DE112018007492T5

DE112018007492T5 - Halbleitermodul

Info

Publication number: DE112018007492T5
Application number: DE112018007492.7T
Authority: DE
Inventors: Yosuke Nakata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2020-12-31
Also published as: WO2019202687A1; US20210167005A1; JPWO2019202687A1; CN111971793B; US11430726B2; CN111971793A; JP6897869B2

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (4a-4d) und eine Verdrahtungsvorrichtung (5) sind auf einer Hauptoberfläche einer Basisplatte (1) vorgesehen. Ein erster Draht (11a-11e) verbindet eine externe Elektrode (7a-7e) und ein erstes Relais-Pad (8a-8e) der Verdrahtungsvorrichtung (5). Ein zweiter Draht (12a-12e) verbindet ein Pad (13a-13e) der Halbleitervorrichtung (4a-4d) und das zweite Relais-Pad (9a-9e) der Verdrahtungsschicht (5). Ein Harz (15) versiegelt die Halbleitervorrichtung (4a-4d), die Verdrahtungsschicht (5) und die ersten und zweiten Drähte (11a-11e, 12a-12e). Der zweite Draht (12a-12e) ist dünner als der erste Draht (11a-11e). Das Pad (13a-13e) ist kleiner als das erste Relais-Pad (8a-8e).

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Halbleitermodul.
Hintergrund
Verwendet wird ein Halbleitermodul, das eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen enthält, die jeweils Pads aufweisen, an die jeweilige Drähte gebondet sind, wobei die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen dafür konfiguriert ist, parallel angesteuert zu werden (z.B. siehe PTL 1).
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: WO2014/046058
Zusammenfassung
Technisches Problem
In mit Epoxidharz oder dergleichen versiegelten Halbleitermodulen kann eine Harzeinströmung bewirken, dass ein Draht verschoben wird. Daher ist es schwierig, Drähte feiner auszubilden, um die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit zu sichern. Wenn der Draht jedoch dick ist, muss die Größe des Pad einer Halbleitervorrichtung, an das der Draht gebondet werden soll, ebenfalls vergrößert werden, was zu einem Problem führt, dass eine effektive Fläche der Halbleitervorrichtung reduziert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde implementiert, um das oben erwähnte Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleitermodul bereitzustellen, das imstande ist, die effektive Fläche der Halbleitervorrichtung zu vergrößern, während die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit sichergestellt werden.
Lösung für das Problem
Ein Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Basisplatte; eine Halbleitervorrichtung, die auf der Basisplatte vorgesehen ist und ein Pad aufweist; eine externe Elektrode; eine Verdrahtungsvorrichtung, die auf der Basisplatte vorgesehen ist und ein erstes Relais-Pad, ein zweites Relais-Pad, das näher zum Pad als das erste Relais-Pad vorgesehen ist, und eine Verdrahtung umfasst, die das erste Relais-Pad und das zweite Relais-Pad verbindet; einen ersten Draht, der die externe Elektrode und das erste Relais-Pad verbindet; einen zweiten Draht, der das Pad und das zweite Relais-Pad verbindet; und ein Harz, das die Halbleitervorrichtung, die Verdrahtungsvorrichtung und die ersten und zweiten Drähte versiegelt, wobei der zweite Draht dünner als der erste Draht ist und das Pad kleiner als das erste Relais-Pad ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, unter Verwendung der Verdrahtungsvorrichtung den Abstand zwischen den Pads der Halbleitervorrichtungen und den Relais-Pads der Verdrahtungsvorrichtung zu verkürzen, und daher kann, selbst wenn die beide Pads verbindenden Drähte dünner ausgebildet werden, eine Drahtstärke sichergestellt werden. Überdies können die Pads der Halbleitervorrichtungen zum Bonden der feinen Drähte in der Größe reduziert werden. Folglich können die effektiven Flächen der Halbleitervorrichtungen vergrößert werden, während die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit sichergestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang I-II in 1.
3 ist eine Draufsicht, die eine Verdrahtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang I-II in 3.
5 ist eine vergrößerte Draufsicht eines durch eine gestrichelte Linie in 3 umschlossenen Bereichs.
