DE112017004739T5 - Halbleitereinheit und Leistungswandler - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Halbleitereinheit angegeben, die Folgendes aufweist: ein isolierendes Substrat (52) mit einer Leiterschicht (51, 53), die auf jeder von einer Oberseite und einer Unterseite des isolierenden Substrats (52) ausgebildet ist, wobei auf der Leiterschicht (51) an der Oberseite ein Halbleiterelement (4) montiert ist; eine Basisplatte (1), die an die Leiterschicht (53) an der Unterseite gebondet ist; ein Gehäuse-Element (2), welches das isolierende Substrat (52) umgibt und an einer Oberfläche der Basisplatte (1) haftet, an welche die Leiterschicht (53) an der Unterseite gebondet ist; ein erstes Füllmaterial (9), das eine Silikon-Zusammensetzung ist, die in einen von der Basisplatte (1) und dem Gehäuse-Element (2) umgegebenen Bereich eingespritzt ist; sowie ein zweites Füllmaterial (10), das eine Silikon-Zusammensetzung ist, die härter als das erste Füllmaterial (9) ist, wobei das zweite Füllmaterial einen peripheren Randbereich des isolierenden Substrats (52) unterhalb des ersten Füllmaterials (9) in dem Bereich umgibt, wobei das zweite Füllmaterial in einen Bereich eingespritzt ist, in dem eine Höhe von der Basisplatte (1) aus höher als die Oberseite ist und niedriger als eine Bonding-Fläche zwischen dem Halbleiterelement (4) und der Leiterschicht (51) an der Oberseite ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Füllstruktur für eine Halbleitereinheit, bei der ein Leistungs-Halbleiterelement mit einem Füllmaterial abgedichtet ist, sowie auf einen Leistungswandler, der eine solche Halbleitereinheit verwendet.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Halbleiterelement eines Typs, bei dem ein Energieversorgungspfad in einer vertikalen Richtung des Elements zu dem Zweck ausgebildet ist, dass es eine hohe Spannung und einem hohen Strom aushält, wird allgemein als ein Leistungs-Halbleiterelement bezeichnet (zum Beispiel ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), ein Bipolartransistor oder eine Diode). Eine Halbleitereinheit, bei der das Leistungs-Halbleiterelement an einer Leiterplatte montiert und in einem Füllmaterial eingeschlossen ist, wird auf verschiedenen Gebieten eingesetzt, wie beispielsweise bei industriellen Geräten, Fahrzeugen und Eisenbahnen.
  • In den letzten Jahren besteht einhergehend mit einer Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Geräten mit einer montierten Halbleitereinheit eine stärkere Forderung nach einer Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Halbleitereinheiten, wie beispielsweise einer Erhöhung der Nennspannung und des Nennstroms, oder nach einer Erweiterung des Bereichs einer Verwendungstemperatur (zu einer höheren Temperatur oder einer niedrigeren Temperatur hin).
  • Eine Mainstream-Gehäusestruktur der Halbleitereinheit wird als Gehäusestruktur vom Kasten-Typ bezeichnet. Die Halbleitereinheit, welche die Gehäusestruktur vom Kasten-Typ verwendet, weist die folgende Struktur auf. Das Leistungs-Halbleiterelement wird unter Verwendung einer isolierenden Leiterplatte an einer wärmeabstrahlenden Basisplatte montiert. Die isolierende Leiterplatte weist eine vorderseitige Elektrodenstruktur auf der einen Seite eines isolierenden Substrats sowie eine rückseitige Elektrodenstruktur auf der anderen Seite des isolierenden Substrats auf. Es wird bewirkt, dass ein Gehäuse an der Basisplatte haftet. Ferner ist das in der Halbleitereinheit montierte Halbleiterelement mit Hauptelektroden verbunden.
  • Für die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und den Hauptelektroden werden Bonding-Drähte verwendet. Zum Zweck der Verhinderung eines Isolierungsausfalls, der im Allgemeinen auftritt, wenn eine hohe Spannung angelegt wird, wird als Füllmaterial der Halbleitereinheit ein isolierendes, gelartiges Füllmaterial verwendet, für das exemplarisch ein Silikon-Gel steht.
  • Im Allgemeinen nimmt die Menge an Gas, die in dem Silikon-Gel gelöst werden kann, mit zunehmender Temperatur ab. Wenn daher der Bereich der Verwendungstemperatur der Halbleitereinheit erweitert wird und das Silikon-Gel bei einer höheren Temperatur verwendet wird, dann bildet das in dem Silikon-Gel unlöslich gewordene Gas Luftblasen. In einem Bereich, in dem derartige Luftblasen erzeugt werden, kann der Isolationsfülleffekt durch das Silikon-Gel nicht erzielt werden, und demzufolge wird das Isolations-Leistungsvermögen der Halbleitereinheit verschlechtert.
  • Ferner sind in der Halbleitereinheit viele Elemente enthalten, wie beispielsweise ein Halbleiterelement, ein Bonding-Material sowie ein Draht. Auch wenn ein Entgasungsprozess durchgeführt wird, wenn das Silikon-Gel eingespritzt wird, besteht ein Risiko, dass in der Halbleitereinheit Luftblasen erzeugt werden.
  • Ferner wird angenommen, dass die Größe dieser Luftblasen in dem Silikon-Gel aufgrund von Einflüssen der äußeren Umgebung zunimmt, wie beispielsweise durch Feuchtigkeitsabsorption und Erwärmung.
  • Als Gegenmaßnahme ist es denkbar für einen Fall, in dem Luftblasen in dem Silikon-Gel erzeugt werden, wie vorstehend beschrieben, oder für einen Fall, in dem das Silikon-Gel von verschiedenen Elementen getrennt wird, ein Gummi-Material einzuspritzen, in dem Luftblasen nicht erzeugt werden können oder sich in dem Material entwickeln können, wenn die Halbleitereinheit verwendet wird.
  • Das Gummi-Material wird in einen schmalen Zwischenraum zwischen einem Oberflächenbereich, in dem ein keramisches Substrat der isolierenden Leiterplatte freiliegt, für den eine Sicherstellung einer Isolationseigenschaft erforderlich ist, und der Basisplatte eingespritzt, an welche die isolierende Leiterplatte gebondet ist.
  • Als Halbleitereinheit gemäß dem Stand der Technik ist eine Halbleitereinheit mit einer Struktur bekannt, bei der ein peripherer Randbereich der isolierenden Leiterplatte mit einem Silikongummi-Klebstoff bedeckt ist, der eine starke Hafteigenschaft in Bezug auf das isolierende Substrat und eine Behälterunterseite aufweist, und bei der dann ein Füllmaterial eingespritzt wird (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
  • LITERATURLISTE
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 8-125 071 A (Seite 4, 1)
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Halbleitereinheit wird der periphere Randbereich der isolierenden Leiterplatte jedoch mit einem Klebstoff bedeckt, und wenn der freiliegende Bereich des keramischen Substrats der isolierenden Leiterplatte, das heißt, ein Kriechabstand, groß ist, bildet sich demzufolge zwischen der Basisplatte und einem Oberflächenbereich auf der Rückseite des freiliegenden Bereichs des keramischen Substrats ein schmaler Zwischenraum. Es ist schwierig, einen Klebstoff mit einer hohen Viskosität in diesen schmalen Zwischenraumbereich einzuspritzen. Wenn ein Klebstoff mit einer hohen Viskosität eingespritzt wird, ist es möglich, dass Luftblasen erzeugt werden, und somit wird die Isolationszuverlässigkeit in einigen Fällen verschlechtert.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen.
  • Lösung für das Problem
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitereinheit angegeben, die Folgendes aufweist:
    • in isolierendes Substrat mit einer Leiterschicht, die an jeder von einer oberen Seite und einer unteren Seite des isolierenden Substrats ausgebildet ist, wobei die Leiterschicht an der oberen Seite ein darauf montiertes Halbleiterelement aufweist;
    • eine Basisplatte, die an die Leiterschicht auf der unteren Seite gebondet ist;
    • ein Gehäuse-Element, welches das isolierende Substrat umgibt und an einer Seite der Basisplatte haftet, an welche die Leiterschicht auf der unteren Seite gebondet ist;
    • ein erstes Füllmaterial, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, die in einen von der Basisplatte und dem Gehäuse-Element umgegebenen Bereich eingespritzt ist; sowie
    • ein zweites Füllmaterial, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, das härter als das erste Füllmaterial ist, wobei das zweite Füllmaterial einen peripheren Randbereich des isolierenden Substrats unterhalb des ersten Füllmaterials in dem Bereich umgibt, wobei das zweite Füllmaterial in einen Bereich eingespritzt ist, in dem die Höhe von der Basisplatte aus höher als die Oberseite ist und niedriger als eine Bonding-Fläche zwischen dem Halbleiterelement und der Leiterschicht auf der oberen Seite ist.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Erzeugung von Luftblasen in der Halbleitereinheit mit einem schmalen Zwischenraum unterbunden werden, und somit kann die Isolationszuverlässigkeit verbessert werden.
  • Figurenliste
  • In den Figuren zeigen:
    • 1 eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer Halbleitereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3 eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Endbereichs einer isolierenden Leiterplatte mit Ausnahme eines Füllmaterials in der Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 4 eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Füllzustands an dem Endbereich der isolierenden Leiterplatte in der Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer Halbleitereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 6 eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Halbleitereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 7 eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Zwischenraums zwischen zwei isolierenden Leiterplatten in der Halbleitereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 8 eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer Halbleitereinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 9 eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 10 eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer weiteren Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 11 eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der weiteren Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 12 eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer Trennwand der Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 13 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Konfiguration eines Leistungswandlersystems, bei dem ein Leistungswandler gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    • 14 eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Füllhöhe eines Silikongummis an einem peripheren Randbereich einer isolierenden Leiterplatte bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer Halbleitereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Halbleitereinheit 100 bei einer Betrachtung von oben durch ein erstes Füllmaterial 9 hindurch, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt. Ein peripherer Randbereich (ein äußerer peripherer Bereich) eines isolierenden Substrats 52, der mit einem zweiten Füllmaterial 10 bedeckt wird, ist durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet.
  • 2 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht entlang der strichpunktierten Linie A-A von 1. Gemäß 2 weist die Halbleitereinheit 100 Folgendes auf: eine Basisplatte 1, ein Gehäuse-Element 2, ein Lot 3, das als Bonding-Material dient, Halbleiterelemente 4, eine isolierende Leiterplatte 5, Bonding-Drähte 6, die als Verdrahtungselemente dienen, Elektrodenanschlüsse 7, ein Abdeckungselement 8, das erste Füllmaterial 9, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, das zweite Füllmaterial 10, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, Elektrodenstrukturen 51 und 53, die als Leiterschichten dienen, sowie das isolierende Substrat 52.
  • Die isolierende Leiterplatte 5 weist Folgendes auf: das isolierende Substrat 52, die Elektrodenstruktur 51, die an einer Oberseite (einer Vorderseite) des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist, sowie die Elektrodenstruktur 53, die an einer Unterseite (einer Rückseite) des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist. An die Elektrodenstruktur 51, die an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist, sind die Halbleiterelemente 4 über das Lot oder andere Bonding-Materialien 3 elektrisch gebondet. In diesem Fall wird als Halbleiterelement 4 zum Beispiel ein Leistungsregelungs-Halbleiterelement (ein Schaltelement), wie beispielsweise ein MOSFET, der so konfiguriert ist, dass er einen hohen Strom regelt, oder eine Diode für einen Freilauf (Freilaufdiode) verwendet.
