DE112017006842T5 - Halbleitereinheit und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

Halbleitereinheit und verfahren zur herstellung derselben Download PDF

Info

Publication number
DE112017006842T5
DE112017006842T5 DE112017006842.8T DE112017006842T DE112017006842T5 DE 112017006842 T5 DE112017006842 T5 DE 112017006842T5 DE 112017006842 T DE112017006842 T DE 112017006842T DE 112017006842 T5 DE112017006842 T5 DE 112017006842T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrode
semiconductor
areas
attachment
frame member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112017006842.8T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112017006842B4 (de
Inventor
Yuya Muramatsu
Noriyuki Besshi
Ryuichi Ishii
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE112017006842T5 publication Critical patent/DE112017006842T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112017006842B4 publication Critical patent/DE112017006842B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49838—Geometry or layout
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/053—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/15—Ceramic or glass substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/60—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation
    • H01L2021/60007—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process
    • H01L2021/60015—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process using plate connectors, e.g. layer, film
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/60—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation
    • H01L2021/60007—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process
    • H01L2021/60022—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process using bump connectors, e.g. for flip chip mounting
    • H01L2021/60097—Applying energy, e.g. for the soldering or alloying process
    • H01L2021/6015—Applying energy, e.g. for the soldering or alloying process using conduction, e.g. chuck heater, thermocompression
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/3201—Structure
    • H01L2224/32012—Structure relative to the bonding area, e.g. bond pad
    • H01L2224/32014—Structure relative to the bonding area, e.g. bond pad the layer connector being smaller than the bonding area, e.g. bond pad
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/3205—Shape
    • H01L2224/32057—Shape in side view
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/3205—Shape
    • H01L2224/32057—Shape in side view
    • H01L2224/32058—Shape in side view being non uniform along the layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/32227—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the layer connector connecting to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/37001—Core members of the connector
    • H01L2224/3701—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40101—Connecting bonding areas at the same height, e.g. horizontal bond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/40137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/404—Connecting portions
    • H01L2224/40475—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas
    • H01L2224/40499—Material of the auxiliary connecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/4099—Auxiliary members for strap connectors, e.g. flow-barriers, spacers
    • H01L2224/40996—Auxiliary members for strap connectors, e.g. flow-barriers, spacers being formed on an item to be connected not being a semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/40998—Alignment aids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H01L2224/48229—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item the bond pad protruding from the surface of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73215—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73221—Strap and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8384—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/84801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/8484—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

Eine Halbleitereinheit (1) weist Folgendes auf: ein Keramiksubstrat (21), das an beiden Oberflächen Leiterschichten (23) und (24) aufweist; ein Halbleiterelement (11), das mit der oberen Leiterschicht (23) des Keramiksubstrats (21) verbunden ist; ein Rahmenelement (61), das an der oberen Leiterschicht (23) so angeordnet ist, dass es eine seitliche Oberfläche des Halbleiterelements (11) umgibt; sowie eine Elektrode (41), die über eine zweite Befestigungsschicht (32) mit einem oberen Bereich des Halbleiterelements (11) verbunden ist und Anbringungsbereiche (42) an einer seitlichen Oberfläche der Elektrode aufweist. An einer Innenwand des Rahmenelements (61) sind Anbringungsbereiche (62), die an den Anbringungsbereichen (42) der Elektrode (41) anzubringen sind, sowie vier Positionierungsbereiche (63) ausgebildet, die sich von der Innenwand des Rahmenelements (61) zu den seitlichen Oberflächen der Elektrode (41) erstrecken.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitereinheit und insbesondere auf eine Halbleitereinheit, bei der eine Elektrode mit einem Halbleiterelement verbunden ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren hat man Halbleitereinheiten verbreitet nicht nur für eine Verwendung in der allgemeinen Industrie und für eine Verwendung bei elektrischen Eisenbahnen, sondern auch für eine Verwendung in Fahrzeugen genutzt. Insbesondere für eine Verwendung in Fahrzeugen nimmt die Freiheit eines Teile-Layouts in einem Motorraum zu, wenn Leistungshalbleitereinheiten verkleinert verwenden können und eine Vibrationsbeständigkeit aufweisen, so dass sie in einem Fahrzeug in der Nähe eines Verbrennungsmotors oder eines Getriebes zu montieren sind, die besonders starke Vibrationen aufweisen, so dass dadurch die Verkleinerung eines gesamten Fahrzeugs erreicht werden kann. Das heißt, die Verkleinerung der Abmessungen und die Verbesserung der Vibrationsbeständigkeit der Halbleitereinheiten sind dringend erforderlich.
  • Wie später noch im Detail beschrieben wird, ist zur Realisierung der Verkleinerung der Halbleitereinheiten und der Verbesserung der Vibrationsbeständigkeit bei diesen eine hohe Montagegenauigkeit erforderlich, wenn eine Elektrode mit dem Halbleiterelement in der Halbleitereinheit verbunden wird. In der Patentliteratur 1 ist eine Technik beschrieben, bei der zur Unterbindung von positionellen Abweichungen, die zum Zeitpunkt des Verbindens der plattenförmigen Elektrode mit dem Halbleiterelement auftreten, das Rahmenelement so angeordnet ist, dass es das mit dem Keramiksubstrat verbundene Halbleiterelement umgibt, die konvexen Bereiche an der Innenwand des Rahmenelements ausgebildet sind und die konkaven Bereiche an den seitlichen Oberflächen der Elektrode ausgebildet sind und die konvexen Bereiche zum Zeitpunkt des Verbindens der Elektrode mit dem Halbleiterelement an den konkaven Bereichen der seitlichen Oberflächen der Elektrode angebracht werden, um dadurch positionelle Abweichungen der Elektrode zu unterbinden und zu minimieren.
  • LITERA TURLIS TE
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2016-051 878 A
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Wenn die Elektrode bei der Technik, wie in der Patentliteratur 1 beschrieben, mit der Halbleitereinheit verbunden wird, werden jedoch positionelle Abweichungen verhindert, indem die konvexen Bereiche des Rahmenelements an den konkaven Bereichen der seitlichen Oberflächen der Elektrode angebracht werden. Um solche positionellen Abweichungen zu verhindern, ist es jedoch erforderlich, die konkaven Bereiche der Elektrode etwas größer als die konvexen Bereiche des Rahmenelements zu bilden, um einen Zwischenraum für ein Einsetzen der Elektrode in das Rahmenelement zu liefern.
