DE112019004173T5

DE112019004173T5 - Leistungshalbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben sowie Energiewandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019004173T5
Application number: DE112019004173.8T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Asaji; Seiji Oka; Hiroshi Yoshida; Shinsuke Asada; Hidetoshi Ishibashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2021-05-20
Also published as: WO2020039986A1; JP7062071B2; JPWO2020039986A1

Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (130) umfasst ein isolierendes Substrat (10), ein Halbleiterelement (21) und eine gedruckte Leiterplatte (30). Das Halbleiterelement (21) ist an dem isolierenden Substrat (10) befestigt. Die gedruckte Leiterplatte (30) ist so befestigt, dass sie dem Halbleiterelement (21) zugewandt ist. Das Halbleiterelement (21) weist eine Hauptelektrode und eine Signalelektrode (21c) auf. Die gedruckte Leiterplatte (30) umfasst ein Kernelement (31), eine erste Leiterschicht (32) und eine zweite Leiterschicht (33). Die gedruckte Leiterplatte (30) weist ein erstes Durchgangsloch (36C) auf. Innerhalb des ersten Durchgangslochs (36C) sind sowohl ein erster metallischer Säulenbereich (51C), der sich in eine erste Richtung von dem ersten Durchgangsloch nach außerhalb des ersten Durchgangslochs (36C) über die oberste Oberfläche der gedruckten Leiterplatte (30) hinaus erstreckt, und ein erstes leitendes Element (44C) innerhalb des ersten Durchgangslochs (36C) angeordnet. Innerhalb des ersten Durchgangslochs (36C) ist eine Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs (51C), der sich in die erste Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte (30) über das erste leitende Element (44C) verbunden. Die Signalelektrode (21c) und der erste metallische Säulenbereich (51C) sind über ein zweites leitendes Element (43C) verbunden. Die Hauptelektrode 21b und die gedruckte Leiterplatte (30) sind über ein drittes leitendes Element (42) verbunden.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben sowie eine Energiewandlungsvorrichtung, und insbesondere betrifft sie eine Leistungshalbleitervorrichtung, die einen metallischen Säulenbereich zwischen zwei Substraten aufweist, und ein Verfahren zum Herstellen derselben, sowie eine Energiewandlungsvorrichtung, die die Leistungshalbleitervorrichtung umfasst.
Technischer Hintergrund
Leistungshalbleitervorrichtungen werden für die Steuerung der Hauptenergieversorgung von Vorrichtungen in vielen verschiedenen Bereichen verwendet, wie etwa industriellen Vorrichtungen, elektrischen Eisenbahnen und in hauselektrischen Geräten. Leistungshalbleitervorrichtungen, die in industriellen Vorrichtungen installiert sind, bedürfen der Verkleinerung, großen Wärmeableitungen und hoher Zuverlässigkeit. Bei einer Leistungshalbleitervorrichtung sind Leistungshalbleiterelemente, wie etwa IGBTs („Insulated Gate Bipolar Transistors“) und FWDs („Free Wheeling Diodes“, Freilaufdioden) an einem isolierenden Substrat mit guter Wärmeableitung montiert. Drähte sind mit den Oberflächenelektroden der Leistungshalbleiterelemente verbunden, die auf dem isolierenden Substrat montiert sind. Somit wird eine Schaltung der Leistungshalbleitervorrichtung ausgebildet.
Auf diese Weise sind die Drähte mit dem isolierenden Substrat der Leistungshalbleitervorrichtung verbunden. Die Fläche des teuren isolierenden Substrats wird deshalb erhöht. Dies erhöht die Kosten der Leistungshalbleitervorrichtungen. Wenn die Fläche des isolierenden Substrats groß ist, ist auch die äußere Gestalt der Leistungshalbleitervorrichtung groß. Beispielsweise offenbart die japanische Patentoffenlegung Nr. 2009-302557 (PTL1) eine Leistungshalbleitervorrichtung, bei der ein Halbleiterelement, welches an einem isolierenden Substrat befestigt ist, und ein Schaltungsmuster an einem Substrat, welches diesem zuweisend angeordnet ist, durch Lot verbunden sind, welches ein Verbindungsleiter ist.
Zi tierungsliste
Patentliteratur
PTL1: Japanische Patentoffenlegung Nr. 2009-302557
Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Bei der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2009-302557 sind ein isolierendes Substrat, an dem ein Halbleiterelement befestigt ist, und ein Substrat, das das daran befestigte Schaltungsmuster aufweist, so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind. Im Vergleich zu dem Fall, in dem sie in einer einzigen Ebene ausgerichtet sind, ist bei dieser Konfiguration die Fläche des isolierenden Substrats reduziert. Bei der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2009-302557 sind jedoch zwei Substrate durch einen Verbindungsleiter verbunden, der beispielsweise kugelförmiges Lot ist. Dies bedeutet, dass die beiden Substrate in einem Zustand verbunden werden, in dem der Verbindungsleiter sich auf der Oberfläche des isolierenden Substrats frei bewegen kann. Es ist deshalb schwierig, es so einzurichten, dass die Position des Verbindungsleiters entlang der Hauptoberfläche des Substrats an einem einzigen Punkt festgelegt ist. Gemäß der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2009-302557 gibt es deshalb die Möglichkeit, dass die Leistungshalbleitervorrichtungen nicht stabil hergestellt werden können.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorangehend beschriebenen Probleme getätigt. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der zwei Substrate, die einander zugewandt sind, mit hoher Positionsgenauigkeit verbunden sind, sowie eine Energiewandlungsvorrichtung bereitzustellen, die die Leistungshalbleitervorrichtung umfasst.
Lösung des Problems
Eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein isolierendes Substrat, ein Halbleiterelement und eine gedruckte Leiterplatte. Das Halbleiterelement ist mit dem isolierenden Substrat verbunden. Die gedruckte Leiterplatte ist so verbunden, dass sie dem Halbleiterelement zugewandt ist. Das Halbleiterelement weist eine Hauptelektrode und eine Signalelektrode auf. Die gedruckte Leiterplatte umfasst ein Kernelement, eine erste Leiterschicht, die an einer ersten Hauptoberfläche auf Seiten des Halbleiterelements des Kernelements ausgebildet ist, eine zweite Leiterschicht, die an einer zweiten Hauptoberfläche an einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite des Kernelements ausgebildet ist. Die gedruckte Leiterplatte weist ein erstes Durchgangsloch auf, das die erste Leiterschicht, das Kernelement und die zweite Leiterschicht durchsetzt. Innerhalb des ersten Durchgangslochs sind sowohl ein erster metallischer Säulenbereich und ein erstes leitendes Element innerhalb des ersten Durchgangslochs angeordnet. Der erste metallische Säulenbereich erstreckt sich in eine erste Richtung, die die erste Hauptoberfläche schneidet, und zwar von innerhalb des ersten Durchgangslochs nach außerhalb des ersten Durchgangslochs über eine dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte an einer dem isolierenden Substrat gegenüberliegenden Seite hinaus. Innerhalb des ersten Durchgangslochs ist eine Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs, der sich in die erste Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte über das erste leitende Element verbunden. Die Signalelektrode und der erste metallische Säulenbereich sind über ein zweites leitendes Element verbunden. Die Hauptelektrode und die gedruckte Leiterplatte sind über ein drittes leitendes Element verbunden.
Eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein isolierendes Substrat, ein Halbleiterelement und eine gedruckte Leiterplatte. Das Halbleiterelement ist mit dem isolierenden Substrat verbunden. Die gedruckte Leiterplatte ist so verbunden, dass sie dem Halbleiterelement zugewandt ist. Das Halbleiterelement weist eine Signalelektrode auf. Die gedruckte Leiterplatte umfasst ein Kernelement, eine erste Leiterschicht und eine zweite Leiterschicht. Die erste Leiterschicht der gedruckten Leiterplatte weist einen ersten ausgenommenen Bereich auf. Es sind sowohl ein erster metallischer Säulenbereich, der sich in eine Richtung, die eine erste Hauptoberfläche schneidet, von innerhalb nach außerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs erstreckt, und ein erstes leitendes Element innerhalb des ausgenommenen Bereichs vorgesehen. Ein leitendes Element außerhalb des ausgenommenen Bereichs steht mit dem ersten metallischen Säulenbereich und mit der Signalelektrode in Kontakt.
