DE112017002198T5 - Halbleitereinrichtung - Google Patents

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DE112017002198T5
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semiconductor
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Yuya Shimizu
Junji Fujino
Hiroshi Kawashima
Kazuhiko SAKUTANI
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Eine Halbleitereinrichtung weist Folgendes auf: einen Leiterrahmen (25), eine Elektrode (24) eines Halbleiterelements (8a), die elektrisch mit dem Leiterrahmen (25) verbundenen ist, eine elektrisch leitende Verbindungsschicht (9a), die zwischen dem ersten Leiterrahmen (25) und der Elektrode (24) bereitgestellt ist den Leiterrahmen (25) und die Elektrode (24) verbindet, und einen Metalldraht (22a), der einen ersten Endbereich (21a) hat, welcher mit dem Leiterrahmen (25) verbunden ist, und einen Körperbereich hat, der innerhalb der elektrisch leitenden Verbindungsschicht (9a) bereitgestellt ist, wobei der Körperbereich entlang einer Fläche des Leiterrahmens (25) verläuft. Der elektrische Widerstand zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement kann verringert werden, und zwar sogar dann, wenn der Leiterrahmen und die Elektrode des Halbleiterelements mit der elektrisch leitenden Verbindungsschicht verbunden sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung, die ein Halbleiterelement aufweist.
  • Stand der Technik
  • In Halbleitereinrichtungen werden verbreitet Lotmaterialien als ein Verbindungsmaterial zum Verbinden eines Halbleiterelements mit einem Schaltungsmuster eines Substrats verwendet. Außerdem verbreiten sich auch Halbleitereinrichtungen, bei welchen anstelle eines Lotmaterials ein elektrisch leitendes Adhäsionsmittel als ein Verbindungsmaterial verwendet wird, und zwar zum Zweck, die Kosten der Halbleitereinrichtungen zu verringern und den Herstellungsprozess zu vereinfachen.
  • Für den Fall, dass ein Halbleiterelement mit einem Schaltungsmuster eines Substrats mittels eines elektrisch leitenden Adhäsionsmittels verbunden wird, gilt Folgendes: Da ein Schaltungsmuster einer Halbleitereinrichtung aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen gebildet ist und im Allgemeinen eine natürliche Oxidschicht in einer Oberfläche des Schaltungsmusters vorhanden ist, werden das Halbleiterelement und das Schaltungsmuster mit der dazwischengefügten Oxidschicht verbunden. Durch die Anwesenheit dieser Oxidschicht wird der elektrische Widerstand zwischen dem Halbleiterelement und dem Schaltungsmuster erhöht, und zwar im Vergleich mit dem Fall, in welchem es keine Oxidschicht gibt. Da die Zustände wie z. B. die Schichtdicke und die Schichtqualität der Oxidschicht für jedes Einzelstück variieren, besteht außerdem das Problem, dass der elektrische Widerstand und der Wärmewiderstand zwischen dem Halbleiterelement und dem Schaltungsmuster für jedes Einzelstück variieren.
  • Um ein solches Problem zu lösen, wird in einer herkömmlichen Halbleitereinrichtung die Spitze eines Drahtes aus schwer oxidierbarem Metallmaterial mit einer Drahtbondeinrichtung geschmolzen, so dass sich ein ballförmiger Draht ergibt, der ballförmige Draht wird an einem ersten Metallelement platziert, und dann wird Ultraschall auf den ballförmigen Draht angewendet, so dass der Draht und das erste Metallelement verbunden werden. Dadurch wird eine Oxidschicht entfernt, die auf einer Oberfläche des ersten Metallelements vorhanden ist, und der ballförmige Draht, der als eine Verbindungselektrode dient, und das erste Metallelement werden durch metallisches Bonden mit keiner dazwischengefügten Oxidschicht verbunden, was den elektrischen Widerstand zwischen dem ersten Metallelement und der Verbindungselektrode vernachlässigbar verringert (siehe beispielsweise PTD 1).
  • Literaturverzeichnis
  • Patentdokument
  • PTD 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2002-110750 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Obwohl die in PTD 1 beschriebene herkömmliche Halbleitereinrichtung einen guten elektrischen Widerstand zwischen dem ersten Metallelement und der Verbindungselektrode herstellen kann, gilt jedoch Folgendes: Da die Verbindungselektrode einen kleinen Oberflächeninhalt hat, wird auch die Kontaktfläche zwischen der Verbindungselektrode und einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht klein, und demzufolge wird die wesentliche Querschnittsfläche, in welcher der Strom fließt, innerhalb der elektrisch leitenden Verbindungsschicht klein. Dadurch ergibt sich das Problem, dass der elektrische Widerstand zwischen dem ersten Metallelement und einem zweiten Metallelement nicht ausreichend verringert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitereinrichtung anzugeben, die zum Verringern des elektrischen Widerstands zwischen einem ersten Metallelement und einem zweiten Metallelement geeignet ist.
  • Lösung des Problems
  • Eine Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: ein erstes Metallelement, ein zweites Metallelement, das elektrisch mit dem ersten Metallelement verbunden ist, eine elektrisch leitende Verbindungsschicht, die zwischen dem ersten Metallelement und dem zweiten Metallelement bereitgestellt ist und mit dem ersten Metallelement und dem zweiten Metallelement verbunden ist, und einen Metalldraht, der einen ersten Endbereich hat, welcher mit dem ersten Metallelement verbunden ist, und einen Körperbereich hat, der innerhalb der elektrisch leitenden Verbindungsschicht bereitgestellt ist, wobei der Körperbereich entlang einer Fläche des ersten Metallelements verläuft.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Bei der Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Da der Körperbereich des Metalldrahts, dessen Endbereich mit dem ersten Metallelement verbunden ist, entlang der Fläche des ersten Metallelements verläuft, kann die Kontaktfläche zwischen dem Metalldraht und der elektrisch leitenden Verbindungsschicht vergrößert werden, und der elektrische Widerstand zwischen dem ersten Metallelement und dem zweiten Metallelement, die mit der elektrisch leitenden Verbindungsschicht verbunden sind, kann verringert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen einem Leiterrahmen und einem Halbleiterelement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 3 ist eine vergrößerte Draufsicht, die die Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 4 ist eine vergrößerte Draufsicht, die eine weitere Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 6 ist eine Ansicht, die ein Herstellungsverfahren zum Verbinden eines Metalldrahts der Halbleitereinrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen einem Schaltungsmuster und einem Leiteranschluss in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem Schaltungsmuster und dem Leiteranschluss in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen einem IGBT und einem Leiterrahmen der Halbleitereinrichtung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 14 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen einem IGBT und einem Verdrahtungssubstrat der Halbleitereinrichtung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 15 enthält eine vergrößerte Querschnittsansicht und eine vergrößerte Draufsicht, die eine weitere Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem IGBT und dem Verdrahtungssubstrat der Halbleitereinrichtung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • Zunächst wird die Konfiguration einer Halbleitereinrichtung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die die Halbleitereinrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In 1 ist eine Halbleitereinrichtung 100 so konfiguriert, dass ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) und eine FWD (Freilaufdiode), die Leistungs-Halbleiterelemente sind, Steuerungs-Halbleiterelemente wie z. B. einen IC-Chip, in welchen eine integrierte Schaltung zum Steuern der Schaltvorgänge des IGBTs ausgebildet ist (nachfolgend als ein IC bezeichnet), eine Diode und dergleichen steuern, und Leiterrahmen, die Verdrahtungselemente zum Verdrahten der Halbleiterelemente sind, sind integral mit einem Dichtungsharz ausgebildet, die als ein Fall der Halbleitereinrichtung dienen.
  • Die Halbleitereinrichtung 100 weist Folgendes auf: Leiterrahmen 1a, 1b, 1c, die Verdrahtungselemente sind, einen IGBT 2 und eine FWD 3, die Leistungs-Halbleiterelemente sind und die mit dem Leiterrahmen 1a verbunden sind, und Steuerungs-Halbleiterelemente 8a, 8b, die mit dem Leiterrahmen 1c verbunden sind. Außerdem sind der IGBT 2 und die FWD 3 elektrisch mit dem Leiterrahmen 1b mittels Metalldrähten 5a, 5b verbunden, die aus Aluminium oder dergleichen sind und mit Elektroden verbunden sind, die auf den Oberflächen auf der Seite gegenüber der Seite bereitgestellt sind, die mit dem Leiterrahmen 1a verbunden ist. Außerdem sind die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a, 8b elektrisch mit dem IGBT 2 mit Metalldrähten 12a, 12b verbunden, die aus Aluminium oder dergleichen sind und mit Elektroden verbunden sind, die auf den Oberflächen auf der Seite gegenüber der Seite bereitgestellt sind, die mit dem Leiterrahmen 1c verbunden ist.
  • Der Leiterrahmen 1a, der eine Vorderfläche hat, mit welcher der IGBT 2 und die FWD 3 verbunden sind, hat eine Rückfläche, die mit einer Isolierschicht 6 versehen ist, und eine Metallplatte 7 aus einem Metallmaterial mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium oder Kupfer ist auf einer Rückfläche der Isolierschicht 6 bereitgestellt. Die Isolierschicht 6 ist eine Schicht zum Übertragen von Wärme vom IGBT 2 und der FWD 3 an die Metallplatte 7, während die elektrische Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 1a und der Metallplatte 7 gewährleistet ist. Die Isolierschicht 6 wird ausgebildet, indem Isolatorpartikel mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Siliciumdioxidpartikel, Aluminiumoxidpartikel oder Aluminiumnitridpartikel, in ein Isolatorharz wie z. B. ein Epoxidharz gemischt werden, wodurch sowohl Wärmeleitungseigenschaften, als auch Isoliereigenschaften erzielt werden. Die Metallplatte 7 verbreitet die vom IGBT 2 und der FWD 3 übertragene Wärme über die Isolierschicht 6 in der Ebenenrichtung der Metallplatte 7, und sie überträgt die Wärme an einen (nicht dargestellten) Kühlkörper, der auf einer Rückfläche der Metallplatte 7 bereitgestellt ist. Die von dem IGBT 2 und der FWD 3 erzeugte Wärme wird vom Kühlkörper nach außerhalb der Halbleitereinrichtung 100 abgeführt.
  • Die Halbleitereinrichtung 100 wird integral ausgebildet, indem Folgendes abgedichtet wird: Der Leiterrahmen 1a und der IGBT 2 und die FWD 3, die mit dem Leiterrahmen 1a verbunden sind, der Leiterrahmen 1b, der Leiterrahmen 1c und die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a und 8b, die mit dem Leiterrahmen 1c verbunden sind, die Isolierschicht 6, die Metallplatte 7, sowie die Metalldrähte 5a, 5b, 12a und 12b, die die Elemente und die Leiterrahmen elektrische verbinden, und zwar mit einem Dichtungsharz 10, das ausgebildet wird, indem Siliciumdioxidpartikel in ein Epoxidharz hineingemischt werden. Wie in 1 gezeigt, liegt jeder der Leiterrahmen 1a, 1b, 1c an einem Ende nach außerhalb des Dichtungsharzes 10 frei, wodurch ein externer Anschluss 11a, 11b, 11c gebildet wird. Die Halbleitereinrichtung 100 ist elektrisch mit einer externen elektrischen Schaltung über externe Anschlüsse 11a, 11b, 11c verbunden.
  • Die Leiterrahmen 1a, 1b, 1c sind aus einem leicht oxidierbaren Metallmaterial wie z. B. Aluminium oder Kupfer gebildet. Hierbei bezeichnet das leicht oxidierbare Material ein Metallmaterial, das leichter oxidierbar ist als ein Edelmetall wie z. B. Gold oder Silber, und es bedeutet ein unedles Metallmaterial. Genauer gesagt: Das unedle Metallmaterial, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, ist vorzugsweise eines von Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Zinn (Sn), und es schließt auch eine Legierung ein, die irgendeines von Aluminium, Kupfer, Nickel und Zinn als Hauptkomponente verwendet. Außerdem ist insbesondere das Edelmetallmaterial, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, vorzugsweise irgendeines von Gold (Au) und Silber (Ag), und es schließt auch eine Legierung ein, die irgendeines von Gold und Silber als eine Hauptkomponente verwendet.