  • Aus diesem Grund ist es möglich, dass sich die plattenförmige Elektrode bei dem Prozess des Einsetzens der Elektrode in das Rahmenelement parallel zu der oberen Oberfläche des Halbleiterelements dreht und positionelle Abweichungen verursacht. Infolgedessen besteht die Gefahr, dass die Montagegenauigkeit möglicherweise verringert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Umstände konzipiert, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleitereinheit anzugeben, mit der eine hohe Montagegenauigkeit erreicht werden kann, wenn eine Elektrode mit einem Halbleiterelement verbunden werden soll.
  • Lösung für das Problem
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitereinheit angegeben, die Folgendes aufweist:
    • - ein Keramiksubstrat, das an beiden Oberflächen Leiterschichten aufweist;
    • - ein Halbleiterelement, das mit der einen der Leiterschichten des Keramiksubstrats verbunden ist;
    • - ein Rahmenelement, das an der einen Leiterschicht so angeordnet ist, dass es eine seitliche Oberfläche des Halbleiterelements umgibt; sowie
    • - eine Elektrode, die über eine Befestigungsschicht mit einem oberen Bereich des Halbleiterelements verbunden ist und einen ersten Anbringungsbereich aufweist, der an einer seitlichen Oberfläche der Elektrode ausgebildet ist, wobei ein zweiter Anbringungsbereich, der an dem ersten Anbringungsbereich der Elektrode angebracht ist, und ein erster Positionierungsbereich, der sich von einer Innenwand des Rahmenelements zu der seitlichen Oberfläche der Elektrode erstreckt, an der Innenwand des Rahmenelements ausgebildet sind.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleitereinheit angegeben werden, mit der beim Verbinden der Elektrode mit dem Halbleiterelement die Erzielung einer hohen Montagegenauigkeit ermöglicht wird.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 eine Draufsicht auf eine Halbleitereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' gemäß 1;
    • 3 eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B' gemäß 1;
    • 4A und 4B Ansichten zur Darstellung von zwei Beispielen für eine Form von Endbereichen einer zweiten Befestigungsschicht bei der Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine Ansicht zur Darstellung von Details von Zwischenräumen zwischen einem Rahmenelement und Elektroden bei der Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 6 eine Draufsicht auf eine Halbleitereinheit gemäß einem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 7 eine perspektivische Ansicht eines Halbleitersystems, das so konfiguriert ist, dass es eine Mehrzahl von modularen Halbleitereinheiten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
    • 8 eine Schnittansicht einer Halbleitereinheit gemäß einem weiteren Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 9 eine Schnittansicht der Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 10 eine Draufsicht auf eine Halbleitereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 11 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' gemäß 10;
    • 12 eine Schnittansicht der Halbleitereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 13 eine Draufsicht auf eine Halbleitereinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 14 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' gemäß 13
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nunmehr werden Ausführungsformen der Halbleitereinheit der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist anzumerken, dass es sich bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen lediglich um Beispiele handelt und die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Draufsicht auf eine Leistungshalbleitereinheit 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' gemäß 1, und 3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B' gemäß 1. In der folgenden Beschreibung ist eine positive Richtung der Z-Achse, die jeweils in 1 bis 3 gezeigt ist, als eine Richtung nach oben definiert.
  • Wie in 1 bis 3 dargestellt, sind Leistungshalbleiterelemente 11 auf einem Keramiksubstrat 21 angeordnet. Insbesondere weist das Keramiksubstrat 21 eine Keramikschicht 22, eine obere Leiterschicht 23 sowie eine untere Leiterschicht 24 auf. Die Halbleiterelemente sind über erste Befestigungsschichten 31 fest an der oberen Leiterschicht 23 des Keramiksubstrats 21 angebracht.
  • Als Material für die Keramikschicht 22 wird bevorzugt ein Material verwendet, das isolierende Eigenschaften aufweist und außerdem eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise A1N, Si3N4 oder Al2O3. Ferner wird für industrielle Nutzungen für die Dicke der Keramikschicht 22 eine Keramikschicht verwendet, die eine Dicke von etwa 0,3 mm bis 1 mm aufweist.
  • Als Material für die obere Leiterschicht 23 und die untere Leiterschicht 24 ist zum Beispiel Cu, Al oder ein laminierter Körper aus Cu und Al bevorzugt. Ferner wird für industrielle Nutzungen für die Dicke der oberen Leiterschicht 23 und der unteren Leiterschicht 24 eine Oberflächenleiterschicht verwendet, die eine Dicke von etwa 0,2 mm bis etwa 1 mm aufweist. Mit zunehmenden Dicken der oberen Leiterschicht 23 und der unteren Leiterschicht 24 wird die Wärmeabstrahlung von den Halbleiterelementen 11 größer, thermische Spannungen an der Keramikschicht 22 werden jedoch ebenfalls größer. Dementsprechend ist es zur Verhinderung von Bruchschäden erforderlich, einen großen Dickenspielraum sicherzustellen, und folglich werden in der Praxis häufig Oberflächenleiterschichten mit einer Dicke von etwa 0,3 mm verwendet.
  • Bei den ersten Befestigungsschichten 31 handelt es sich bevorzugt um ein Material auf der Basis von Metall, wie beispielsweise ein Lot, oder um ein Leitermaterial, das Ag oder Cu enthält, die jeweils eine gute Leitfähigkeit aufweisen und eine mechanische Befestigung ermöglichen. Insbesondere durch die Verwendung eines Materials, wie beispielsweise Ag, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, wird die Zuverlässigkeit der ersten Befestigungsschichten 31 erhöht, wenn die Betriebstemperatur der Halbleiterelemente 11 ansteigt.
  • Als Material für die Halbleiterelemente 11 wird im Allgemeinen Si verwendet, es kann jedoch auch ein Material verwendet werden, wie beispielsweise GaN oder SiC, das bei einer hohen Temperatur betrieben werden kann. Es ist bevorzugter, ein Material zu verwenden, mit dem ein solcher Betrieb bei einer hohen Temperatur möglich ist, da eine Verkleinerung der gesamten Halbleitereinheit 1 erreicht werden kann.
  • Ferner ist eine plattenförmige Elektrode 41 für eine Hauptschaltung an der oberen Oberfläche der oberen Leiterschicht 23 und der Halbleiterelemente 11 montiert. Insbesondere ist die Elektrode 41 über zweite Befestigungsschichten 32 mit den Halbleiterelementen 11 verbunden. Wie in 3 dargestellt, liegt das eine Ende der Elektrode 41 in der Richtung der Halbleitereinheit 1 nach oben frei.