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein isolierendes Substrat, das eine Hauptoberfläche aufweist, an der ein Halbleiterelement mit einer Signalelektrode befestigt ist, bereitgestellt. Eine gedruckte Leiterplatte wird bereitgestellt, welche ein Kernelement, eine erste Leiterschicht, die an einer ersten Hauptoberfläche des Kernelements ausgebildet ist, und eine zweite Leiterschicht, die an einer zweiten Hauptoberfläche an einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite des Kernelements ausgebildet ist, wird bereitgestellt, und es umfasst ein erstes Durchgangsloch, das die erste Leiterschicht, das Kernelement und die zweite Leiterschicht durchsetzt. Ein erster metallischer Säulenbereich, der sich von innerhalb des ersten Durchgangslochs nach außerhalb des ersten Durchgangslochs erstreckt, ist vorgesehen. Die gedruckte Leiterplatte weist dem isolierenden Substrat zu und ist an diesem so befestigt, dass der erste metallische Säulenbereich mit der Signalelektrode über ein erstes leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs verbunden ist, und auch so, dass ein zweiter metallischer Säulenbereich mit der einen Hauptoberfläche des isolierenden Substrats über ein zweites leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs verbunden ist. Innerhalb des ersten Durchgangslochs sind sowohl der erste metallische Säulenbereich als auch ein erstes leitendes Element innerhalb des Durchgangslochs vorgesehen, und innerhalb des ersten Durchgangslochs ist eine Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs, der sich in eine erste Richtung erstreckt, die die erste Hauptoberfläche schneidet, mit der gedruckten Leiterplatte über das erste leitende Element innerhalb des Durchgangslochs verbunden.
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterelement, das eine Signalelektrode aufweist, mit einer Hauptoberfläche eines isolierenden Substrats verbunden. Eine gedruckte Leiterplatte, die ein Kernelement, eine erste Leiterschicht und eine zweite Leiterschicht umfasst, wird bereitgestellt. Ein ausgenommener Bereich wird in der ersten Leiterschicht der gedruckten Leiterplatte ausgebildet, und ein erster metallischer Säulenbereich, der sich von innerhalb nach außerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs erstreckt, wird bereitgestellt. Die gedruckte Leiterplatte wird dem isolierenden Substrat zuweisend mit diesem so verbunden, dass der erste metallische Säulenbereich mit der Signalelektrode über ein leitendes Element außerhalb des ausgenommenen Bereichs verbunden ist. Innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs sind sowohl der erste metallische Säulenbereich als auch ein erstes leitendes Element innerhalb des ausgenommenen Bereichs angeordnet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der erste metallische Säulenbereich in Kontakt mit der Signalelektrode außerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs angeordnet, und zwar von der ersten Hauptoberfläche innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs. Da der erste metallische Säulenbereich sich von innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs ausgehend erstreckt, kann die Positionsgenauigkeit des ersten metallischen Säulenbereichs erhöht werden, und zwar aufgrund der Beschränkung durch den ersten ausgenommenen Bereich. Deshalb kann die gedruckte Leiterplatte an dem isolierenden Substrat mit hoher Positionsgenauigkeit befestigt werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht der gesamten Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht eines ersten Beispiels einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils entlang einer Linie II-II in 1 der Leistungshalbleitervorrichtung des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform.
3 ist eine schematische Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung in 1, die einen Bereich mit Halbleiterelementen genauer zeigt.
4 ist eine schematische Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung der 1, die ein Kernelement und eine Leiterschicht an der unteren Seite in der Z-Richtung einer gedruckten Leiterplatte genauer zeigt.
5 ist eine schematische Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung der 1, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte genauer zeigt.
6 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs A der ersten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist.
7 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs B der ersten Ausführungsform, der durch eine unterbrochene Linie in 2 umgeben ist.
8 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht eines zweiten Beispiels der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine schematische Draufsicht, die einen Bereich der Leistungshalbleitervorrichtung der 8 genauer zeigt, der Halbleiterelemente aufweist.
10 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der unteren Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte der Leistungshalbleitervorrichtung der 8 genauer zeigt.
11 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z Richtung der gedruckten Leiterplatte der Leistungshalbleitervorrichtung der 8 genauer zeigt.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs entlang einer Linie II-II in 1, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie II-II in 1, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie II-II in 1, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie II-II in 1, die einen vierten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
16 ist schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines ersten Beispiels des Bereichs A einer zweiten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist.
17 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels des Bereichs A der zweiten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist.
18 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines ersten Beispiels des Bereichs B der zweiten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist.
19 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels des Bereichs B der zweiten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist.
20 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs A einer dritten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist.
21 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs B der dritten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist.
22 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie II-II der 1 bei der Leistungshalbleitervorrichtung einer vierten Ausführungsform.
23 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs XXIII der vierten Ausführungsform, der in 22 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist.
24 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht eines ersten Beispiels einer fünften Ausführungsform zeigt.
25 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XXV-XXV in 24 bei der Leistungshalbleitervorrichtung des ersten Beispiels der fünften Ausführungsform.
26 ist eine schematische Draufsicht, die einen Bereich mit Halbleiterelementen bei der Halbleitervorrichtung in 24 genauer zeigt.
27 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der unteren Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung der 24 genauer zeigt.
28 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung der 24 genauer zeigt.
29 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs C, der in 25 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem ersten Beispiel der fünften Ausführungsform.
30 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs D, der in 25 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem ersten Beispiel der fünften Ausführungsform.
31 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht zeigt, bei einem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform.
32 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils entlang einer Linie XXXII-XXXII in 13 bei der Leistungshalbleitervorrichtung des zweiten Beispiels der fünften Ausführungsform.
33 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs E, der in 32 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform.
34 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs F, der in 32 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform.
35 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht einer ersten Abwandlung des Bereichs F, der in 32 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform.
36 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht einer zweiten Abwandlung des Bereichs F, der in 32 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform.
37 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht zeigt, bei einem dritten Beispiel der fünften Ausführungsform.
38 ist eine schematische Draufsicht, die einen Teil mit Halbleiterelementen genauer zeigt, bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 37.
39 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der unteren Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 37 genauer zeigt.
40 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 37 genauer zeigt.
41 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht bei einem vierten Beispiel der fünften Ausführungsform genauer zeigt.
42 ist eine schematische Draufsicht, die einen Teil mit Halbleiterelementen bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 41 genauer zeigt.
43 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der unteren Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 41 genauer zeigt.
44 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 41 genauer zeigt.
45 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang Linie XXV-XXV in 24, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform zeigt.
46 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie XXV-XXV in 24, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform zeigt.
47 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang Linie XXV-XXV in 24, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform zeigt.
48 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang Linie XXV-XXV in 24, die einen vierten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform zeigt.
49 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs F, der in 25 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei einer sechsten Ausführungsform.
50 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs G, der in 25 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei der sechsten Ausführungsform.
51 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Energiewandlungssystems schematisch zeigt, für welches eine Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform verwendet wird.

Beschreibung von Ausführungsform
Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Zunächst wird eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. Es werden eine X-Richtung, eine Y-Richtung und eine Z-Richtung zur Vereinfachung der Erläuterung eingeführt. 1 ist eine schematische Draufsicht der gesamten Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht eines ersten Beispiels einer ersten Ausführungsform. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils entlang einer Linie II-II in 1 der Leistungshalbleitervorrichtung des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform. 3 ist eine schematische Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung in 1, die einen Bereich mit Halbleiterelementen genauer zeigt. 4 ist eine schematische Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung der 1, die ein Kernelement und eine Leiterschicht an der unteren Seite in der Z-Richtung einer gedruckten Leiterplatte genauer zeigt. 5 ist eine schematische Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung der 1, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte genauer zeigt. 6 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs A der ersten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist. 7 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs B der ersten Ausführungsform, der durch eine unterbrochene Linie in 2 umgeben ist. Nachfolgend wird die untere Seite in Bezug auf die Z-Richtung, d. h. die negative Seite in Z-Richtung, einfach als die untere Seite oder unten bezeichnet, und die obere Seite in Bezug auf die Z-Richtung, d. h. die positive Seite in Z-Richtung, wird einfach als die obere Seite oder oben bezeichnet.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung 1 des ersten Beispiels der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen ein isolierendes Substrat 10, Halbleiterchips 20, eine gedruckte Leiterplatte 30, ein leitendes Element 40, einen metallischen Säulenbereich 50, ein Gehäuse 60, ein Dichtungsharz 70 und Elektrodenanschlüsse 80. Das isolierende Substrat 10 ist ein flaches plattenförmiges Element, welches in einer zweidimensionalen Ansicht beispielsweise eine rechteckige Gestalt aufweist. Das isolierende Substrat 10 weist eine isolierende Schicht 11, eine vierte Leiterschicht 12 und eine dritte Leiterschicht 13 auf.