  • Außerdem kann bestimmt werden, ob ein Metallmaterial schwieriger/leichter oxidierbar ist, wenn zwei Metallmaterialen verglichen werden, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, und zwar auf Basis des Hoch-Niedrig-Verhältnisses zwischen Ionisierungsneigungen von Metallelementen, die als Hauptkomponenten der zwei Metallmaterialen dienen. Das heißt, ein Metallmaterial mit einer niedrigeren Ionisierungsneigung ist ein schwieriger oxidierbares Metallmaterial, und ein Metallmaterial mit einer höheren Ionisierungsneigung ist ein leichter oxidierbares Metallmaterial. Wenn beispielsweise die edlen Metallmaterialien und die unedlen Metallmaterialien, die oben erwähnt sind, in der aufsteigenden Reihenfolge ihrer Ionisierungsneigung geordnet werden, ergibt sich als Liste: Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Nickel und Aluminium. Wenn demzufolge diese Metallmaterialien beginnend mit dem am schwierigsten oxidierbaren Metallmaterial aufgelistet werden, ergibt sich als Liste: Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Nickel und Aluminium. Dasselbe gilt auch für Legierungen, die diese Metallelemente jeweils als Hauptkomponenten verwenden. Beispielsweise ist eine Silberlegierung schwieriger oxidierbar als eine Kupferlegierung, und die Kupferlegierung ist schwieriger oxidierbar als eine Aluminiumlegierung.
  • Es sei angemerkt, dass die unedlen Metallmaterialien und die Edelmetallmaterialien, wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, nicht auf die oben beschriebenen Metallmaterialien beschränkt sind, und dass sie auch andere Metallmaterialien sein können. Die oben beschriebenen Metallmaterialien werden oft gewerblich verwendet, und sie sind gewerblich in Bezug auf deren Verfügbarkeit und dergleichen bevorzugt. Außerdem gilt in Fällen, in welchen ein Metallmaterial unten unter Verwendung von dessen Metallelement bezeichnet wird, Folgendes: Solche Fälle schließen den Fall ein, in welchem das Metallmaterial ein reines Metall aus dem Element allein ist, sowie den Fall, in welchem das Metallmaterial eine Legierung ist, die das Metallelement als eine Hauptkomponente verwendet. Nur in einem Fall, in welchem es nötig ist, zu unterscheiden, ob ein Metallmaterial ein reines Metall oder eine Legierung ist, wird das Metallmaterial explizit als reines Metall oder Legierung beschrieben.
  • Die Leiterrahmen 1a, 1b, 1c sind aus Aluminium oder Kupfer gebildet. Die externen Anschlüsse 11a, 11b, 11c, die auf der einen Endseite der Leiterrahmen 1a, 1b, 1c bereitgestellt sind, können einer Metallisierung unterzogen werden, wie z. B. einer Nickelplattierung oder einer Silberplattierung, und zwar zum Verbessern der Benetzbarkeit mit einem Lotmaterial zur Verbindung mit einer externen elektrischen Schaltung durch Löten.
  • Ein Teil des Leiterrahmens 1a, der innerhalb des Dichtungsharzes 10 bereitgestellt ist, wird ebenfalls einer Metallisierung unterzogen, um die Benetzbarkeit mit einem Lotmaterial zu verbessern, und der IGBT 2 und die FWD 3 werden auf dem Leiterrahmen 1a mit diesem mittels eines Lotmaterials 4a und eines Lotmaterials 4b verbunden.
  • Ein Bereich des Leiterrahmens 1b, der innerhalb des Dichtungsharzes 10 bereitgestellt ist, kann auch metallisiert sein, aber er kann auch nicht metallisiert sein. Obwohl der Leiterrahmen 1b aus einem leicht oxidierbaren Metallmaterial wie z. B. Aluminium oder Kupfer gebildet ist, gilt Folgendes: Da der Metalldraht 5b durch Ultraschall-Verbinden unter Verwendung einer Drahtbondeinrichtung oder dergleichen verbunden wird, wird eine Oxidschicht auf dem Leiterrahmen 1b durch den während des Verbindungsvorgangs verwendeten Ultraschall entfernt, und der Leiterrahmen 1b und der Metalldraht 5b werden durch Metallbonden verbunden.
  • Ein Bereich des Leiterrahmens 1c, der innerhalb des Dichtungsharzes 10 bereitgestellt ist, ist nicht durch Silberplattieren metallisiert, und er hat eine Konfiguration, bei welcher Aluminium oder Kupfer, die als ein Basismaterial für den Leiterrahmen 1c dienen, an einer Oberfläche freiliegen, oder eine Konfiguration, bei welcher ein Nickelplattieren oder ein Zinnplattieren auf einer Fläche des Leiterrahmens 1c durchgeführt wird, die aus Aluminium oder Kupfer gebildet ist und als ein Basismaterial dafür dient. Das heißt, der Bereich des Leiterrahmens 1c innerhalb des Dichtungsharzes 10 hat eine Oberfläche, die aus einem unedlen Metallmaterial gebildet ist. Der Leiterrahmen 1c und die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a und 8b werden mit den elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9a und 9b verbunden.
  • Die elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9a, 9b sind ein elektrisch leitendes Adhäsionsmittel, das beispielsweise durch Mischen von sphärischen oder schuppen- bzw. flockenartigen Partikeln eines Metalls wie z. B. Silber oder Kupfer, die einen Durchmesser von mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 10 µm haben, in ein Epoxidharz oder ein Siliciumharz hinein ausgebildet werden. Da eine Mehrzahl von Metallpartikeln in Kontakt miteinander im Epoxidharz oder im Siliciumharz vorhanden sind, werden eine elektrische Leitung und eine Wärmeleitung durch den Kontakt zwischen den Metallpartikeln durchgeführt. Im Ergebnis sind die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a, 8b und der Leiterrahmen 1c elektrisch und thermisch mittels der elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9a, 9b verbunden. Als die Metallpartikel, die für das elektrisch leitendes Adhäsionsmittel verwendet werden, sind daher Edelmetallpartikel bevorzugt, deren Oberfläche schwierig oxidierbar ist, und bevorzugter sind Silberpartikel.
  • Außerdem können als die Metallpartikel, die in dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel enthalten sind, Metall-Nanopartikel, die Metallpartikel mit einem Durchmesser von mehr als oder gleich 1 nm und weniger als 1000 nm haben, allein verwendet werden, oder es kann eine Mischung aus Metallpartikeln mit einem Durchmesser von mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 10 µm und Metall-Nanopartikeln verwendet werden. Wenn Metall-Nanopartikel in dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel enthalten sind und das elektrisch leitende Adhäsionsmittel auf die Sintertemperatur der Metall-Nanopartikel oder höher erwärmt wird, werden die Metall-Nanopartikel metallisch an die andere Metallpartikel gebondet, so dass sie einen gesinterten Körper bilden, was bevorzugt ist, da eine noch bessere elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit im Vergleich mit einem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel erzielt werden können, das keine Metall-Nanopartikel enthält. Es sei angemerkt, dass die hierin verwendeten Metallpartikel sowohl Metall-Nanopartikel mit einem Durchmesser von mehr als oder gleich 1 nm und weniger als 1000 nm, als auch Metallpartikel mit einem Durchmesser von mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 10 µm bezeichnen.
  • Als nächstes wird eine Konfiguration von Verbindungsbereichen zwischen dem Leiterrahmen 1c und den Halbleiterelementen 8a, 8b durch elektrisch leitende Verbindungsschichten 9a, 9b detaillierter beschrieben.
  • 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen einem Leiterrahmen und einem Halbleiterelement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die vergrößerte Querschnittsansicht aus 2 zeigt die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen dem Leiterrahmen 1c und dem Steuerungs-Halbleiterelement 8a in 1. Es sei angemerkt, dass in 2 Metalldrähte 12a, 12b, die mit der Elektrode des Halbleiterelements 8a auf der Seite verbunden sind, die dem Leiterrahmen 1c gegenüberliegt, nicht dargestellt sind.
  • Wie in 2 gezeigt, ist das Halbleiterelement 8a mit einem ersten Metallelement 25 verbunden, das ein Teil des Leiterrahmens 1c ist und ein Bereich innerhalb der Halbleitereinrichtung 100 ist, der mit dem Dichtungsharz 10 abgedichtet ist. In einer Oberfläche des ersten Metallelements 25 ist eine Oxidschicht 20 infolge von natürlicher Oxidation ausgebildet. Außerdem ist auf der Oberflächenseite des ersten Metallelements 25 ein Metalldraht 22a mit einem ersten Endbereich 21a an dem einen Ende und einem zweiten Endbereich 23a an dem anderen Ende bereitgestellt, der erste Endbereich 21a ist mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden, und der zweite Endbereich 23a ist mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden. Ähnlich ist auf der Oberflächenseite des ersten Metallelements 25 ein Metalldraht 22d mit einem ersten Endbereich 21d an dem einen Ende und einem zweiten Endbereich 23d an dem anderen Ende bereitgestellt, der erste Endbereich 21d ist mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden, und der zweite Endbereich 23d ist mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden.
  • Es sei angemerkt, dass das Metallbonden zwischen den ersten Endbereichen 21a, 21d und dem ersten Metallelement 25 und das Metallbonden zwischen den zweiten Endbereichen 23a, 23d und dem ersten Metallelement 25, wie hierin verwendet, ein Metallbonden bezeichnet, das ein Typ von chemischem Bonden ist und einen Zustand angibt, in welchem positiv ionisierte Metallatome durch freie Elektronen gebondet werden. Demzufolge sind die ersten Endbereiche 21a, 21d und die zweiten Endbereiche 23a, 23d jeweils elektrische mit dem ersten Metallelement 25 verbunden, wobei keine Oxidschicht dazwischengefügt ist. Obwohl der Metalldraht 22a unten noch beschrieben wird, hat der Metalldraht 22d auch die gleiche Struktur wie diejenige des Metalldrahts 22a.
  • Wie in 2 gezeigt, ist die Querschnittsfläche des ersten Endbereichs 21a des Metalldrahts 22a größer als die Querschnittsfläche des Körperbereichs des Metalldrahts 22a, die ein Bereich ist, der von den beiden Endbereichen des Metalldrahts 22a verschieden ist. Der erste Endbereich 21a mit einer Querschnittsfläche größer als die Querschnittsfläche des Körperbereichs des Metalldrahts 22a ist mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 so verbunden, dass er in Bezug auf die Oberfläche des ersten Metallelements 25 vorsteht. Der Metalldraht 22a wird mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Ultraschall-Verbinden mittels einer Drahtbondeinrichtung verbunden.
  • Das Ultraschall-Verbinden mittels einer Drahtbondeinrichtung schließt ein Kugelbonden ein, wobei ein Ultraschall-Verbinden durch Ausbilden eines Balls an einem Verbindungs-Startpunkt durchgeführt wird, und ein Wedge-Bonden bzw. Keilbonden, wobei ein Ultraschall-Verbinden durchgeführt wird, ohne einen Ball an einem Verbindungs-Startpunkt auszubilden. Der erste Endbereich 21a des Metalldrahts 22a, der in 2 gezeigt ist, kann durch Kugelbonden unter Verwendung einer Drahtbondeinrichtung ausgebildet werden. Indem die Querschnittsfläche des ersten Endbereichs 21a des Metalldrahts 22a so vergrößert wird, dass sie größer ist als die Querschnittsfläche des Körperbereichs des Metalldrahts 22a, kann die Fläche des Metallbondens zwischen dem ersten Endbereich 21a des Metalldrahts 22a und dem ersten Metallelement 25 vergrößert werden. Außerdem kann die Kontaktfläche zwischen dem ersten Endbereich 21a des Metalldrahts 22a und der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a vergrößert werden. Im Ergebnis kann der elektrische Widerstand zwischen der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a und dem ersten Metallelement 25 verringert werden.
  • Der Metalldraht 22a ist ein feiner Draht, dessen Körperbereich einen Durchmesser von ungefähr 20 µm bis 100 µm hat, und der ein Metallmaterial hat, das schwieriger oxidierbar ist als das Metallmaterial, das die Oberfläche des ersten Metallelements 25 bildet, und zwar in einer Oberfläche des Körperbereichs. In einem Fall, in welchem die Oberfläche des ersten Metallelements 25 Aluminium ist, kann der Metalldraht 22a Nickel oder Kupfer, das schwieriger oxidierbar ist als Aluminium, an der Oberfläche des Körperbereichs haben, und vorzugsweise hat der Metalldraht 22a vorzugsweise ein Edelmetallmaterial, das schwieriger oxidierbar ist. Genauer gesagt: Der Metalldraht 22a ist vorzugsweise ein Golddraht, ein Silberdraht oder ein Kupferdraht mit einer Oberfläche, die mit einem Edelmetallmaterial beschichtet ist. In der ersten Ausführungsform ist der Metalldraht 22a ein Golddraht mit beispielsweise einem Durchmesser von 37,5 µm.