  • Als Material für die Elektrode 41 wird bevorzugt ein Material verwendet, wie beispielsweise Cu oder eine Cu-Legierung, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und problemlos großtechnisch zu verwenden ist. Ferner dient die Elektrode 41 außerdem dazu, an der Oberfläche der Halbleiterelemente 11 erzeugte Wärme nach außen abzugeben, und demzufolge ist es erforderlich, dass die Elektrode 41 eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Aus diesem Grund wird insbesondere Cu bevorzugt verwendet.
  • Für die Dicke der Elektrode 41 wird ein Metallmaterial mit einer Dicke von etwa 0,2 mm bis 1 mm verwendet. Mit zunehmender Dicke werden thermische Spannungen an den Halbleiterelementen 11 größer, während dann, wenn die Dicke zu gering wird, ein Problem in Bezug auf eine Widerstandserwärmung aufgrund des elektrischen Widerstands zum Zeitpunkt einer Versorgung mit Energie verursacht werden kann. Infolgedessen ist es erforderlich, eine geeignete Dicke zu wählen. Wenn es die Umstände verlangen, ist es ferner außerdem wirkungsvoll, ihre scheinbare Steifigkeit durch das Bilden von Löchern im Hinblick auf eine Spannungsreduktion zu verringern, um Wärmespannungen zu reduzieren.
  • Als Material für die zweiten Befestigungsschichten 32 wird bevorzugt ein Material verwendet, das eine Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise ein Lot, Ag, Cu oder eine CuSn-Legierung. Ferner sind die zweiten Befestigungsschichten 32 so konfiguriert, dass sie direkt in Kontakt mit den Halbleiterelementen 11 kommen, und demzufolge weisen die zweiten Befestigungsschichten 32 bevorzugt einen hohen Schmelzpunkt auf. Dies liegt an einer solchen Beschaffenheit, dass sich dann, wenn ein Metall bei der Temperatur einer Rekristallisationstemperatur oder einer höheren Temperatur verwendet wird, eine Kristallkorngrenze aufgrund von Diffusion bewegt, Kristallkörper grobkörnig werden und die zweiten Befestigungsschichten 32 in Bezug auf Metallermüdung schwächer werden.
  • Aus diesem Grund wird vom Gesichtspunkt der langfristigen Zuverlässigkeit her bevorzugt zum Beispiel ein Ag-Sintermaterial, ein Cu-Sintermaterial oder ein CuSn-Sintermaterial verwendet, das zum Zeitpunkt des Verbindens einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, das jedoch einen Schmelzpunkt aufweist, der während des Verbindens ansteigt.
  • Wenn für die Verbindungsbereiche zwischen der Elektrode 41 und den Halbleiterelementen 11 eine besonders hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist, dann ist es ferner wirkungsvoll, nicht nur Cu für das Material der Elektrode 41 zu verwenden, sondern auch dafür zu sorgen, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient der Elektrode 41 näher bei dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterelemente 11 liegt (zum Beispiel 2,5 ppm/K für Silicium).
  • Wenn die Elektrode 41 zum Beispiel aus einem Plattierungsmaterial gebildet ist, bei dem Cu, Invar (Fe-36% Ni-Legierung) und Cu in drei Schichten laminiert sind, so ist es möglich, den scheinbaren linearen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode 41 in Bezug auf ein Dickenverhältnis derselben zu steuern. Wenn der Anteil des Invar erhöht wird, wird ein Wert von 4 ppm/K (Cu:Invar:Cu = 1:8:1) bestimmt, und wenn der Anteil des Invar verringert wird, wird ein Wert von 13 ppm/K (Cu:Invar:Cu = 2:1:2) bestimmt. So kann der scheinbare lineare Ausdehnungskoeffizient der Elektrode 41 zwischen Silicium (2,5 ppm/K) und Kupfer (17 ppm/K) frei geändert werden.
  • Wenn gemäß der vorstehenden Beschreibung eine Verringerung des Unterschieds zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode 41 und der Halbleiterelemente 11 durchgeführt wird, so wird ein Verformungsausmaß der zweiten Befestigungsschichten 32 reduziert, die zwischen diesen angeordnet sind, mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit der Verbindungsbereiche zwischen der Elektrode 41 und den Halbleiterelementen 11 verbessert werden kann.
  • Ferner ist an der oberen Leiterschicht 23 ein Rahmenelement 61 so angeordnet, dass es die Halbleiterelemente 11 umgibt. An der Innenwand des Rahmenelements 61 sind Anbringungsbereiche (zweite Anbringungsbereiche) 62 an Positionen ausgebildet, die einander gegenüberliegen. Ferner sind an den seitlichen Oberflächen der Elektrode 41 Anbringungsbereiche (erste Anbringungsbereiche) 42 an Positionen ausgebildet, die den Anbringungsbereichen 62 des Rahmenelements 61 entsprechen.
  • Weiterhin sind an der Innenwand des Rahmenelements 61 vier Positionierungsbereiche (erste Positionierungsbereiche) 63 so ausgebildet, dass sie sich von der Innenwand des Rahmenelements 61 zu den seitlichen Oberflächen der Elektrode 41 erstrecken. Um eine derartige Gestalt zu erzeugen, ist es bevorzugt, dass die Elektrode 41 einer maschinellen Bearbeitung unterzogen wird, wie beispielsweise einem Stanzen.
  • Wenn die Elektrode 41 mit den Halbleiterelementen 11 verbunden wird, so wird die Elektrode 41 in einen Bereich im Inneren des Rahmenelements 61 eingesetzt und wird dann nach unten gedrückt. Bei dem Drücken werden die Anbringungsbereiche 42 der Elektrode 41 an den Anbringungsbereichen 62 des Rahmenelements 61 angebracht, und die seitlichen Oberflächen der Elektrode 41 werden in den Bereich eingesetzt, der durch jeweilige Enden der vier Positionierungsbereiche 63 des Rahmenelements 61 definiert ist. Das heißt, das Rahmenelement 61 spielt die Rolle einer Positionierungsführung für die Elektrode 41.
  • Ferner steht ein unterer Bereich der einen Seite des Rahmenelements 61 nach innen vor, und an diesem Bereich ist ein Anschlussblock 71 angeordnet. Die Halbleiterelemente 11 sind durch Signalleitungen 51, die aus Al, Cu, Au oder dergleichen bestehen, mit dem Anschlussblock 71 elektrisch verbunden.
  • Als Material für das Rahmenelement 61 wird bevorzugt ein Harzmaterial verwendet, das einem Spritzgießen unterzogen werden kann und das eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist. Zum Beispiel sind insbesondere Polyphenylensulfid (PPS), ein Flüssigkristallharz, ein Harz auf der Basis von Fluor oder dergleichen bevorzugt. Für ein Verfahren zur Befestigung des Rahmenelements 61 wird bevorzugt ein weicher Klebstoff verwendet, wie beispielsweise Silikone. Wenngleich in 1 bis 3 nicht eigens dargestellt, ist ferner ein Abdichtungsharz ins Innere des Rahmenelements 61 einzuspritzen, und die Elektrode 41 und die Halbleiterelemente 11 werden mit dem Harz abgedichtet.