Die isolierende Schicht 11 weist eine Dicke von beispielsweise 0,125 mm auf. Die isolierende Schicht 11 ist beispielsweise eine isolierende Platte aus Harz. Jedoch ist die isolierende Schicht 11 nicht hierauf beschränkt und kann aus beispielsweise einem keramischen Material gefertigt sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AlN (Aluminiumnitrit), Aluminiumoxid und SiN (Siliziumnitrit) ausgewählt ist. Die vierte Leiterschicht 12 ist an der unteren Oberfläche der isolierenden Schicht 11 befestigt. Die vierte Leiterschicht 12 weist eine Dicke von beispielsweise 2 mm auf. Die dritte Leiterschicht 13 ist so angeordnet, dass sie an der oberen Oberfläche der isolierenden Schicht 11, d. h. an der Oberfläche des isolierenden Substrats 10 auf Seiten der gedruckten Leiterplatte 30, welches die Oberseite ist, befestigt ist. Die dritte Leiterschicht 13 weist eine Dicke von beispielsweise 0,5 mm auf. Die vierte Leiterschicht 12 und die dritte Leiterschicht 13 sind aus beispielsweise Kupfer gebildet.
Unter Bezugnahme auf 3 weist die dritte Leiterschicht 13 beispielsweise in einer zweidimensionalen Ansicht eine rechteckige Gestalt auf, und eine Mehrzahl von dritten Leiterschichten 13 ist so angeordnet, dass sie in X-Richtung mit Abstand voneinander ausgerichtet sind. Zwei dritten Leiterschichten 13 sind mit einem Abstand in X-Richtung in 3 voneinander angeordnet, die Anzahl und die Art der Anordnung der dritten Leiterschichten 13 sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Halbleiterchips 20 umfassen beispielsweise ein IGBT als Halbleiterelement 21 und eine Diode 22 als ein anderes Element. Diese Halbleiterchips 20, d. h. die Halbleiterelemente 21 und die Dioden 22, sind an einer Hauptoberfläche befestigt, d. h. an der oberen Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10. Insbesondere ist die Mehrzahl von Halbleiterelementen 21 und Dioden 22 an der oberen Oberfläche der dritten Leiterschicht 13 mit Abstand voneinander in X-Richtung und Y-Richtung befestigt. Vorzugsweise werden beispielsweise FWDs als Dioden verwendet. IGBTs werden hier beispielhaft als Halbleiterelemente 21 erläutert. Jedoch können anstatt der IGBTs beispielsweise MOSFETs („Metall Oxide Semiconductor Field Effect Transistors“, Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren) als Halbleiterelemente 21 verwendet werden.
In 3 sind drei Halbleiterelemente 21 und drei Dioden 22 so befestigt, dass sie in einer Reihe von jeweils zwei dritten Leiterschichten 13 an dem isolierenden Substrat 10 befestigt sind. Dies bedeutet, dass in 3 Halbleiterelemente 21 und Dioden 22 paarweise angeordnet sind, um ein Modul zu bilden. Jedoch sind die Anzahl und die Art der Anordnung der Halbleiterelement 21 und Dioden 22 nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können die Halbleiterelemente 21 und Dioden 22 als zwei Paare oder als sechs Paare angeordnet sein. Ferner können mit der obigen Konfiguration ein Leistungshalbleiterelement, das als ein Wandler dient, und ein Leistungshalbleiterelement, das als eine Bremse dient, montiert sein.
3 zeigt schematisch ein Halbleiterelement 21, das eine Hauptelektrode 21b und eine Signalelektrode 21c an einem Chipkörper 21a aufweist. Die Hauptelektrode 21b ist beispielsweise eine Emitterelektrode, und die Signalelektrode 21c ist beispielsweise eine Gate-Elektrode. 3 zeigt schematisch eine Diode 22, die eine Elektrode 22b an einem Chipkörper 22a aufweist.
Bei dem Halbleiterelement 21 hat der Chipkörper 21a beispielsweise eine Länge von 8 mm, eine Breite von 8 mm und eine Dicke von 0,08 mm. Bei der Diode 22 hat der Chipkörper 22a beispielsweise eine Länge von 6 mm, eine Breite von 8 mm und eine Dicke von 0,08 mm. An der oberen Oberfläche des Halbleiterelements 21 als einem IGBT ist eine Gate-Elektrode als Signalelektrode 21 c mit beispielsweise einer Länge von 1 mm und einer Breite von 2 mm ausgebildet. Die Anzahl und die Art der Anordnung der Hauptelektroden 21b, Signalelektroden 21c und Elektroden 22b der Dioden 22 sind nicht auf die vorangehend Beschriebenen beschränkt. Die Hauptelektrode 21b, die Signalelektrode 21c und die Elektrode 22b sind sämtlich beispielsweise dünne Metallfilme, die aus Gold gebildet sind. Wenn das Halbleiterelement 21 ein MOSFET ist, ist eine Source-Elektrode als Hauptelektrode 21b und eine Gate-Elektrode als Signalelektrode 21c an dem Chipkörper angeordnet.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ist die gedruckte Leiterplatte 30 ein flaches plattenförmiges Element, welches in einer zweidimensionalen Ansicht beispielsweise eine rechteckige Gestalt aufweist. Wie in 2 gezeigt, ist die gedruckte Leiterplatte 30 oberhalb des Halbleiterelements 21 und der Diode 22 so befestigt, dass sie dem Halbleiterelement 21 und der Diode 22 zugewandt ist. Insbesondere sind Lotschichten 41 an den unteren Flächen des Halbleiterelements 21 und der Diode 22 angeordnet, und dritte leitende Elemente 22, welches Lotschichten sind, sind an deren oberen Oberflächen angeordnet. Das Halbleiterelement 21 und die Diode 22 sind an der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 darunter über Lotschichten 41 befestigt. Das Halbleiterelement 21 und die Diode 22 sind mit der ersten nachfolgend beschriebenen Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 darüber über dritte leitende Elemente 42 verbunden. Die Hauptelektrode 21b und die gedruckte Leiterplatte 30 sind, in anderen Worten, über das dritte leitende Elemente 42 verbunden. Sowohl die Lotschicht 41 als auch das dritte leitende Element 42 sind in dem vorangehend beschriebenen leitenden Element 40 enthalten.
Die Lotschicht 41 und das dritte leitende Element 42 weisen jeweils eine Dicke von etwa 0,1 mm auf und sind aus einem Lotmaterial auf Sn-Ag-Cu-Basis gebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Lotschicht 41 und das dritte leitende Element 42 beschränkt, und jedes andere leitende Material kann zum Bilden eines leitenden Elements verwendet werden. Anstatt der Lotschicht 41 und des dritten leitenden Elements 42 können beispielsweise ein leitender Klebstoff, der einen in Epoxidharz verteilten Silber-Füllstoff umfasst, oder Silber-Nanopulver oder Kupfer-Nanopulver, bei welchen Nanopartikel bei niedrigen Temperaturen gebacken werden, als das leitende Element verwendet werden. Wenn das leitende Element aus diesen Materialien gebildet ist, wird eine Verbindungswirkung erhalten, die der bei der Lotschicht 41 und dem dritten leitenden Element 42 ähnlich ist.
Das isolierende Substrat 10 ist mit der unteren Seite des Halbleiterchips 20 auf diese Weise verbunden. Das isolierende Substrat 10 ermöglicht somit die elektrische Verbindung mit einer nicht gezeigten Elektrode an der unteren Oberfläche des Halbleiterchips 20. Weitere Details des leitenden Elements 40 werden später beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst die gedruckte Leiterplatte 30 ein Kernelement 31, eine erste Leiterschicht 32 und eine zweite Leiterschicht 33. Die erste Leiterschicht 32 ist an einer ersten Hauptoberfläche auf Seiten des Halbleiterelements 21, d. h. der Unterseite des Kernelements 31, ausgebildet. Die zweite Leiterschicht 33 ist an einer zweiten Hauptoberfläche an der der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite, d. h. der oberen Seite des Kernelements 31, ausgebildet. Wie vorangehend beschrieben, ist die erste Leiterschicht 32 an dem Halbleiterelement 21 und der Diode 22 über das dritte leitende Element 42 verbunden. Die gedruckte Leiterplatte 30 ist deshalb entlang der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 20 so angeordnet, dass sie der Oberseite des Halbleiterelements 21 und dergleichen, das an dem isolierenden Substrat 10 angebracht ist, zuweist.
Das Kernelement 31 weist eine Dicke von beispielsweise 0,5 mm auf. Das Kernelement 31 ist beispielsweise ein isolierendes Material, welches ein FR-4 („Flame Retardant Type 4“) genanntes Material ist. Die erste Leiterschicht 32 ist eine proximale Leiterschicht, die an der ersten Hauptoberfläche an der unteren Seite des Kernelements 31, die dem Halbleiterchip 20 näher ist, ausgebildet ist. Die zweite Leiterschicht 33 ist eine distale Leiterschicht, die an der zweiten Hauptoberfläche an der oberen Seite des Kernelements 31, das von dem Halbleiterchip 20 entfernt ist, ausgebildet ist. Die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 haben jeweils eine Dicke von beispielsweise 0,4 mm und sind beispielsweise aus Kupfer gebildet.