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Halbleitermodul gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Komponenten werden mit den gleichen Symbolen bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung wird weggelassen.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang I-II in 1. 3 ist eine Draufsicht, die eine Verdrahtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Ein Elektrodensubstrat ist mit einer Schaltungsstruktur 2 aufgebaut, das auf einer oberen Oberfläche eines Isoliersubstrats 1, das eine Basisplatte ist, ausgebildet ist. Eine Metallschicht 3 für eine Verbindung mit einer Kühlvorrichtung über eine Paste oder ein Lötmetall ist auf einer unteren Oberfläche des Isoliersubstrats 1 ausgebildet. Die Metallschicht 3 ist nicht auf eine flache beschränkt, sondern ein direkt kühlbarer Teil in Form von Stift-Rippen oder Lamellen kann ausgebildet werden.
Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d und eine Verdrahtungsvorrichtung 5 sind auf der Schaltungsstruktur 2 auf der gleichen Ebene gelegen vorgesehen und sind mit einem Verbindungsmaterial 6 wie etwa einem Lötmetall gebondet. Metallfilme, die mit einem Lötmetall an die Schaltungsstruktur 2 gebondet werden sollen, sind auf Kehrseiten der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d und der Verdrahtungsvorrichtung 5 ausgebildet. Die Metallfilme sind vorwiegend aus beispielsweise Nickel geschaffen. Externe Elektroden 7a bis 7e sind nahe der Verdrahtungsvorrichtung 5 vorgesehen.
Die Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d sind MOSFETs. Ohne darauf beschränkt zu sein können jedoch die Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d beliebige erregbare Vorrichtungen wie etwa IGBTs, die gleichfalls Schaltvorrichtungen sind, oder SBDs, welche Freilaufdioden sind, sein. Als die Freilaufdioden können statt der SBDs auch Body-Dioden von MOSFETs genutzt werden. In allen Fällen werden diese Vorrichtungen unter Verwendung eines Verfahrens wie etwa Schleifen auf Dicken eingestellt, die für eine Aufrechterhaltung einer Stehspannung oder dergleichen notwendig und ausreichend sind, um Leitungsverluste zu reduzieren. Auf der anderen Seite ist auf der Verdrahtungsvorrichtung 5 keine Vorrichtung wie etwa ein Transistor oder eine Diode ausgebildet.
Relais-Pads 8a bis 8e sind nahe den externen Elektroden 7a bis 7e auf der oberen Oberfläche der Verdrahtungsvorrichtung 5 vorgesehen. Relais-Pads 9a bis 9e sind näher an Pads 13a bis 13e der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d als die Relais-Pads 8a bis 8e vorgesehen. Eine Verdrahtung 10a bis 10e verbindet jeweils die Relais-Pads 8a bis 8e und die Relais-Pads 9a bis 9e. Drähte 11a bis 11e verbinden jeweils die externen Elektroden 7a bis 7e und die Relais-Pads 8a bis 8e. Drähte 12a bis 12e verbinden jeweils die Pads 13a bis 13e der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d und die Relais-Pads 9a bis 9e.
Ein plattenförmiger Leiter 14 ist über das Verbindungsmaterial 6 wie etwa ein Lötmetall an eine Sourceelektrode, die eine Oberflächenelektrode der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d ist, gebondet. Vorwiegend aus beispielsweise Nickel geschaffene Metallfilme sind auf den Oberflächenelektroden der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d für ein Bonden mit Lötmetall ausgebildet. Man beachte, dass, um eine Behinderung zwischen dem plattenförmigen Leiter 14 und einem Werkzeug zum Drahtbonden zu verhindern, der plattenförmige Leiter 14 nach einem Drahtbonden zwischen den Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d und der Verdrahtungsvorrichtung 5 gebondet werden muss.