  • Als nächstes wird ein Einsatz der Halbleitereinheit 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Als ein Anwendungsbeispiel für die Halbleitereinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wechselrichter zum Antreiben eines Motors in einem Fahrzeug oder dergleichen entworfen. Wenn der Motor angetrieben wird, fließt im Allgemeinen ein Strom von mehreren hundert Ampere, und demzufolge tritt basierend auf einer Temperaturänderung in Verbindung mit einer Erhöhung oder einer Verringerung des Last des Motors an den Verbindungsbereichen (den ersten Befestigungsschichten 31 und den zweiten Befestigungsschichten 32) im Inneren der Halbleitereinheit 1 eine Verformung aufgrund von thermischen Spannungen auf.
  • Um dabei eine Verschlechterung der Verbindungsbereiche in Bezug auf eine Schädigung aufgrund von wiederholten Temperaturänderungen zu verhindern, ist es erforderlich, Verformungen aufgrund der thermischen Spannungen zu reduzieren, die in den Verbindungsbereichen hervorgerufen werden.
  • Im Allgemeinen wird die Verformung aufgrund von thermischen Spannungen an einem Punkt maximal, an dem der Unterschied zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien groß ist. Zum Beispiel ist der Unterschied der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den zweiten Befestigungsschichten 32 und den Halbleiterelementen 11 um die zweiten Befestigungsschichten 32 herum größer als jener zwischen der Elektrode 41 und den zweiten Befestigungsschichten 32. Ferner wird das Ausmaß einer Verformung außerdem durch die Form von Endbereichen der zweiten Befestigungsschichten 32 beeinflusst.
  • In 4 sind zwei Beispiele für die Formen der Endbereiche der zweiten Befestigungsschichten 32 dargestellt. Wie in 4A dargestellt, nimmt die Verformung zu, wenn die Endbereiche der zweiten Befestigungsschichten 32 so ausgebildet sind, dass sie einen spitzen Winkel in Bezug auf die Befestigungsoberfläche 12 des Halbleiterelements 11 aufweisen. Währenddessen nimmt die Verformung ab, wenn die Endbereiche der zweiten Befestigungsschichten 32 so ausgebildet sind, dass sie einen stumpfen Winkel in Bezug auf die Befestigungsoberfläche 12 des Halbleiterelements 11 aufweisen, wie in 4B dargestellt. Das heißt, um Verformungen aufgrund von thermischen Spannungen zu reduzieren, ist es von Bedeutung, dass die Formen der Endbereiche der zweiten Befestigungsschicht 32 einen stumpfen Winkel aufweisen, wie in 4B dargestellt.
  • Um die Formen der Endbereiche der zweiten Befestigungsschicht 32 zu erzeugen, wie beabsichtigt, ist es von Bedeutung, das Auftreten einer positionellen Abweichung zu verhindern, wenn die Elektrode 41 über die zweite Befestigungsschicht 32 mit dem Halbleiterelement 11 verbunden wird. Wie vorstehend in der Patentliteratur 1 beschrieben, werden die konkaven Bereiche an den seitlichen Oberflächen der Elektrode an den konvexen Bereichen des Rahmenelements angebracht, um das Auftreten positioneller Verschiebungen zu verhindern, wenn die Elektrode über die Befestigungsschicht mit dem Halbleiterelement verbunden wird.
  • Zu diesem Zweck ist es jedoch erforderlich, die konkaven Bereiche der Elektrode etwas größer als die konvexen Bereiche des Rahmenelements zu bilden, um so Zwischenräume für ein Einsetzen der Elektrode in das Rahmenelement anzuordnen. Aus diesem Grund ist es möglich, dass sich die plattenförmige Elektrode bei dem Prozess des Einsetzens der Elektrode in das Rahmenelement parallel zu der oberen Oberfläche des Halbleiterelements dreht und demzufolge eine Abweichung auftritt. Dementsprechend besteht die Gefahr, dass die Formen der Endbereiche der Befestigungsschicht nicht so erzeugt werden können, dass sie einen vorgesehenen stumpfen Winkel aufweisen.
  • Die Anbringungsbereiche 42 der Elektrode 41 sind bei der Halbleitereinheit 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Gegensatz dazu ausgebildet. Außerdem sind an der Innenwand des Rahmenelements 61 die Anbringungsbereiche 62, die an den Anbringungsbereichen 42 der Elektrode 41 anzubringen sind, und die vier Positionierungsbereiche 63 ausgebildet, die sich von der Innenwand des Rahmenelements 61 zu den seitlichen Oberflächen der Elektrode 41 erstrecken.
  • So verhindern die vier Positionierungsbereiche 63 bei dem Prozess des Einsetzens der Elektrode 41 in das Rahmenelement 61 die Drehung der Elektrode 41. Im Ergebnis kann eine hohe Montagegenauigkeit erreicht werden, wenn die Elektrode 41 über die zweiten Befestigungsschichten 32 mit den Halbleiterelementen 11 verbunden werden soll.
  • Ferner sind Zwischenräume D2 zwischen den Positionierungsbereichen 63 des Rahmenelements 61 und den seitlichen Oberflächen der Elektrode 41 so vorgegeben, dass sie kleiner als Zwischenräume D1 zwischen den Anbringungsbereichen 62 des Rahmenelements 61 und den Anbringungsbereichen 42 der Elektrode 41 sind, wie in 5 dargestellt. Im Ergebnis kann die Montagegenauigkeit der Elektrode 41 weiter verbessert werden. Bei den Zwischenräumen D1 und D2 handelt es sich um Zwischenräume, die zu der Positionierung der Elektrode 41 in der X-Richtung in dem Rahmenelement 61 beitragen.
  • Wenn die Zwischenräume zwischen der Elektrode 41 und den Anbringungsbereichen 62 des Rahmenelements 61 und zwischen der Elektrode 41 und den Positionierungsbereichen 63 des Rahmenelements 61 einfach nur kleiner gestaltet werden, besteht ferner die Gefahr, dass die Handhabbarkeit zum Zeitpunkt des Einsetzens der Elektrode 41 in das Rahmenelement 61 schlechter wird. Um damit zurechtzukommen, werden die Höhen der Anbringungsbereiche 62 des Rahmenelements 61 größer als die Höhen der Positionierungsbereiche 63 des Rahmenelements 61 vorgegeben, wie in 3 dargestellt.