Wie beispielsweise in 4 gezeigt ist, sind die zwei ersten Leiterschichten 32, welche eine relativ große ebene Fläche aufweisen, mit einem Abstand voneinander in beispielsweise der X-Richtung angeordnet. Zusätzlich zu den vorangehend beschriebenen zwei Mustern mit einer relativ großen ebenen Fläche sind erste Leiterschichten 32 mit einer relativ kleinen ebenen Fläche vorgesehen. Drei erste Leiterschichten 32 mit einer relativ kleinen ebenen Fläche sind mit einem Abstand in X-Richtung voneinander an der Rückseite in Bezug auf die Y-Richtung (nachfolgend einfach als Rückseite bezeichnet) des großen Musters an der linken Seite in Bezug auf die X-Richtung (nachfolgend einfach als die linke Seite bezeichnet) wie in 4 gezeigt angeordnet. Zudem sind drei erste Leiterschichten 32 mit einer relativ kleinen ebenen Fläche mit einem Abstand voneinander in Bezug auf die X-Richtung an der Vorderseite in Bezug auf die Y-Richtung (hier einfach als die Vorderseite bezeichnet) des großen Musters an der rechten Seite in Bezug auf die X-Richtung (hier einfach als die rechte Seite bezeichnet) angeordnet, wie dies in 4 gezeigt ist. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der kleinen ersten Leiterschichten 32 gleich der Anzahl der Halbleiterelemente 21 (Signalelektroden 21c) ist. Die Anzahl der ersten Leiterschichten 32 ändert sich deshalb mit der Anzahl der installierten Halbleiterelemente 21. Aufgrund der vorangehend beschriebenen Anordnung sind die ersten Leiterschichten 32 eines Paares von großen Mustern so angeordnet, dass die Linke relativ zu der Rechten leicht zur Vorderseite hin verschoben ist.
Jedes von zwei großen Mustern der ersten Leiterschichten 32 und sechs kleinen Mustern der ersten Leiterschichten 32 weist einen Bereich auf, der von dem Kernelement 31 als ein Anschluss teilweise vorsteht. Insbesondere erstreckt sich der teilweise vorstehende Teil des Musters der ersten Leiterschicht 32 in die Y-Richtung ausgehend von einem Bereich, der mit dem Kernelement 31 überlappt, in einen Bereich außerhalb davon. Dies bedeutet, dass die teilweise vorstehenden Bereiche der Muster der ersten Leiterschicht 32 auf der linken Seite in 4 und die drei kleinen ersten Leiterschichten 32, die auf der rechten Seite in 4 ausgerichtet sind, sich hin zur Vorderseite erstrecken. Die teilweise vorstehenden Bereiche der Muster der großen ersten Leiterschicht 32 auf der rechten Seite in 4 und die drei kleinen ersten Leiterschichten 32, die auf der linken Seite in 4 ausgerichtet sind, erstrecken sich hin zu der Rückseite.
Bei den zwei großen Mustern der ersten Leiterschichten 32 weist ein Teil eine rechteckige zweidimensionale Gestalt auf, der von dem teilweise von dem Kernelement 31 vorstehenden Bereich (einem von dem sich in Y-Richtung erstreckenden Bereich verschiedenen Bereich) verschieden ist. Andererseits erstreckt sich von den sechs kleinen Mustern der ersten Leiterschichten 32 ein Bereich, der von dem von dem Kernelement 31 teilweise vorstehenden Bereich verschieden ist (ein Bereich, der von dem sich in die Y-Richtung erstreckenden Bereich verschieden ist), entlang der X-Richtung. Sechs kleine Muster der ersten Leiterschichten 32 erstrecken sich, in anderen Worten, jeweils entlang der X-Richtung in einem Bereich, der dem Muster der zwei ersten Leiterschichten 32 näher ist, und sie erstrecken sich in Y-Richtung von dem Zentrum in X-Richtung des Bereichs nach außerhalb des Kernelements 31. Bei allen ersten Leiterschichten 32 weist der sich in die Y-Richtung erstreckende Bereich einen Teil auf (einen Teil, der dem Teil relativ näher liegt, der von dem sich in Y-Richtung erstreckenden Teil ausgenommen ist), der an einer Position angeordnet ist, die mit dem Kernelement 31 überlappt, der andere Teil überlappt jedoch nicht mit dem Kernelement 31, was bedeutet, dass er an einer Position angeordnet ist, die von dem Kernelement 31 vorsteht. In dieser Konfiguration weist der von dem Kernelement 31 vorstehende Bereich in einer zweidimensionalen Ansicht eine Gestalt eines Buchstaben T auf, die als ein Anschluss wirken kann, der nach außen verbunden ist. Die Anzahl und die Anordnungsweise der T-förmigen Muster der ersten Leiterschichten 32 verschiedener Größe ist nicht auf die vorangehend Beschriebenen beschränkt.
Wie in 5 gezeigt, sind die beiden zweiten Leiterschichten 33 in X-Richtung mit Abstand voneinander angeordnet. Jedes dieser Muster von zweiten Leiterschichten 33 weist einen Bereich auf, der von dem Kernelement 31 als ein Anschluss teilweise vorsteht. Insbesondere erstreckt sich der teilweise vorstehende Bereich des Musters der zweiten Leiterschicht 33 in die X-Richtung von einem Bereich aus, der mit dem Kernelement 31 überlappt und hin zu einem Bereich außerhalb desselben. Dies bedeutet, dass der teilweise vorstehende Bereich des Musters der zweiten Leiterschicht 33 auf der linken Seite in 5 sich zur linken Seite hin erstreckt. Der teilweise vorstehende Bereich des Musters der zweiten Leiterschicht 33 auf der rechten Seite in 5 erstreckt sich zur rechten Seite.
Bei den zwei Mustern der zweiten Leiterschicht 33 weist ein Bereich, der von dem von dem Kernelement 31 teilweise vorstehenden Bereich verschieden ist (ein anderer Bereich als der sich in die X-Richtung erstreckende Bereich), eine rechteckige zweidimensionale Gestalt auf. Bei jeder der zweiten Leiterschichten 33 weist der sich in die X-Richtung erstreckende Bereich einen Teil auf (einen Bereich, der dem Bereich relativ näher ist, der von dem sich in die X-Richtung erstreckenden Bereich verschieden ist), der in einer Position angeordnet ist, die mit dem Kernelement 31 überlappt, d. h., von dem Kernelement 31 vorsteht. Mit dieser Konfiguration kann der von dem Kernelement 31 vorstehende Bereich als Anschluss wirken, der mit einer Zuleitung von außen elektrisch verbindbar ist. Die Anzahl und die Anordnungsweise der Muster der zweiten Leiterschichten 33 sind nicht auf die vorangehend beschriebenen beschränkt.
Auf diese Weise haben die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 einen Bereich, der mit dem Kernelement 31 nicht überlappt und von dem Kernelement 31 in einer zweidimensionalen Draufsicht vorsteht. Es ist deshalb bevorzugt, dass sowohl die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 an dem Kernelement 31 mit einer nicht dargestellten Kleberschicht befestigt sind. Die ersten Leiterschichten 32 und die zweiten Leiterschichten 33 mit den vorangehend beschriebenen Eigenschaften bilden ein Schaltungsmuster der gedruckten Leiterplatte 30.
Wie in 4 und 5 gezeigt, ist ein Loch 34 ausgebildet, welches das Kernelement 31 von der ersten Hauptoberfläche zu der zweiten Hauptoberfläche durchsetzt und welches auf ähnliche Weise die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33, welche hiermit zweidimensional überlappen, durchsetzt. Dies bedeutet, dass das Loch 34 die gesamte gedruckte Leiterplatte 30 in Dickenrichtung durchsetzt. Beispielsweise sind vier Löcher 34 so angeordnet, dass sie in Y-Richtung ausgerichtet sind, und zwar in einem Bereich, der einem Endbereich in X-Richtung eines Bereichs des rechteckigen Musters, der von dem vorstehenden Bereich verschieden ist, näher liegt, und zwar für jede der zwei ersten Leiterschichten 32 und der zwei zweiten Leiterschichten 33, welche eine große planare Fläche aufweisen. Jedoch sind die Position, an der die Löcher 34 ausgebildet sind, und die Anzahl der Löcher 34 nicht hierauf beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Loch 34 beispielsweise eine zylindrische Gestalt auf, die eine runde Grundfläche entlang der XY-Ebene aufweist und sich in die Z-Richtung erstreckt.
Eine Leiterschicht ist an der inneren Wandfläche des Lochs 34 ausgebildet. Insbesondere ist an der inneren Wandfläche des Lochs 34 ein Leiterschichtverbindungsbereich 35A zur Bereitstellung elektrischer Kontinuität zwischen der ersten Leiterschicht 32 und der zweiten Leiterschicht 33 ausgebildet. Dies bedeutet, dass die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 über den Leiterschichtverbindungsbereich 35A an der inneren Wandfläche des Lochs 34 elektrisch in Verbindung stehen. Der Leiterschichtverbindungbereich 35A ist aus einem dünnen Leiterfilm, wie etwa Kupfer, gebildet, der die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 an der inneren Wandfläche des Lochs 34 elektrisch und mechanisch verbindet. Insbesondere ist der Leiterschichtverbindungsbereich 35A beispielsweise ein Kupfer-Plattierungsfilm, der an der inneren Wandfläche des Lochs 34 ausgebildet ist, und zwar unabhängig von der ersten Leiterschicht 32 und der zweiten Leiterschicht 33.