  • Da die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a auf der Oberfläche des ersten Metallelements 25 bereitgestellt ist, wobei der Metalldraht 22a darin eingebettet ist, kommt die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a in Kontakt mit einer Oberfläche des Metalldrahts 22a, und die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a wird elektrisch mit dem Metalldraht 22a verbunden. Der Körperbereich des Metalldrahts 22a ist innerhalb der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a bereitgestellt, und der Körperbereich des Metalldrahts 22a verläuft entlang der Oberfläche des ersten Metallelements 25, mit welchem der erste Endbereich 21a verbunden ist. Außerdem ist der Körperbereich des Metalldrahts 22a auf der Oxidschicht bereitgestellt, die in einer Oberflächenschicht des ersten Metallelements 25 vorhanden ist. Da der Metalldraht 22a einen Spalt zwischen sich und der Oberfläche des ersten Metallelements 25 am Körperbereich aufweist, der von den beiden Endbereichen verschieden ist, tritt die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a in diesen Spalt ein, und dadurch ist die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a auch zwischen dem Körperbereich des Metalldrahts 22a und der Oberfläche des ersten Metallelements 25 bereitgestellt. Im Ergebnis wird die Kontaktfläche zwischen dem Metalldraht 22a und der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a vergrößert, und der elektrische Widerstand zwischen dem Metalldraht 22a und der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a wird verringert. Außerdem wird die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a eng mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch eine Ankerwirkung des Metalldrahts 22a verbunden.
  • Da der Metalldraht 22a ein Golddraht ist, ist keine Oxidschicht in der Oberfläche des Metalldrahts 22a vorhanden. Außerdem gilt Folgendes: Da der Metalldraht 22a mit der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a mit einem großen Oberflächeninhalt in Kontakt kommt, der den Oberflächeninhalt des ersten Endbereichs 21a des Metalldrahts 22a und den Oberflächeninhalt des Körperbereichs des Metalldrahts 22a einschließt, ist der Metalldraht 22a elektrisch mit der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a mit einem sehr geringen elektrischen Widerstand verbunden. Außerdem gilt Folgendes: Da der erste Endbereich 21a und der zweite Endbereich 23a des Metalldrahts 22a mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden sind, ist der elektrische Widerstand zwischen dem Metalldraht 22a und dem ersten Metallelement 25 ebenfalls sehr niedrig. Demzufolge gilt Folgendes: Obwohl die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a auf der Oberfläche des ersten Metallelements 25 bereitgestellt ist, wobei die Oxidschicht 20 dazwischengefügt ist, ist der elektrische Widerstand zwischen der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a und dem ersten Metallelement 25 sehr niedrig, ohne dass er von der Oxidschicht 20 beeinflusst wird. Das heißt, die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a ist elektrisch mit dem ersten Metallelement 25 mit einem niedrigen elektrischen Widerstand verbunden, und zwar über die Bereiche, die durch Metallbonden zwischen dem ersten Metallelement 25 und dem Metalldraht 22a verbunden sind, und mit einer Kontaktfläche zwischen der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a und den Oberflächen des Körperbereichs und den Endbereichen des Metalldrahts 22a. Das gleiche gilt für den Metalldraht 22d.
  • Da der Metalldraht 22a, der mittels Ultraschall auf die Oberfläche des ersten Metallelements 25 gefügt ist, den Körperbereich aufweist, der entlang der Oberfläche des ersten Metallelements 25 verläuft, und zwar zusätzlich zu dem ersten Endbereich 21a, kann die Kontaktfläche zwischen dem Metalldraht 22a und der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a vergrößert werden, und zwar im Vergleich mit dem Fall, in welchem nur der erste Endbereich 21a mittels Ultraschall auf die Oberfläche des ersten Metallelements 25 gefügt ist. Demzufolge kann der elektrische Widerstand zwischen dem Metalldraht 22a und der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a weiter verringert werden. Im Ergebnis kann die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a elektrisch mit dem ersten Metallelement 25 mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand verbunden sein.
  • Dann wird eine Elektrode 24 des Steuerungs-Halbleiterelements 8a auf der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a in Kontakt damit bereitgestellt. Die Elektrode 24 hat eine Oberfläche, die mit einem schwierig oxidierbaren Metallmaterial wie z. B. Silber metallisiert ist, und die Elektrode 24 des Halbleiterelements 8a ist elektrisch an die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a gefügt, ohne dass eine Oxidschicht dazwischengefügt ist. Die Elektrode 24 ist ein zweites Metallelement, das an der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a bereitgestellt ist und elektrisch mit der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a verbunden ist.
  • Mit der obigen Konfiguration sind der Leiterrahmen 1c, der mit dem ersten Metallelement 25 versehen ist, und das Halbleiterelement 8a, das mit der Elektrode 24 versehen ist, die als das zweite Metallelement dient, mittels der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a verbunden, und das Halbleiterelement 8a ist elektrisch mit dem Leiterrahmen 1c verbunden, der ein Verdrahtungselement ist, und zwar mit einem niedrigen elektrischen Widerstand.
  • Es sei Folgendes angemerkt: In einem Fall, in welchem die Metalldrähte 22a und 22d keine Edelmetalldrähte wie z. B. Golddrähte sind und die Oberflächen der Körperbereiche der Metalldrähte 22a und 22d aus unedlen Metallmaterial gebildet sind, das schwieriger oxidierbar ist als das erste Metallelement 25, kann die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a elektrisch mit den Metalldrähten 22a und 22d verbunden werden, wobei natürliche Oxidschichten, die in den Oberflächen der Metalldrähte 22a und 22d vorhanden sind, dazwischengefügt sind. Selbst in einem solchen Fall gilt jedoch Folgendes: Da die Oberflächen der Körperbereiche der Metalldrähte 22a und 22d schwieriger oxidierbar sind als die Oberfläche des ersten Metallelements 25, kann der elektrische Widerstand zwischen dem ersten Metallelement 25 und der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a verringert werden, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem das erste Metallelement 25 und die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a elektrisch verbunden sind, wobei nur eine Oxidschicht in der Oberfläche des ersten Metallelements 25 dazwischengefügt ist.
  • 3 ist eine vergrößerte Draufsicht, die die Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die vergrößerte Draufsicht aus 3 zeit eine Konfiguration der Oberfläche des Leiterrahmens 1c im Verbindungsbereich, der in 2 gezeigt ist.
  • In 3 ist der Bereich innerhalb eines Quadrats, das mit einer unterbrochenen Linie angezeigt ist, ein Verbindungsbereich, in welchem die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a auf der Oberfläche des ersten Metallelements 25 bereitgestellt ist, die ein Bereich des Leiterrahmens 1c ist und innerhalb der Halbleitereinrichtung 100 bereitgestellt ist. Wie in 3 gezeigt, gilt Folgendes: Auf dem ersten Metallelement 25 sind eine Mehrzahl von Metalldrähten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e und 22f radial von der Zentrumsseite in Richtung der äußeren Umfangsseite des Verbindungsbereichs bereitgestellt. Obwohl die Anzahl von Metalldrähten in 3 sechs beträgt, ist die Anzahl von Metalldrähten darauf nicht beschränkt, und vorzugsweise ist es nur nötig, dass eine Mehrzahl von Metalldrähten bereitgestellt ist. Die Metalldrähte 22a, 22b, 22c, 22d, 22e und 22f weisen jeweils erste Endbereiche 21a, 21b, 21c, 21d, 21e und 21f sowie jeweils zweite Endbereiche 23a, 23b, 23c, 23d, 23e und 23f auf. Die jeweiligen ersten Endbereiche und die jeweiligen zweiten Endbereiche sind mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden. In 3 sind in angrenzenden Metalldrähten die ersten Endbereiche, die eine Querschnittsfläche haben, die größer ist als die Querschnittsfläche der Körperbereiche der Metalldrähte, so bereitgestellt, dass sie sich wechselweise auf der Zentrumsseite und der äußeren Umfangsseite des Verbindungsbereichs am ersten Metallelement 25 befinden. Alle der ersten Endbereiche können sich jedoch auch auf der äußeren Umfangsseite des Verbindungsbereichs des ersten Metallelements 25 befinden, oder sie können sich auf der Zentrumsseite des Verbindungsbereichs des ersten Metallelements 25 befinden.
  • Außerdem können die Metalldrähte 22a, 22b, 22c, 22d, 22e und 22f durch Keilbonden ausgebildet werden, und die ersten Endbereiche und die zweiten Endbereiche können so ausgebildet sein, dass sie im Wesentlichen die gleiche Konfiguration haben, ohne dass die Querschnittsfläche der ersten Endbereiche so vergrößert wird, dass sie größer ist als die Querschnittsfläche der Körperbereiche der Metalldrähte.
  • Da die Mehrzahl von Metalldrähten radial mit im Wesentlichem gleichem Winkel im Verbindungsbereich des ersten Metallelements 25 bereitgestellt sind, wie in 3 gezeigt, kann der Strom, der durch die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a zwischen dem ersten Metallelement 25 innerhalb des Leiterrahmens 1c und dem zweiten Metallelement fließt, das aus der Elektrode 24 des Halbleiterelements 8a gebildet ist, gleichmäßig zerstreut werden, so dass eine Stromkonzentration unterbunden wird, und der elektrische Widerstand zwischen dem ersten Metallelement 25 und dem zweiten Metallelement kann verringert werden.
  • Der Metalldraht 22a hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 15 ppm/K, wenn er ein Golddraht ist, und er hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 19 ppm/K, wenn er ein Silberdraht ist. Da der linearen Ausdehnungskoeffizient des Metalldrahts 22a zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a (mehrere zehn ppm/K oder mehr) und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterelements 8a (ungefähr 3 ppm/K) liegt, können die thermischen Belastungen verringert werden, die in der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a erzeugt werden, da der Metalldraht 22a innerhalb der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9a bereitgestellt ist und entlang der Oberfläche des ersten Metallelements 25 verläuft. Im Ergebnis kann die thermische Zuverlässigkeit der Halbleitereinrichtung 100 verbessert werden.
  • Da der Körperbereich des Metalldrahts 22a, der mittels Ultraschall auf die Oberfläche des ersten Metallelements 25 verbunden ist, entlang der mittels Ultraschall verbundenen Oberfläche des ersten Metallelements 25 verläuft, kann der Metalldraht 22a in einem breiten Bereich auf der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch einzelnes Drahtbonden ausgebildet werden. Demzufolge können thermische Belastungen wirksam in einer kurzen Bearbeitungszeit verringert werden, und demzufolge können die Herstellungskosten der Halbleitereinrichtung 100 verringert werden.
  • Außerdem können die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitung des elektrisch leitenden Adhäsionsmittels, das für die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a verwendet wird, um eine oder zwei Größenordnungen kleiner sein als diejenige der Metalldrähte 22a bis 22f, deren Endbereiche mit dem ersten Metallelement 25 verbunden sind. Da die Metalldrähte 22a bis 22f einen Strom übertragen, der durch das Halbleiterelement 8a fließt, sowie die Wärme, die von dem Metallelement 8a erzeugt wird, und zwar von der Zentrumsseite in Richtung der äußeren Umfangsseite des Halbleiterelements 8a, indem sie radial bereitgestellt sind, wie in 3 gezeigt, können selbst für den Fall, dass das Halbleiterelement 8a mit dem ersten Metallelement 25 unter Verwendung des elektrisch leitenden Adhäsionsmittels verbunden ist, eine bessere elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitung im Verbindungsbereich erzielt werden. Obwohl der Zentrumsbereich des Halbleiterelements die höchste Temperatur in einer Halbleitereinrichtung während des Betriebs aufweist, können die Metalldrähte 22a bis 22f die Wärme von der Zentrumsseite in Richtung der äußeren Umfangsseite des Halbleiterelements 8a in der Halbleitereinrichtung 100 der vorliegenden Erfindung abführen, und dadurch kann die Temperatur des Halbleiterelements 8a während des Betriebs wirksam verringert werden.
