, die in einer Draufsicht nebeneinanderliegen, ◯ eine obere Metallplatte (8), die zwischen jedem selbstabschaltenden Halbleiterelement oder jeder Diode, und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist, ◯ eine untere Metallplatte (9), die zwischen jedem selbstabschaltenden Halbleiterelement oder jeder Diode, und der leitfähigen Basisplatte angeordnet ist, und ◯ eine Mehrzahl von ersten Federn (3), die zwischen der oberen Metallplatte und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist, und • wobei die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen jedes Leistungshalbleiterkernmoduls in einer Draufsicht entlang einer L-förmigen Linie, oder einer kreuzförmigen Linie, oder einer T-förmigen Linie angeordnet ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, • wobei die obere Metallplatte (8) zwischen einem Teil jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements oder jeder Diode, und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist, • wobei jedes Leistungshalbleiterkernmodul weiter umfasst: ◯ ein Signalsubstrat (7), welches aus einem Bereich eines unteren Teils der leitfähigen Abdeckplatte (2) nach unten herausragt, wobei sich der Bereich oberhalb eines verbleibenden Bereichs befindet, der sich vom Teil jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements (5) unterscheidet, ◯ eine zweite Feder (4), welche zwischen dem verbleibenden Bereich jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements und dem Signalsubstrat angeordnet ist, und den verbleibenden Teil und das einzelne Substrat elektrisch miteinander verbindet, und ◯ einen Rahmen (11, 12) der die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen und die Mehrzahl von Dioden (6) einzeln umgibt, und • wobei ein oberer Teil des Rahmens jedes Leistungshalbleiterkernmoduls eine Aussparung (11a) umfasst, welche in das Signalsubstrat eingefügt ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, • wobei das Signalsubstrat (7) des Leistungshalbleiterkernmoduls von der Aussparung (11a) zu einer Außenseite des Leistungshalbleiterkernmoduls hin freiliegt, und • wobei freiliegende Bereiche der Signalsubstrate der nebeneinanderliegenden Leistungshalbleiterkernmodule elektrisch miteinander verbunden sind.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Signalsubstrat (7) in einer Draufsicht eine L-Form besitzt, und zwei Enden der L-Form zu einer Außenseite des Leistungshalbleiterkernmoduls hin freiliegen.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Signalsubstrat (7) in einer Draufsicht eine Kreuzform besitzt, und vier Enden der Kreuzform zu einer Außenseite des Leistungshalbleiterkernmoduls hin freiliegen.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens das selbstabschaltende Halbleiterelement (5) oder die Diode (6) aus Siliciumcarbid, Galliumnitrid oder Diamant besteht.
  7. Leistungshalbleiterkernmodul, in welchem eine leitfähige Abdeckplatte (2) oberhalb einer leitfähigen Basisplatte (1) angeordnet ist, wobei das Leistungshalbleiterkernmodul umfasst: • eine Mehrzahl von Leistungshalbleiter-Chips, welche eine Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen (5) und eine Mehrzahl von Dioden (6) umfasst, die in einer Draufsicht nebeneinander liegen; • eine obere Metallplatte (8), welche zwischen einem Teil jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements oder jeder Diode, und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist; • eine untere Metallplatte (9), welche zwischen jedem selbstabschaltenden Halbleiterelement oder jeder Diode, und der leitfähigen Basisplatte angeordnet; • eine Mehrzahl von ersten Federn (3), welche zwischen der oberen Metallplatte und der leitfähigen Abdeckplatte angeordnet ist; • ein Signalsubstrat (7), welches aus einem Bereich eines unteren Teils der leitfähige Abdeckplatte (2) nach unten herausragt, wobei sich der Bereich oberhalb eines verbleibenden Bereichs befindet, der sich vom Teil jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements unterscheidet; • eine zweite Feder (4), welche zwischen dem verbleibenden Bereich jedes selbstabschaltenden Halbleiterelements und dem Signalsubstrat angeordnet ist, und den verbleibenden Teil und das einzelne Substrat elektrisch miteinander verbindet; und • einen Rahmen (11, 12) der die Mehrzahl von selbstabschaltenden Halbleiterelementen und die Mehrzahl von Dioden einzeln umgibt, • wobei ein oberer Teil des Rahmens eine Aussparung (11a) umfasst, die in das Signalsubstrat eingefügt ist.
  8. Leistungshalbleiterkernmodul nach Anspruch 7, wobei das Signalsubstrat (7) von der Aussparung (11a) zu einer Außenseite des Leistungshalbleiterkernmoduls hin freiliegt.
  9. Leistungshalbleiterkernmodul nach Anspruch 7 oder 8, wobei wenigstens das selbstabschaltende Halbleiterelement (5) oder die Diode (6) aus Siliciumcarbid, Galliumnitrid oder Diamant besteht.
DE112016006536.1T 2016-03-03 2016-03-03 Leistungshalbleitervorrichtung und Leistungshalbleiterkernmodul Pending DE112016006536T5 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/056526 WO2017149714A1 (ja) 2016-03-03 2016-03-03 電力用半導体装置及び電力用半導体コアモジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112016006536T5 true DE112016006536T5 (de) 2018-11-15