Unter Bezugnahme auf 2, 4, 5 und 6 weist die gedruckte Leiterplatte 30 eine Mehrzahl von ersten ausgenommenen Bereichen 36A auf, in welchen die erste Leiterschicht 32 teilweise fehlt. In 6 ist der erste ausgenommene Bereich 36A so ausgebildet, dass er die erste Leiterschicht 32 in dem Bereich durchsetzt, in dem diese dazu ausgebildet ist, dass die erste Hauptoberfläche des unmittelbar darunterliegenden Kernelements 31 freiliegt. Insbesondere sind, wie in 4 gezeigt erste ausgenommene Bereiche 36A als sechs Muster ausgebildet, welche eine relativ kleine planare Fläche der ersten Leiterschicht 32 einnehmen. Es ist bevorzugt, dass ein erster ausgenommener Bereich 36A beispielsweise an dem Zentrum des Bereichs ausgebildet ist, der sich in X-Richtung erstreckt, und zwar für jedes der sechs kleinen Muster. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Der erste ausgenommene Bereich 36A weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt auf, die sich in Z-Richtung erstreckt und eine runde Grundfläche in der XY-Ebene aufweist. Wie in 6 gezeigt, ist es bevorzugt, dass der erste ausgenommene Bereich 36A so ausgebildet ist, dass er bis zu der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 reicht, wodurch eine Vertiefung gebildet wird, welche die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 als seine Bodenfläche aufweist. Jedoch bildet der erste ausgenommene Bereich 36A wenigstens die Vertiefung so, dass die erste Leiterschicht 32 in ihrer Dickenrichtung nicht vorhanden ist. Dies bedeutet, dass der erste ausgenommene Bereich 36A so ausgebildet sein kann, dass er die erste Leiterschicht 32 nicht durchsetzt und das Kernelement 31 nicht freiliegt.
Unter Bezugnahme auf 6 ist insbesondere ein zweites leitendes Element 43A als leitendes Element 40 an der Oberfläche der Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 ausgebildet. Innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A ist ein erstes leitendes Element 44A als leitendes Element 40 angeordnet. Innerhalb eines jeden einer Mehrzahl von ersten ausgenommenen Bereichen 36A ist ein erster metallischer Säulenbereich 51A angeordnet. Dies bedeutet, dass innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A sowohl ein erster metallischer Säulenbereich 51A und ein erstes leitendes Element 44A angeordnet sind. Das Innere des ersten ausgenommenen Bereichs 36A ist, mit anderen Worten, mit dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und dem ersten leitenden Element 44A gefüllt. Das erste leitende Element 44A ist als beispielsweise Lot ausgebildet und füllt einen Bereich von der Seitenoberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A bis hin zu der inneren Wandoberfläche des ersten ausgenommenen Bereichs 36A. Der erste metallische Säulenbereich 51A und die erste Leiterschicht 32 sind durch das erste leitende Element 44A elektrisch verbunden.
Es ist bevorzugt, dass der erste metallische Säulenbereich 51A aus Kupfer gebildet ist, und zwar in Anbetracht von dessen elektrischer Leitfähigkeit, thermischer Leitfähigkeit und Verbindbarkeit mit Lot. Wenn der erste ausgenommene Bereich 36A eine zylindrische Gestalt aufweist, ist es bevorzugt, dass der erste metallische Säulenbereich 51A ebenfalls eine zylindrische Gestalt aufweist. Wenn der erste ausgenommene Bereich 36A eine polygonale prismatische Gestalt aufweist, die in zweidimensionaler Ansicht polygonal ist, ist es bevorzugt, dass der erste metallische Säulenbereich 51A ebenfalls eine polygonale prismatische Gestalt aufweist, die dazu passt. Im Hinblick auf die Verringerung von thermischem Stress, der beim Verbinden der Schnittstelle zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und dem ersten leitenden Element 44A oder dergleichen erzeugt wird, ist es jedoch stärker bevorzugt, dass der erste metallische Säulenbereich 51A eine zylindrische Gestalt aufweist.
In 6 erstreckt sich der erste metallische Säulenbereich 51A in eine erste Richtung, d. h. in die Z-Richtung, die zu der ersten Hauptoberfläche orthogonal ist, und zwar von der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31, das in dem ersten ausgenommenen Bereich 36A freiliegt, hin zu dem Außenbereich um den ersten ausgenommenen Bereich 36A. Dies bedeutet, dass der erste metallische Säulenbereich 51A die erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 durchsetzt, um sich in die Z-Richtung zu erstrecken. Insbesondere sind innerhalb des ersten ausgenommen Bereichs 36A die Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, der sich in die erste Richtung, d. h. in die Z-Richtung, erstreckt, und die erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 über das erste leitende Element 44A verbunden. In 6 steht insbesondere das zweite leitende Element 34A mit sowohl dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Signalelektrode 21c in Kontakt. In 6 erstreckt sich, in anderen Worten, der erste metallische Säulenbereich 51A in die Z-Richtung, und zwar von der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 zu dem zweiten leitenden Element 43A an der Signalelektrode 21c außerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A. Dies bedeutet, dass der erste metallische Säulenbereich 51A und die Signalelektrode 21c durch das zweite leitende Element 43A, welches beispielsweise aus Lot gebildet ist, miteinander verbunden sind. Die Signalelektrode 21c und der erste metallische Säulenbereich 51A sind, mit anderen Worten, über das zweite leitende Element 43A verbunden. Der Endbereich des isolierenden Substrats 10 in Z-Richtung, d. h. die Unterseite des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, ist mit einem Abstand von der Signalelektrode 21c angeordnet.
Wie vorangehend beschrieben, wirkt der erste metallische Säulenbereich 51A als ein Leiter, der die Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 und die erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30, die dieser gegenüberliegt, elektrisch verbindet. Dies bedeutet, dass die Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 und die erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30, die dieser gegenüberliegt, über das zweite leitende Element 43a, den ersten metallischen Säulenbereich 51A und das erste leitende Element 44A elektrisch verbunden sind.
Wie in 6 gezeigt, ist es bevorzugt, dass der erste metallische Säulenbereich 51A so angeordnet ist, dass er mit der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A in Kontakt steht. Der erste metallische Säulenbereich 51A steht jedoch nicht notwendigerweise mit der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A in Kontakt.
Wie in 6 gezeigt, ist das zweite leitende Element 43A zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Signalelektrode 21c angeordnet. Dies bedeutet, dass der erste metallische Säulenbereich 51A und die Signalelektrode 21c nicht miteinander in Kontakt stehen. Dies bedeutet, in anderen Worten, dass es in dem zusammengebauten Zustand der Leistungshalbleitervorrichtung 100 einen gewissen Abstand zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Signalelektrode 21c gibt. Aufgrund dieser Konfiguration kann in dem Schritt des Anordnens des ersten metallischen Säulenbereichs 51A über der Signalelektrode 21c der Bruch des Halbleiterelements 21 aufgrund eines von dem ersten metallischen Säulenbereich 51A ausgehenden Schlags auf die Signalelektrode 21c unterdrückt werden.
In dem Fall einer Leistungshalbleitervorrichtung 100 mit einer Nennspannung von 1200 V oder weniger ist es bevorzugt, dass ein Abstand H (siehe 6) zwischen der Oberfläche der ersten Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 und der Oberfläche der Elektrode (zum Beispiel Signalelektrode 21c), die in dem Halbleiterelement ausgebildet ist, 0,3 mm oder mehr beträgt. Es ist bevorzugt, dass ein Spalt von 0,1 mm oder mehr zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und dem Halbleiterelement 21 vorgesehen ist, so dass der erste metallische Säulenbereich 51A mit der Oberfläche des Halbleiterelements 21 nicht in Kontakt steht. Unter der Annahme, dass die Dicke der Elektrode, wie etwa der Signalelektrode 21 c, sehr klein ist und nicht in Betracht gezogen wird, ist es bevorzugt, dass die Dicke des zweiten leitenden Elements 43A 0,1 mm oder mehr beträgt. In einem Fall, in dem der Abstand H 0,3 mm ist und die Dicke der ersten Leiterschicht 32 0,4 mm ist, ist es bevorzugt, dass die Höhe in Z-Richtung (Dicke) des ersten metallischen Säulenbereichs 51A 0,6 mm oder weniger beträgt, wenn die Dicke des zweiten leitenden Elements 43A 0,1 mm oder mehr beträgt.