  • Für den Fall, dass die Metallpartikel, die in dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel enthalten sind, Silberpartikel sind, kann eine besonders signifikante Wirkung dahingehend erzielt werden, dass die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitung verbessert werden, wenn der Gehalt an Silberpartikeln bezogen auf die Masse des elektrisch leitenden Adhäsionsmittels weniger als 70 Gew.-% ist, und demzufolge ist es bevorzugt, dass die Metalldrähte 22a bis 22f radial bereitgestellt sind. Für den Fall, dass die Metallpartikel, die in dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel enthalten sind, Kupferpartikel sind, kann außerdem sogar dann die Wirkung erzielt werden, dass die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitung verbessert werden, wenn der Gehalt an Kupferpartikeln noch höher ist, und demzufolge ist es bevorzugt, dass die Metalldrähte 22a bis 22f radial bereitgestellt sind.
  • Indem die Metalldrähte 22a bis 22f von der Zentrumsseite in Richtung der äußeren Umfangsseite des Verbindungsbereichs des ersten Metallelements 25 bereitgestellt sind, wie in 3 gezeigt, wird außerdem das elektrisch leitende Adhäsionsmittel im Verbindungsbereich des Metallelements 25 unter Verwendung der Metalldrähte 22a bis 22f als Führungen nass verteilt, wenn das elektrisch leitende Adhäsionsmittel auf die Oberfläche des Verbindungsbereichs des ersten Metallelements 25 aufgebracht wird. Demzufolge kann das elektrisch leitende Adhäsionsmittel im Verbindungsbereich des ersten Metallelements 25 unter Verwendung eines Applikators bzw. Dispensers mit ausgezeichneter Produktivität ausgebildet werden. Da das elektrisch leitende Adhäsionsmittel leicht fließt, wenn der Gehalt an Metallpartikeln, die im elektrisch leitenden Adhäsionsmittel enthalten sind, niedrig ist, kann das elektrisch leitende Adhäsionsmittel leicht in die Spalte zwischen den Körperbereichen der Metalldrähte 22a bis 22f und der Oberfläche des ersten Metallelements 25 eingebracht werden. Es sei angemerkt, dass es dann, wenn der Füllfaktor der Metallpartikel im elektrisch leitenden Adhäsionsmittel mehr als oder gleich 85 Gew.-% beträgt, bevorzugt ist, dass Metall-Nanopartikel mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm in den Metallpartikeln enthalten sind, so dass die Fülleigenschaften in einem schmalen Spalt verbessert sind.
  • 4 ist eine vergrößerte Draufsicht, die eine weitere Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die vergrößerte Draufsicht aus 4 zeigt die Konfiguration der Oberfläche des Leiterrahmens 1c im Verbindungsbereich, der in 2 gezeigt ist, wie in 3 gezeigt. Der Unterschied zur Konfiguration in 3 ist, dass jeder Metalldraht einen Verbindungsbereich hat, der mit dem ersten Metallelement durch Metallbonden verbunden ist, und zwar zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich. Es sei angemerkt, dass die Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie diejenigen in 3 versehen sind, identische oder entsprechende Teile bezeichnen, und dass deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
  • Wie in 4 gezeigt, sind am ersten Metallelement 25 der V-förmige Metalldrähte 22g, 22h, 22i radial von der Zentrumsseite in Richtung der äußeren Umfangsseite des Verbindungsbereichs des ersten Metallelements 25 bereitgestellt. Der Metalldraht 22g hat einen Verbindungsbereich 29g zwischen einem ersten Endbereich 21g und einem zweiten Endbereich 23g, und der Verbindungsbereich 29g ist mit dem ersten Metallelement 25 mittels Drahtbondens befestigt. Auf ähnliche Weise hat der Metalldraht 22h einen Verbindungsbereich 29h zwischen einem ersten Endbereich 21h und einem zweiten Endbereich 23h, der Metalldraht 22i hat einen Verbindungsbereich 29i zwischen einem ersten Endbereich 21i und einem zweiten Endbereich 23i, und die Verbindungsbereiche 29h und 29i sind jeweils mit dem ersten Metallelement 25 durch Metallbonden befestigt.
  • Genauer gesagt: Der Metalldraht 22g ist so konfiguriert, dass der erste Endbereich 21g, dessen Querschnittsfläche größer ist als die Querschnittsfläche eines Körperbereichs, mit dem ersten Metallelement 25 durch Metallbonden verbunden wird, und dass der zweite Endbereich 23g mit dem ersten Metallelement 25 durch Metallbonden verbunden wird. Dann wird der Verbindungsbereich 29g zwischen dem ersten Endbereich 21g und dem zweiten Endbereich 23g bereitgestellt, und der Verbindungsbereich 29 wird an dem ersten Metallelement 25 durch Metallbonden befestigt. Das gleiche gilt für die Metalldrähte 22h und 22i.
  • Es sei angemerkt, dass - obwohl 4 den Fall zeigt, in welchem ein Metalldraht einen Verbindungsbereich zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich aufweist, die Anzahl von Verbindungsbereichen, die zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich bereitgestellt sind, nicht auf eins beschränkt ist, und eine Mehrzahl von Verbindungsbereichen kann bereitgestellt sein, und jeder Verbindungsbereich kann an der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden befestigt sein.
  • 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die vergrößerte Querschnittsansicht aus 5 unterscheidet sich von der Konfiguration in 2 darin, dass die Elektrode des Halbleiterelements in Kontakt mit den Metalldrähten ist. Es sei angemerkt, dass die Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie diejenigen in 2 versehen sind, identische oder entsprechende Teile bezeichnen, und dass deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
  • Wie in 5 gezeigt, haben die Metalldrähte 22a und 22d, die mittels Ultraschall mit dem ersten Metallelement 25 verbunden sind, die Körperbereiche, die teilweise in Kontakt mit der Elektrode 24 des Halbleiterelements 8a sind, und Metalldrähte 22a und 22d sind elektrisch mit der Elektrode 24 des Halbleiterelements 8a verbunden, wobei keine elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a dazwischengefügt ist. Demzufolge können Wärme und Elektrizität von den Körperbereichen der Metalldrähte 22a und 22d zur Elektrode 24 fließen, ohne dass eine elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a dazwischengefügt ist, und demzufolge können die Wärmeleitungseigenschaften weiter verbessert werden, und der elektrische Widerstand zwischen dem ersten Metallelement 25 und der Elektrode 24 des Halbleiterelements 8a können weiter verringert werden.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 6 ist eine Ansicht, die ein Herstellungsverfahren zum Verbinden eines Metalldrahts der Halbleitereinrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 zeigt ein Verfahren zum Verbinden des in 3 und 4 gezeigten Metalldrahts mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25, das aus einem Metallmaterial wie z. B. Aluminium oder Kupfer gebildet ist und eine Oxidschicht auf der Oberfläche hat, und zwar durch Ultraschall-Verbinden mittels einer Drahtbondeinrichtung.
  • Wie in 6(a) gezeigt, ist eine Oxidschicht 20 in der Oberfläche des ersten Metallelements 25 vorhanden, das ein Bereich des Leiterrahmens 1c ist. Die Drahtbondeinrichtung hat eine Kapillare 30, und ein Golddraht 31 ist in ein Durchgangsloch eingeführt, das in der Kapillare 30 bereitgestellt ist. Es sei angemerkt, dass - wie oben beschrieben - anstelle des Golddrahts 31 ein anderer Edelmetalldraht verwendet werden kann, oder ein unedler Metalldraht wie z. B. ein Kupferdraht, der mit einem Edelmetall beschichtet ist. Der Golddraht 31 ist so konfiguriert, dass er durch das Durchgangsloch in der Kapillare 30 durchgeht und von einer Spitze der Kapillare 30 nach außerhalb der Kapillare 30 zugeführt wird. Von der Spitze der Kapillare 30 aus wird eine vorbestimmte Länge des Golddrahts 31 herausgeführt, wodurch ein hinteres Ende 32 gebildet wird.
  • Wie in 6(b) gezeigt, schmilzt die Drahtbondeinrichtung das hintere Ende 32, das aus der Spitze der Kapillare 30 ausgegeben wird, durch eine elektrische Entladung, so dass eine Kugel 33 an der Spitze der Kapillare 30 gebildet wird. Der Durchmesser der Kugel 33 kann gemäß der Länge des hinteren Endes 32 eingestellt werden, bevor die Kugel 33 gebildet wird, und er kann beispielsweise ungefähr das 1,2-fache bis 1,5-fache des Durchmessers des Golddrahts 31 betragen.Wie in 6(c) gezeigt, gilt dann Folgendes: Mit der Spitze der Kapillare 30, an deren Spitze die Kugel 33 ausgebildet ist, die gegen die Oberfläche des ersten Metallelements 25 gedrückt wird, übt die Drahtbondeinrichtung Ultraschall auf die Spitze der Kapillare 30 aus.
  • Im Ergebnis wird die Oxidschicht 20 an einem Bereich der Oberfläche des ersten Metallelements 25 entfernt, gegen welchen die Kugel 33 gedrückt wird. Außerdem wird die Kugel 33 geschmolzen und verformt, und zwar durch die Energie des ausgeübten Ultraschalls, und sie wird mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden, wodurch ein erster Endbereich 21j gebildet wird. Da der erste Endbereich 21j durch Zerdrücken der Kugel 33 ausgebildet wird, ist die Querschnittsfläche des ersten Endbereichs 21j größer als die Querschnittsfläche des Golddrahts 31.
  • Wie in 6(d) gezeigt, hebt dann die Drahtbondeinrichtung die Spitze der Kapillare 30 so an, dass sie von der Oberfläche des ersten Metallelements 25 entfernt ist, und sie bewegt die Spitze der Kapillare 30 an eine Position, wo ein zweiter Endbereich 23j mit dem ersten Metallelement 25 verbunden werden soll. Dadurch wird ein Körperbereich ausgebildet, der entlang der Oberfläche des ersten Metallelements 25 verläuft. Dann wendet die Drahtbondeinrichtung wiederum Ultraschall an, wobei die Spitze der Kapillare 30 gegen die Oberfläche des ersten Metallelements 25 gedrückt wird. Im Ergebnis wird die Oxidschicht 20 an einem Bereich entfernt, gegen welchen die Spitze der Kapillare 30 gedrückt wird, und der Golddraht 31 wird verformt und mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden.
  • In dem in 3 gezeigten Fall, in welchem der Metalldraht keinen Verbindungsbereich zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich hat, wird der in 6(e) gezeigte Schritt nach dem Schritt aus 6(d) durchgeführt. In dem Fall wiederum, der in 4 gezeigt ist und in welchem der Metalldraht einen Verbindungsbereich zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich hat, wird der in 6(f) gezeigte Schritt nch dem Schritt aus 6(d) durchgeführt.
  • In dem in 6(e) gezeigten Schritt schneidet die Drahtbondeinrichtung den Golddraht 31 vom zweiten Endbereich 23j ab. Im Ergebnis wird ein Metalldraht 22j so konfiguriert, dass der erste Endbereich 21j mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden wird und der zweite Endbereich 23j mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden wird. Dann wird das hintere Ende 32 an der Spitze der Kapillare 30 bereitgestellt, und das Herstellungsverfahren kehrt wieder zu dem Schritt in 6(a) zurück, so dass ein weiterer Metalldraht mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 verbunden wird. Demzufolge ist eine Mehrzahl von Metalldrähten auf der Oberfläche des ersten Metallelements 25 bereitgestellt, wie in 3 gezeigt.
  • In dem in 6(f) gezeigten Schritt gilt Folgendes: Nachdem die Drahtbondeinrichtung einen Verbindungsbereich 29j mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 verbunden hat, hebt die Drahtbondeinrichtung die Spitze der Kapillare 30 so an, dass sie von der Oberfläche des ersten Metallelements 25 entfernt ist, ohne dass der Golddraht 31 abgeschnitten wird, und sie bewegt die Spitze der Kapillare 30 in einer seitlichen Richtung. Dadurch dient der Golddraht 31, der durch das Durchgangsloch in der Kapillare 30 hindurch zugeführt wird, als der Metalldraht 22j zwischen dem Verbindungsbereich und einem zweiten Endbereich. Dann bewegt die Drahtbondeinrichtung die Spitze der Kapillare 30 zu einer Position, wo der zweite Endbereich mit dem ersten Metallelement 25 verbunden werden soll, und sie wendet Ultraschall auf die Kapillare 30 an, so dass der zweite Endbereich des Metalldrahts 22j mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden wird. Mit diesen Schritten werden die Metalldrähte, die jeweils den Verbindungsbereich haben, der metallisch mit dem ersten Metallelement 25 verbunden ist, und zwar zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich auf der Oberfläche des ersten Metallelements 25 bereitgestellt, wie in 4 gezeigt.