  • In der isolierenden Leiterplatte 5 ist ferner die Elektrodenstruktur 53, die an der Unterseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist, über das Lot oder andere Bonding-Materialien 3 an der Basisplatte 1 befestigt. Ferner dient die Basisplatte 1 als eine untere Platte der Halbleitereinheit 100, um so einen Bereich zu bilden (auf den im Folgenden als „Gehäuse“ Bezug genommen wird), der von der Basisplatte 1 und dem Gehäuse-Element 2 umgeben ist, das an der Peripherie der Basisplatte 1 angeordnet ist.
  • Zum Zweck der Sicherstellung des Isolationsvermögens innerhalb des von dem Gehäuse-Element 2 der Halbleitereinheit 100 umgebenen Bereichs werden das erste Füllmaterial 9, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, und das zweite Füllmaterial 10, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, in das Gehäuse eingespritzt. Das erste Füllmaterial 9, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, ist zum Beispiel ein Silikon-Gel, und es wird bis zu einer Höhe eingespritzt, die ermöglicht, dass die Halbleiterelemente 4 und die Bonding-Drähte 6 mit dem Silikon-Gel abgedichtet werden.
  • Ferner ist das zweite Füllmaterial 10, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, die unterhalb des Silikon-Gels 9 in das Gehäuse eingespritzt wird, zum Beispiel ein Silikon-Gummi, und es wird so eingespritzt, dass es einen peripheren Randbereich des isolierenden Substrats 52 umgibt. Das Silikon-Gummi 10 wird bis zu einer Füllhöhenposition eingespritzt, die von der Vorderseite der Basisplatte 1 aus höher als die Oberseite des isolierenden Substrats 52 ist und niedriger als eine Bonding-Fläche zwischen dem Halbleiterelement 4 und dem Lot 3 ist, das heißt, als eine Montagefläche (ein Montagebereich) des Halbleiterelements 4, bei der es sich um eine Oberseite der Elektrodenstruktur 51 handelt, die an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist.
  • Dabei umgibt das Silikon-Gummi 10 den peripheren Randbereich des isolierenden Substrats 52 und füllt (verkapselt) einen freiliegenden Bereich des isolierenden Substrats 52. Das Silikon-Gummi 10 wird bis zu der gleichen Höhe wie jener in einem Zwischenraum zwischen der Mehrzahl von Elektrodenstrukturen 51 eingespritzt, die an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet sind.
  • Ferner wird das Silikon-Gel 9 auf das Silikon-Gummi 10 eingespritzt, so dass das Gehäuse mit dem Füllmaterial gefüllt wird.
  • Mit dem Halbleiterelement 4 ist der Bonding-Draht 6 oder eine andere Verdrahtung für eine elektrische Verbindung einer Elektrode des Halbleiterelements 4 mit dem Außenbereich verbunden. Ferner ist der Bonding-Draht 6 mit dem Elektrodenanschluss 7 verbunden, um so mit dem Außenbereich des Gehäuses eine elektrische Verbindung zu schaffen. Der Elektrodenanschluss 7 ist durch Spritzgießen mit Insert-Technik oder Outsert-Technik an dem Gehäuse-Element 2 angebracht.
  • An der Oberseite des Gehäuse-Elements 2 ist ein Abdeckungselement 8 angeordnet (auf einer der Seite in Kontakt mit der Basisplatte 1 gegenüberliegenden Seite). Mit dem Abdeckungselement 8 sind der Innenbereich und der Außenbereich der Halbleitereinheit 100 getrennt voneinander, so dass verhindert wird, dass Pulverstaub oder dergleichen in den Innenbereich der Halbleitereinheit 100 gelangt. Das Abdeckungselement 8 ist mit einem Klebstoff (nicht gezeigt) oder Schrauben (nicht gezeigt) an dem Gehäuse-Element 2 befestigt.
  • Nachstehend sind Details der Komponenten beschrieben.
  • Wenn ein Halbleiterelement, das ein Halbleitermaterial verwendet, das bei 150 °C oder einer höheren Temperatur betrieben wird, als Halbleiterelement 4 eingesetzt wird, ist die Wirkung groß, durch welche die Erzeugung von Luftblasen unterbunden wird. Insbesondere kann eine große Wirkung erzielt werden, wenn ein sogenannter Halbleiter mit großer Bandlücke eingesetzt wird, der aus einem Material, wie beispielsweise Siliciumcarbid (SiC), einem Material auf der Basis von Galliumnitrid (GaN), oder aus Diamant (C) gebildet ist, um eine größere Bandlücke als jene von Silicium (Si) zu erhalten.
  • Ferner sind gemäß 2 als ein Beispiel lediglich zwei Halbleiterelemente 4 in einer gefüllten Halbleitereinheit 100 montiert, die Anzahl von Halbleiterelementen 4 ist jedoch nicht darauf beschränkt. In Abhängigkeit von dem Anwendungszweck kann eine erforderliche Anzahl von Halbleiterelementen 4 montiert sein.
  • Das Lot 3 wird als Bonding-Material verwendet, das Bonding-Material ist jedoch nicht auf dieses beschränkt. Das Halbleiterelement 4 und die Elektrodenstruktur 51 oder die Elektrodenstruktur 53 und die Basisplatte 1 können unter Verwendung von Silber oder einer Silber-Legierung aneinander gebondet werden.
  • Im Allgemeinen wird Kupfer für die Elektrodenstruktur 51 (Vorderseite), die Elektrodenstruktur 53 (Rückseite), die Basisplatte 1 sowie die Elektrodenanschlüsse 7 verwendet, das Material für diese Komponenten ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist lediglich erforderlich, dass das Material die erforderliche Wärmeabstrahlungs-Charakteristik aufweist. Zum Beispiel kann Aluminium, Eisen oder ein Verbundmaterial dieser Materialien verwendet werden. Ferner können Kupfer/Invar/Kupfer oder andere Verbundmaterialien verwendet werden, oder es können AlSiC, CuMo oder andere Legierungen verwendet werden.
  • Ferner wird im Allgemeinen eine Nickel-Plattierung an den Flächen der Elektrodenstruktur 51 (Vorderseite), der Elektrodenstruktur 53 (Rückseite), der Basisplatte 1 und des Elektrodenanschlusses 7 durchgeführt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann eine Gold- oder Zinn-Plattierung durchgeführt werden. Es ist lediglich erforderlich, eine Struktur zu erzielen, die in der Lage ist, dem Halbleiterelement 4 einen erforderlichen Strom und eine erforderliche Spannung zuzuführen.
  • Ferner sind zumindest Bereiche des Elektrodenanschlusses 7 und der Elektrodenstruktur 51 in dem Silikon-Gel 9 eingebettet, und demzufolge kann eine feine Unebenheit an den Flächen des Elektrodenanschlusses 7 und der Elektrodenstruktur 51 ausgebildet sein, um das Haftvermögen zwischen dem Silikon-Gel 9 und dem Elektrodenanschluss 7 und zwischen dem Silikon-Gel 9 und der Elektrodenstruktur 51 zu verbessern. Mit dieser Unebenheit kann das Haftvermögen zwischen dem Silikon-Gel 9 und dem Elektrodenanschluss 7 sowie zwischen dem Silikon-Gel 9 und der Elektrodenstruktur 51 verbessert werden.
  • Die isolierende Leiterplatte 5 wird durch Bilden der aus Kupfer oder Aluminium bestehenden Elektrodenstrukturen 51 und 53 an beiden Seiten des isolierenden Substrats 52 erhalten, das aus einer Keramik hergestellt ist, wie beispielsweise Al2O3, SiO2, AlN, BN und Si3N4. Es ist erforderlich, dass die isolierende Leiterplatte 5 gute Wärmeabstrahlungseigenschaften sowie Isolationseigenschaften aufweist, und sie kann auch aus anderen Materialien als den vorstehend erwähnten Materialien hergestellt sein. Die Elektrodenstrukturen 51 und 53 können an dem isolierenden Substrat 52 ausgebildet sein, bei dem es sich zum Beispiel um ein gehärtetes Harzprodukt, in dem ein keramisches Pulver verteilt ist, oder ein gehärtetes Harzprodukt handelt, in dem eine keramische Platte eingebettet ist.
  • Wenn es sich bei dem isolierenden Substrat 52 um ein gehärtetes Harzprodukt handelt, in dem ein keramisches Pulver verteilt ist, handelt es sich bei dem keramischen Pulver, das für das isolierende Substrat 52 verwendet wird, um Al2O3, SiO2, AlN, BN und Si3N4 oder dergleichen, das Pulver ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Es kann auch Diamant, SiC, B2O3 oder dergleichen verwendet werden. Ferner kann ein Pulver verwendet werden, das aus einem Silikon-Harz, einem Acrylharz oder anderen Harzen besteht.
  • Das zu verwendende Pulver weist häufig Partikel mit einer kugelförmigen Gestalt auf, die Gestalt ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Es kann ein Pulver in einer gemahlenen Form, einer körnigen Form oder einer Flockenform oder ein Pulver verwendet werden, bei dem es sich um ein Aggregat oder einen Zuschlagsstoff handelt.
  • Als Pulverzugabemenge kann eine Menge an Pulver zugegeben werden, mit der eine erforderliche Wärmeabstrahlungseigenschaft und eine erforderliche Isolationseigenschaft erzielt werden können. Als das für das isolierende Substrat 52 zu verwendende Harz wird im Allgemeinen ein Epoxidharz verwendet, das Harz ist jedoch nicht auf dieses beschränkt. Es können ein Polyimid-Harz, ein Silikon-Harz, ein Acrylharz oder andere Harze verwendet werden. Es kann jegliches Material verwendet werden, solange das Material sowohl eine Isolationseigenschaft als auch eine Hafteigenschaft aufweist.
  • Als Bonding-Draht 6 wird ein Verdrahtungselement verwendet, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und aus Aluminium oder Gold hergestellt ist, der Bonding-Draht 6 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann zum Beispiel ein Element verwendet werden, das erhalten wird, indem eine Kupferplatte mit einem quadratischen Querschnitt zu einer Bandform (einem Streifen) umgestaltet wird. Bei dem Material des Bonding-Drahts 6 kann es sich um eine AluminiumLegierung handeln.
  • Wie in 2 dargestellt, werden bei der ersten Ausführungsform vier Bonding-Drähte 6 verwendet, um Verbindungen zwischen den Halbleiterelementen 4, zwischen dem Halbleiterelement 4 und dem Elektrodenanschluss 7, zwischen dem Halbleiterelement 4 und der Elektrodenstruktur 51 und zwischen der Elektrodenstruktur 51 und dem Elektrodenanschluss 7 herzustellen, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt. In Abhängigkeit von zum Beispiel der Stromdichte des Halbleiterelements 4 kann eine erforderliche Anzahl von Bonding-Drähten 6 mit erforderlichen Dicken (Abmessungen) angeordnet werden.
  • Als Verfahren und Struktur für das Bonden des Bonding-Drahts 6 und einen gebondeten Bereich kann ein Bonden mit geschmolzenem Metall, bei dem ein Metallstück aus Kupfer, Zinn oder dergleichen geschmolzen wird, Ultraschall-Bonden oder andere Verfahren verwendet werden. Das Verfahren und die Struktur sind jedoch nicht speziell beschränkt, solange dem Halbleiterelement 4 ein erforderlicher Strom und eine erforderliche Spannung zugeführt werden können.
  • Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse-Element 2 aus einem Harzmaterial mit einem hohen thermischen Erweichungspunkt hergestellt ist und zum Beispiel aus einem Polyphenylensulfid(PPS)-Harz hergestellt ist. Das Material ist jedoch nicht speziell beschränkt, solange das Material gute Isolationseigenschaften aufweist und sich innerhalb eines Verwendungstemperaturbereichs der Halbleitereinheit 100 thermisch nicht verformt.
  • Für das erste Füllmaterial wird zum Beispiel das Silikon-Gel 9 verwendet, das erste Füllmaterial ist jedoch nicht auf dieses beschränkt. Es kann jegliches Material verwendet werden, solange das Material einen gewünschten Elastizitätsmodul und eine gewünschte Wärmebeständigkeit aufweist. Zum Beispiel kann ein Urethan-Harz verwendet werden, das sowohl eine Isolationseigenschaft als auch eine Hafteigenschaft aufweist.
  • Hinsichtlich der Härte des Silikon-Gels 9, bei dem es sich um das erste Füllmaterial handelt, gilt Folgendes: wenn ein hartes Silikon-Gel 9 mit einer Durchdringung von 20 oder weniger verwendet wird, kann der Bonding-Draht 6 aufgrund einer Expansion und Kontraktion des Silikon-Gels 9 zum Zeitpunkt eines Wärmezyklustests der Halbleitereinheit 100 beschädigt werden. Daher ist die Härte in Bezug auf eine Durchdringung wünschenswerterweise gleich 20 oder höher.
  • Wenn im Gegensatz dazu ein weiches Silikon-Gel 9 mit einer Durchdringung von 100 oder höher verwendet wird, wird das Silikon-Gel 9 selbst aufgrund einer Expansion und Kontraktion des Silikon-Gels 9 zum Zeitpunkt des Wärmezyklustests der Halbleitereinheit 100 beschädigt. Daher ist die Härte in Bezug auf eine Durchdringung wünschenswerterweise gleich 100 oder geringer. Im Ergebnis weist das Silikon-Gel 9 zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit der Halbleitereinheit 100 wünschenswerterweise eine Härte in Bezug auf eine Durchdringung in einem Bereich von 20 oder höher und von 100 oder geringer auf.
  • 3 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Endbereichs der isolierenden Leiterplatte der Halbleitereinheit mit Ausnahme des Füllmaterials bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß 3 weist die isolierende Leiterplatte 5 Folgendes auf: das isolierende Substrat 52, die Elektrodenstruktur 51, die an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist, sowie die Elektrodenstruktur 53, die an der Unterseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist. Das Halbleiterelement 4 ist über das Lot 3 oder andere Bonding-Materialien (nicht gezeigt, siehe 1 und 2) an die Oberseite der Elektrodenstruktur 51 gebondet. Die Unterseite der Elektrodenstruktur 53 ist mit dem Lot 3 oder anderen Bonding-Materialien an die Basisplatte 1 gebondet.
  • Damit die Halbleitereinheit 100 eine erforderliche dielektrische Durchschlagspannung aufrechterhält (sicherstellt), ist die Elektrodenstruktur 51 an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 so ausgebildet, dass ein Randbereich (ein Oberflächenbereich) an der äußeren Peripherie des isolierenden Substrats 52 verbleibt. Ferner ist die Elektrodenstruktur 53 an der Unterseite des isolierenden Substrats 52 so ausgebildet, dass ein Randbereich (ein Oberflächenbereich) an der äußeren Peripherie des isolierenden Substrats 52 verbleibt.
  • Die Oberflächenbereiche an der Oberseite und der Unterseite des isolierenden Substrats 52 sind so ausgebildet, dass die Isolationseigenschaft zwischen der Elektrodenstruktur 51 und der Elektrodenstruktur 53 der isolierenden Leiterplatte 5 sichergestellt ist. Einhergehend mit einer Erhöhung der Durchschlagspannung der Halbleitereinheit 100 ist es erforderlich, den Kriechabstand und die Dicke des isolierenden Substrats 52 zu vergrößern. Der Oberflächenbereich bezieht sich hier auf einen äußeren peripheren Bereich des isolierenden Substrats 52, in dem die Elektrodenstrukturen 51 und 53 nicht ausgebildet sind.
  • Die Länge des Oberflächenbereichs an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ist durch L1 bezeichnet, die Länge des Oberflächenbereichs an der Unterseite des isolierenden Substrats 52 ist durch L2 bezeichnet, die Länge einer seitlichen Oberfläche des isolierenden Substrats 52, das heißt, die Dicke des isolierenden Substrats 52, ist durch L3 bezeichnet, die Dicke der Elektrodenstruktur 53 ist durch L4 bezeichnet, die Dicke des Lots 3 ist durch L5 bezeichnet, und die Länge von dem Endbereich des isolierenden Substrats 52 zu dem Gehäuse-Element 2 ist durch L6 bezeichnet. In diesem Fall ist als ein Pfad, auf dem ein dielektrischer Durchschlag in der Halbleitereinheit 100 auftritt, ein Isolationsabstand von L1 + L3 + L4 + L5 oder ein Isolationsabstand von L1 + L3 + L2 denkbar.
  • Der dielektrische Durchschlag tritt auf irgendeinem Pfad mit einer kürzeren Distanz in einer dominierenden Weise auf. Daher ist es nur erforderlich, die Längen L1, L2, L3, L4 und L5 so vorzugeben, dass die Halbleitereinheit 100 einen Isolationsabstand sicherstellen kann, welcher der dielektrischen Durchschlagspannung genügt. Ferner handelt es sich bei L6 unter Berücksichtigung einer Fehlausrichtung zum Zeitpunkt eines Bondings zwischen der isolierenden Leiterplatte 5 und der Basisplatte 1 im Allgemeinen um einen Abstand von 2 mm oder mehr.
  • In einem Fall, in dem L6 gleich 2 mm oder geringer ist, kann die isolierende Leiterplatte 5 aufgrund einer Verschiebung während der Ausrichtung nicht an einer vorgegebenen Position angeordnet werden, wenn die isolierende Leiterplatte 5 auf der Basisplatte 1 angeordnet wird. Wenn L6 gleich 10 mm oder größer ist, dann ist ein Anteil des Silikon-Gummis 10 größer, der das Gehäuse belegt oder ausfüllt, so dass ein Auftreten von mechanischen Spannungen verursacht wird.
  • So ist es möglich, dass das Silikon-Gummi 10 von der Basisplatte 1 abgetrennt wird. Daher wird die Abmessung von L6 in einem Bereich von 2 mm oder mehr und von 10 mm oder weniger vorgegeben, so dass eine Halbleitereinheit mit sichergestellter Isolationszuverlässigkeit konfiguriert werden kann.
  • Bei einer üblichen Halbleitereinheit ist ein Zwischenraum S1 zwischen dem Oberflächenbereich an der Unterseite des isolierenden Substrats 52 und einer Oberfläche an der Oberseite der Basisplatte 1, an der die isolierende Leiterplatte 5 montiert ist, mit dem Silikon-Gel 9 gefüllt. Die Elektrodenstrukturen 51 und 53 sind im Allgemeinen mit einem Hartlotmetall an das isolierende Substrat 52 gebondet. Ein nicht gefüllter Bereich, in dem das Silikon-Gel 9 nicht vollständig eingespritzt ist, neigt dazu, an einem Hartlotmetall-Bereich an einer Grenzfläche zwischen der Elektrodenstruktur 51 oder 53 und dem isolierenden Substrat 52 oder an einer Bonding-Material-Grenzfläche aufzutreten, an der die Elektrodenstruktur 53 und die Basisplatte 1 mit dem Bonding-Material 3 gebondet sind.
  • Auch wenn ein Entgasungsprozess zu dem Zeitpunkt, wenn das Silikon-Gel 9 eingespritzt wird, an dem Oberflächenbereich an der Unterseite der isolierenden Leiterplatte 5 durchgeführt wird, ist es ferner möglich, dass in dem Zwischenraum S1 gebildete Luftblasen nicht vollständig aus dem Innenbereich des Zwischenraums S1 in den Außenbereich des Zwischenraums S1 entfernt werden, da der Oberflächenbereich des isolierenden Substrats 52 als ein Überhang dient. So neigen die Luftblasen dazu, als Hohlräume zu verbleiben, wenn das Silikon-Gel 9 gehärtet wird.
  • Die Hohlräume, die in dem Silikon-Gel 9 verbleiben, werden einhergehend mit dem Wärmezyklus des Silikon-Gels 9 expandiert und kontrahiert. Wenn die Hohlräume ferner Wasser adsorbieren und dann aufgrund eines Betriebs der Halbleitereinheit bei einer hohen Temperatur auf eine hohe Temperatur erwärmt werden, wird das adsorbierte Wasser verdampft, und infolgedessen wird eine Vergrößerung der Luftblasen in dem Silikon-Gel 9 gefördert.
  • Der Durchmesser der vergrößerten Luftblase in dem Silikon-Gel 9 ist durch R1 bezeichnet. In diesem Fall reduziert die Luftblase den Isolationsabstand, und wenn eine Luftblase in dem in dem Zwischenraum S1 vorhandenen Silikon-Gel 9 erzeugt wird, wird demzufolge jeder von dem Isolationsabstand L1 +L3 +L4 +L5 und dem Isolationsabstand L1 +L3 +L2, der ursprünglich für die Isolationseigenschaft verantwortlich war, um den Betrag der Luftblasenabmessung R1 verringert. So wird der effektive Isolationsabstand gleich dem Isolationsabstand L1 +L3 +L4 +L5 - R1 und dem Isolationsabstand L1 +L3 +L2 - R1. Der Isolationsabstand wird um den Betrag des Durchmessers der Luftblase reduziert, und somit wird das Isolations-Leistungsvermögen der Halbleitereinheit verschlechtert.
  • Die Verschlechterung des Isolations-Leistungsvermögens der Halbleitereinheit wird nicht nur durch die Luftblasen verursacht, die nur in dem Zwischenraum S1 an der Unterseite des isolierenden Substrats 52 erzeugt werden. Die Verschlechterung des Isolations-Leistungsvermögens wird in ähnlicher Weise durch Luftblasen, die ursprünglich an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 erzeugt wurden, in der Nähe des Gehäuse-Elements 2 und in der Nähe des Halbleiterelements 4 verursacht, wenn die Luftblasen den Oberflächenbereich der isolierenden Leiterplatte 5 erreichen.
  • 4 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Füllzustands an dem Endbereich der isolierenden Leiterplatte in der Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Zwischenraum S1 unterhalb des isolierenden Substrats 52 ist nicht mit dem Silikon-Gel 9 gefüllt, sondern mit dem Silikon-Gummi 10, so dass die Erzeugung von Luftblasen unterbunden werden kann, die in dem Silikon-Gel 9 erzeugt wurden.
  • Wenn nur das Silikon-Gel 9 verwendet wird, ist die Härte als Füllmaterial gering, und infolgedessen werden die Luftblasen zum Beispiel aufgrund einer Erhöhung des internen Drucks der Luftblasen in dem Füllmaterial mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vergrößert. Wenn im Gegensatz dazu das Silikon-Gummi 10 verwendet wird, ist die Härte als Füllmaterial hoch, und infolgedessen kann die Erzeugung der Luftblasen unterbunden werden.