Um die Vorrichtungen und Elektroden von der Außenluft zu isolieren, versiegelt ein Harz 15 die Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d, die Verdrahtungsvorrichtung 5 und die Drähte 11a bis 11e und 12a bis 12e. Das Harz 15 wird beispielsweise gebildet, indem Epoxidharz in ein Harzgehäuse eingespritzt und es gehärtet wird oder ein Harz zum Spritzpressen in eine Metallgussform eingepresst und es gehärtet wird. Die Verwendung des Harzes 15 kann die Feuchtigkeitsbeständigkeit, Vibrationsbeständigkeit und Zuverlässigkeit in Bezug auf einen Kühl-/Heizzyklus verbessern.
Die externen Elektroden 7a bis 7e sind hier mit einem Gehäuse oder Leiterrahmen fixiert und sind außerhalb der Baugruppe vorgesehen. Daher ist die Verdrahtungsvorrichtung 5 von den externen Elektroden 7a bis 7e getrennt. Die Drähte 11a bis 11e zum Verbinden der externen Elektroden 7a bis 7e sind lang und weisen höhere Schleifenhöhen auf. Daher müssen die Drähte 11a bis 11 e dick sein, damit sie genug Steifigkeit aufweisen, um nicht durch das Harz 15 verschoben zu werden. Die Drähte 11a bis 11e sind beispielsweise Aluminiumdrähte mit einem Durchmesser von 200 µm. Die Verwendung von kostengünstigem Aluminium als das Hauptmaterial der Drähte 11a bis 11 e kann einen Anstieg der Materialkosten unterdrücken, selbst wenn der Drahtdurchmesser vergrößert wird. Überdies ist es möglich, eine herkömmliche Einrichtung zum Drahtbonden zu verwenden, und somit kann sie leichter gemeinsam mit bestehenden Fertigungseinrichtungen vorhanden sein.
Die Drähte 12a bis 12e sind beispielsweise Golddrähte mit einem Durchmesser von 30 µm. Die Verwendung von Gold als das Hauptmaterial der Drähte 12a bis 12e kann eine Verschlechterung der Haltbarkeit aufgrund von Verbindungsfehlern und Oxidation unterdrücken, selbst wenn die Drähte dünner ausgebildet werden. Man beachte, dass, obwohl die Materialkosten von Gold hoch sind, die Längen der Drähte 12a bis 12e reduziert sind und es daher möglich ist, Kostensteigerungen zu unterdrücken. Auf diese Weise sind die Drähte 12a bis 12e dünner als die Drähte 11a bis 11e. Der Drahtdurchmesser ist jedoch nur ein Beispiel, und der Drahtdurchmesser muss wie jeweils geeignet entsprechend Drahtlängen, Viskosität, Strömungsrate, Einströmrichtung oder dergleichen des zu injizierenden Versiegelungsharzes eingestellt werden. Die Pads 13a bis 13e der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d und die Relais-Pads 9a bis 9e, an die die feinen Drähte 12a bis 12e gebondet werden, sind kleiner als die Relais-Pads 8a bis 8e, an die die dicken Drähte 11a bis 11e gebondet werden.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang I-II in 3. Eine Isolierschicht 17 ist auf einem Substrat 16 ausgebildet. Die Relais-Pads 8a bis 8e, 9a bis 9e und die Verdrahtung 10a bis 10e sind auf der Isolierschicht 17 ausgebildet. Die Vielzahl an Verdrahtungen 10a bis 10e ist mit einem Beschichtungsfilm 18 bedeckt. Dadurch ist es möglich, isolierende Eigenschaften sicherzustellen, selbst wenn ein Abstand von Draht zu Draht reduziert ist. Wenn die Größe der Verdrahtungsvorrichtung 5 reduziert werden kann, ist es daher möglich, Herstellungskosten weiter zu reduzieren und die Größe des Halbleitermoduls zu reduzieren. Der Beschichtungsfilm 18 ist vorwiegend aus Polyimid geschaffen. Dies ermöglicht eine Herstellung zu geringen Kosten und mit hoher Stabilität, die herkömmliche Waferprozesse nutzt und Herstellungskosten und Zuverlässigkeit gewährleistet. Außerdem weist Polyimid auch eine gute Kompatibilität mit einem Versiegelungsbauteil aus Epoxidharz auf.