  • Die Anbringungsbereiche 42 der Elektrode 41 werden im Voraus an den Anbringungsbereichen 62 des Rahmenelements 61 angebracht, und dann werden die seitlichen Oberflächen der Elektrode 41 in den Bereich eingesetzt, der durch die jeweiligen Enden der vier Positionierungsbereiche 63 des Rahmenelements 61 gebildet wird. Mit diesem Aufbau wird die Verschlechterung der Handhabbarkeit zum Zeitpunkt des Einsetzens der Elektrode 41 in das Rahmenelement 61 verhindert.
  • Ferner sind die Höhen der Anbringungsbereiche 62 des Rahmenelements 61 bevorzugt größer als jene der oberen Enden der Signalleitungen 51. Mit diesem Aufbau kann die Elektrode 41 in das Rahmenelement 61 eingesetzt werden, ohne die leicht verformbaren Signaldrähte 51 zu berühren.
  • Ferner weisen die Höhen der Positionierungsbereiche 63 des Rahmenelements 61 bevorzugt das gleiche Niveau wie jenes der oberen Oberfläche der Elektrode 41 auf, und es ist bevorzugter, dass die Positionierungsbereiche 63 des Rahmenelements 61 um etwa das Dickenniveau der Elektrode 41 höher als die obere Oberfläche der Elektrode 41 sind. Mit diesem Aufbau ist es möglich, eine Bewegung der Elektrode 41 auf dem Positionierungsbereich 63 des Rahmenelements 61 aufgrund von Vibrationen oder dergleichen während eines Transports und ein Verursachen von Verbindungsstörungen zu verhindern.
  • Bei dem vorstehend erwähnten Beispiel sind die vier Positionierungsbereiche 63 an dem Rahmenelement 61 ausgebildet. Um die Drehung der Elektrode 41 zu verhindern, ist es jedoch bevorzugt, dass zumindest zwei Positionierungsbereiche 63 in verschiedenen Bereichen von vier Bereichen des Rahmenelements 61 ausgebildet sind, das durch longitudinale und transversale Mittellinien der Elektrode 41 unterteilt ist. Wenn jedoch zwei Positionierungsbereiche 63 in den Bereichen ausgebildet sind, die von den vier vorstehend beschriebenen Bereichen diagonal liegen, ist es nur möglich, die Drehung in einer Richtung zu verhindern, so dass es nicht bevorzugt ist, die Positionierungsbereiche 63 in dieser Weise zu bilden.
  • Um ferner einen Effekt der vorliegenden Erfindung zu zeigen, wie in 6 dargestellt, kann die konkave/konvexe Relation zwischen der Elektrode 41 und dem Rahmenelement 61 umgekehrt sein, so dass Anbringungsbereiche 42' an der Elektrode 41 ausgebildet sind und Anbringungsbereiche 62' in dem Rahmenelement 61 ausgebildet sind.
  • Ferner können die Anbringungsbereiche 62 und die Positionierungsbereiche 63 des Rahmenelements 61 sich verjüngend ausgebildet sein. Mit der sich verjüngenden Form wird die Handhabbarkeit zum Zeitpunkt des Einsetzens der Elektrode 41 in das Rahmenelement 61 weiter verbessert.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleitersystems 100, das durch eine Mehrzahl von modularen Halbleitereinheiten 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
  • Bei dem Halbleitersystem 100 sind sechs Halbleitereinheiten 1 an einem plattenförmigen Wärmeabstrahlungselement 81 angeordnet. Insbesondere ist die untere Leiterschicht 24 des Keramiksubstrats 21 jeder Halbleitereinheit 1 über eine (nicht gezeigte) dritte Befestigungsschicht mit dem Wärmeabstrahlungselement 81 verbunden.
  • Als Material für das Wärmeabstrahlungselement 81 wird bevorzugt ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet, wie beispielsweise Al, Cu, eine CuMo-Legierung oder SiCAl. Wenn ein Unterschied in Bezug auf die linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Keramiksubstrat 21, an dem die Halbleiterelemente 11 angeordnet sind, und dem Wärmeabstrahlungselement 81 groß ist, wird es ferner schwierig, die Beständigkeit der dritten Befestigungsschicht sicherzustellen. Um eine hohe Beständigkeit sicherzustellen, ist ein Material mit einem kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten besonders bevorzugt, wie beispielsweise eine CuMo-Legierung oder SiCAl.
  • Als Material für die dritte Befestigungsschicht ist ein Material mit einer guten Wärmeabstrahlungseigenschaft und einer geringen Verschlechterung über eine lange Zeitspanne hinweg bevorzugt. Hinsichtlich der Temperatur ist ein Abstand von den Halbleiterelementen 11 jedoch groß, und demzufolge kann ein Lot oder dergleichen einer praktischen Verwendung ausreichend gewachsen sein. Selbstverständlich können auch ein Ag-Sintermaterial, ein Cu-Sintermaterial, ein CuSn-Sintermaterial oder dergleichen verwendet werden, die bei hohen Temperaturen Beständigkeit aufweisen.
  • Ferner ist ein äußeres Rahmenelement 82 an dem Wärmeabstrahlungselement 81 so angeordnet, dass es die Rahmenelemente 61 der Halbleitereinheiten 1 umgibt. Ferner ist eine externe Elektrode 83, die gemeinsam mit jeder Halbleitereinheit 1 verwendet wird, mit einer Innenwand des äußeren Rahmenelements 82 verbunden. Bereiche, die über den Elektroden 41 der Halbleitereinheiten 1 freiliegen, sind mit der externen Elektrode 83 elektrisch und mechanisch verbunden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es erforderlich, dass eine in einem Fahrzeug montierte Halbleitereinheit eine hohe Vibrationsbeständigkeit aufweist. Insbesondere handelt es sich bei den Verbindungsbereichen zwischen den Elektroden 41 der Halbleitereinheiten 1 und der externen Elektrode um die Bereiche, an denen die höchste Vibrationsbeständigkeit erforderlich ist. Als Verfahren, um an den Verbindungsbereichen zwischen den Elektroden 41 und der externen Elektrode 83 eine hohe Vibrationsbeständigkeit zur Verfügung zu stellen, sind ein Verfahren, bei dem die Verbindungsbereiche verschraubt werden, ein Verfahren, bei dem die Verbindungsbereiche zur Integration verschweißt werden, und dergleichen denkbar. Bei dem Verfahren, bei dem die Verbindungsbereiche verschraubt werden, ist es jedoch erforderlich, Zwischenräume für Auflageflächen von Schraubenmuttern sicherzustellen, und es besteht die Befürchtung, dass eine Verkleinerung des Halbleitersystems 100 erschwert wird.