Wie in 6 gezeigt, ist in einem Bereich (d. h. der Bodenfläche, die der unterste Bereich ist) des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, welcher der Signalelektrode 21c zugewandt ist, eine erste Breite y1 in einer Richtung (der Y-Richtung in 6) entlang einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 größer als eine zweite Breite y2 in die Richtung entlang einer Hauptoberfläche der Signalelektrode 21c. Wenn beispielsweise die Signalelektrode 21c eine rechteckige zweidimensionale Gestalt aufweist, die in Y-Richtung eine Abmessung y2 von 1 mm und in X-Richtung eine Abmessung von 2 mm aufweist, ist es bevorzugt, dass die Abmessung y1 in Y-Richtung des untersten Bereichs des ersten metallischen Säulenbereichs 51A 1 mm übersteigt. Hierdurch wird der zulässige Bereich eines relativen Versatzes zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Signalelektrode 21c erweitert. Dies bedeutet, dass selbst dann, wenn der erste metallische Säulenbereich 51A relativ zu der Signalelektrode 21c in Y-Richtung leicht versetzt ist, dieser mit der Signalelektrode 21c über das zweite leitende Element 43A verbunden werden kann. Ein Fehler durch Leitungsunterbrechung zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Signalelektrode 21c kann deshalb vermieden werden. Im Hinblick auf die Erreichung der vorangehend beschriebenen Wirkung kann, umgekehrt, die erste Breite y1 des ersten metallischen Säulenbereichs 51A kleiner sein als die zweite Breite y2 der Signalelektrode 21c.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Verbindungsbereich zwischen dem Halbleiterchip 20 und der gedruckten Leiterplatte 30 folgende Merkmale auf. Wie in 6 gezeigt, ist die Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 mit der gedruckten Leiterplatte 30 über den ersten metallischen Säulenbereich 51A verbunden. Die Hauptelektrode 21b des Halbleiterelements 21 (siehe 3) und die nicht dargestellte Oberflächenelektrode der Diode 22 sind durch das leitende Element 40 verbunden. Wenn die Hauptelektrode 21b und die nicht dargestellte Oberflächenelektrode der Diode 22 durch den metallischen Säulenbereich 50 verbunden sind, fließen durch den metallischen Säulenbereich 50 große Ströme, und es ist deshalb notwendig, eine Mehrzahl von metallischen Säulenbereichen 50 vorzusehen, um den Strom zu verteilen. Wenn eine Mehrzahl von metallischen Säulenbereichen 50 vorgesehen ist, muss eine Mehrzahl von ausgenommenen Bereichen mit kleinen Abständen voneinander in der gedruckten Leiterplatte 30 ausgebildet werden. Jedoch ist die Bearbeitung einer Mehrzahl ausgenommener Bereiche mit kleinen Abständen schwierig und kann die Herstellung der benötigten Anzahl unmöglich machen. Dann sind die Hauptelektrode 21b und die Oberflächenelektrode der Diode 22 durch das leitende Element 40 wie vorangehend beschrieben verbunden, wodurch ein notwendiges Volumen zum Zuführen großer Ströme durch das leitende Element 40 leicht bereitgestellt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 2, 4, 5 und 7 weist die gedruckte Leiterplatte 30 einen zweiten ausgenommenen Bereich 37A auf, in dem die erste Leiterschicht 32 teilweise nicht vorhanden ist. In 7 ist ein zweiter ausgenommener Bereich 37A so ausgebildet, dass er die erste Leiterschicht 32 in dem Bereich durchsetzt, in dem die erste Hauptoberfläche des unmittelbar darunter liegenden Kernelements 31 freiliegt.
Wie in 4 gezeigt, ist eine Mehrzahl zweiter ausgenommener Bereiche 37A mit Abstand von dem ersten ausgenommenen Bereich 36A ausgebildet. Insbesondere sind die zweiten ausgenommenen Bereiche 37A in zwei Mustern ausgebildet, die eine relativ große ebene Fläche der ersten Leiterschicht 32 einnehmen. Drei zweite ausgenommene Bereiche 37A sind mit Abstand in X-Richtung voneinander ausgebildet, und zwar für jedes der zwei großen Muster, z. B. in einem Bereich benachbart zu dem vorstehenden Bereich in dem Bereich, der von dem vorstehenden Bereich des Kernelements 31 verschieden ist. Es ist bevorzugt, dass die zweiten ausgenommenen Bereiche 37A so viele sind wie die ersten ausgenommenen Bereiche 36A und diese den Anordnungspositionen der ersten ausgenommenen Bereiche 36A in Y-Richtung gegenüberliegen (sie haben in X-Richtung die gleichen Positionen). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und die zweiten ausgenommen Bereiche 37A können an Positionen ausgebildet sein, die von den Ausbildungspositionen der ersten ausgenommenen Bereiche 36A in X-Richtung verschieden sind. Die Anzahl der ersten ausgenommenen Bereiche 36A und die Anzahl der zweiten ausgenommenen Bereiche 37A können einander gleich oder verschieden voneinander sein.
Wie nachfolgend beschrieben ist beispielsweise ein zweiter metallischer Säulenbereich 52A im Inneren des zweiten ausgenommenen Bereich 37A angeordnet, und Strom fließt durch diesen Bereich. Drei zweite metallische Säulenbereiche 52A sind für jedes von zwei großen Mustern der ersten Leiterschicht 32 in 4 verbunden. Solange der von jedem Muster der ersten Leiterschicht 32 fließende Strom getragen wird, kann die Anzahl der zweiten metallischen Säulenbereiche 52A, welche mit jedem der Muster der ersten Leiterschicht 32 verbunden sind, d. h. die Anzahl der zweiten ausgenommenen Bereiche 37A, unabhängig von der Anzahl der ersten metallischen Säulenbereiche 51A und ersten ausgenommenen Bereiche 36A ausgelegt werden. D. h., die Anzahl der zweiten ausgenommenen Bereiche 37A ist nicht beschränkt. Die Stromtragfähigkeit kann als das Produkt des Querschnitts, der die Erstreckungsrichtung des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A schneidet, mit der Stromdichte berechnet werden. Beispielsweise wird der Fall betrachtet, indem der zweite metallische Säulenbereich 52A mit einem Kreisquerschnitt bei einem Durchmesser von 2,0 mm aus Kupfer gebildet ist. In diesem Fall ist die Stromtragfähigkeit pro zweiten metallischen Säulenbereich 52A etwa 200 A. Im Fall einer Leistungshalbleitervorrichtung 100, bei der beispielsweise 600 A durch jedes Muster der ersten Leiterschicht 32 fließen, sind drei oder mehr zweite metallische Säulenbereiche 52A mit einem Durchmesser von 2,0 mm ausgebildet. Drei zweite metallische Säulenbereiche 52A, die mit der großen ersten Leiterschicht 32 in 4 verbunden sind, entsprechen der U-Phase, V-Phase bzw. W-Phase.
Es ist bevorzugt, dass eine Mehrzahl von zweiten ausgenommenen Bereichen 37A an Positionen angeordnet sind, die zueinander in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats 10 in der zweidimensionalen Ansicht punktsymmetrisch sind.
Der zweite ausgenommene Bereich 37A weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt mit einer runden Bodenfläche in der XY-Ebene auf und erstreckt sich in die Z-Richtung. Der zweite ausgenommene Bereich 37A weist jedoch nicht notwendigerweise eine zylindrische Gestalt auf und weist beispielsweise eine polygonale prismatische Gestalt auf, die in einer zweidimensionalen Ansicht polygonal ist, ähnlich wie bei dem ersten ausgenommen Bereich 36A. Wie in 7 gezeigt, ist es bevorzugt, dass der zweite ausgenommene Bereich 37A so ausgebildet ist, dass er die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 erreicht, wodurch eine Vertiefung gebildet wird, die die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 als ihre Bodenfläche hat. Jedoch bildet der zweite ausgenommene Bereich 37A die Vertiefung wenigstens so, dass die erste Leiterschicht 32 in ihrer Dickenrichtung nicht vorhanden ist. Dies bedeutet, dass der zweite ausgenommene Bereich 37A so ausgebildet sein kann, dass er die erste Leiterschicht 32 nicht durchsetzt und das Kernelement 31 nicht freiliegt.
Unter Bezugnahme auf 7 ist insbesondere ein fünftes leitendes Element 45A als leitendes Element 40 an der Oberfläche der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 ausgebildet. Innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A ist ein viertes leitendes Element 46A als leitendes Element 40 angeordnet. Innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A ist ferner ein zweiter metallischer Säulenbereich 52A angeordnet. Dies bedeutet, dass innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A sowohl ein zweiter metallischer Säulenbereich 32A und ein viertes leitendes Element 46 angeordnet sind. Das Innere des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A ist, in anderen Worten, mit dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A und dem vierten leitenden Element 46A gefüllt. Das vierte leitende Element 46A ist aus beispielsweise Lot gebildet und füllt einen Bereich von der Seitenfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52 bis hin zu der inneren Wandfläche des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A. Der zweite metallische Säulenbereich 52A und die zweite leitende Schicht 32 sind durch das vierte leitende Element 46A elektrisch verbunden. Insbesondere ist die sich in die Z-Richtung erstreckende Oberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A mit der gedruckten Leiterplatte 30 über das vierte leitende Element 46A verbunden.