5 ist eine vergrößerte Draufsicht eines in 3 durch eine gestrichelte Linie umschlossenen Bereichs. Eine Vielzahl von Relais-Pads 8e ist jeweils mit den Gates der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d verbunden. Die Verdrahtung 10e ist jeweils mit der Vielzahl von Relais-Pads 8e verbunden. Eine Vielzahl von Gate-Widerständen 19 ist jeweils zwischen die Vielzahl von Relais-Pads 8e und die Verdrahtung 10e geschaltet. Selbst wenn eine Schwellenspannung der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d aufgrund einer Variation in den Waferprozessen der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d von einem Zielwert verschoben ist, kann die Verschiebung der Schwellenspannung aufgehoben werden, indem der Widerstandswert der Gate-Widerstände 19 eingestellt wird. Genauer gesagt wird, je höher die Schwellenspannung der entsprechenden Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d ist, der Widerstandswert für die Gate-Widerstände 19 umso niedriger eingestellt. Dies macht es möglich, im Halbleitermodul mit Halbleitervorrichtungen, das basierend auf der Schwellenspannung einer Auswahl nach Rang unterzogen werden soll, eine Variation in der Schwellenspannung der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen auszugleichen und die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d gleichmäßig anzusteuern. Infolgedessen wird kein Stromungleichgewicht auftreten, wenn die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d parallel angesteuert wird, und es ist möglich, Schaltcharakteristiken für jedes Halbleitermodul, das einer Auswahl nach Rang unterzogen wird, so weit wie möglich anzugleichen.
Der Gate-Widerstand 19 ist beispielsweise ein vorwiegend aus Silizium geschaffener Polysilizium-Widerstandsfilm. Nach einem gleichmäßigen Abscheiden eines Polysiliziumfilms wird beispielsweise ein Polysiliziumfilm eines Gate-Widerstands gebildet, indem der Polysiliziumfilm durch eine Fotogravur- bzw. Lichtdruckbearbeitung und Ätzbearbeitung in eine beliebige Form strukturiert wird. Da der Polysilizium-Widerstandsfilm auf dem gleichen Chip in einem herkömmlichen Waferprozess ausgebildet werden kann, ist es auf diese Weise möglich, einen homogenen Gate-Widerstand leicht zu realisieren. Beispielsweise wird eine Fotolithografiemaske gewechselt, wird die Größe des Siliziumfilms für den Gate-Widerstand 19 geändert und wird der Widerstandswert des Gate-Widerstands 19 eingestellt. Alternativ dazu ist es möglich, den Widerstandswert des Gate-Widerstands 19 einzustellen, indem eine Störstellenkonzentration des Siliziumfilms für den Gate-Widerstand 19 eingestellt oder der Siliziumfilm für den Gate-Widerstand 19 über einen Laserstrahl oder dergleichen getrimmt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den Abstand zwischen den Pads 13a bis 13e der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d und den Relais-Pads 9a bis 9e der Verdrahtungsvorrichtung 5 unter Verwendung der Verdrahtungsvorrichtung 5 zu verkürzen, und daher kann, selbst wenn die beide Pads verbindenden Drähte 12a bis 12e dünner ausgebildet werden, eine Drahtstärke sichergestellt werden. Darüber hinaus können die Pads 13a bis 13e der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d zum Bonden der feinen Drähte 12a bis 12e in der Größe reduziert werden. Folglich können die effektiven Flächen der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d vergrößert werden, während die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit sichergestellt werden. Es ist möglich, durch Vergrößern der effektiven Flächen der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d einen hohen Ausstoß und geringe Kosten zu erzielen.