  • Nachdem die Mehrzahl von Metalldrähten mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 verbunden worden sind, das in einem Bereich des Leiterrahmens 1c bereitgestellt ist, wie in 3 oder 4 gezeigt ist, und zwar durch die oben beschriebenen Schritte, wird ein elektrisch leitendes Adhäsionsmittel auf die Oberfläche des ersten Metallelements 25 aufgebracht, und die Elektrode 24, die das zweite Metallelement ist, des Halbleiterelements 8a wird auf dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel platziert, so dass sie in Kontakt mit dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel kommt. Indem das elektrisch leitende Adhäsionsmittel durch Wärmebehandlung gehärtet wird, werden dann das erste Metallelement 25 und das Halbleiterelement 8a durch das elektrisch leitende Adhäsionsmittel verbunden, und die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a wird zwischen der Oberfläche des ersten Metallelements 25 und des zweiten Metallelements ausgebildet, was die Elektrode 24 des Halbleiterelements 8a ist. Wenn das Halbleiterelement 8a angeordnet wird, kann ein Druck auf das Halbleiterelement 8a ausgeübt werden, so dass die Elektrode 24 des Halbleiterelements 8a in Kontakt mit den Körperbereichen der Metalldrähte 22a, 22d gebracht wird, wie in der in 5 gezeigten Halbleitereinrichtung. In diesem Fall dienen die Metalldrähte 22a, 22d als Abstandshalter, und demzufolge kann die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9a eine konstante Dicke haben.
  • Wie oben beschrieben, werden die Halbleiterelemente 8a, 8b auf dem Leiterrahmen 1c befestigt, und zwar mit den elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9a, 9b. Außerdem werden der IGBT 2 und die FWD 3 auf dem Leiterrahmen 1a mit den Lotmaterialien 4a und 4b befestigt, und der IGBT 2 und die FWD 3 werden elektrisch mit dem Leiterrahmen 1b durch die Metalldrähte 5a und 5b verbunden, und die Halbleiterelemente 8a und 8b werden elektrisch mit dem IGBT 2 mit den Metalldrähten 12a und 12b verbunden. Dann wird die Isolierschicht 6 auf einer Seite des Leiterrahmens 1a gegenüber der Seite bereitgestellt, auf welcher der IGBT 2 und die FWD 3 verbunden sind, die Metallplatte 7 wird ebenfalls bereitgestellt, und diese werden integral mit dem Dichtungsharz 10 abgedichtet, so dass die Halbleitereinrichtung 100 hergestellt wird.
  • Es sei Folgendes angemerkt: Obwohl in der ersten Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, in welchem das elektrisch leitende Adhäsionsmittel verwendet wird, um die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a und 8b mit dem Leiterrahmen 1c zu verbinden, kann das elektrisch leitende Adhäsionsmittel auch verwendet werden, um IGBT 2 und FWD 3 mit dem Leiterrahmen 1a zu verbinden. Selbst in dem Fall, in welchem das elektrisch leitende Adhäsionsmittel verwendet wird, um den IGBT 2 und die FWD 3 mit dem Leiterrahmen 1a zu verbinden, gilt Folgendes: Falls der Leiterrahmen 1a eine Oberfläche hat, die aus einem leicht oxidierbaren Metallmaterial wie z. B. Aluminium oder Kupfer gebildet ist, ist es wünschenswert, einen Metalldraht mit einem schwierig oxidierbaren Metallmaterial in dessen Oberfläche zu haben, bis zu einer Oberfläche eines ersten Metallelements, die die Oberfläche des Leiterrahmens 1a ist, und das elektrisch leitende Adhäsionsmittel so bereitzustellen, dass dieser Metalldraht dort eingebettet ist, wie oben beschrieben. Dadurch kann eine Metallisierung wie z. B. eine Silberplattierung auf der Oberfläche des Leiterrahmens 1a weggelassen werden, und die Herstellungskosten können verringert werden, indem der Herstellungsprozess vereinfacht wird.
  • In dem Fall, in welchem der IGBT 2 oder die FWD 3 an dem Leiterrahmen mit dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel befestigt ist, wird die Dichte des Stroms erhöht, der durch eine Verbindungsoberfläche fließt, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a, 8b mit dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel verbunden sind. In einem Fall, in welchem ein Golddraht mit einem Durchmesser von beispielsweise 37,5 µm als ein Metalldraht verwendet wird, der mit der Oberfläche des ersten Metallelements verbunden werden soll, kann jeder Metalldraht in der in 2 gezeigten Konfiguration einen Strom von 18 A führen. Daher ist es in einem Fall, in welchem der Maximalstrom, der durch den IGBT 2 oder die FWD 3 fließt, beispielsweise 100 A beträgt, nur notwendig, dass sechs Metalldrähte mit der Oberfläche des ersten Metallelements verbunden werden, wie in 3 gezeigt.
  • Wie oben beschrieben, gilt bei der Halbleitereinrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes: An eine Oberfläche eines Leiterrahmens, dessen Oberfläche aus einem leicht oxidierbaren Metallmaterial gebildet ist, wird ein Metalldraht mit - in dessen Oberfläche - einem Metallmaterial, das schwieriger oxidierbar ist als das Metallmaterial in der Oberfläche des Leiterrahmens, durch Metallbonden verbunden, und eine elektrisch leitende Verbindungsschicht ist so bereitgestellt, dass dieser Metalldraht dort eingebettet ist, d. h. ein Körperbereich des Metalldrahts wird innerhalb der elektrisch leitenden Verbindungsschicht bereitgestellt, und dann wird ein Halbleiterelement auf der elektrisch leitenden Verbindungsschicht bereitgestellt, und das Halbleiterelement wird elektrisch mit dem Leiterrahmen verbunden. Dadurch kann der elektrische Widerstand zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterelement verringert werden.
  • Da eine Mehrzahl von Metalldrähten, die mit der Oberfläche des Leiterrahmens verbunden sind, radial bereitgestellt sind, kann eine Gleichmäßigkeit bei der elektrischen Leitung und der Wärmeleitung zwischen dem Halbleiterelement und dem Leiterrahmen erzielt werden. Da die Mehrzahl von Metalldrähten, die radial auf der Oberfläche des Leiterrahmens bereitgestellt sind, als Führungen dienen, wenn ein elektrisch leitendes Adhäsionsmittel aufgebracht wird, können außerdem die Herstellungskosten zum Aufbringen des elektrisch leitenden Adhäsionsmittels verringert werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 7 bezeichnen die Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie diejenigen in 1 versehen sind, identische oder entsprechende Teile, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Die Halbleitereinrichtung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass die Halbleiterelemente auf ein Schaltungsmuster eines Isoliersubstrats herauf verbunden werden, anstatt auf die Leiterrahmen herauf.
  • In 7 wird das Isoliersubstrat 13 konfiguriert, indem eine Isolierschicht 13b aus einem Isolator wie z. B. Harz oder Keramik auf einer Metall-Basisplatte 13c bereitgestellt wird, und indem ein Schaltungsmuster 13a, das ein Verdrahtungsbereich aus Kupfer oder Aluminium ist, auf der Isolierschicht 13b bereitgestellt wird. Der IGBT 2, die FWD 3 und die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a, 8b werden mit dem Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 verbunden. Obwohl der IGBT 2 und die FWD 3 mit dem Schaltungsmuster 13a mit Lotmaterialien 4a, 4b verbunden werden, können sie mit dem Schaltungsmuster 13a auch mit elektrisch leitenden Verbindungsschichten verbunden werden. Obwohl die Halbleiterelemente 8a, 8b mit dem Schaltungsmuster 13a mit den elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9a, 9b verbunden werden, können sie mit dem Schaltungsmuster 13a auch mit Lotmaterialien verbunden werden.
  • Für den Fall, das ein Halbleiterelement wie z. B. der IGBT 2, die FWD 3 oder das Halbleiterelement 8a, 8b mit dem Schaltungsmuster 13a mit einem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel verbunden wird, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, wird ein Metalldraht, der in einer Oberfläche von dessen Körperbereich ein Metallmaterial aufweist, das schwieriger oxidierbar ist als ein Metallmaterial in einer Oberfläche des Schaltungsmusters 13a, mit einer Oberfläche eines ersten Metallelements, die als eine Verbindungsfläche des Schaltungsmusters 13a dient, durch Metallbonden verbunden, und das Halbleiterelement wird elektrisch mit dem Schaltungsmuster 13a mit einem niedrigen elektrischen Widerstand verbunden.
  • Dann wird ein Gehäuse 14 um das Isoliersubstrat 13 herum bereitgestellt, mit welchem die Halbleiterelemente verbunden werden, der IGBT 2 und die FWD 3 werden elektrisch mit einem Gehäuseanschluss 16d verbunden, der am Gehäuse 14 bereitgestellt ist, und zwar mit Metalldrähten 5a, 5b wie z. B. Aluminiumdrähten, und das Schaltungsmuster 13a wird elektrisch mit einem Gehäuseanschluss 16e verbunden, der am Gehäuse 14 bereitgestellt ist, und zwar mit einem Metalldraht 12c wie z. B. einem Aluminiumdraht. Die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a, 8b werden elektrisch mit dem IGBT 2 durch Metalldrähte 12a, 12b wie z. B. Aluminiumdrähte verbunden. Dann wird das Innere des Gehäuses 14 mit dem Dichtungsharz 10 abgedichtet, so dass die Halbleitereinrichtung 200 gebildet wird. Die Gehäuseanschlüsse 16d und 16e sind Verdrahtungselemente, die aus einem Metall mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit gebildet sind, wie z. B. Aluminium und Kupfer, und Bereiche der Gehäuseanschlüsse 16d und 16e, die nach außerhalb der Halbleitereinrichtung 200 freiliegen, dienen als externe Anschlüsse 11d und 11e zur Verbindung mit einer externen elektrischen Schaltung.
  • Demzufolge kann ein Halbleiterelement, das mit einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht aus einem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel verbunden ist, nicht nur mit einem Leiterrahmen verbunden werden, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, sondern auch mit einem Schaltungsmuster eines Isoliersubstrats, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben. Selbst in einem solchen Fall kann der elektrische Widerstand zwischen dem Halbleiterelement und dem Schaltungsmuster, das ein Verdrahtungselement ist, verringert werden, und das Halbleiterelement und das Schaltungsmuster können elektrisch verbunden werden, ohne dass eine Metallisierung wie z. B. eine Silberplattierung des Schaltungsmusters durchgeführt wird, das aus einem unedlen Metallmaterial wie z. B. Kupfer oder Aluminium ausgebildet ist.
  • Dritte Ausführungsform
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 8 bezeichnen die Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie diejenigen in 1 und 7 versehen sind, identische oder entsprechende Teile, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Die Halbleitereinrichtung in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von den Halbleitereinrichtungen in der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass Leiteranschlüsse, die Verdrahtungselemente sind, mit einem Schaltungsmuster auf einem Isoliersubstrat mit elektrisch leitenden Verbindungsschichten verbunden sind.
  • In der in 8 gezeigten Halbleitereinrichtung 300 sind der IGBT 2 und die FWD 3 mit dem Schaltungsmuster 13a aus Kupfer oder Aluminium mittels Lotmaterialien 4a, 4b verbunden, und die Steuerungs-Halbleiterelemente 8a, 8b sind mit dem Schaltungsmuster 13a mittels elektrisch leitender Verbindungsschichten 9a, 9b verbunden. Ein Verbindungsbereich zwischen jedem Halbleiterelement und dem Schaltungsmuster 13a ist wie in der ersten Ausführungsform konfiguriert.