  • Währenddessen wird die Verkleinerung des Halbleitersystems 100 bei dem Verfahren, bei dem die Elektroden 41 zur Integration durch TIG-Schweißen mit der externen Elektrode 83 verbunden werden, im Vergleich zu einem Verschraubungsverfahren möglich, wenn eine Beeinträchtigung von Spannfutterteilen zum Zeitpunkt des Schweißens verhindert werden kann. Wenn ferner ein Verfahren, bei dem für einen Laserschweißvorgang indirekt Energie auf verschweißte Bereiche übertragen wird, oder dergleichen eingesetzt werden kann, kann eine weitere Verkleinerung des Halbleitersystems 100 zur Verfügung gestellt werden.
  • In einem Fall, in dem die Elektroden 41 und die externe Elektrode 83 durch ein TIG-Schweißen integriert werden, um die Vibrationsbeständigkeit zu verbessern, wird jedes Element separat verschweißt, und es können keine sehr guten Verbindungseigenschaften erzielt werden, wenn der Zustand eines engen Kontakts zwischen den Elektroden zum Zeitpunkt des Schweißens nicht aufrechterhalten werden kann. Als Verfahren, die jeweilige Elektrode 41 und die externe Elektrode 83 in einen engen Kontakt zueinander zu bringen, ist es üblich, zu schweißen, während die zwei Elektroden in ein Futter gespannt sind und ein Abstand zwischen ihnen verkürzt ist.
  • Wenn jedoch das Korrekturausmaß zunimmt, liegen externe Spannungen an den zweiten Befestigungsschichten 32 an einer Basis der Elektroden 41 und der Halbleiterelemente 11 an, und demzufolge ist es erforderlich, das Korrekturausmaß ausreichend niedrig zu halten. Um dieses Korrekturausmaß niedrig zu halten, ist es von Bedeutung, die Montagegenauigkeit der Elektroden 41 der Halbleitereinheiten 1 zu verbessern. Wie vorstehend beschrieben, wird die Montagegenauigkeit der Elektroden 41 der Halbleitereinheiten 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert, und demzufolge kann das Korrekturausmaß für die Elektroden 41 zum Zeitpunkt des Schweißens niedrig gehalten werden.
  • Um eine noch höhere Vibrationsbeständigkeit zu erreichen, ist es bevorzugt, den Radius R eines hochstehenden Bereichs der Elektrode 41 der jeweiligen Halbleitereinheit 1 zu vergrößern, um einen Spannungsabbau zur Abschwächung von Expansionen und Kontraktionen oder Vibrationen in hohem Maße sicherzustellen. Wie in 8 dargestellt, kann ferner eine S-förmige Biegung 41S an einem vertikalen Abschnitt jeder Elektrode 41 ausgebildet sein, um einen Spannungsabbau sicherzustellen.
  • Wenn das Rahmenelement 61 und die Elektroden 41 der Halbleitereinheiten 1 ferner zu fest angebracht sind, können die Spannungen, die an den Elektroden 41 anliegen, nicht abgeschwächt werden, mit dem Ergebnis, dass die Rahmenelemente 61 bevorzugt geringfügig verformbar sind. Um damit zurechtzukommen, ist es bevorzugt, dass die Rahmenelemente 61 aus PPS, einem Flüssigkristallharz, einem Harz auf der Basis von Fluor oder dergleichen bestehen, wie vorstehend beschrieben, und dass die Dicke derselben gleich etwa 1 mm oder geringer ist.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine Halbleitereinheit 201 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wenn ein Material der zweiten Befestigungsschichten 32 der Halbleitereinheit 1 gemäß der ersten Ausführungsform aus einem Lot besteht, sind als Verfahren für eine Zufuhr des Lots ein Verfahren, bei dem ein pastenartiges Lot verwendet wird, und ein Verfahren beispielhaft aufgezeigt, bei dem ein plattenförmiges Lot verwendet wird.
  • Ein pastenartiges Lot enthält eine Flussmittelkomponente, die eine reduzierende Wirkung aufweist, so dass sie problemlos zuzuführen ist. Die Flussmittelkomponente erzeugt jedoch zum Zeitpunkt des Verbindens Hohlräume, so dass dadurch die Wärmeabstrahlung verschlechtert wird. Ferner verunreinigt die Flussmittelkomponente die Umgebung, und demzufolge ist nach dem Verbindungsvorgang ein Spülvorgang erforderlich.
  • Währenddessen erfordert ein plattenförmiges Lot nach der Zuführung eine Positionierung und ein Verbinden unter einer reduzierenden Atmosphäre. Das plattenförmige Lot enthält jedoch keine Flussmittelkomponente, so dass dadurch die Erzeugung von Hohlräumen geringer ist und die Umgebung weniger verunreinigt wird. Aus diesem Grund ist es zur Verbesserung der Qualität der Halbleitereinheit 1 bevorzugt, ein plattenförmiges Lot zu verwenden.
  • Wenn ein plattenförmiges Lot verwendet wird, um die Elektrode 41 mit den Halbleiterelementen 11 zu verbinden, wird das plattenförmige Lot zuvor an Bodenflächen der Elektrode 41 angeordnet, und es wird durch Drücken mit einer Druckvorrichtung oder dergleichen plastisch verformt, um an der Elektrode 41 befestigt zu werden. Dann wird das Lot erwärmt und geschmolzen, um die Elektrode 41 mit den Halbleiterelementen 11 zu verbinden. Es ist anzumerken, dass ein Verfahren, bei dem das Lot mit einem Werkzeug positioniert wird, nicht geeignet ist, da es schwierig ist, zu verhindern, dass das Werkzeug mit den Halbleiterelementen 11 in Kontakt kommt, und es schwierig ist, das Werkzeug zu montieren und zu entfernen.
  • Ferner werden die Formen der Endbereiche jeder zweiten Befestigungsschicht 32 auch durch eine Abmessungsrelation zwischen einer Fläche der jeweiligen Bodenfläche der Elektrode 41 und einer Fläche der Befestigungsoberfläche 12 jedes Halbleiterelements 11 beeinflusst. Um die Endbereiche der zweiten Befestigungsschicht 32 auf jeder Seite des Halbleiterelements 11, das einen größeren Unterschied in Bezug auf den linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, so zu bilden, dass sie einen stumpfen Winkel aufweisen, ist es bevorzugt, dass die Fläche der Befestigungsoberfläche 12 jedes Halbleiterelements 11 größer als die Fläche der jeweiligen Bodenfläche der Elektrode 41 ist. Es ist anzumerken, dass die Bodenflächen der Elektrode 41 Bereiche kennzeichnen, an denen die Befestigungsschichten 32 mit der Elektrode 41 verbunden sind.