  • Ferner weist das Silikon-Gummi 10 im Vergleich zu dem Silikon-Gel 9 eine höhere Hafteigenschaft in Bezug auf verschiedene Elemente, wie beispielsweise das isolierende Substrat 52 und die Basisplatte 1, sowie eine geringere Transmittanz von Gas und Feuchtigkeit auf. Daher kann die Isolationszuverlässigkeit in dem Zwischenraum S1 verbessert werden, für den die Isolationseigenschaft erforderlich ist.
  • Auch wenn in dem über dem Silikon-Gummi 10 angeordneten Silikon-Gel 9 Luftblasen erzeugt und vergrößert werden, kann ferner ein Eindringen der Luftblasen in den Bereich des mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllten Zwischenraums S1 unterbunden werden. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung der Isolationszuverlässigkeit aufgrund der Erzeugung von Luftblasen in dem Silikon-Gel 9 unterbunden werden.
  • Der Bonding-Draht 6 ist an die Elektrodenstruktur 51 gebondet, die an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist, und in Bezug auf die Füllmenge des Silikon-Gummis 10 besteht demzufolge einhergehend mit dem Wärmezyklustest der Halbleitereinheit 100 das Risiko einer Beschädigung des Bonding-Drahts 6, wenn der Bonding-Draht 6 mit einem Füllmaterial bedeckt ist, das eine hohe Härte aufweist.
  • Daher ist die Füllhöhe des Silikon-Gummis 10 von der Basisplatte 1 aus zweckmäßigerweise niedriger als die Höhe der Vorderseite, bei der es sich um die Montagefläche der Elektrodenstruktur 51 handelt, an der das Halbleiterelement 4 montiert ist, und es ist erforderlich, dass zumindest der Zwischenraum S1, den die dielektrische Durchschlagspannung braucht, vollständig mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt ist.
  • Es ist wünschenswert, einen durch die Abmessungen L1, L2 und L3 bezeichneten Bereich zu bedecken, der einem Oberflächenbereich des isolierenden Substrats 52 entspricht, bei dem es sich um einen Ausgangspunkt für die Erzeugung von Luftblasen handeln kann und der an einer Bonding-Grenzfläche zwischen dem isolierenden Substrat 52 und den Elektrodenstrukturen 51 und 53 vorhanden ist.
  • Einhergehend mit der Erweiterung des Verwendungstemperaturbereichs der Halbleitereinheit 100 (zu einer höheren Temperatur oder einer niedrigeren Temperatur hin) wird das Silikon-Gummi 10 im Vergleich zum Stand der Technik durch den Wärmezyklus stärker expandiert oder kontrahiert. Wenn die Fläche des Silikon-Gummis 10 groß ist, welche die Basisplatte 1 bedeckt, besteht bei den hohen mechanischen Spannungen, die aufgrund der Expansion oder Kontraktion des Silikon-Gummis 10 erzeugt werden, ein Risiko dahingehend, dass das Silikon-Gummi 10 aufgrund eines Unterschieds des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Silikon-Gummi 10 und verschiedenen Elementen, wie beispielsweise der Basisplatte 1 und dem Lot 3 oder anderen Bonding-Materialien, von verschiedenen Elementen abgetrennt werden kann.
  • Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Silikon-Gummis 10 liegt zum Beispiel im Allgemeinen zwischen 300 ppm/K und 400 ppm/K. Wenn die Härte des Silikon-Gummis 10 mit der Shore-A-Härte höher als 70 ist, besteht die Neigung, dass eine Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und verschiedenen Elementen auftritt.
  • Auch wenn eine Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und den verschiedenen Elementen nicht auftritt, verursachen die mechanischen Spannungen, die durch das Silikon-Gummi 10 erzeugt werden, ferner Risse in dem Lot oder anderen Bonding-Materialien. Daher ist es wünschenswert, dass die Härte des Silikon-Gummis 10 mit einer Shore-A-Härte gleich 70 oder geringer ist. Ferner ist es bevorzugt, dass die Härte des Silikon-Gummis 10 eine Shore-A-Härte gleich 10 oder höher ist, um die Erzeugung von Luftblasen von der Unterseite des isolierenden Substrats 52 aus zu unterbinden, um eine feste Haftung an der Basisplatte 1 sicherzustellen. Im Ergebnis ist es wünschenswert, dass die Härte des Silikon-Gummis 10 eine Shore-A-Härte gleich 10 oder höher und gleich 70 oder geringer ist.
  • Bei der Halbleitereinheit, die konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben, sind der Zwischenraum S1, der von der Basisplatte 1 und der isolierenden Leiterplatte 5 umgeben ist, und der periphere Randbereich der isolierenden Leiterplatte 5 mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und infolgedessen kann die Erzeugung von Luftblasen in dem Zwischenraum S1 unterbunden werden. Im Ergebnis kann der Isolationsabstand an dem Oberflächenbereich der isolierenden Leiterplatte 5 mit der Unterbindung einer Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und der Basisplatte 1 in dem Zwischenraum S1 sichergestellt werden, und somit kann die Isolationszuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass eine Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5, die bei der ersten Ausführungsform verwendet werden, in dem Gehäuse angeordnet ist. Weitere Aspekte sind ähnlich wie jene bei der ersten Ausführungsform, und infolgedessen ist eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen. Auch wenn eine Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten in dem Gehäuse angeordnet ist, wie vorstehend beschrieben, sind die peripheren Randbereiche der isolierenden Leiterplatten mit Silikon-Gummi gefüllt, und infolgedessen kann die Isolationszuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert werden.
  • 5 ist eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer Halbleitereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Halbleitereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Halbleitereinheit 200 bei einer Betrachtung von oben durch das erste Füllmaterial 9 hindurch, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt. Ein peripherer Randbereich (ein äußerer peripherer Bereich) des isolierenden Substrats 52, der mit dem zweiten Füllmaterial 10 bedeckt ist, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, ist durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet.
  • Ferner ist 6 eine strukturelle schematische Schnittansicht entlang der strichpunktierten Linie B-B von 5. Gemäß 6 weist die Halbleitereinheit 200 Folgendes auf: die Basisplatte 1, das Gehäuse-Element 2, das Lot 3, das als Bonding-Material dient, die Halbleiterelemente 4, die isolierende Leiterplatte 5, die Bonding-Drähte 6, die als Verdrahtungselemente dienen, die Elektrodenanschlüsse 7, das Abdeckungselement 8, das erste Füllmaterial 9, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, das zweite Füllmaterial 10, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, die Elektrodenstrukturen 51 und 53, die als Leiterschichten dienen, sowie das isolierende Substrat 52. Ferner weist die Halbleitereinheit 200 eine Konfiguration auf, bei der die Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 benachbart zueinander angeordnet ist.
  • Die isolierende Leiterplatte 5 weist Folgendes auf: das isolierende Substrat 52, die Elektrodenstruktur 51, die an einer Oberseite (einer Vorderseite) des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist, sowie die Elektrodenstruktur 53, die an einer Unterseite (einer Rückseite) des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist. Die Halbleiterelemente 4 sind über das Lot oder andere Bonding-Materialien 3 elektrisch an die Elektrodenstruktur 51 gebondet, die an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist. In diesem Fall wird zum Beispiel ein Leistungsregelungs-Halbleiterelement, wie beispielsweise ein MOSFET, der so konfiguriert ist, dass er einen hohen Strom regelt, oder eine Freilaufdiode als Halbleiterelement 4 verwendet.
  • Ferner ist die Elektrodenstruktur 53, die an der Unterseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist, in der isolierenden Leiterplatte 5 über das Lot oder andere Bonding-Materialien 3 an der Basisplatte 1 befestigt. Ferner dient die Basisplatte 1 als eine untere Platte der Halbleitereinheit 200, um so einen Bereich zu bilden (auf den im Folgenden als „Gehäuse“ Bezug genommen wird), der von der Basisplatte 1 und dem Gehäuse-Element 2 umgeben ist, das an der Peripherie der Basisplatte 1 angeordnet ist.
  • Zum Zweck der Sicherstellung einer geeigneten Isolationseigenschaft innerhalb des Bereichs, der von dem Gehäuse-Element 2 der Halbleitereinheit 200 umgeben ist, werden das erste Füllmaterial 9, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, und das zweite Füllmaterial 10, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, in das Gehäuse eingespritzt. Das erste Füllmaterial 9 ist zum Beispiel ein Silikon-Gel, und es wird bis zu einer Höhe eingespritzt, die es ermöglicht, dass die Halbleiterelemente 4 und die Bonding-Drähte 6 mit dem Silikon-Gel 9 abgedichtet sind.
  • Ferner ist das zweite Füllmaterial 10, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, die unterhalb des Silikon-Gels 9 in dem Gehäuse eingespritzt ist, zum Beispiel ein Silikon-Gummi, und es wird so eingespritzt, dass es einen peripheren Randbereich des isolierenden Substrats 52 umgibt. Das Silikon-Gummi 10 wird von einer Vorderseite der Basisplatte 1 aus bis zu einer Füllhöhenposition eingespritzt, die höher als die Höhe der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ist und niedriger als eine Bonding-Fläche zwischen dem Halbleiterelement 4 und dem Lot 3 ist, das heißt als Montagefläche (ein Montagebereich) des Halbleiterelements 4, bei der es sich um eine Oberseite der Elektrodenstruktur 51 handelt, die an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet ist.
  • Dabei umgibt das Silikon-Gummi 10 den peripheren Randbereich des isolierenden Substrats 52 und füllt einen freiliegenden Bereich des isolierenden Substrats 52. Das Silikon-Gummi 10 wird bis zu der gleichen Höhe wie jener in einem Zwischenraum zwischen der Mehrzahl von Elektrodenstrukturen 51 eingespritzt, die an der Oberseite des isolierenden Substrats 52 ausgebildet sind.
  • Ferner wird das Silikon-Gel 9 auf das Silikon-Gummi 10 eingespritzt, so dass das Gehäuse mit dem Füllmaterial gefüllt ist.
  • 7 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Zwischenraums zwischen zwei isolierenden Leiterplatten in der Halbleitereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß 7 ist die Abmessung zwischen den zwei isolierenden Substraten 52 durch L11 bezeichnet, und die Abmessung zwischen den Elektrodenstrukturen 51, die auf den zwei isolierenden Substraten 52 ausgebildet sind, ist durch L10 bezeichnet.
  • Die Abmessung L11 kann in der gleichen Weise wie in dem in 3 dargestellten Fall des isolierenden Substrats 52 und des Gehäuse-Elements 2 betrachtet werden. L11 ist unter Berücksichtigung einer Fehlausrichtung zum Zeitpunkt des Bondings zwischen der isolierenden Leiterplatte 5 und der Basisplatte 1 im Allgemeinen ein Abstand von 2 mm oder mehr. In einem Fall, in dem L11 gleich 2 mm oder kleiner ist, kann die isolierende Leiterplatte 5 aufgrund einer Verschiebung während der Ausrichtung nicht an einer vorgegebenen Position angeordnet werden, wenn die isolierende Leiterplatte 5 auf der Basisplatte 1 angeordnet wird.
  • Wenn L11 ferner gleich 10 mm oder größer ist, dann ist ein Anteil des Silikon-Gummis 10 größer, der das Gehäuse ausfüllt oder belegt, so dass das Auftreten von mechanischen Spannungen verursacht wird. So ist es möglich, dass das Silikon-Gummi 10 von der Basisplatte 1 abgetrennt wird.