Die Schaltungsstruktur 2 auf dem Isoliersubstrat 1 ist ein Teil mit starker Elektrizität, der mit einem Drain (Leistungsanschluss) auf den unteren Oberflächen der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d verbunden ist und an den eine hohe Spannung angelegt wird. Das Substrat 16 der Verdrahtungsvorrichtung 5 ist auf dem Teil mit starker Elektrizität ausgebildet. Die Isolierschicht 17 wie etwa ein thermischer Oxidfilm ist auf dem Substrat 16 ausgebildet, und darauf sind die Relais-Pads 8a bis 8e, 9a bis 9e und die Verdrahtung 10a bis 10e ausgebildet. Die Isolierschicht 17 kann eine Isolierung zwischen dem Teil mit starker Elektrizität und der Verdrahtung 10a bis 10e oder dergleichen sicherstellen und dadurch die Zuverlässigkeit verbessern. Man beachte, dass herkömmlicherweise der Teil mit starker Elektrizität und die Signalverdrahtung auf einem Keramiksubstrat ausgebildet wurden und so der Abstand von Draht zu Draht vergrößert werden muss, um den Isolierabstand bzw. die Isolierstrecke zwischen beiden Teilen sicherzustellen. Im Gegensatz dazu kann, da die vorliegende Ausführungsform eine Isolierung von dem Teil mit starker Elektrizität unter Verwendung einer longitudinalen Struktur der Verdrahtungsvorrichtung 5 realisiert, der Abstand von Draht zu Draht auf der oberen Oberfläche des Substrats 16 nur ein Abstand sein, der für eine Isolierung in der Größenordnung einer Versorgungsspannung der Steuerung notwendig ist. Dies macht es möglich, die Gestaltungsfreiheit eines Layouts der Verdrahtung zu erhöhen und Drähte in kürzestem Abstand zu verbinden.
Die Verdrahtung 10e, die mit den Gates der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d verbunden ist, und die Verdrahtung 10d, die mit der Source verbunden ist, sind in einer Ringform vorgesehen. Die übrige Verdrahtung 10a bis 10c ist innerhalb dieser vorgesehen. Dies kann die Verdrahtungsvorrichtung 5 verkleinern. Die Abstände zwischen den Drähten 12a bis 12e in Verbindungen mit den Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d, die keine Abfühl- bzw. Messvorrichtungen aufweisen, können so kurz wie möglich ausgebildet werden, und die Herstellungsausbeute kann dadurch verbessert werden. Man beachte, dass als Reaktion auf eine Änderung im Hauptstrom eine elektromotorische Kraft in der Schleife der ringförmigen Verdrahtung 10d und 10e erzeugt werden kann, was bewirken kann, dass ein induzierter Strom fließt, und bewirken kann, dass die Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d nicht funktionieren. Ein Teil der ringförmigen Verdrahtung 10d und 10e kann folglich geöffnet sein. Dies macht es möglich, eine Ausbildung einer Schleife zu vermeiden und eine Induktion vom Hauptstrom zu minimieren.
Die Verwendung des plattenförmigen Leiters 14 kann verglichen mit einem Draht-Bonding den Verdrahtungswiderstand und die Induktivität reduzieren. Da die Pads 13a bis 13e in der vorliegenden Ausführungsform in der Größe reduziert werden können, ist es möglich, die Bondingfläche mit dem plattenförmigen Leiter 14 zu vergrößern und den Verdrahtungswiderstand und die Induktivität zu reduzieren.
Eine Reduzierung der Größe der Verdrahtungsvorrichtung 5 schafft freien Raum zum Anordnen der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d, erhöht den Freiheitsgrad eines Layout-Designs und ermöglicht dadurch, dass die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d einander benachbart vorgesehen wird. Infolgedessen ist es möglich, die Größe des mit der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d verbundenen plattenförmigen Leiters 14 zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, Kosten einer Materialbearbeitung und Materialkosten des plattenförmigen Leiters 14 zu reduzieren und zur gleichen Zeit Verluste der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d durch den Effekt einer Reduzierung der Induktivität oder dergleichen zu reduzieren. Überdies ist es auch möglich, eine Spannung zu reduzieren, die durch einen Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem plattenförmigen Leiter 14 und peripheren Bauteilen der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d hervorgerufen wird, und die Zuverlässigkeit zu verbessern. Darüber hinaus kann der plattenförmige Leiter 14 die Verdrahtungsvorrichtung 5 bedecken. Dadurch ist es möglich, eine Verdrahtung des Hauptstromkreises zu vereinfachen, die Größe des Halbleitermoduls zu reduzieren und Herstellungskosten, elektrische Charakteristiken und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Die Schleifenhöhe kann reduziert werden, indem man die Drähte 12a bis 12e dünner macht. Selbst wenn der plattenförmige Leiter 14 die Verbindungsstelle zwischen den Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d und den Drähten 12a bis 12e bedeckt, ist es deshalb möglich, den Zwischenraum zwischen den Drähten 12a bis 12e und dem plattenförmigen Leiter 14 zu minimieren. Daher ist es möglich, Kurzschlüsse zwischen den Drähten 12a bis 12e und dem plattenförmigen Leiter 14 zu vermeiden, ohne die Dicke des Halbleitermoduls extrem zu vergrößern.