  • Die externen Anschlüsse 11f und 11g zum Verbinden der Halbleiterelemente mit einer elektrischen Schaltung, die bezogen auf die Halbleitereinrichtung 300 extern ist, sind an den einen Enden der Leiteranschlüsse 17f und 17g bereitgestellt, die aus einem unedlen Metallmaterial wie z. B. Aluminium oder Kupfer gebildet sind. In den Leiteranschlüssen 17f und 17g, die Verdrahtungselemente sind, werden die Enden gegenüber den Enden, die mit den externen Anschlüssen 11f und 11g verbunden sind, mit dem Schaltungsmuster 13a verbunden, das ein Verdrahtungselement ist, und zwar mittels der elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9c und 9d, der Leiteranschluss 17f wird elektrisch mit dem Schaltungsmuster 13a verbunden, und der Leiteranschluss 17g wird elektrisch mit dem Schaltungsmuster 13a verbunden. Da ein Verbindungsbereich zwischen dem Leiteranschluss 17f und dem Schaltungsmuster 13a und ein Verbindungsbereich zwischen dem Leiteranschluss 17g und dem Schaltungsmuster 13a eine Konfiguration haben, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, wird eine elektrische Verbindung in jedem Verbindungsbereich mit einem niedrigen elektrischen Widerstand hergestellt.
  • 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen einem Schaltungsmuster und einem Leiteranschluss in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Außerdem ist 10 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem Schaltungsmuster und dem Leiteranschluss in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 9 zeigt den Verbindungsbereich, der so konfiguriert ist, dass die Metalldrähte mit einer Oberfläche des Schaltungsmusters verbunden sind, und 10 zeigt den Verbindungsbereich, der so konfiguriert ist, dass die Metalldrähte mit einer Oberfläche des Leiteranschlusses verbunden sind.
  • In 9 ist das Schaltungsmuster 13a aus einem unedlen Metallmaterial wie z. B. Kupfer oder Aluminium gebildet, und eine Metallisierung wie z. B. eine Silberplattierung wird auf einer Oberfläche des Schaltungsmusters 13a nicht ausgeführt, oder eine Nickelplattierung oder eine Zinnplattierung wird auf einer Oberfläche des Schaltungsmusters 13a ausgeführt. Der Leiteranschluss 17f ist aus Aluminium oder Kupfer gebildet, und eine Metallisierung wie z. B. eine Silberplattierung wird auf dessen Oberfläche ausgeführt.
  • In 9 dient das Schaltungsmuster 13a als das erste Metallelement 25, und der Leiteranschluss 17f dient als ein zweites Metallelement. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ist eine Mehrzahl von Metalldrähten 22a, 22d mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden. Außerdem ist die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9c zwischen dem Schaltungsmuster 13a, das als das erste Metallelement 25 dient, und dem Leiteranschluss 17f bereitgestellt, der als das zweite Metallelement dient. Im Ergebnis ist der Leiteranschluss 17f, der ein Verdrahtungselement ist, elektrisch mit dem Schaltungsmuster 13a verbunden, das ein Verdrahtungselement ist, und zwar mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand.
  • In 10 wiederum ist das Schaltungsmuster 13a aus einem unedlen Metallmaterial wie z. B. Kupfer oder Aluminium gebildet, und es wird eine Metallisierung wie z. B. eine Silberplattierung auf einer Oberfläche des Schaltungsmusters 13a durchgeführt. Der Leiteranschluss 17f ist aus Aluminium oder Kupfer gebildet, und eine Metallisierung wird nicht auf dessen Oberfläche durchgeführt, oder eine Nickelplattierung oder eine Zinnplattierung wird auf dessen Oberfläche ausgeführt.
  • In 10 dient der Leiteranschluss 17f als das erste Metallelement 25, und das Schaltungsmuster 13a dient als ein zweites Metallelement. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ist eine Mehrzahl von Metalldrähten 22a, 22d mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25 durch Metallbonden verbunden. Außerdem ist die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9c zwischen dem Leiteranschluss 17f, der als das erste Metallelement 25 dient, und dem Schaltungsmuster 13a bereitgestellt, das als das zweite Metallelement dient. Im Ergebnis ist der Leiteranschluss 17f, der ein Verdrahtungselement ist, elektrisch mit dem Schaltungsmuster 13a verbunden, das ein Verdrahtungselement ist, und zwar mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand.
  • Folgendes sei angemerkt: Obwohl in 9 und 10 die Fälle beschrieben sind, in welchen die Metallisierung wie z. B. die Silberplattierung auf irgendeiner von Schaltungsmuster 13a oder Leiteranschluss 17f durchgeführt wird, ist es in einem Fall, in welchem die Metallisierung wie z. B. die Silberplattierung nicht auf sowohl dem Schaltungsmuster 13a, als auch dem Leiteranschluss 17f durchgeführt wird und die Oberflächen der beiden Elemente aus einem unedlen Metallmaterial gebildet sind, das leicht oxidierbar ist, nur notwendig, Metalldrähte mit Oberflächen aus einem Edelmetallmaterial mit den Oberflächen sowohl vom Schaltungsmuster 13a, als auch vom Leiteranschluss 17f zu verbinden und das Schaltungsmuster 13a und den Leiteranschluss 17f mit der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9c zu verbinden. In diesem Fall gilt Folgendes: Indem die Metalldrähte mit den Oberflächen der jeweiligen ersten Metallelemente verbunden werden, so dass die Metalldrähte, die auf Seiten des Leiteranschlusses 17f verbunden sind, nicht mit den Metalldrähten überlappen, die auf Seiten des Schaltungsmusters 13a verbunden sind, können eine gute elektrische Leitung und Wärmeleitung erzielt werden, ohne dass die Dicke des Verbindungsbereichs zwischen dem Leiteranschluss 17f und dem Schaltungsmuster 13a vergrößert wird.
  • Indem der Leiteranschluss 17f, der mit dem externen Anschluss versehen ist, mit dem Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 verbunden wird, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiteranschluss 17f und dem Schaltungsmuster 13a vorgenommen wird, wie in der dritten Ausführungsform beschrieben, kann ein größerer Strom fließen, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem ein externen Anschluss elektrisch mit einem Schaltungsmuster mittels eines Aluminiumdrahts verbunden ist. Für den Fall, dass der IGBT 2 und die FWD 3 mit dem Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 mittels einer Lotverbindung verbunden sind, gilt Folgendes: Selbst wenn das Schaltungsmuster 13a aus Kupfer gebildet ist, das schwieriger oxidierbar ist als Aluminium, wird die Oberfläche des Schaltungsmusters 13a durch die Wärmebehandlung während der Lotverbindung stärker oxidiert. In einem solchen Fall kann im Allgemeinen eine gute elektrische Leitung nicht erzielt werden, wenn das Schaltungsmuster 13a und der Leiteranschluss 17f mit einem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel verbunden werden, solange nicht eine Reduktionsbehandlung durchgeführt wird, so dass eine Oxidschicht in der Oberfläche des Schaltungsmusters 13a entfernt wird. Eine gute elektrische Leitfähigkeit kann jedoch erzielt werden, indem schwierig oxidierbare Metalldrähte wie z. B. Golddrähte mit der Oberfläche des Schaltungsmusters 13a verbunden werden und das Schaltungsmuster 13a und der Leiteranschluss 17f mittels eines elektrisch leitenden Adhäsionsmittels verbunden werden, wie in der dritten Ausführungsform beschrieben. Im Ergebnis ist eine Reduktionsbehandlung nicht notwendig, und zwar selbst dann, wenn der IGBT 2 und die FWD 3 mit dem Schaltungsmuster 13a mittels Lot verbunden werden, und demzufolge kann die Produktivität der Halbleitereinrichtung 300 verbessert werden.
  • Da außerdem ein Leiteranschluss, der aus leichtgewichtigem und preiswertem Aluminium gebildet ist, als der Leiteranschluss verwendet werden kann, der mit dem externen Anschluss gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, können das Gewicht und die Kosten der Halbleitereinrichtung verringert werden. Indem die vorliegende Erfindung sowohl auf den Leiteranschluss, der mit dem externen Anschluss versehen ist, als auch das Schaltungsmuster angewendet wird, kann die Produktivität verbessert werden, und die Kosten der Halbleitereinrichtung können weiter verringert werden.
  • Es sei Folgendes angemerkt: Obwohl in der dritten Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, in welchem eine gute elektrische Leitfähigkeit dadurch erzielt wird, dass schwierig oxidierbare Metalldrähte mit dem ersten Metallelement verbunden werden, wenn der Leiteranschluss, der mit dem externen Anschluss versehen ist, mit dem Schaltungsmuster verbunden wird, ist die dritte Ausführungsform darauf nicht beschränkt. Wenn beispielsweise unterschiedliche Schaltungsmuster innerhalb einer Halbleitereinrichtung elektrisch mittels einer gurtartigen Metallplatte verbunden werden, die ein Verdrahtungselement ist, und zwar mit einer oder beiden von einer Verbindungsfläche jedes Schaltungsmusters oder einer Verbindungsfläche der gurtartigen Metallplatte, können Metalldrähte, die schwieriger oxidierbar sind als ein Metallmaterial der Verbindungsfläche, verbunden werden, und jedes Schaltungsmuster und die gurtartige Metallplatte können mit einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht aus einem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel verbunden werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • 11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 11 bezeichnen die Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie diejenigen in 1 versehen sind, identische oder entsprechende Teile, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Die Halbleitereinrichtung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass der IGBT 2 und die FWD 3 an einen Leiterrahmen gefügt sind, der mit einem externen Anschluss versehen ist, und zwar anstelle der Aluminiumdrähte mit elektrisch leitenden Verbindungsschichten.
  • Wie in 11 gezeigt, sind der IGBT 2 und die FWD 3, die mit dem Leiterrahmen 1a verbunden sind, der mit dem externen Anschluss 11a mit Lotmaterialien 4a und 4b versehen ist, mit einem Leiterrahmen 1h verbunden, der mit einem externen Anschluss 11h mit elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9e und 9f versehen ist. Außerdem ist der IGBT 2 elektrisch mit den Steuerungs-Halbleiterelementen 8a, 8b mittels der Metalldrähte 15a, 15b aus Golddrähten verbunden.
  • 12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen einem IGBT und einem Leiterrahmen der Halbleitereinrichtung in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 12 zeigt die Konfiguration eines Verbindungsbereichs des IGBT 2 in 11 in vergrößerter Weise.
  • Wie in 12 gezeigt, hat der IGBT 2, der ein Leistungs-Halbleiterelement ist, eine Elektrode 26 und eine Elektrode 27 in der Vertikalrichtung. Die FWD 3 hat auch zwei Elektroden in der Vertikalrichtung (nicht dargestellt). Die Elektrode 26 ist beispielsweise eine Emitterelektrode des IGBT 2, und die Elektrode 27 ist beispielsweise eine Kollektorelektrode des IGBT 2. In 12 dient die Elektrode 26 des IGBT 2 als ein erstes Metallelement 25, und der Leiterrahmen 1h dient als ein zweites Metallelement.
  • Der IGBT 2 ist auf dem Leiterrahmen 1a bereitgestellt, wobei die Elektrode 27 mit dem Leiterrahmen 1a mittels des Lotmaterials 4a lotverbunden ist. Es sei angemerkt, dass der IGBT 2 und der Leiterrahmen 1a mit einem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel verbunden sein können, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Für den Fall, dass die Elektrode 27 des IGBT 2 oder der Leiterrahmen 1a eine Oberfläche haben, die aus einem leicht oxidierbaren Metall wie z. B Kupfer oder Aluminium gebildet ist, ist es nur notwendig, die schwierig oxidierbaren Metalldrähte wie z. B. Golddrähte mit einer Verbindungsfläche der Elektrode 27 oder des Leiterrahmens 1a zu verbinden und die Elektrode 27 des einer 2 mit dem Leiterrahmen 1a mit einem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel zu verbinden.