  • Das Silikon-Gummi 10, das in den Zwischenraum S1 zwischen der Basisplatte 1 und dem Oberflächenbereich an der Unterseite des isolierenden Substrats 52 eingespritzt wird, „haftet“ an dem isolierenden Substrat 52 und der Basisplatte 1. Das Silikon-Gel 9 wird mit verschiedenen Elementen in einen „engen Kontakt“ gebracht und weist eine Eigenschaft auf, bei der das Silikon-Gel 9 erneut in einen engen Kontakt gebracht werden kann, auch nachdem das Silikon-Gel 9 von den Elementen abgetrennt worden ist. Das Silikon-Gummi 10 haften indessen nicht erneut an den Elementen, nachdem das Silikon-Gummi 10 einmal von den Elementen abgetrennt worden ist.
  • Das Silikon-Gummi 10 weist eine höhere Härte als jene des Silikon-Gels 9 auf und weist eine Tendenz dahingehend auf, dass eine Neigung für das Auftreten einer Abtrennung aufgrund von mechanischen Spannungen besteht, die aufgrund eines Unterschieds der linearen Ausdehnungskoeffizienten und der Elastizitätsmodule während des auf die Halbleitereinheit angewendeten Wärmezyklus an einer Grenzfläche zwischen dem Silikon-Gummi 10 und verschiedenen Elementen auftreten.
  • Daher können die erzeugten mechanischen Spannungen in einem Bereich des Silikon-Gummis 10, der in direkten Kontakt mit der Basisplatte 1 gebracht worden ist, durch Vorgeben des Abstands L11 zwischen dem Endbereich der einen isolierenden Leiterplatte 5 und dem Endbereich einer anderen isolierenden Leiterplatte 5 mit 5 mm bis 10 mm oder weniger unterbunden werden, wenngleich die mechanischen Spannungen in Abhängigkeit von der Härte des Silikon-Gummis 10 unterschiedlich sind. Daher kann eine Halbleitereinheit mit einer hohen Isolationszuverlässigkeit hergestellt werden.
  • Aus diesen Gründen wird die Abmessung von L11 in einem Bereich von 2 mm oder mehr und von 10 mm oder weniger vorgegeben, so dass die Halbleitereinheit mit einer sichergestellten Isolationszuverlässigkeit konfiguriert werden kann.
  • Bei der Halbleitereinheit, die konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben, sind der Zwischenraum S1, der von der Basisplatte 1 und der isolierenden Leiterplatte 5 umgeben ist, und der periphere Randbereich der isolierenden Leiterplatte 5 mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und demzufolge kann die Erzeugung von Luftblasen in dem Zwischenraum S1 unterbunden werden. Im Ergebnis kann der Isolationsabstand an dem Oberflächenbereich der isolierenden Leiterplatte 5 mit der Unterbindung einer Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und der Basisplatte 1 in dem Zwischenraum S1 sichergestellt werden, und so kann die Isolationszuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert werden.
  • Auch wenn eine Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 in dem Gehäuse angeordnet wird, ist der Zwischenraum zwischen der Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und demzufolge kann die Erzeugung von Luftblasen zwischen der Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 unterbunden werden. Im Ergebnis kann der Isolationsabstand an dem Oberflächenbereich der isolierenden Leiterplatte 5 mit der Unterbindung einer Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und der Basisplatte 1 zwischen der Mehrzahl von isolierenden Leiterplatte 5 sichergestellt werden, und so kann die Isolationszuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die Peripherie der isolierenden Leiterplatte 5, die bei der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet wird, von einer Trennwand umgeben ist. Andere Aspekte sind ähnlich wie jene bei der ersten Ausführungsform, und infolgedessen ist eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen. Dadurch, dass die Trennwand die Peripherie der isolierenden Leiterplatte umgibt, wie vorstehend beschrieben, wird die Isolationszuverlässigkeit beeinflusst, und ein Bereich, in dem ein Füllen mit Silikon-Gummi erforderlich ist, wird mit dem Silikon-Gummi gefüllt. Daher kann die Isolationszuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert werden.
  • 8 ist eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 und 9 sind Darstellungen eines Falls, in dem die Anzahl von isolierenden Leiterplatten gleich 1 ist.
  • 8 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Halbleitereinheit 300 bei einer Betrachtung von oben durch das erste Füllmaterial 9 hindurch, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt. Der periphere Randbereich (der äußere periphere Bereich) des isolierenden Substrats 52, der mit dem zweiten Füllmaterial 10 bedeckt ist, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, ist durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet. Die Trennwand 11 ist so ausgebildet, dass sie die isolierende Leiterplatte 5 entlang der gesamten Peripherie des äußeren peripheren Bereichs (des peripheren Randbereichs) der isolierenden Leiterplatte 5 umgibt. Die innere Seite der Trennwand 11 ist mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und die äußere Seite der Trennwand 11 ist mit dem Silikon-Gel 9 gefüllt.
  • 9 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht entlang der strichpunktierten Linie C-C von 8. Gemäß 9 weist die Halbleitereinheit 300 Folgendes auf: die Basisplatte 1, das Gehäuse-Element 2, das Lot 3, das als Bonding-Material dient, die Halbleiterelemente 4, die isolierende Leiterplatte 5, die Bonding-Drähte 6, die als Verdrahtungselemente dienen, die Elektrodenanschlüsse 7, das Abdeckungselement 8, das erste Füllmaterial 9, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, das zweite Füllmaterial 10, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, die Trennwand 11, die Elektrodenstrukturen 51 und 53, die als Leiterschichten dienen, sowie das isolierende Substrat 52.
  • Ferner ist die Trennwand 11 um den äußeren peripheren Bereich (den peripheren Randbereich) der isolierenden Leiterplatte 5 herum so ausgebildet, dass sie die isolierende Leiterplatte 5 umgibt. Die innere Seite der Trennwand 11 ist mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und die äußere Seite der Trennwand 11 ist mit dem Silikon-Gel 9 gefüllt.
  • Für die Trennwand 11 können ein thermoplastisches Harz und ein wärmehärtendes Harz verwendet werden. Als wärmehärtendes Harz kann zum Beispiel ein Silikon-Harz verwendet werden, das Material ist jedoch nicht speziell beschränkt, solange das Material als ein Damm fungieren kann, um ein Ausbreiten des Silikon-Gummis 10 zu verhindern, solange das Material in einem Aushärtungstemperaturbereich des Silikon-Gummis 10 seine Form aufrechterhalten kann und das Material eine nicht-leitende Eigenschaft aufweist.
  • Einhergehend mit der Erweiterung des Verwendungstemperaturbereichs der Halbleitereinheit 300 (zu einer höheren Temperatur oder einer niedrigeren Temperatur hin) wird das Silikon-Gummi 10 im Vergleich zum Stand der Technik durch den Wärmezyklus stärker expandiert oder kontrahiert. Wenn die Fläche des Silikon-Gummis 10 groß ist, welche die Basisplatte 1 bedeckt, besteht bei den aufgrund einer Expansion oder Kontraktion des Silikon-Gummis 10 erzeugten hohen mechanischen Spannungen ein Risiko dahingehend, dass es möglich ist, dass das Silikon-Gummi 10 aufgrund eines Unterschieds der linearen Expansionskoeffizienten zwischen dem Silikon-Gummi 10 und verschiedenen Elementen, wie beispielsweise der Basisplatte 1 und dem Lot 3 oder anderen Bonding-Materialien, von verschiedenen Elementen abgetrennt wird.
  • Der Koeffizient der linearen Expansion des Silikon-Gummis 10 liegt zum Beispiel im Allgemeinen zwischen 300 ppm/K und 400 ppm/K. Wenn die Härte des Silikon-Gummis 10 mit der Shore-A-Härte höher als 70 ist, besteht eine Neigung, dass eine Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und verschiedenen Elementen auftritt.
  • Auch wenn eine Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und den verschiedenen Elementen nicht auftritt, verursachen die durch das Silikon-Gummi 10 erzeugten mechanischen Spannungen Risse in dem Lot oder anderen Bonding-Materialien. Daher ist es wünschenswert, dass die Härte des Silikon-Gummis 10 eine Shore-A-Härte gleich 70 oder geringer ist. Ferner ist bevorzugt, dass die Härte des Silikon-Gummis 10 eine Shore-A-Härte gleich 10 oder höher ist, um die Erzeugung von Luftblasen von der Unterseite des isolierenden Substrats 52 aus zu unterbinden, um eine feste Haftung an der Basisplatte 1 sicherzustellen.
  • Auch wenn die Trennwand 11 wie bei der dritten Ausführungsform verwendet wird, kann ein dielektrischer Durchschlag in einer ähnlichen Weise wie im Fall der ersten und der zweiten Ausführungsform betrachtet werden. Das heißt, dieser Fall ist dem Fall ähnlich, in dem das Gehäuse-Element 2 durch die Trennwand 11 gemäß 3 ersetzt wird. Daher ist es nur erforderlich, die Längen L1, L2, L3, L4 und L5 so vorzugeben, dass die Halbleitereinheit 300 einen Isolationsabstand sicherstellen kann, welcher der dielektrischen Durchschlagspannung genügt.
  • Ferner ist der Abstand L6 zwischen der Trennwand 11 und dem isolierenden Substrat 52 unter Berücksichtigung der Fehlausrichtung zum Zeitpunkt des Bondings zwischen der isolierenden Leiterplatte 5 und der Basisplatte 1 im Allgemeinen gleich 2 mm oder größer. In einem Fall, in dem L6 gleich 2 mm oder kleiner ist, kann die isolierende Leiterplatte 5 aufgrund einer Verschiebung während der Ausrichtung nicht an einer vorgegebenen Position angeordnet werden, wenn die isolierende Leiterplatte 5 an der Basisplatte 1 angeordnet wird.
  • Wenn L6 gleich 10 mm oder größer ist, ist ein Anteil des Silikon-Gummis 10 erhöht, der die innere Seite der Trennwand belegt, so dass das Auftreten von mechanischen Spannungen verursacht wird. So ist es möglich, dass das Silikon-Gummi 10 von der Basisplatte 1 abgetrennt wird. Aus diesen Gründen wird die Abmessung L6 in einem Bereich von 2 mm oder mehr und von 10 mm oder weniger vorgegeben, so dass eine Halbleitereinheit konfiguriert werden kann, die eine sichergestellte Isolationszuverlässigkeit aufweist.
  • Bei der Halbleitereinheit 300 gemäß der dritten Ausführungsform kann der Füllbereich des Silikon-Gummis 10 mit der Verwendung der Trennwand 11 im Vergleich zu den Fällen anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung reduziert werden, auch wenn das Silikon-Gummi 10 eine hohe Härte aufweist, und die Abtrennung des Silikon-Gummis 10 von der Basisplatte 1 oder der isolierenden Leiterplatte 5 kann unterbunden werden.
  • Darüber hinaus kann die Erzeugung von Rissen in dem Bonding-Material 3 unterbunden werden, und mit der Wirkung des Silikon-Gummis 10 kann eine Halbleitereinheit hergestellt werden, die im Vergleich zu den Isolationscharakteristika der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Halbleitereinheit 100 eine höhere Isolationszuverlässigkeit aufweist.