Die Halbleitervorrichtung 4b enthält eine Messvorrichtung. Die Messvorrichtung ermöglicht, dass der Zustand der Halbleitervorrichtung 4b genau und sukzessiv erfasst wird. Auf diese Weise kann eine Schutzschaltung zur rechten Zeit betätigt werden, und es ist möglich, einen Verlust des Halbleitermoduls zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Die Messvorrichtung enthält eine Temperaturmessdiode, die eine Temperatur der Halbleitervorrichtungen detektiert, und eine Strommessvorrichtung, die einen Stromwert detektiert, der durch die Halbleitervorrichtung mit einem konstanten Stromteilungsverhältnis fließt. Das Pad 13a der Halbleitervorrichtung 4b ist mit der Strommessvorrichtung verbunden, und die Pads 13b und 13c sind jeweils mit der Anode und der Kathode der Temperaturmessdioden verbunden. Man beachte, dass ein Kurzschließen des mit der Kathode verbundenen Pad 13c und des mit der Source verbundenen Pad 13d die Anzahl an Pads reduzieren kann.
Wenn die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d eng vorgesehen wird, um die Größe des Halbleitermoduls zu reduzieren, steigt wahrscheinlich die Temperatur der innerhalb des Isoliersubstrats 1 vorgesehenen Halbleitervorrichtung an. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, die die Messvorrichtung enthaltende Halbleitervorrichtung 4b verglichen mit den Halbleitervorrichtungen 4a, 4c und 4d, die keine Messvorrichtung enthalten, innerhalb des Isoliersubstrats 1 anzuordnen.
Die Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d enthalten Substrate aus einem Verbund-Halbleiter wie etwa Siliziumcarbid oder Galliumnitrid. Da Verbund-Halbleiter mit hohen Materialkosten und Bearbeitungskosten verbunden sind, können die Produktkosten reduziert werden, indem die effektiven Flächen der Halbleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung vergrößert werden.
Wenn die Verdrahtungsvorrichtung 5 ein Siliziumsubstrat enthält, kann das Siliziumsubstrat unter Verwendung bestehender Waferprozesse leicht gebildet werden und kann unter Verwendung der gleichen Technik wie derjenigen für die Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d aufgebaut werden. Somit können die Herstellungskosten reduziert werden. Außerdem kann die Verwendung eines Lichtdruckprozesses komplizierte feine Drähte ausbilden und kann somit die Verdrahtungsvorrichtung 5 miniaturisieren. Dies macht es möglich, die Länge einer Hauptstromverdrahtung zu reduzieren und die Induktivität der Hauptstromverdrahtung zu reduzieren und dadurch Schaltverluste zu verringern, wenn eine aus SiC etc. geschaffene Halbleitervorrichtung angesteuert wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Verdrahtung in der Verdrahtungsschicht 5, insbesondere die mit dem Gate verbundene Verdrahtung 10e und die mit der Source verbundene Verdrahtung 10d, so eng wie möglich platziert anzuordnen. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Induktivität vom Hauptstrom zu minimieren und eine Fehlfunktion der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d zu verhindern. Eine komplizierte Verdrahtung wird insbesondere für die Verdrahtungsvorrichtung mit Drähten ausgebildet, die von der Verdrahtung 10d und 10e verschieden sind; aber die Verdrahtungsschleife zwischen der Verdrahtung 10d und 10e kann leicht minimiert werden. Es ist möglich, eine Verdrahtung gleicher Länge für eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen zu realisieren, indem die Verdrahtungen 10d und 10e, die nahe beieinander vorgesehen sind, ringförmig verdrahtet werden.