  • Die Elektrode 26 des IGBT 2 ist aus einer leicht oxidierbaren Metallschicht wie z. B. einer Aluminiumschicht gebildet. Wie in 12 gezeigt, ist mit der Elektrode 26 des IGBT 2 der Metalldraht 15a, der ein Golddraht ist, zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem Steuerungs-Halbleiterelement 8a durch Ultraschall-Verbinden mittels einer Drahtbondeinrichtung verbunden. Ein Kugel-Bondbereich 28 ist an einem Verbindungsbereich zwischen dem Metalldraht 15a und der Elektrode 26 ausgebildet. Mit der Oberfläche des ersten Metallelements 25, die ein Bereich ist, in welchem die Elektrode 26 des IGBT 2 mit dem Leiterrahmen 1h verbunden ist, sind Metalldrähte 22a und 22d aus Golddrähten mittels Metallbondens verbunden. Das heißt, im Metalldraht 22a ist der erste Endbereich 21a, dessen Querschnittsfläche größer ist als die Querschnittsfläche des Körperbereichs des Metalldrahts 22a, mit der Elektrode 26 durch Metallbonden verbunden, und der zweite Endbereich 23a ist mit der Elektrode 26 durch Metallbonden verbunden. Im Metalldraht 22d ist der erste Endbereich 21d mit einer Querschnittsfläche größer als die Querschnittsfläche des Körperbereichs des Metalldrahts 22d mit der Elektrode 26 durch Metallbonden verbunden, und der zweite Endbereich 23d ist mit der Elektrode 26 durch Metallbonden verbunden.
  • In dem Schritt, in welchem das Steuerungs-Halbleiterelement 8a und die Elektrode 26 des IGBT 2 mittels des Metalldrahts 15a aus einem Golddraht durch Ultraschall-Verbinden mittels der Drahtbondeinrichtung elektrisch verbunden werden, können der Metalldraht 22a und der Metalldraht 22d mit dem ersten Metallelement 25, das die Elektrode 26 ist, mittels derselben Drahtbondeinrichtung verbunden werden. Dadurch wird ein zusätzlicher Schritt zum Verbinden des Metalldrahts 22a und des Metalldrahts 22d mit dem ersten Metallelement 25 beseitigt, das die erste Elektrode 26 des IGBT 2 ist, und demzufolge kann die Halbleitereinrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, ohne dass die Produktivität verringert ist.
  • Auf der Oberfläche des ersten Metallelements 25, das die Elektrode 26 des IGBT 2 ist, ist die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9e mit den darin eingebettenen Metalldraht 22a und Metalldraht 22d versehen, und auf der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9e ist der Leiterrahmen 1h bereitgestellt, der als das zweite Metallelement dient. Für den Fall, dass der Leiterrahmen 1h aus einem leicht oxidierbaren Metall wie z. B. Aluminium gebildet ist, ist eine Metallisierung wie z. B. eine Silberplattierung auf einer Oberfläche des Leiterrahmens 1h bereitgestellt. Alternativ, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, können schwierig oxidierbare Metalldrähte aus Gold oder dergleichen verbunden sein, ohne dass eine Metallisierung auf dem Leiterrahmen 1h erfolgt. Dadurch wird der IGBT 2, der ein Halbleiterelement ist, elektrisch mit dem Leiterrahmen 1h verbunden, der ein Verdrahtungselement ist, und zwar mittels der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9e, und der elektrische Widerstand zwischen dem IGBT 2 und dem Leiterrahmen 1h kann verringert werden, und eine gute elektrische Leitung kann erzielt werden.
  • Indem ein Leiteranschluss, der mit einem externen Anschluss versehen ist, anstelle eines Aluminiumdrahts direkt mit dem IGBT 2 und der FWD 3 verbunden wird, die Leistungs-Halbleiterelemente sind, wenn der IGBT 2 und die FWD 3 elektrisch mit dem externen Anschluss verbunden werden, kann ein größerer Strom fließen, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem ein Aluminiumdraht verwendet wird. Da außerdem eine zusätzliche Fläche zum Verbinden eines Aluminiumdrahts nicht benötigt wird, kann die Fläche des Leiterrahmens verringert werden, die mit dem externen Anschluss versehen ist, und die Halbleitereinrichtung kann verkleinert werden.
  • Da außerdem eine gute elektrische Leitung erzielt werden kann, indem die Halbleiterelemente wie z. B. der IGBT 2 und die FWD 3 mit dem Leiterrahmen, der ein Verdrahtungselement ist, mit einem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel verbunden werden, ohne dass eine Metallisierung wie z. B. eine Silberplattierung auf den Elektroden der Halbleitereinrichtungen durchgeführt wird, deren Elektroden aus Aluminiumschichten gebildet sind, kann die Produktivität verbessert werden, und die Halbleitereinrichtung kann mit geringen Kosten hergestellt werden.
  • Während außerdem die Zuverlässigkeit eines Verbindungsbereichs zum Problem wird, wenn der Leiterrahmen, der mit dem externen Anschluss versehen ist, auf die Elektroden des IGBT 2 und der FWD 3 gefügt wird, fungieren die Metalldrähte, die mit dem ersten Metallelement 25 verbunden sind, als Abstandshalter, und demzufolge kann die Dicke der elektrisch leitenden Verbindungsschicht zwischen jedem von IGBT 2 und FWD 3 und dem Leiterrahmen ausreichend verringert werden. Demzufolge kann eine ausreichende Verbindungs-Zuverlässigkeit erzielt werden. Indem die Metalldrähte gleichmäßig mit dem ersten Metallelement verbunden werden, wie in 3 oder 4 gezeigt, kann die Dicke der elektrisch leitenden Verbindungsschicht innerhalb einer Verbindungsfläche vereinheitlicht werden.
  • Es sei Folgendes angemerkt: Obwohl in der vierten Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, in welchem die Elektroden des IGBT 2 und der FWD 3 mit dem Leiterrahmen 1h verbunden sind, der mit dem externen Anschluss versehen ist, und zwar mit der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9e, ist die vierte Ausführungsform darauf nicht beschränkt. Die gleiche Konfiguration kann selbst in einem Fall angewendet werden, in welchem die Elektroden des IGBT 2 und der FWD 3 mit einer plattenartigen Metallplatte verbunden sind, die ein Verdrahtungselement innerhalb einer Halbleitereinrichtung ist, und zwar mit einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 13 bezeichnen die Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie diejenigen in 7 versehen sind, identische oder entsprechende Teile, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Die Halbleitereinrichtung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Halbleitereinrichtung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass der IGBT 2 und die FWD 3, die auf ein Isoliersubstrat gefügt sind, und die Gehäuseanschlüsse 16d, 16e mit elektrisch leitenden Verbindungsschichten unter Verwendung eines Verdrahtungssubstrats, in welchem Schaltungsmuster ausgebildet sind, anstelle von Metalldrähten verbunden sind.
  • Wie in 13 gezeigt, sind in einer Halbleitereinrichtung 500 der IGBT 2 und die FWD 3 auf das Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 mit Lotmaterialien 4a und 4b gefügt, und eine Emitterelektrode des IGBT 2 und eine Anodenelektrode der FWD 3, die sich auf Oberflächen auf der Seite gegenüber der Seite befinden, die mit dem Isoliersubstrat 13 verbunden ist, sind mit einem Verdrahtungssubstrat 35 durch die elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9e und 9f verbunden. Außerdem ist eine Gateelektrode des IGBT 2 ebenfalls mit dem Verdrahtungssubstrat 35 mittels einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9g verbunden. Das Verdrahtungssubstrat 35 ist so konfiguriert, dass Schaltungsmuster 35a auf beiden Oberflächen eines Basismaterialbereichs 35b ausgebildet sind, wie z. B. ein Glasharz. Das Schaltungsmuster 35a ist aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit wie z. B. Kupfer oder Aluminium gebildet. Außerdem sind im Verdrahtungssubstrat 35 Durchgangslöcher 35c an einem Kantenbereich des Basismaterialbereichs 35b ausgebildet.
  • Wie in 13 gezeigt, ist das Gehäuse 14 der Halbleitereinrichtung 500 mit Gehäuseanschlüssen 16d, 16e versehen, die als externe Anschlüsse 11d, 11e dienen, und die Endbereiche der Gehäuseanschlüsse 16d, 16e auf der Seite gegenüber den externen Anschlüssen 11d, 11e sind in die Durchgangslöcher 35c im Verdrahtungssubstrat 35 eingeführt. Dann werden die Gehäuseanschlüsse 16d, 16e, die in die Durchgangslöcher 35c eingeführt sind, mit dem Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 mit einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9i verbunden, so dass das Schaltungsmuster 35a und die Gehäuseanschlüsse 16d, 16e elektrisch verbunden sind. Außerdem wird das Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 mit dem Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 mit einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9h verbunden, so dass das Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 und das Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 elektrisch verbunden sind.
  • 14 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen einem IGBT und einem Verdrahtungssubstrat der Halbleitereinrichtung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 14 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Verbindungsbereichs des IGBT 2 in 13 in vergrößerter Weise zeigt. Ein Verbindungsbereich der FWD 3 hat ebenfalls dieselbe Konfiguration.
  • Wie in 14 gezeigt, ist die Elektrode 26 des IGBT 2, die als das erste Metallelement 25 dient, die Emitterelektrode. Die Elektrode 26 ist aus einer Schicht gebildet, die aus einem leicht oxidierbaren Metall gebildet ist, wie z. B. einer Aluminiumschicht. Der erste Endbereich 21a und der zweite Endbereich 23a des Metalldrahts 22a sind mittels Ultraschalls mit der Elektrode 26 verbunden, und der Körperbereich des Metalldrahts 22a verläuft entlang einer Oberfläche der Elektrode 26, mit welcher der erste Endbereich 21a verbunden ist. Außerdem ist auf einer Gateelektrode 2a des IGBT 2 nur ein erster Endbereich 36 verbunden, der mit einer Oberfläche der Gateelektrode 2a durch Kugelbonden verbunden ist.
  • Das Schaltungsmuster 35a, das im Verdrahtungssubstrat 35 ausgebildet ist, wird erhalten, indem eine elektrische Verdrahtung zwischen der Elektrode 26 des IGBT 2 und einer Elektrode der FWD 3 oder dem Gehäuseanschluss 16e sowie eine elektrische Verdrahtung zwischen der Gateelektrode 2a des IGBT 2 und dem Gehäuseanschluss 16d oder einem Steuerungs-Halbleiterelement mit einem Muster versehen werden. Im Gegensatz zu einem Leiterrahmen kann das Verdrahtungssubstrat 35 ein Schaltungsmuster mit unterschiedlichen Potenzialen bilden, wie z. B. einem Gatepotenzial und einem Emitterpotenzial, und zwar innerhalb desselben Verdrahtungssubstrats 35. Demzufolge kann eine elektrische Schaltung innerhalb der Halbleitereinrichtung 500 ausgebildet werden, ohne dass ein Drahtbonden verwendet wird, und demzufolge kann die Halbleitereinrichtung verkleinert werden.
  • Wie in 14 gezeigt, ist die elektrisch leitende Verbindungsschicht 9e zwischen der Elektrode 26 des IGBT 2 und dem Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 bereitgestellt, und der Körperbereich des Metalldrahts 22a ist innerhalb der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9e bereitgestellt. Das heißt, in der fünften Ausführungsform dienen die Elektrode 26 des IGBT 2 und die Elektrode der FWD 3 als das erste Metallelement 25, und das Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 dient als ein zweites Metallelement. Außerdem ist die Gateelektrode 2a, mit welcher nur der erste Endbereich 36 aus einem Metall verbunden ist, das schwieriger oxidierbar ist als die Gateelektrode 2a des IGBT 2, auch mit dem Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 mittels der elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9g verbunden. Es sei angemerkt, dass die Metalldrähte auf Seiten des Schaltungsmusters 35a des Verdrahtungssubstrats 35 bereitgestellt sind, so dass veranlasst wird, dass das Schaltungsmuster 35a als ein erstes Metallelement dient, und so dass veranlasst wird, dass die Elektroden des IGBT 2 und der FWD 3 auf der Seite, die mit dem Schaltungsmuster 35a verbunden ist, als ein zweites Metallelement dienen.
  • Die Halbleitereinrichtung 500, die in 13 und 14 gezeigt ist, kann beispielsweise durch die unten beschriebenen Schritte hergestellt werden. Zunächst werden der IGBT 2 und die FWD 3 mit dem Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 mit Lotmaterialien 4a, 4b verbunden. Dann wird der Metalldraht 22a mittels Ultraschalls mit der Oberfläche der Elektrode 26 des IGBT 2 verbunden. Auf ähnliche Weise wird ein Metalldraht mittels Ultraschalls mit einer Oberfläche der Elektrode der FWD 3 verbunden. Es sei angemerkt, dass der Schritt, in welchem die Metalldrähte mittels Ultraschalls mit der Elektrode 26 des IGBT 2 und der Elektrode der FWD 3 verbunden werden, durchgeführt werden können, bevor der IGBT 2 und die FWD 3 auf das Isoliersubstrat 13 gelötet werden.