  • In diesem Fall ist es erforderlich, den Bereich des Abstands zwischen der Trennwand 11 und dem Endbereich des isolierenden Substrats 52 so vorzugeben, dass er kleiner als ein Bereich von 2 mm oder mehr und von 10 mm oder weniger ist. Der Fall, in dem der obere Grenzwert gleich 10 mm ist, ist der gleiche wie der Fall, in dem das Gehäuse-Element 2 durch die Trennwand 11 ersetzt ist, und der Anteil des Silikon-Gummis 10, der in die innere Seite der Trennwand 11 einzuspritzen ist, ist nicht verringert. Um den Anteil des in die innere Seite der Trennwand 11 einzuspritzenden Silikon-Gummis 10 zu verringern, ist es daher erforderlich, den oberen Grenzwert des Abstands von dem Endbereich des isolierenden Substrats 52 mit einem Wert vorzugeben, der kleiner als 10 mm ist.
  • Der Abstand kann zum Beispiel mit 5 mm oder weniger vorgegeben werden, um den Anteil zu verringern. Wenn der Anteil des Silikon-Gummis 10 auf der inneren Seite der Trennwand 11 zu verringern ist, ist es wünschenswert, den Abstand von dem Endbereich des isolierenden Substrats 52 zu der Trennwand 11 in einem Bereich von 2 mm oder größer und von 5 mm oder geringer vorzugeben.
  • 10 ist eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung einer weiteren Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 ist eine strukturelle schematische Ansicht von oben zur Erläuterung der Trennwand der Halbleitereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10, 11, 12 sind Darstellungen eines Falls, in dem eine Mehrzahl von (zwei) isolierenden Leiterplatten angeordnet ist.
  • 10 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Halbleitereinheit 400 bei einer Betrachtung von oben durch das erste Füllmaterial 9 hindurch, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt. Der periphere Randbereich (der äußere periphere Bereich) des isolierenden Substrats 52, der mit dem zweiten Füllmaterial 10 bedeckt ist, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, ist durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet.
  • Gemäß 10 ist die Trennwand 11 so ausgebildet, dass sie die isolierende Leiterplatte 5 entlang der gesamten Peripherie des äußeren peripheren Bereichs (des peripheren Randbereichs) der isolierenden Leiterplatte 5 umgibt. Die innere Seite der Trennwand 11 ist mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und die äußere Seite der Trennwand 11 ist mit dem Silikon-Gel 9 gefüllt.
  • 11 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht entlang der strichpunktierten Linie D-D von 10. Gemäß 11 weist die Halbleitereinheit 400 Folgendes auf: die Basisplatte 1, das Gehäuse-Element 2, das Lot 3, das als Bonding-Material dient, die Halbleiterelemente 4, die isolierenden Leiterplatten 5, die Bonding-Drähte 6, die als Verdrahtungselemente dienen, die Elektrodenanschlüsse 7, das Abdeckungselement 8, das erste Füllmaterial 9, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, das zweite Füllmaterial 10, bei dem es sich um eine Silikon-Zusammensetzung handelt, die Trennwand 11, die Elektrodenstrukturen 51 und 53 sowie die isolierenden Substrate 52.
  • Bei der Halbleitereinheit 400 sind zwei isolierende Leiterplatten 5 als Beispiel eines Falls angeordnet, bei dem eine Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Die Trennwand 11 ist um den äußeren peripheren Bereich (den peripheren Randbereich) der zwei isolierenden Leiterplatten 5 so angeordnet, dass sie die isolierenden Leiterplatten 5 umgibt. Die innere Seite der Trennwand 11 ist mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und die äußere Seite der Trennwand 11 ist mit dem Silikon-Gel 9 gefüllt.
  • Für die Trennwand 11 können ein thermoplastisches Harz und ein wärmehärtendes Harz verwendet werden. Als wärmehärtendes Harz kann zum Beispiel ein Silikon-Harz verwendet werden, das Material ist jedoch nicht speziell beschränkt, solange das Material als ein Damm fungieren kann, um eine Ausbreitung des Silikon-Gummis 10 zu verhindern, solange das Material in einem Aushärtungstemperaturbereich des Silikon-Gummis 10 seine Form aufrechterhalten kann und das Material eine nicht-leitende Eigenschaft aufweist.
  • Wie in 12 dargestellt, nutzen die zwei isolierenden Leiterplatten 5 die Trennwand 11 gemeinsam, die zwischen den zwei isolierenden Leiterplatten 5 ausgebildet ist. Die Trennwand 11 weist Anordnungsbereiche 111 für das Anordnen der isolierenden Leiterplatten 5 auf. Die isolierenden Leiterplatten 5 sind in den Anordnungsbereichen 111 angeordnet, wobei die Abmessung L6 aufrechterhalten wird. Als Trennwand 11, wie in 9 dargestellt, kann die Trennwand 11 ferner so angeordnet sein, dass sie den gesamten äußeren peripheren Bereich von jeder der isolierenden Leiterplatten 5 unabhängig für die einzelnen isolierenden Leiterplatten 5 umgibt.
  • Bei der Halbleitereinheit, die so konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben, sind der Zwischenraum S1, der von der Basisplatte 1 und der isolierenden Leiterplatte 5 umgeben ist, und der periphere Randbereich der isolierenden Leiterplatte 5 mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und demzufolge kann die Erzeugung von Luftblasen in dem Zwischenraum S1 unterbunden werden. Im Ergebnis kann der Isolationsabstand an dem Oberflächenbereich der isolierenden Leiterplatte 5 mit der Unterbindung einer Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und der Basisplatte 1 in dem Zwischenraum S1 sichergestellt werden, und so kann die Isolationszuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert werden.
  • Auch wenn eine Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 in dem Gehäuse angeordnet wird, ist der Zwischenraum zwischen der Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 ferner mit dem Silikon-Gummi 10 gefüllt, und demzufolge kann die Erzeugung von Luftblasen zwischen der Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 unterbunden werden. Im Ergebnis kann der Isolationsabstand an dem Oberflächenbereich der isolierenden Leiterplatte 5 mit der Unterbindung einer Abtrennung zwischen dem Silikon-Gummi 10 und der Basisplatte 1 zwischen der Mehrzahl von isolierenden Leiterplatten 5 sichergestellt werden, und so kann die Isolationszuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert werden.
  • Ferner ist die Trennwand 11 angeordnet, und demzufolge kann der mit dem Silikon-Gummi 10 zu füllende Bereich minimiert werden, und die Erzeugung von Rissen in dem Bonding-Material 3 kann unterbunden werden. So kann eine Halbleitereinheit hergestellt werden, die im Vergleich zu den Isolationscharakteristika der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Halbleitereinheit 100 eine höhere Isolationszuverlässigkeit aufweist.
  • Vierte Ausführungsform
  • Bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend erwähnten ersten bis dritten Ausführungsform bei einem Leistungswandler verwendet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen spezifischen Leistungswandler beschränkt, als vierte Ausführungsform ist jedoch nachstehend ein Fall beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung bei einem Drei-Phasen-Wechselrichter verwendet wird.
  • 13 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Konfiguration eines Leistungswandlersystems, bei dem ein Leistungswandler gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Das in 13 dargestellte Leistungswandlersystem weist Folgendes auf: eine Stromversorgung 1000, einen Leistungswandler 2000 sowie eine Last 3000. Bei der Stromversorgung 1000 handelt es sich um eine Gleichstromversorgung, und diese ist so konfiguriert, dass dem Leistungswandler 2000 eine DC-Energie zugeführt wird. Für die Stromversorgung 1000 können verschiedene Stromversorgungen eingesetzt werden.
  • Zum Beispiel kann ein DC-System, eine Solar-Batterie oder eine Speicherbatterie eingesetzt werden, oder es kann eine Gleichrichterschaltung oder ein Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Wandler eingesetzt werden, der mit einem AC-System verbunden ist. Ferner kann die Stromversorgung 1000 durch einen DC/DC-Wandler konfiguriert werden, um eine DC-Energie, die von einem DC-System abgegeben wird, in eine vorgegebene Energie umzuwandeln.
  • Bei dem Leistungswandler 2000 handelt es sich um einen Drei-Phasen-Wechselrichter, der zwischen die Stromversorgung 1000 und die Last 3000 geschaltet ist und der so konfiguriert ist, dass die DC-Energie, die von der Stromversorgung 1000 zugeführt wird, in eine AC-Energie umgewandelt wird, so dass der Last 3000 die AC-Energie zugeführt wird. Wie in 13 dargestellt, weist der Leistungswandler 2000 eine Hauptwandlerschaltung 2001 auf, die so konfiguriert ist, dass die DC-Energie in eine AC-Energie umgewandelt wird, so dass die AC-Energie abgegeben wird, und weist eine Steuerschaltung 2003 auf, die so konfiguriert ist, dass sie ein Steuersignal zum Steuern der Hauptwandlerschaltung 2001 an die Hauptwandlerschaltung 2001 abgibt.
  • Bei der Last 3000 handelt es sich um einen Drei-Phasen-Elektromotor, der durch die AC-Energie anzutreiben ist, die von dem Leistungswandler 2000 zugeführt wird. Die Last 3000 ist nicht auf eine spezifische Anwendung beschränkt und kann ein Elektromotor sein, der an verschiedenen Typen von elektrischen Geräten montiert ist. Die Last 3000 wird zum Beispiel als ein Elektromotor für ein HybridFahrzeug, ein Elektrofahrzeug, einen Eisenbahnwagen, einen Fahrstuhl oder eine Klimaanlage verwendet.
  • Nachstehend werden Details des Leistungswandlers 2000 beschrieben. Die Hauptwandlerschaltung 2001 weist ein (nicht gezeigtes) Schaltelement sowie eine (nicht gezeigte) Freilaufdiode auf, die in eine Halbleitereinheit 2002 eingebaut sind. Wenn das Schaltelement geschaltet wird, wird die von der Stromversorgung 1000 zugeführte DC-Energie in die AC-Energie umgewandelt, die der Last 3000 zugeführt wird. Es gibt verschiedene Typen von spezifischen Schaltungskonfigurationen der Hauptwandlerschaltung 2001, bei der Hauptwandlerschaltung 2001 in der vierten Ausführungsform handelt es sich jedoch um eine zweistufige Drei-Phasen-Vollbrückenschaltung, die aus sechs Schaltelementen und sechs Freilaufdioden gebildet sein kann, die antiparallel zu den jeweiligen Schaltelementen geschaltet sind.
  • Die Hauptwandlerschaltung 2001 weist die irgendeiner der vorstehend erwähnten ersten bis dritten Ausführungsform entsprechende Halbleitereinheit 2002 auf, welche die eingebauten Schaltelemente und die eingebauten Freilaufdioden aufweist. Jeweils zwei der sechs Schaltelemente sind in Reihe geschaltet, um obere und untere Zweige zu bilden. Jeder von den oberen und unteren Zweigen bildet jeweils eine Phase (U-Phase, V-Phase oder W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ferner sind Ausgangsanschlüsse der oberen und unteren Zweige, das heißt, drei Ausgangsanschlüsse der Hauptwandlerschaltung 2001, mit der Last 3000 verbunden.
  • Ferner weist die Hauptwandlerschaltung 2001 eine (nicht gezeigte) Antriebsschaltung auf, die so konfiguriert ist, dass sie jedes Schaltelement antreibt. Die Antriebsschaltung kann in die Halbleitereinheit 2002 eingebaut sein, oder es kann eine Antriebsschaltung separat von der Halbleitereinheit 2002 angeordnet sein. Die Antriebsschaltung ist so konfiguriert, dass sie ein Antriebssignal zum Antreiben der Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 2001 erzeugt und den Steuerelektroden der Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 2001 das Antriebssignal zuführt.