Das Substrat 16 kann ein aus GaAs oder dergleichen geschaffenes halbisolierendes Substrat sein. In diesem Fall ist es möglich, die Relais-Pads 8a bis 8e, 9a bis 9e und die Verdrahtung 10a bis 10e direkt auf dem Substrat 16 auszubilden und die Notwendigkeit der Isolierschicht 17, die das Substrat 16 und die Verdrahtung 10a bis 10e oder dergleichen isoliert, zu eliminieren. Folglich kann der Prozess zum Herstellen der Verdrahtungsvorrichtung 5 verkürzt werden und können die Herstellungskosten reduziert werden. Man beachte, dass als die Verdrahtungsvorrichtung 5 eine Leiterplatte genutzt werden kann. Die Verwendung einer kostengünstigen Leiterplatte kann Materialkosten reduzieren.
Es ist vorzuziehen, die Dicken von Vorrichtungen durch Schleifen in einem Prozess zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen einzustellen und Höhendifferenzen zwischen den Pads 13a bis 13e und den Relais-Pads 9a bis 9e auf 100 µm oder weniger zu reduzieren. Pad-Höhen identisch auszubilden macht es möglich, die Drähte 12a bis 12e zu verkürzen und dadurch zu verhindern, dass die feinen Drähte 12a bis 12e während einer Injektion eines Versiegelungsharzes verschoben werden.
Zweite Ausführungsform
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Leiterplatte 20 als Basisplatte genutzt. Die Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d und die Verdrahtungsvorrichtung 5 sind auf der gleichen Ebene der Leiterplatte 20 vorgesehen. Die Leiterplatte 20 ist ein vorwiegend zum Beispiel aus Kupfer geschaffener Wärmespreizer. Der Wärmespreizer ist über eine Isolierfolie oder Isolierplatte, die an die untere Oberfläche gebondet ist, von einem Kühlgehäuse wie etwa einer Luftkühllamelle oder einer Wasserkühllamelle isoliert. Solche Isolatoren und der Wärmespreizer können direkt gebondet oder über eine Wärmeleitpaste oder dergleichen gebondet werden.
Unter Verwendung der Leiterplatte 20 ist es möglich, selbst im Fall der Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d mit verhältnismäßig kleinen effektiven Flächen Wärme effizient zu spreizen, den Wärmewiderstand zu reduzieren und die Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit in Bezug auf Halbleiterverluste zu verbessern. Insbesondere im Fall der vorwiegend aus Siliziumcarbid oder dergleichen geschaffenen Halbleitervorrichtungen 4a bis 4d ist es schwierig, die Flächen zu vergrößern, und Wärme muss effizient gespreizt werden, und folglich ist die vorliegende Ausführungsform besonders effektiv.
Da es schwierig ist, eine Verdrahtung auf der Leiterplatte 20 auszubilden, wird die Funktion als Verdrahtung oft Leiterrahmen oder dergleichen zugewiesen. Dies bildet ein Hindernis für eine Miniaturisierung des Halbleitermoduls, und Drähte werden aufgrund einer Toleranz bei der Ausbildung oder Montage von Leiterrahmen kurzgeschlossen, was eine Verschlechterung der Fertigungsausbeute und Zuverlässigkeit zur Folge hat. Im Gegensatz dazu ermöglicht in der vorliegenden Ausführungsform die Verwendung der Verdrahtungsvorrichtung 5, dass eine Verdrahtung auf der Leiterplatte 20 vorgesehen wird, und somit können diese Probleme gelöst werden. Der Rest der Konfiguration und die Effekte sind jenen der ersten Ausführungsform ähnlich.