  • Anschließend wird ein elektrisch leitendes Adhäsionsmittel mittels eines Applikators bzw. Dispensers oder dergleichen zugeführt wird, und zwar auf die Elektrode 26 des IGBT 2, mit welcher der Metalldraht 22a verbunden ist, auf die Elektrode der FWD 3, mit welcher der Metalldraht verbunden ist, und an eine vorbestimmte Position auf dem Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13. Dann werden die Gehäuseanschlüsse 16d, 16e in Durchgangslöcher 35c im Verdrahtungssubstrat 35 unter Verwendung einer Positionierungs-Lehre oder dergleichen eingeführt, und das Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 wird auf dem elektrisch leitenden Adhäsionsmittel angeordnet. Danach wird das elektrisch leitende Adhäsionsmittel auf die Durchgangslöcher 35c im Verdrahtungssubstrat 35 aufgebracht. Dann wird das elektrisch leitende Adhäsionsmittel durch Erwärmen ausgehärtet, und dadurch werden die elektrisch leitenden Verbindungsschichten 9e, 9f, 9g, 9h, 9i ausgebildet, die in 13 gezeigt sind. Danach werden der IGBT 2, die FWD 3, das Verdrahtungssubstrat 35 und dergleichen mit einem Dichtungsharz abgedichtet, und demzufolge kann die Halbleitereinrichtung 500 hergestellt werden.
  • 15 enthält eine vergrößerte Querschnittsansicht und eine vergrößerte Draufsicht, die eine weitere Konfiguration des Verbindungsbereichs zwischen dem IGBT und dem Verdrahtungssubstrat der Halbleitereinrichtung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 15(a) ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Verbindungsbereichs zwischen dem IGBT 2 und jedem von Isoliersubstrat 13 und Verdrahtungssubstrat 35 zeigt, und 15(b) ist eine vergrößerte Ansicht, die das Erscheinungsbild auf einer Oberflächenseite des Isoliersubstrats 13 zeigt. Die in 15 gezeigte Halbleitereinrichtung unterscheidet sich von der in 13 und 14 gezeigten Halbleitereinrichtung darin, dass die erstgenannte ohne Verwendung einer Positionierungs-Lehre hergestellt werden kann.
  • Wie in 15(a) gezeigt, sind Metallanschlüsse 37 innerhalb der Durchgangslöcher 35c im Verdrahtungssubstrat 35 bereitgestellt, und das Isoliersubstrat 13 und das Verdrahtungssubstrat 35 werden elektrisch mittels Pin-Anschlüssen 37 verbunden. Das Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 und die Pin-Anschlüsse 37 sind mittels einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9j verbunden, und das Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 und die Pin-Anschlüsse 37 sind mittels einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht 9i verbunden.
  • Wie in 15(b) gezeigt, ist außerdem im Isoliersubstrat 13, an welchem der IGBT 2 mit dem Lotmaterial 4a befestigt ist, das Schaltungsmuster 13a teilweise an den Eckbereichen des IGBT 2 und an der Peripherie der Pin-Anschlüsse 37 entfernt. Demzufolge ist das Isoliersubstrat 13 so konfiguriert, dass an den Eckbereichen des IGBT 2 und an der Peripherie der Pin-Anschlüsse 37 die Isolierschicht 13b von der Seite aus gesehen werden kann, auf welcher das Schaltungsmuster 13a ausgebildet ist.
  • Im Gegensatz zu der Halbleitereinrichtung in 13 und 14 kann die in 15 dargestellte Halbleitereinrichtung ohne eine Positionierungs-Lehre hergestellt werden. Für den Fall, dass das Verdrahtungssubstrat 35 große Ausmaße hat, hat auch die Positionierungs-Lehre große Ausmaße. Daher wird beim Versuch, die Positionierung unter Verwendung der Positionierungs-Lehre durchzuführen, die Handhabung schwierig, und die Bearbeitbarkeit wird verschlechtert. Wenn außerdem versucht wird, das Verdrahtungssubstrat 35 ohne Verwendung der Positionierungs-Lehre zu verbinden, kann die Gateelektrode 2a, die eine kleine Fläche hat, signifikant fehlausgerichtet werden, und es ist wahrscheinlicher, dass ein Eigenschaftsdefekt auftritt.
  • Bei der in 15 gezeigten Halbleitereinrichtung gilt Folgendes: Da das Schaltungsmuster 13a im Isoliersubstrat 13 an den Eckbereichen des IGBT 2 und der Peripherie der Pin-Anschlüsse 37 entfernt ist, wie in 15(b) gezeigt, können die Positionen des IGBT 2 und der Pin-Anschlüsse 37 eindeutig durch die Lot-Benetzbarkeit bestimmt werden, wenn der IGBT 2 auf das Schaltungsmuster 13a des Isoliersubstrats 13 gelötet wird. Daher kann die Positionierung des Verdrahtungssubstrats 35 durchgeführt werden, indem der IGBT 2 und die FWD 3 auf das Isoliersubstrat 13 gelötet werden, und zwar mit dem Schaltungsmuster 13a, das an den Eckbereichen des IGBT 2 und an der Peripherie der Pin-Anschlüsse 37 entfernt ist, wie in 15(b) gezeigt, und indem dann zwei oder mehr Pin-Anschlüsse 37 in die Durchgangslöcher 35c im Verdrahtungssubstrat 35 eingeführt werden. Im Ergebnis können Variationen des Positionsverhältnisses zwischen dem Schaltungsmuster 35a des Verdrahtungssubstrats 35 und dem IGBT 2 verringert werden, und das Auftreten eines Eigenschaftsdefekts kann unterbunden werden.
  • Obwohl in der ersten bis fünften Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, in welchem sowohl der erste Endbereich, als auch der zweite Endbereich des Metalldrahts, die mit dem ersten Metallelement verbunden sind, mit der Oberfläche des ersten Metallelements durch Metallbonden verbunden sind, kann auch nur der erste Endbereich mit der Oberfläche des ersten Metallelements durch Metallbonden verbunden werden.
  • Außerdem gilt Folgendes: Obwohl in der ersten bis fünften Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, in welchem die elektrisch leitende Verbindungsschicht ein elektrisch leitendes Adhäsionsmittel ist, das Metallpartikel wie z. B. Silberpartikel in einem Epoxidharz oder einem Siliciumharz enthält, ist die elektrisch leitende Verbindungsschicht darauf nicht beschränkt, und sie kann auch eine andere elektrisch leitende Verbindungsschicht sein, wie z. B. ein Lotmaterial.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a, 1b, 1c, 1h:
    Leiterrahmen;
    2:
    IGBT;
    3:
    FWD;
    8a, 8b:
    Halbleiterelement;
    9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f:
    elektrisch leitende Verbindungsschicht;
    13:
    Isoliersubstrat;
    13a:
    Schaltungsmuster;
    13b:
    Isolierschicht;
    13c:
    Metall-Basisplatte;
    16d, 16e:
    Gehäuseanschluss;
    17f, 17g:
    Leiteranschluss;
    20:
    Oxidschicht;
    21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 21g, 21i, 21j:
    erster Endbereich;
    22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22i, 22j:
    Metalldraht;
    23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23i, 23j:
    zweiter Endbereich;
    24:
    Elektrode (zweites Metallelement);
    25:
    erstes Metallelement;
    29g, 29h, 29i, 29j:
    Verbindungsbereich;
    35:
    Verdrahtungssubstrat;
    35a:
    Schaltungsmuster;
    35B:
    Basismaterialbereich;
    35C:
    Durchgangsloch;
    37:
    Pin-Anschluss.
  • 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 2002110750 A [0005]

Claims (17)

  1. Halbleitereinrichtung, die Folgendes aufweist: - ein erstes Metallelement; - ein zweites Metallelement, das elektrisch mit dem ersten Metallelement verbunden ist; - eine elektrisch leitende Verbindungsschicht, die zwischen dem ersten Metallelement und dem zweiten Metallelement bereitgestellt ist und mit dem ersten Metallelement und dem zweiten Metallelement verbunden ist; und - einen Metalldraht, der einen ersten Endbereich hat, welcher mit dem ersten Metallelement verbunden ist, und einen Körperbereich hat, der innerhalb der elektrisch leitenden Verbindungsschicht bereitgestellt ist, wobei der Körperbereich entlang einer Fläche des ersten Metallelements verläuft.
  2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Körperbereich des Metalldrahts in Kontakt mit dem zweiten Metallelement ist.
  3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Metalldraht ferner einen zweiten Endbereich aufweist, und der zweite Endbereich mit dem ersten Metallelement verbunden ist.
  4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 3, wobei der Metalldraht einen Verbindungsbereich hat, der zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich bereitgestellt ist, und der Verbindungsbereich mit dem ersten Metallelement verbunden ist.
  5. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Halbleitereinrichtung eine Mehrzahl von Metalldrähten hat, und die Mehrzahl von Metalldrähten radial bereitgestellt sind.
  6. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Querschnittsfläche des ersten Endbereichs des Metalldrahts größer ist als die Querschnittsfläche des Körperbereichs des Metalldrahts.
  7. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Metallelement ein unedles Metall ist oder ein Metall ist, das ein unedles Metall enthält.
  8. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 7, wobei das unedle Metall irgendeines von Aluminium, Kupfer, Nickel und Zinn ist.
  9. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Oberfläche des Körperbereichs des Metalldrahts ein Edelmetall ist oder eine Legierung ist, die ein Edelmetall enthält.
  10. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 9, wobei das Edelmetall irgendeines von Gold und Silber ist.
  11. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die elektrisch leitende Verbindungsschicht ein elektrisch leitendes Adhäsionsmittel ist, dass Metallpartikel enthält.
  12. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11, wobei das elektrisch leitende Adhäsionsmittel Metall-Nanopartikel enthält, die an die Metallpartikel metallgebondet sind.
  13. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die Folgendes aufweist: - ein Halbleiterelement mit einer Elektrode; und - einen Leiterrahmen, der elektrisch mit der Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist, wobei eines von Elektrode des Halbleiterelements oder Leiterrahmen das erste Metallelement ist und das andere von Elektrode des Halbleiterelements oder Leiterrahmen das zweite Metallelement ist.
  14. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die Folgendes aufweist: - ein Schaltungsmuster, das in einem Substrat bereitgestellt ist, mit welchem ein Halbleiterelement verbunden ist; und - einen Leiteranschluss, der elektrisch mit dem Schaltungsmuster verbunden ist, wobei eines von Schaltungsmuster oder Leiteranschluss das erste Metallelement ist und das andere von Schaltungsmuster oder Leiteranschluss das zweite Metallelement ist.
  15. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die Folgendes aufweist: - ein Halbleiterelement mit einer Elektrode; und - ein Schaltungsmuster, das in einem Substrat bereitgestellt ist, mit welchem das Halbleiterelement verbunden ist, und das elektrisch mit der Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist, wobei eines von Elektrode des Halbleiterelements oder Schaltungsmuster das erste Metallelement ist und das andere von Elektrode des Halbleiterelements oder Schaltungsmuster das zweite Metallelement ist.
  16. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die Folgendes aufweist: - ein Halbleiterelement mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode gegenüber der ersten Elektrode; - ein erstes Schaltungsmuster, das in einem ersten Substrat bereitgestellt ist, mit welchem das Halbleiterelement verbunden ist, und das elektrisch mit der ersten Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist; und - ein zweites Schaltungsmuster, das in einem zweiten Substrat bereitgestellt ist, mit welchem das Halbleiterelement verbunden ist, und das elektrisch mit der zweiten Elektrode des Halbleiterelements verbunden ist, wobei eines von zweiter Elektrode des Halbleiterelements oder zweitem Schaltungsmuster das erste Metallelement ist und das andere von zweiter Elektrode des Halbleiterelements oder zweitem Schaltungsmuster das zweite Metallelement ist.
  17. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 16, wobei das zweite Substrat ein Durchgangsloch aufweist, und das zweite Schaltungsmuster elektrisch mit dem ersten Schaltungsmuster über einen Pin-Anschluss verbunden ist, der in das Durchgangsloch eingeführt ist.
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