  • Insbesondere werden in Reaktion auf das Steuersignal von der später zu beschreibenden Steuerschaltung 2003 ein Antriebssignal zum Einschalten des Schaltelements und ein Antriebssignal zum Ausschalten des Schaltelements an die Steuerelektroden der Schaltelemente abgegeben. Wenn der EIN-Zustand des Schaltelements aufrechterhalten werden soll, handelt es sich bei dem Antriebssignal um ein Spannungssignal (ein EIN-Signal), das gleich einer Schwellenspannung des Schaltelements oder höher als diese ist, und wenn der AUS-Zustand des Schaltelements aufrechterhalten werden soll, handelt es sich bei dem Antriebssignal um ein Spannungssignal (ein AUS-Signal), das gleich der Schwellenspannung des Schaltelements oder niedriger als diese ist.
  • Die Steuerschaltung 2003 steuert die Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 2001 so, dass der Last 3000 eine gewünschte Energie zugeführt wird. Insbesondere berechnet die Steuerschaltung 2003 basierend auf der Energie, die der Last 3000 zuzuführen ist, eine Zeitspanne (eine EIN-Zeitspanne), während der erforderlich ist, dass sich jedes Schaltelement der Hauptwandlerschaltung 2001 im EIN-Zustand befindet. Die Steuerschaltung 2003 kann zum Beispiel die Hauptwandlerschaltung 2001 basierend auf einer PWM-Steuerung steuern, bei der die EIN-Zeitspanne des Schaltelements gemäß der Spannung moduliert wird, die abgegeben werden soll.
  • Dann gibt die Steuerschaltung 2003 einen Steuerbefehl (ein Steuersignal) an die Antriebsschaltung der Hauptwandlerschaltung 2001 ab, so dass zu jedem Zeitpunkt ein EIN-Signal an das Schaltelement abgegeben wird, das in den EIN-Zustand versetzt werden soll, und ein AUS-Signal an das Schaltelement abgegeben wird, das in den AUS-Zustand versetzt werden soll. Die Antriebsschaltung gibt das EIN-Signal oder das AUS-Signal gemäß diesem Steuersignal als Antriebssignal an die Steuerelektrode jedes Schaltelements ab.
  • Bei dem Leistungswandler gemäß der vierten Ausführungsform, der so konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben, wird die Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der ersten bis dritten Ausführungsform als Halbleitereinheit 2002 der Hauptwandlerschaltung 2001 verwendet, und demzufolge kann die Zuverlässigkeit verbessert werden.
  • Bei der vierten Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung bei einem zweistufigen Drei-Phasen-Wechselrichter verwendet wird, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Leistungswandler angewendet werden. Wenngleich bei der vierten Ausführungsform der zweistufige Leistungswandler eingesetzt wird, kann ein dreistufiger oder ein mehrstufiger Leistungswandler eingesetzt werden, und die vorliegende Erfindung kann auf einen einphasigen Wechselrichter angewendet werden, wenn einer einphasigen Last Energie zugeführt werden soll. Wenn einer DC-Last oder dergleichen Energie zugeführt werden soll, kann die vorliegende Erfindung des Weiteren auf einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler angewendet werden.
  • Ferner ist der Leistungswandler, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet wird, nicht auf einen Leistungswandler beschränkt, bei dem die Last ein Elektromotor ist, wie vorstehend beschrieben. Der Leistungswandler kann zum Beispiel als eine Energiezufuhrvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine, ein Induktionskochfeld oder ein kontaktloses Energiezufuhrsystem verwendet werden. Ferner kann der Leistungswandler als ein Leistungskonditionierer zum Beispiel für ein Solarenergiesystem oder ein Stromspeichersystem verwendet werden.
  • Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als beschränkend, sondern in jeglicher Hinsicht als exemplarisch anzusehen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht durch den Umfang der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen definiert, sondern ist durch die beigefügten Ansprüche definiert und umfasst sämtliche Äquivalente und Variationen, die in den Umfang der Ansprüche fallen.
  • Ferner kann die Erfindung, soweit zweckmäßig, durch das Kombinieren einer Mehrzahl von Komponenten gestaltet werden, die in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen offenbart sind.
  • Beispiele
  • Es sind Ergebnisse einer Auswertung der ursprünglichen Isolationscharakteristika der Halbleitereinheit und der mit der Häufigkeit der Durchführung eines Wärmezyklustests veränderten Isolationscharakteristika unter Verwendung von Auswertungsproben (Halbleitereinheiten) gezeigt, die Strukturen aufweisen, die der ersten bis dritten Ausführungsform entsprechen, während ein einzuspritzendes Gummi-Material, die Höhe des einzuspritzenden Gummi-Materials und ein Intervall mit schmalem Zwischenraumbereich geändert werden.
  • Der Wärmezyklustest wurde durchgeführt, indem die gesamte Halbleitereinheit in einem Behälter mit konstanter Temperatur angeordnet wurde, dessen Temperatur gesteuert werden konnte, und indem die Temperatur des Behälters mit konstanter Temperatur in einem Bereich von -40 °C bis 180 °C wiederholt geändert wurde. Bei dem Wärmezyklustest wird die Auswertungsprobe als ein Zyklus über 30 Minuten hinweg bei -40 °C gehalten und dann über 30 Minuten hinweg bei 200 °C gehalten, und dieser Zyklus wird 1000 Mal wiederholt.
  • Beispiel 1
  • Die Auswertungsprobe, die der ersten Ausführungsform entspricht, wurde hergestellt wie folgt. Das Halbleiterelement mit einer Abmessung von 11 mm × 12 mm und die isolierende Leiterplatte 5 (die aus einer Keramik hergestellt war) mit einer Abmessung von 50 mm × 60 mm wurden über das als ein Bonding-Material dienende Lot 3 an der Basisplatte 1 montiert, bei der es sich um eine Metallplatte mit einer Abmessung von 100 mm × 150 mm handelte. Als Bonding-Drähte 6 wurden Aluminium-Drähte mit Durchmessern von 0,4 mm und 0,2 mm verwendet.
  • Das durch Spritzgießen mit Insert-Technik gebildete Gehäuse-Element 2 wurde mit einem Klebstoff an der Metallplatte 1 montiert, und dann wurde das Silikon-Gummi 10 bis zu verschiedenen Höhen eingespritzt. Das füllende Silikon-Gel 9 mit einer Härte von 70 in Bezug auf eine Durchdringung wurde auf die obere Oberfläche des Silikon-Gummis 10 eingespritzt.
  • Um die Erzeugung von Luftblasen und das Auftreten einer Abtrennung in dem Silikon-Gel 9 zu fördern, wurde die aus den vorstehend erwähnten Elementen gebildete Halbleitereinheit nicht einem Dekompressionsprozess zur Reduzierung von Luftblasen unterzogen und wurde hergestellt, indem das Silikon-Gel 9 unter atmosphärischem Druck in den von dem Gehäuse-Element 2 umgebenen Bereich eingespritzt wurde, indem das Silikon-Gel 9 über 30 Minuten hinweg unter atmosphärischem Druck belassen wurde und indem das Silikon-Gel 9 dann bei 90 °C/1 Std. gehärtet wurde. Als Ergebnisse des Wärmezyklustests wurden die ursprüngliche dielektrische Durchschlagspannung und die dielektrischen Durchschlagspannungen für alle 250 Zyklen gemessen.
  • In Tabelle 1 sind Ergebnisse des Wärmezyklustests und Ergebnisse einer Beobachtung des äußeren Erscheinungsbilds der Auswertungsprobe mit der in 2 dargestellten Struktur gezeigt, das heißt, der Auswertungsproben, die durch Einspritzen des Silikon-Gummis 10 in den unteren Bereich des isolierenden Substrats 52 der Halbleitereinheit 100 hergestellt wurden.
  • 14 ist eine strukturelle schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Füllhöhe des Silikon-Gummis an dem peripheren Randbereich der isolierenden Leiterplatte bei dem Beispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 14 dargestellt, wurde der Wärmezyklustest unter vier Bedingungen durchgeführt, bei denen die jeweiligen Füllhöhen des Silikon-Gummis 10 gleich 0 (keine Füllhöhe), H1 (Höhe für eine Abdeckung von zwei Flächen, insbesondere der unteren Fläche und der seitlichen Fläche der isolierenden Leiterplatte 5), H2 (Höhe für eine Abdeckung von drei Flächen, insbesondere der unteren Fläche, der seitlichen Fläche und der oberen Fläche der isolierenden Leiterplatte 5) und H3 waren (Höhe für eine Abdeckung von drei Flächen, insbesondere der unteren Fläche, der seitlichen Fläche und der oberen Fläche der isolierenden Leiterplatte 5 sowie des Draht-Bondings). Bei jedem Typ von Auswertungen wurden drei Halbleitereinheiten ausgewertet.
  • Bei dem Test der dielektrischen Durchschlagspannung und der Durchgangsprüfung in Tabelle 1, die zum Zeitpunkt des Wärmezyklustests durchgeführt wurden, bezeichnet „o“ Fälle, in denen sämtliche drei Halbleitereinheiten den Test bestanden, „△“ bezeichnet Fälle, in denen eine oder zwei Halbleitereinheiten den Test bestanden, und „ד bezeichnet Fälle, in denen keine Halbleitereinheit den Test bestand. Tabelle 1
    Zuverlässigkeitstest (Wärmezyklustest: -40 °C/200 °C)
    Anzahl von Testzyklen/Zykl. 0 250 500 1000
    Füll-Gummi: keines dielektrische Durchschlagspannung ◯ × × ×
    Durchgangsprüfung ◯ ◯ ◯ ◯
    Gummi - Höhe: H1 dielektrische Durchschlagspannung ◯ ◯ Δ Δ
    Durchgangsprüfung ◯ ◯ ◯ ◯
    Gummi - Höhe: H2 dielektrische Durchschlagspannung ◯ ◯ ◯ ◯
    Durchgangsprüfung ◯ ◯ ◯ ◯
    Gummi - Höhe: H3 dielektrische Durchschlagspannung ◯ ◯ ◯ ◯
    Durchgangsprüfung ◯ Δ × ×
  • Es werden die in Tabelle 1 gezeigten Testergebnisse beschrieben. Bei der Probe ohne das Silikon-Gummi wurde festgestellt, dass, wenn 250 Zyklen des Wärmezyklustests durchgeführt wurden, Luftblasen in der Nähe der isolierenden Leiterplatte vergrößert wurden und die dielektrische Durchschlagspannung verringert wurde. Bei der Probe, bei der die Höhe des Silikon-Gummis mit H1 vorgegeben war, wurde ferner festgestellt, dass die dielektrische Durchschlagspannung verringert wurde, wenn 500 Zyklen des Wärmezyklustests durchgeführt wurden.
  • Bei der Probe, bei der die Höhe des Silikon-Gummis mit H2 vorgegeben war, wurde im Gegensatz dazu festgestellt, dass die dielektrische Durchschlagspannung aufrechterhalten wurde, auch nachdem 1000 Zyklen des Wärmezyklustests durchgeführt waren. Bei der Probe, bei der die Höhe des Silikon-Gummis mit H3 vorgegeben war, wurde ferner festgestellt, dass aufgrund einer Abtrennung des Bonding-Drahts eine Durchgangsstörung auftrat, wenn 250 Zyklen des Wärmezyklustests durchgeführt wurden.
  • Aufgrund der vorstehend erwähnten Resultate wurde festgestellt, dass die Erzeugung und Vergrößerung von Luftblasen durch Einspritzung von Silikon-Gummi in den unteren Bereich der isolierenden Leiterplatte der Halbleitereinheit unterbunden werden können und die dielektrische Durchschlagspannung aufrechterhalten werden kann.