  • Wenn die Fläche der Befestigungsoberfläche 12 jedes Halbleiterelements 11 jedoch einfach größer als die Fläche der jeweiligen Bodenfläche der Elektrode 41 gestaltet wird, ist es erforderlich, dass das plattenförmige Lot eine Fläche aufweist, die äquivalent zu der Fläche der Befestigungsoberfläche 12 jedes Halbleiterelements 11 ist, und demzufolge wird die Fläche des plattenförmigen Lots größer als die Fläche der jeweiligen Bodenfläche der Elektrode 41. Im Ergebnis kommt das plattenförmige Lot 32 bei dem Prozess des Einsetzens der Elektrode 41 in das Rahmenelement 61 in Kontakt mit den Positionierungsbereichen 63 des Rahmenelements 61 und fällt ab, wie in 9 dargestellt.
  • Die Halbleitereinheit 201 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll ein derartiges Problem lösen. 10 ist eine Draufsicht auf die Leistungshalbleitereinheit 201 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ferner ist 11 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' gemäß 10. Bei der folgenden Beschreibung ist eine positive Richtung der Z-Achse, die jeweils in 10 und 11 gezeigt ist, als eine Richtung nach oben definiert. Ferner kennzeichnet jede von einer „Breite“ der Elektrode 241 und der Halbleiterelemente 11 eine Länge in der Richtung der X-Achse.
  • Wie in 10 und 11 dargestellt, sind auf den seitlichen Oberflächen der Elektrode 241 vier Positionierungsbereiche (zweite Positionierungsbereiche) 243 an Positionen ausgebildet, die den vier Positionierungsbereichen 63 des Rahmenelements 61 entsprechen. Mit diesem Aufbau wird die Breite der jeweiligen Befestigungsoberfläche 12 jedes Halbleiterelements 11 größer als die Breite der jeweiligen Bodenfläche der Elektrode 241, so dass das plattenförmige Lot, das auf der jeweiligen Bodenfläche der Elektrode 241 angeordnet ist, auf einer weiter innen gelegenen Seite positioniert ist als die Positionierungsbereiche 63 des Rahmenelements 61.
  • Im Ergebnis ist es bei dem Prozess des Einsetzens der Elektrode 241 in das Rahmenelement 61 möglich, die Formen der Endbereiche der zweiten Befestigungsschicht 232 auf der Seite jedes Halbleiterelements 11 so vorzugeben, dass sie einen stumpfen Winkel aufweisen, während verhindert wird, dass das plattenförmige Lot 232 in Kontakt mit den Positionierungsbereichen 63 des Rahmenelements 61 kommt und abfällt.
  • Es ist bevorzugt, dass die Anbringungsbereiche 62 des Rahmenelements 61 und die Anbringungsbereiche 242 der Elektrode 241 zwischen den zwei Halbleiterelementen 11 angeordnet sind. Wenn die Anbringungsbereiche 62 des Rahmenelements 61 und die Anbringungsbereiche 242 der Elektrode 241 an irgendwelchen Positionen an Seiten der Halbleiterelemente 11 angeordnet sind, ist es erforderlich, dass die Anbringungsbereiche 242 der Elektrode 241 zur Positionierung in der Y-Richtung dienen und dazu dienen, zu verhindern, dass das plattenförmige Lot 232 in Kontakt mit den Anbringungsbereichen 62 des Rahmenelements 61 kommt.
  • Im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Anbringungsbereiche 62 des Rahmenelements 61 und die Anbringungsbereiche 242 der Elektrode 241 zwischen den zwei Halbleiterelementen 11 angeordnet sind, ist es im Ergebnis erforderlich, dass sich die Anbringungsbereiche 242 der Elektrode 241 in der X-Richtung erstrecken. In diesem Fall nimmt eine Fläche eines Basismaterials zu, die für ein Stanzen der Elektrode 241 erforderlich ist, was zu einer Kostenzunahme führt.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass die Positionierungsbereiche 243 der Elektrode 241 nur an oberen Bereichen der seitlichen Oberflächen der Elektrode 241 ausgebildet sind, wie in 12 dargestellt. Mit einem derartigen Aufbau ist die Breite der Bodenfläche der Elektrode 241 die gleiche wie die Breite derselben auch an den Positionen der Positionierungsbereiche 243, mit dem Ergebnis, dass jede der Formen der Endbereiche der zweiten Befestigungsschichten 242 in diesen Bereichen ebenfalls einen stumpfen Winkel aufweisen kann.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine Halbleitereinheit 301 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 13 ist eine Draufsicht auf die Leistungshalbleitereinheit 301 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ferner ist 14 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' gemäß 13. Es ist anzumerken, dass eine positive Richtung der Z-Achse, die jeweils in 13 und 14 gezeigt ist, bei der folgenden Beschreibung als eine Richtung nach oben definiert ist.
  • Wie in 13 und 14 dargestellt, ist bei der Halbleitereinheit 301 ein Bereich einer Elektrode 341, der sich nicht rechts oberhalb der Befestigungsoberflächen 12 der Halbleiterelemente 11 befindet, nach oben gebogen. Mit diesem Aufbau kann die Fläche der jeweiligen Bodenfläche der Elektrode 341 kleiner als die Fläche der Befestigungsoberfläche 12 jedes Halbleiterelements 11 gestaltet werden, so dass dadurch jede der Formen der Endbereiche der zweiten Befestigungsschicht 332 an der Seite jedes Halbleiterelements 11 so vorgegeben werden kann, dass sie einen stumpfen Winkel aufweist.
  • Im Fall der Form der dritten Ausführungsform ist es bevorzugt, dass jeder der Anbringungsbereiche 362 des Rahmenelements 361 eine konkave Form aufweist und dass jeder der Anbringungsbereiche 342 der Elektrode 341 eine konvexe Form aufweist. In einem Fall, in dem der Abstand zwischen den zwei Halbleiterelementen 11 gering ist, wandelt sich ein Bereich einer geneigten Form, die durch Biegen der Elektrode 341 gebildet wird, derart, dass er eine konkave Form aufweist, wenn jeder der Anbringungsbereiche 342 der Elektrode 341 eine konkave Form aufweist, und die Abmessungsgenauigkeit der Elektrode 341 ist anfällig gegenüber einer Verschlechterung.