Bezugszeichenliste

1: Isoliersubstrat (Basisplatte);
2: Schaltungsstruktur (Teil mit starker Elektrizität);
4a-4d: Halbleitervorrichtung;
5: Verdrahtungsvorrichtung;
7a-7e: externe Elektrode;
8a-8e, 9a-9e: Relais-Pad;
10a-10e: Verdrahtung;
11a-11e, 12a-12e: Draht;
13a-13e: Pad;
14: plattenförmiger Leiter;
15: Harz;
16: Substrat;
17: Isolierschicht;
18: Beschichtungsfilm;
19: Gate-Widerstand;
20: Leiterplatte (Basisplatte)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/046058 [0003]

Claims

Halbleitermodul, aufweisend: eine Basisplatte; eine Halbleitervorrichtung, die auf der Basisplatte vorgesehen ist und ein Pad aufweist; eine externe Elektrode; eine Verdrahtungsvorrichtung, die auf der Basisplatte vorgesehen ist und ein erstes Relais-Pad, ein zweites Relais-Pad, das näher zum Pad als das erste Relais-Pad vorgesehen ist, und eine Verdrahtung umfasst, die das erste Relais-Pad und das zweite Relais-Pad verbindet; einen ersten Draht, der die externe Elektrode und das erste Relais-Pad verbindet; einen zweiten Draht, der das Pad und das zweite Relais-Pad verbindet; und ein Harz, das die Halbleitervorrichtung, die Verdrahtungsvorrichtung und die ersten und zweiten Drähte versiegelt, wobei der zweite Draht dünner als der erste Draht ist und das Pad kleiner als das erste Relais-Pad ist.
Halbleitermodul nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Teil mit starker Elektrizität, der auf der Basisplatte vorgesehen und mit einem Leistungsanschluss auf einer unteren Oberfläche der Halbleitervorrichtung verbunden ist, wobei die Verdrahtungsvorrichtung ferner ein Substrat, das auf dem Teil mit starker Elektrizität vorgesehen ist, und eine Isolierschicht, die auf dem Substrat vorgesehen ist, umfasst und die ersten und zweiten Relais-Pads und die Verdrahtung auf der Isolierschicht vorgesehen sind.
Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Basisplatte eine Leiterplatte ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verdrahtung eine in einer Ringform vorgesehene erste Verdrahtung und eine innerhalb der ersten Verdrahtung vorgesehene zweite Verdrahtung umfasst.
Halbleitermodul nach Anspruch 4, wobei ein Teil der ringförmigen ersten Verdrahtung geöffnet ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Halbleitervorrichtung eine Vielzahl von Transistoren enthält, das zweite Relais-Pad eine Vielzahl von Pads umfasst, die jeweils mit Gates der Vielzahl von Transistoren verbunden sind, eine Vielzahl von Gate-Widerständen jeweils zwischen die Vielzahl von Pads und die Verdrahtung geschaltet ist und, je höher eine Schwellenspannung der entsprechenden Halbleitervorrichtung ist, der Widerstandswert des Gate-Widerstands umso niedriger ist.
Halbleitermodul nach Anspruch 6, wobei ein Hauptmaterial des Gate-Widerstands Silizium ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Halbleitervorrichtung eine erste Halbleitervorrichtung, die eine Messvorrichtung enthält, und eine zweite Halbleitervorrichtung, die keine Messvorrichtung enthält, umfasst und die erste Halbleitervorrichtung verglichen mit der zweiten Halbleitervorrichtung innerhalb der Basisplatte gelegen ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend einen plattenförmigen Leiter, der an eine Oberflächenelektrode der Halbleitervorrichtung gebondet ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verdrahtungsvorrichtung einen Beschichtungsfilm enthält, der die Verdrahtung bedeckt.
Halbleitermodul nach Anspruch 10, wobei ein Hauptmaterial des Beschichtungsfilms Polyimid ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Halbleitervorrichtung ein Substrat aus einem Verbund-Halbleiter enthält.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Verdrahtungsvorrichtung ein Siliziumsubstrat enthält.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Verdrahtungsvorrichtung ein halbisolierendes Substrat enthält.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Verdrahtungsvorrichtung eine gedruckte Schaltungsplatine ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein Hauptmaterial des zweiten Drahts Gold ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Hauptmaterial des ersten Drahts Aluminium ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei eine Höhendifferenz zwischen dem Pad und dem zweiten Relais-Pad 100 µm oder weniger beträgt.