  • Ferner wurde festgestellt, dass eine große Wirkung erzielt werden kann, wenn die Höhe des Silikon-Gummis so vorgegeben wird, dass der Endbereich der Elektrodenstruktur auf der Vorderseite bedeckt ist, bei der die Häufigkeit der Erzeugung von Luftblasen in dem Füllmaterial hoch ist, das heißt, die drei Flächen bedeckt sind, insbesondere die untere Fläche, die seitliche Fläche und die obere Fläche des isolierenden Substrats. Ferner wurde festgestellt, dass eine Abtrennung des Drahts auftritt, wenn der Bonding-Draht bedeckt wird.
  • Beispiel 2
  • Die Auswertungsproben, die der ersten und der zweiten Ausführungsform entsprechen, wurden hergestellt wie folgt. Das Halbleiterelement mit einer Abmessung von 11 mm × 12 mm und die isolierende Leiterplatte (die aus einer Keramik besteht) mit einer Abmessung von 50 mm × 60 mm wurden über das Lot, das als Bonding-Material dient, an der Basisplatte montiert, bei der es sich um eine Metallplatte mit einer Abmessung von 100 mm × 150 mm handelt. Als Bonding-Drähte wurden Aluminium-Drähte mit Durchmessern von 0,4 mm und 0,2 mm verwendet. Das Gehäuse-Element, das durch Spritzgießen mit Insert-Technik gebildet wurde, wurde mit einem Klebstoff an der Metallplatte montiert, und dann wurden verschiedene Silikon-Gummis mit unterschiedlichen Viskositäten eingespritzt. Das Silikon-Gel mit einer Härte von 70 in Bezug auf eine Durchdringung wurde auf die obere Oberfläche des Silikon-Gummis eingespritzt.
  • In Tabelle 2 sind Ergebnisse einer Messung der ursprünglichen partiellen Entladungseigenschaften nach einem Einspritzen verschiedener Silikon-Gummis mit Viskositäten von 80 Pa·s, 40 Pa·s, 20 Pa·s, 5 Pa·s, und 0,5 Pa·s in die Auswertungsproben gezeigt, die so vorgegeben waren, dass sie drei Bedingungen für die Dicke der Elektrodenstruktur der isolierenden Leiterplatte mit 1000 µm, 500 µm, and 300 µm und vier Bedingungen für den Kriechabstand, der dem freiliegenden Keramikbereich der isolierenden Leiterplatte entspricht, mit 1 mm, 1,5 mm, 2 mm und 2,5 mm aufwiesen. Tabelle 2
    Auswertung der partiellen Entladungseigenschaften
    Intervall mit schmalem Zwischenraum Kriech abstand :1 mm Kriech abstand :1,5 mm Kriech abstand :2 mm Kriech abstand :2,5 mm
    Viskosität: 80 Pa·s Dicke: 1000 µm ◯ Δ × ×
    Dicke: 500 µm ◯ Δ × ×
    Dicke: 300 µm Δ × × ×
    Viskosität: 40 Pa·s Dicke: 1000 µm ◯ ◯ ◯ Δ
    Dicke: 500 µm ◯ ◯ Δ Δ
    Dicke: 300 µm ◯ Δ Δ Δ
    Viskosität: 20 Pa·s Dicke: 1000 µm ◯ ◯ ◯ ◯
    Dicke: 500 µm ◯ ◯ ◯ ◯
    Dicke: 300 µm ◯ ◯ ◯ ◯
    Viskosität: 5 Pa.s Dicke: 1000 µm ◯ ◯ ◯ ◯
    Dicke: 500 µm ◯ ◯ ◯ ◯
    Dicke: 300 µm ◯ ◯ ◯ ◯
    Viskosität: 0,5 Pa·s Dicke: 1000 µm ◯ ◯ ◯ ◯
    Dicke: 500 µm ◯ ◯ ◯ ◯
    Dicke :300 µm ◯ ◯ ◯ ◯
  • Bei jedem Typ der Auswertungen wurden drei Halbleitereinheiten ausgewertet. Bei der Messung der partiellen Entladung in Tabelle 2 bezeichnet „o“ Fälle, in denen sämtliche drei Halbleitereinheiten den Test bestanden, „△“ bezeichnet Fälle, in denen eine oder zwei Halbleitereinheiten den Test bestanden, und „ד bezeichnet Fälle, in denen keine Halbleitereinheit den Test bestand.
  • Es werden die in Tabelle 2 gezeigten Testergebnisse beschrieben. Bei der Probe, welche eine Viskosität des Silikon-Gummis von 80 Pa·s aufwies, wurde festgestellt, dass die partiellen Entladungseigenschaften gemindert wurden, wenn der Kriechabstand gleich 1,5 mm oder größer war. Ferner wurde festgestellt, dass die partiellen Entladungseigenschaften gemindert wurden, wenn die Dicke eines Bereichs unterhalb des Substrats verringert wurde.
  • Es wird in Betracht gezogen, dass der Grund dafür ist, dass das Silikon-Gummi nicht vollständig in den unteren Bereich des isolierenden Substrats eingespritzt werden konnte, wobei in Betracht gezogen wird, dass dies durch das Füll-Leistungsvermögen in einen Bereich mit einer geringen Dicke der Elektrodenstruktur und einem großen Kriechabstand, das heißt, in den Bereich mit geringem Zwischenraum, beeinflusst wird.
  • Eine ähnliche Tendenz wurde auch bei der Probe mit einer Viskosität des Silikon-Gummis von 40 Pa·s beobachtet, und es wurde festgestellt, dass die partiellen Entladungseigenschaften gemindert wurden, wenn der Kriechabstand gleich 2 mm oder größer war. Bei der Probe mit einer Viskosität des Silikon-Gummis von 20 Pa·s wurde festgestellt, dass sich, auch wenn ein Bereich mit schmalem Zwischenraum mit einem Kriechabstand von 2 mm oder mehr und einer Dicke der Elektrodenstruktur von 300 µm ausgebildet war, ausreichende partielle Entladungseigenschaften zeigten.
  • Bei den Proben mit Viskositäten des Silikon-Gummis von 20 Pa·s, 5 Pa·s und 0,5 Pa·s wurde festgestellt, dass sich ungeachtet des Kriechabstands und der Dicke der Elektrodenstruktur zufriedenstellende partielle Entladungseigenschaften innerhalb eines dabei ausgewerteten Bereichs zeigten.
  • Aufgrund der vorstehend erwähnten Ergebnisse wurde festgestellt, dass in einer Halbleitereinheit mit einem Bereich mit schmalem Zwischenraum, in dem der Kriechabstand des isolierenden Substrats der Halbleitereinheit gleich 1 mm oder größer ist und die Füllhöhe des Silikon-Gummis unterhalb des Oberflächenbereichs gleich 1 mm oder geringer ist, hohe partielle Entladungseigenschaften aufrechterhalten werden können, wenn die Viskosität des Silikon-Gummis, das in den schmalen Zwischenraum eingespritzt werden soll, gleich 20 Pa·s oder geringer ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Basisplatte
    2
    Gehäuse-Element
    3
    Bonding-Material
    4
    Halbleiterelement
    5
    isolierende Leiterplatte
    6
    Bonding-Draht
    7
    Elektrodenanschluss
    8
    Abdeckungselement
    9
    Silikon-Gel
    10
    Silikon-Gummi
    11
    Trennwand
    51, 53
    Elektrodenstruktur
    52
    isolierendes Substrat
    111
    Anordnungsbereich
    100, 200, 300, 400, 2002
    Halbleitereinheit
    1000
    Stromversorgung
    2000
    Leistungswandler
    2001
    Hauptwandlerschaltung
    2003
    Steuerschaltung
    3000
    Last
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 8125071 A [0012]

Claims (12)

  1. Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - ein isolierendes Substrat mit einer Leiterschicht, die an jeder von einer Oberseite und einer Unterseite des isolierenden Substrats ausgebildet ist, wobei auf der Leiterschicht an der Oberseite ein Halbleiterelement montiert ist; - eine Basisplatte, die an die Leiterschicht an der Unterseite gebondet ist; - ein Gehäuse-Element, welches das isolierende Substrat umgibt und an einer Oberfläche der Basisplatte haftet, an welche die Leiterschicht an der Unterseite gebondet ist; - ein erstes Füllmaterial, das aus einer Silikon-Zusammensetzung besteht, die in einen von der Basisplatte und dem Gehäuse-Element umgebenen Bereich eingespritzt ist; und - ein zweites Füllmaterial, das aus einer Silikon-Zusammensetzung besteht, die härter als das erste Füllmaterial ist, wobei das zweite Füllmaterial einen peripheren Randbereich des isolierenden Substrats unterhalb des ersten Füllmaterials in dem Bereich umgibt, wobei das zweite Füllmaterial in einen Bereich eingespritzt ist, in dem die Höhe von der Basisplatte aus höher als die Oberseite ist und niedriger als eine Bonding-Fläche zwischen dem Halbleiterelement und der Leiterschicht an der Oberseite ist.
  2. Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei das zweite Füllmaterial eine Viskosität in einem Bereich von 0,5 Pa·s bis 20 Pa·s aufweist.
  3. Halbleitereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kriechabstand des isolierenden Substrats, das von der Leiterschicht freigelegt ist, gleich 1 mm oder größer ist und wobei der Abstand von der Basisplatte zu einem Oberflächenbereich einer Unterseite des isolierenden Substrats, der mit dem zweiten Füllmaterial gefüllt ist, in einem Bereich von 0,3 mm bis 1 mm liegt.
  4. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstand zwischen dem Gehäuse-Element und dem isolierenden Substrat in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm liegt.
  5. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Füllmaterial eine Härte mit der Shore-A-Härte in einem Bereich von 10 bis 70 aufweist.
  6. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Füllmaterial eine Härte von 20 bis 100 in Bezug auf eine Durchdringung aufweist.
  7. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das isolierende Substrat eine Mehrzahl von isolierenden Substraten aufweist, die an die Basisplatte gebondet sind.
  8. Halbleitereinheit nach Anspruch 7, wobei der Abstand zwischen der Mehrzahl von isolierenden Substraten, die an die Basisplatte gebondet sind, in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm liegt.
  9. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die des Weiteren eine Trennwand aufweist, die um die gesamte äußere Peripherie des isolierenden Substrats herum ausgebildet ist, wobei eine innere Seite der Trennwand mit dem zweiten Füllmaterial gefüllt ist.
  10. Halbleitereinheit nach Anspruch 9, wobei der Abstand von einem Endbereich des isolierenden Substrats zu der Trennwand kleiner als der Abstand zwischen dem Gehäuse-Element und dem isolierenden Substrat ist und in einem Bereich von 2 mm oder mehr und von weniger als 10 mm liegt.
  11. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Füllmaterial ein Silikon-Gel aufweist und wobei das zweite Füllmaterial ein Silikon-Gummi aufweist.
  12. Leistungswandler, der Folgendes aufweist: - eine Hauptwandlerschaltung, welche eine Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist und die so konfiguriert ist, dass sie eine in die Hauptwandlerschaltung eingegebene Leistung in eine Ausgangsleistung umwandelt, die mittels der Umwandlung erhalten wird; und - eine Steuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Steuersignal zur Steuerung der Hauptwandlerschaltung an die Hauptwandlerschaltung abgibt.
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