  • Wenn im Gegensatz dazu jeder der Anbringungsbereiche 342 der Elektrode 341 eine konvexe Form aufweist, ist es möglich, eine Verschlechterung der Abmessungsgenauigkeit zu verhindern, indem der Bereich der Elektrode 342 so gebildet wird, dass er eine Biegung mit einer konvexen Form darstellt.
  • Ferner ist es ähnlich wie bei 12 der zweiten Ausführungsform bevorzugt, dass die Positionierungsbereiche 343 der Elektrode 341 nur an den oberen Bereichen der seitlichen Oberflächen der Elektrode 341 ausgebildet sind. Mit einem derartigen Aufbau ist die Breite der Bodenfläche der Elektrode 341 die gleiche wie die Breite derselben auch an den Positionen der Positionierungsbereiche 343, mit dem Ergebnis, dass jede der Formen der Endbereiche der zweiten Befestigungsschichten 342 in diesen Bereichen ebenfalls einen stumpfen Winkel aufweisen kann.
  • 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 2016051878 A [0004]

Claims (6)

  1. Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - ein Keramiksubstrat, das an beiden Oberflächen Leiterschichten aufweist; - ein Halbleiterelement, das mit der einen der Leiterschichten des Keramiksubstrats verbunden ist; - ein Rahmenelement, das an der einen Leiterschicht so angeordnet ist, dass es eine seitliche Oberfläche des Halbleiterelements umgibt; und - eine Elektrode, die über eine Befestigungsschicht mit einem oberen Bereich des Halbleiterelements verbunden ist und einen ersten Anbringungsbereich aufweist, der an einer seitlichen Oberfläche der Elektrode ausgebildet ist, wobei an einer Innenwand des Rahmenelements ein zweiter Anbringungsbereich, der an dem ersten Anbringungsbereich der Elektrode angebracht ist, und ein erster Positionierungsbereich ausgebildet sind, der sich von der Innenwand des Rahmenelements zu der seitlichen Oberfläche der Elektrode erstreckt.
  2. Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei der Zwischenraum zwischen dem ersten Positionierungsbereich des Rahmenelements und der seitlichen Oberfläche der Elektrode so ausgebildet ist, dass er kleiner als der Zwischenraum zwischen dem zweiten Anbringungsbereich des Rahmenelements und dem ersten Anbringungsbereich der Elektrode ist.
  3. Halbleitereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Höhe des zweiten Anbringungsbereichs des Rahmenelements so ausgebildet ist, dass sie größer als die Höhe des ersten Positionierungsbereichs ist.
  4. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein zweiter Positionierungsbereich an einer Position, die dem ersten Positionierungsbereich des Rahmenelements entspricht, an der seitlichen Oberfläche der Elektrode ausgebildet ist und die Breite einer Befestigungsoberfläche des Halbleiterelements größer als die Breite der Bodenfläche der Elektrode ist.
  5. Halbleitereinheit nach Anspruch 4, wobei der zweite Positionierungsbereich der Elektrode nur an einem oberen Bereich der seitlichen Oberfläche der Elektrode ausgebildet ist.
  6. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Bereich der Elektrode, der sich nicht rechts oberhalb einer Befestigungsoberfläche des Halbleiterelements befindet, nach oben gebogen ist und die Fläche der Befestigungsoberfläche des Halbleiterelements größer als die Fläche der Bodenfläche der Elektrode ist.
DE112017006842.8T 2017-01-16 2017-12-26 Halbleitereinheit und verfahren zur herstellung derselben Active DE112017006842B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017005056 2017-01-16
JP2017-005056 2017-01-16
PCT/JP2017/046731 WO2018131473A1 (ja) 2017-01-16 2017-12-26 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112017006842T5 true DE112017006842T5 (de) 2019-09-26
DE112017006842B4 DE112017006842B4 (de) 2023-03-02

Family

ID=62839400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112017006842.8T Active DE112017006842B4 (de) 2017-01-16 2017-12-26 Halbleitereinheit und verfahren zur herstellung derselben

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10937725B2 (de)
JP (1) JP6698879B2 (de)
CN (1) CN110168721B (de)
DE (1) DE112017006842B4 (de)
WO (1) WO2018131473A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016051878A (ja) 2014-09-02 2016-04-11 三菱電機株式会社 電力用半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2901867B2 (ja) * 1993-03-19 1999-06-07 富士通株式会社 ヒートシンク及びヒートシンクの取付構造
JPH1168035A (ja) * 1997-06-12 1999-03-09 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
WO2013171946A1 (ja) * 2012-05-15 2013-11-21 パナソニック株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP6139330B2 (ja) * 2013-08-23 2017-05-31 三菱電機株式会社 電力用半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016051878A (ja) 2014-09-02 2016-04-11 三菱電機株式会社 電力用半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10937725B2 (en) 2021-03-02
JP6698879B2 (ja) 2020-05-27
DE112017006842B4 (de) 2023-03-02
WO2018131473A1 (ja) 2018-07-19
CN110168721A (zh) 2019-08-23
JPWO2018131473A1 (ja) 2019-06-27
US20200105655A1 (en) 2020-04-02
CN110168721B (zh) 2022-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112016004980B4 (de) Leistungs-halbleitereinrichtung
DE10066443B4 (de) Halbleitervorrichtung mit Abstrahlungsbauteilen
DE102006002452B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102014213564B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102014212519A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102014202651A1 (de) Halbleitervorrichtung und Halbleitermodul
DE112016005219B4 (de) Leistungsmodul
WO1998047187A1 (de) Piezoaktor mit neuer kontaktierung und herstellverfahren
DE112015005836T5 (de) Leistungsmodul
DE102015212831A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE102015215786A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112017007994T5 (de) Elektrische Leistungswandlungsvorrichtung
DE112011103477T5 (de) Halbleiterlaservorrichtung
DE102016208029A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112017001646T5 (de) Leistungsmodul und verfahren zum herstellen desselben, sowie leistungselektronik-vorrichtung und verfahren zum herstellen derselben
DE102014223863B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtungen
DE112016005807T5 (de) Halbleitereinheit und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102018217231A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Fertigung derselben
DE112018001239T5 (de) Halbleiterbauelement, verfahren zur herstellung desselben und halbleitermodul
DE102015208858A1 (de) Heizmodul zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs
DE102007021073A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsanordnung
DE112008000743T5 (de) Leistungsmodul und Wechselrichter für Fahrzeuge
DE112018004816T5 (de) Leistungsmodul, verfahren zur herstellung desselben und leistungswandler
DE102020122125A1 (de) Halbleitermodul
DE112016007096B4 (de) Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE

R084 Declaration of willingness to licence
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final