Family

ID=59743651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112016006536.1T Pending DE112016006536T5 (de) 2016-03-03 2016-03-03 Leistungshalbleitervorrichtung und Leistungshalbleiterkernmodul

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10418347B2 (de)
JP (1) JP6486550B2 (de)
CN (1) CN108713250B (de)
DE (1) DE112016006536T5 (de)
WO (1) WO2017149714A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108231703B (zh) * 2017-12-11 2020-02-07 全球能源互联网研究院有限公司 一种功率器件模组及其制备方法
US20220005783A1 (en) * 2019-01-23 2022-01-06 Mitsubishi Electric Corporation Pressure-contact-type semiconductor device
KR102216737B1 (ko) * 2019-03-15 2021-02-18 제엠제코(주) 결합 안정성이 향상된 가압형 반도체 패키지
CN112490724B (zh) * 2020-11-27 2023-02-03 株洲中车时代半导体有限公司 一种碟簧组件及功率半导体模块
CN113834527A (zh) * 2021-09-18 2021-12-24 重庆大学 一种压接型功率半导体结构及其内部压力在线测量方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3277751B2 (ja) * 1994-10-03 2002-04-22 富士電機株式会社 平型半導体装置およびその製造方法
JP3226088B2 (ja) 1995-08-25 2001-11-05 富士電機株式会社 半導体装置
US5726466A (en) 1995-09-11 1998-03-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Press pack power semiconductor device incorporating a plurality of semiconductor elements
JP3162632B2 (ja) * 1995-09-11 2001-05-08 株式会社東芝 複数個の半導体素子を内蔵した圧接型電力用半導体装置
JP3344552B2 (ja) * 1997-09-17 2002-11-11 株式会社東芝 圧接型半導体装置
DE19903245A1 (de) * 1999-01-27 2000-08-03 Asea Brown Boveri Leistungshalbleitermodul
JP3629172B2 (ja) * 1999-09-30 2005-03-16 株式会社東芝 圧接型半導体装置
EP1263045A1 (de) 2001-06-01 2002-12-04 ABB Schweiz AG Leistungshalbleitermodul
JP4234614B2 (ja) 2004-01-21 2009-03-04 株式会社日立製作所 圧接型半導体装置、及びこれを用いた変換器
US8248836B2 (en) * 2009-07-13 2012-08-21 Seagate Technology Llc Non-volatile memory cell stack with dual resistive elements
DE102009045181B4 (de) * 2009-09-30 2020-07-09 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul
JP2015186344A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置
CN105047653B (zh) * 2015-07-10 2018-11-20 株洲南车时代电气股份有限公司 Igbt子模组单元及其封装模块

Also Published As

Publication number Publication date
US10418347B2 (en) 2019-09-17
JP6486550B2 (ja) 2019-03-20
US20180331077A1 (en) 2018-11-15
CN108713250B (zh) 2021-08-13
CN108713250A (zh) 2018-10-26
JPWO2017149714A1 (ja) 2018-04-26
WO2017149714A1 (ja) 2017-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112016006536T5 (de) Leistungshalbleitervorrichtung und Leistungshalbleiterkernmodul
DE102012218579A1 (de) Niederinduktives kondensatormodul und leistungssystem mit niederinduktivem kondensatormodul
DE102009043441A1 (de) Halbleitermodul
DE112017003669T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE112006000568T5 (de) Leistungshalbleiterbaugruppe
DE102015103555B4 (de) Elektronisches Bauteil
DE102015223300B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102015108253B4 (de) Elektronisches Modul und Verfahren zum Herstellen desselben
DE19732738A1 (de) Leistungshalbleiterbauelemente mit druckausgleichender Kontaktplatte
EP3226269B1 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
DE102020122125A1 (de) Halbleitermodul
EP2006910B1 (de) Leistungselektronikmodul
DE102019115857A1 (de) Halbleitergehäuse und verfahren zur herstellung eines halbleitergehäuses
DE60304390T2 (de) Elektronikmodul
DE112019006720B4 (de) Druckkontakttyp-Halbleitervorrichtung
DE112021004922T5 (de) Halbleiterbauelement
DE112021002959T5 (de) Montagestruktur für halbleitermodule
DE102021200017A1 (de) Halbleitermodul und verfahren zum herstellen eines halbleitermoduls
DE102020123717A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102008051560A1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102015112452B4 (de) Leistungshalbleiterbaugruppe und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112015006979B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102019216277B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE112016007133T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102021128079A1 (de) Verbindungsclip mit drei levels

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0025070000

Ipc: H01L0025180000

R016 Response to examination communication