Es ist bevorzugt, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A aus Kupfer gebildet ist, und zwar in Anbetracht der elektrischen Leitfähigkeit, thermischen Leitfähigkeit und Verbindbarkeit mit Lot. Wenn der zweite ausgenommene Bereich 37A eine zylindrische Gestalt aufweist, ist es bevorzugt, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A ebenfalls eine zylindrische Gestalt aufweist. Der zweite metallische Säulenbereich 52A kann eine polygonale prismatische Gestalt aufweisen, jedoch ist eine zylindrische Gestalt, die der des ersten metallischen Säulenbereichs 51A ähnlich ist, mehr bevorzugt. Der zweite metallische Säulenbereich 52A ist innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A angeordnet. Somit ist eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A vorgesehen, ähnlich den zweiten ausgenommenen Bereichen 37A. Es ist bevorzugt, dass eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A an Positionen angeordnet ist, die in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats 10 in einer zweidimensionalen Ansicht punktsymmetrisch sind. Die Wendung „das Zentrum des isolierenden Substrats 10“ bedeutet in der vorliegenden Verwendung, dass die diagonalen Linien der rechteckigen Gestalt in einer zweidimensionalen Ansicht des isolierenden Substrats einander schneiden. Wenn das isolierende Substrat 10 eine zweidimensionale Gestalt aufweist, die von einer rechteckigen Gestalt verschieden ist, bedeutet das Zentrum des isolierenden Substrats 10 die Position von dessen Schwerpunkt.
Wie in 7 gezeigt, ist eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A vorgesehen, welche sich jeweils von dem isolierenden Substrat 10 zu der gedruckten Leiterplatte 30 in eine Richtung erstrecken, die die erste Hauptoberfläche schneidet. Insbesondere erstreckt sich jeder der Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A in eine Richtung, die die erste Hauptoberfläche schneidet, d. h. in die Z-Richtung, und zwar von der freiliegenden ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 im Inneren eines entsprechenden der Mehrzahl von zweiten ausgenommenen Bereichen 37A hin nach außerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A. Dies bedeutet, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A die erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 durchsetzt, um sich in die Z-Richtung zu erstrecken. Insbesondere erstreckt sich in 7 jeder der Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A in die Z-Richtung, die die erste Hauptoberfläche der Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 (z. B. die dritte Leiterschicht 13) schneidet, welche an der Außenseite des zweiten ausgenommenen Bereichs 37 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A und die dritte Leiterschicht 37 mit dem fünften leitenden Element 45A verbunden sind, welches beispielsweise aus Lot gebildet ist. Bei dieser Konfiguration steht der Endbereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A auf Seiten des isolierenden Substrats 10 in Z-Richtung in Kontakt mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10. Die Wendung „eine Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10“ bedeutet hier beispielsweise die oberste Oberfläche der dritten leitenden Schicht 13. Der unterste Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A und die oberste Oberfläche der dritten Leiterschicht 13 sind auf diese Weise verbunden, wodurch die Positionsgenauigkeit in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte 30 verbessert wird.
Wie vorangehend beschrieben, wirkt der zweite metallische Säulenbereich 52A als ein Leiter, der die dritte Leiterschicht 13 und die erste Leiterschicht 32 der dieser gegenüberliegenden gedruckten Leiterplatte 30 elektrisch verbindet. Dies bedeutet, dass die dritte Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 und die erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30, die dieser gegenüberliegt, über das fünfte leitende Element 45A, den zweiten metallischen Säulenbereich 52A und das vierte leitende Element 46A elektrisch verbunden sind.
Der zweite metallische Säulenbereich 52A wird als Verdrahtung verwendet, um es zu ermöglichen, dass ein AN-Strom durch das Halbleiterelement 21 fließt. Gleichzeitig ist der zweite metallische Säulenbereich 52A so eingestellt, dass die Lücke (der Abstand in Z-Richtung) zwischen der dritten Leiterschicht 13 und der ersten Leiterschicht 32 auf einem konstanten Wert gehalten wird. Insbesondere ist es, wie in 2 gezeigt, bevorzugt, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A eine größere Abmessung aufweist als der erste metallische Säulenbereich 51A, und zwar in Z-Richtung, welche die erste Hauptoberfläche schneidet. Eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 51A weist im Wesentlichen die gleiche Abmessung in Z-Richtung auf. Eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A weist ebenfalls im Wesentlichen die gleiche Abmessung in Z-Richtung auf.
Das Gehäuse 60 ist so angeordnet, dass es einen äußeren Kantenbereich des isolierenden Substrats 10 in einer zweidimensionalen Ansicht umgibt und das Halbleiterelement 21, die Diode 22, die gedruckte Leiterplatte 30 und dergleichen aufnimmt. Dies bedeutet, dass das isolierende Substrat 10 und das Gehäuse 60 ein behälterförmiges Element bilden. Das Halbleiterelement 21, die Diode 22, die gedruckte Leiterplatte 30 und dergleichen sind in dem behälterförmigen Element aufgenommen, und das Innere des behälterförmigen Elements ist mit einem Dichtharz 70 gefüllt. Das Dichtharz 5 ist aus beispielsweise Epoxidharz gebildet.
Das Gehäuse 60 ist mit dem isolierenden Substrat 10 verbunden, und zwar insbesondere an den Endflächen der isolierenden Schicht 11 und der vierten Leiterschicht 12 und in einem Bereich der Hauptoberfläche, der der Endfläche der vierten Leiterschicht 12 benachbart ist, und zwar durch einen nicht dargestellten Silikonkleber. Das Gehäuse 60 ist ein Element, welches beispielsweise PPS (Polyphenylsulfid) als eine Hauptkomponente enthält. Das Gehäuse 60 kann jedoch aus LCP (Flüssigkristallpolymer) gebildet sein, welches eine bessere Wärmebeständigkeit aufweist als PPS.
Wie in 2 gezeigt, weist das Gehäuse einen Bereich mit einer relativ großen Breite in X-Richtung (und der nicht gezeigten Y-Richtung) an seiner Unterseite auf, sowie einen Bereich mit einer relativ kleinen Breite in X-Richtung (und Y-Richtung) an seiner Oberseite. Das Gehäuse 60 weist eine Nut auf, die sich von einer gehäuseinneren Oberfläche 61 des Bereichs großer Breite ausgehend erstreckt, durch den Bereich großer Breite in Horizontalrichtung verläuft, abbiegt und sich in die Z-Richtung entlang einer gehäuseinneren Oberfläche 52 des Bereichs kleiner Breite erstreckt. Der Elektrodenanschluss 80, der eine der Nut ähnliche Gestalt aufweist, ist so ausgebildet, dass er in die Nut passt. Der Elektrodenanschluss 80 ist mit der ersten Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 elektrisch verbunden. Diese elektrische Verbindung wird durch einen Teil der in 4 gezeigten ersten Leiterschicht 32 gebildet, welcher von dem Kernelement 31 als ein Anschluss teilweise vorsteht. Die erste Leiterschicht 32 ist mit der Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 über den ersten metallischen Säulenbereich 51A verbunden. Der Elektrodenanschluss 80 ist somit mit der Signalelektrode 21c und der Hauptelektrode 21b des Halbleiterelements 21 und dergleichen verbunden.
8 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht eines zweiten Beispiels der ersten Ausführungsform zeigt. 9 ist eine schematische Draufsicht, die einen Bereich der Leistungshalbleitervorrichtung der 8 genauer zeigt, der Halbleiterelemente aufweist. 10 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der unteren Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte der Leistungshalbleitervorrichtung der 8 genauer zeigt. 11 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z Richtung der gedruckten Leiterplatte der Leistungshalbleitervorrichtung der 8 genauer zeigt. 8, 9, 10 und 11 entsprechen jeweils 1, 3, 4 beziehungsweise 5 des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf die 8 bis 11 weist eine Leistungshalbleitervorrichtung 101 des zweiten Beispiels der ersten Ausführungsform im Wesentlichen eine Konfiguration auf, die der der Leistungshalbleitervorrichtung 100 des ersten Beispiels ähnlich ist, und die gleichen konstituierenden Elemente sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter ausgeführt, solange die Funktionen einander gleich sind. Dies trifft auch für die nachfolgenden Beispiele zu. Jedoch ist in den 8 bis 11 einer einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A so angeordnet, dass er in einer zweidimensionalen Ansicht das Zentrum der gedruckten Leiterplatte 30 enthält. Dies bedeutet, dass einer einer Mehrzahl von zweiten ausgenommenen Bereichen 37A so ausgebildet ist, dass er in einer zweidimensionalen Ansicht das Zentrum der gedruckten Leiterplatte 30 enthält. Ein zweiter metallischer Säulenbereich 52A ist so angeordnet, dass er sich von dem Inneren des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A am Zentrum des isolierenden Substrats 10 in die Z-Richtung erstreckt.
Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 101 wird eine Deformation in der Nähe des Zentrums in der zweidimensionalen Ansicht der gedruckten Leiterplatte 30, an dem Verwerfungen und Welligkeiten besonders groß sind, durch die Festigkeit des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A, der so angeordnet ist, dass er das Zentrum stützt, unterdrückt.
In den 8 bis 11 ist der zweite metallische Säulenbereich 52A an dem Zentrum in zweidimensionaler Ansicht unabhängig von einer nicht dargestellten Schaltung, die in der gedruckten Leiterplatte 30 und dem isolierenden Substrat 10 ausgebildet ist. Deshalb fließt durch den zweiten metallischen Säulenbereich 52A kein Strom. Der zweite metallische Säulenbereich 52A, durch welchen kein Strom fließt, kann in der Schaltung geeignet ausgebildet werden.
Unter Bezugnahme auf die 12 bis 15 wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100 wird insbesondere der Schritt des Ausbildens des isolierenden Substrats 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 und das Verbinden des isolierenden Substrats 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 beschrieben. Die 12 bis 15 sind alle schematische Querschnittsansichten eines Bereichs entlang einer Linie II-II in 1, ähnlich der 2. Anders als in den übrigen Zeichnungen, sind die 12 und 13 in Z-Richtung umgekehrt, d. h. von oben nach unten gedreht.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils entlang der Linie II-II in 1, und sie zeigt einen ersten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 12 wird die gedruckte Leiterplatte 30 bereitgestellt, welche ein Kernelement 31, eine erste Leiterschicht 32, die an der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 ausgebildet ist, und eine zweite Leiterschicht 33, die an der zweiten Hauptoberfläche, die der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegt, des Kernelements 31 ausgebildet ist.
Dann werden erste ausgenommene Bereiche 36A und zweite ausgenommene Bereiche 37A, in denen die erste Leiterschicht 32 teilweise fehlt, an der gedruckten Leiterplatte 30 ausgebildet. Die ersten ausgenommenen Bereiche 36A und die zweiten ausgenommenen Bereiche 37A werden an (einer Mehrzahl von) Positionen ausgebildet, die beispielsweise in 4 gezeigt sind. Die ersten ausgenommenen Bereiche 36A und die zweiten ausgenommen Bereiche 37A werden gebildet, indem die erste Leiterschicht 32 unter Verwendung von einem bekannten Ätzprozess oder Schneidprozess entfernt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird in diesem Schritt die erste Leiterschicht 32 so entfernt, dass sie durchsetzt ist. Die ersten ausgenommenen Bereiche 36A und die zweiten ausgenommen Bereiche 37A werden somit so gebildet, dass die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 freiliegt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und die ersten ausgenommenen Bereiche 36A und die zweiten ausgenommenen Bereiche 37A können so gebildet werden, dass das Kernelement 31 nicht freiliegt. In dem Schritt des Bereitstellens der gedruckten Leiterplatte 30 können die ersten ausgenommenen Bereiche 36A und die zweiten ausgenommenen Bereiche 37A nach dem Kauf der gedruckten Leiterplatte 30 gebildet werden. Alternativ kann in diesem Schritt des Bereitstellens der gedruckten Leiterplatte 30 eine gedruckte Leiterplatte 30 gekauft werden, die die ersten ausgenommen Bereiche 36A und die zweiten ausgenommenen Bereiche 37A bereits aufweist.
Dann wird, wie in 12 gezeigt, Lotpaste 44d zum Bilden des ersten leitenden Elements 44A (siehe 2 und 6) in dem ersten ausgenommenen Bereich 36A, d. h. einen Bereich, der durch die innere Wandfläche des ersten ausgenommenen Bereichs 36A umgeben ist, und dergleichen injiziert. Lotpaste 46d zum Bilden des vierten leitenden Elements 46A (siehe 2 und 7) wird in den zweiten ausgenommenen Bereich 37A, d. h. einen Raum, der durch die Innenwandfläche des zweiten ausgenommen Bereichs 37A und dergleichen umgeben ist, injiziert. Lotpaste 45d und 46d wird beispielsweise von einem Spender zugeführt.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie II-II in 1, welche einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt. Unter Bezugnahme auf 13 wird ein erster metallischer Säulenbereich 51A in dem ersten ausgenommenen Bereich 36A in dem ersten ausgenommenen Bereich 36A angeordnet, der mit Lotpaste 44d gefüllt ist. Die Höhe (Dicke) in Z-Richtung des ersten metallischen Säulenbereichs 51A ist größer als die Tiefe in Z-Richtung des ersten ausgenommenen Bereichs 36A. Somit ist der erste metallische Säulenbereich 51A so angeordnet, dass er sich vom Inneren des ersten ausgenommen Bereichs 36A nach außerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A erstreckt. Sowohl der erste metallische Säulenbereich 51A und die Lotpaste 44d sind somit innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A angeordnet. Insbesondere ist innerhalb des ersten ausgenommen Bereichs 36A Lotpaste 44d an der Außenseite des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, d. h. in einem Bereich vorgesehen, der zwischen der Seitenfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A und der inneren Wandfläche des ersten ausgenommen Bereichs 36A liegt. Es ist bevorzugt, dass der gesamte Bereich innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A mit dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Lotpaste 44d gefüllt ist. Es ist somit bevorzugt, dass die Lotpaste 44d dem Inneren des ersten ausgenommen Bereichs 36A in einer Menge zugeführt wird, die gleich oder größer ist als das Volumen, das durch Subtrahieren des Volumens des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, das innerhalb des ersten ausgenommen Bereichs 36A angeordnet ist, von dem Volumen des Raums innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A erhalten wird.
Der zweite metallische Säulenbereich 52A ist in dem zweiten ausgenommenen Bereich 37A, der mit Lotpaste 46d gefüllt ist, auf die gleiche Weise angeordnet wird, wie dies vorangehend beschrieben wurde. Dies bedeutet, dass die Weise zur Ausbildung der Lotpaste 46d und des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A innerhalb des zweiten ausgenommen Bereichs 37A ähnlich ist, wie die Weise der Ausbildung der Lotpaste 44d und des ersten metallischen Säulenbereichs 51A innerhalb des ersten ausgenommen Bereichs 36A. Die Weise der Anordnung des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A und der Lotpaste 46d wird deshalb hier nicht weiter ausgeführt.
Nachfolgend wird für die vorangehend beschriebene gedruckte Leiterplatte 30 ein Rückflussprozess durchgeführt. Mit diesem Prozess wird, wie in 13 gezeigt, die Lotpaste 44d zum ersten leitenden Element 44A verfestigt, und die Lotpaste 46d wird zum vierten leitenden Element 46A verfestigt. Der erste metallische Säulenbereich 51A wird deshalb an dem ersten ausgenommenen Bereich 36A durch das erste leitende Element 46A befestigt und mit diesem verbunden, sodass er sich von innerhalb nach außerhalb des ersten ausgenommen Bereichs 36A erstreckt. Sowohl der erste metallische Säulenbereich 51A und das erste leitende Element 44A werden somit innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A ausgebildet. Bei dieser Konfiguration ist die Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, der sich in Z-Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte 30 über das erste leitende Element 44A innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A verbunden.
Auf ähnliche Weise ist der zweite metallische Säulenbereich 52A an dem zweiten ausgenommenen Bereich 37A durch ein viertes leitendes Element 46A verbunden und mit diesem befestigt, sodass er sich von innerhalb nach außerhalb des zweiten ausgenommen Bereichs 37A erstreckt. Sowohl der zweite metallische Säulenbereich 52A als auch das vierte leitende Element 46A sind somit innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A gebildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der erste metallische Säulenbereich 51A in dem ersten ausgenommenen Bereich 36A angeordnet werden, bevor Lotpaste 44d injiziert wird. Anstatt Lotpaste 44d zu injizieren und einen Rückflussprozess auszuführen, kann beispielsweise Löten mit einem Lotdraht durchgeführt werden, und zwar unter Verwendung eines Lötroboters, nachdem der erste metallische Säulenbereich 51A in dem ersten ausgenommenen Bereich 36A angeordnet wurde.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie II-II in 1, welche einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt. Unter Bezugnahme auf 14 wird ein isolierendes Substrat 10 bereitgestellt, welches eine isolierende Schicht 11, eine vierte Leiterschicht 12, die an deren Unterseite ausgebildet ist, und eine dritte Leiterschicht 13, die an deren Oberseite ausgebildet ist, bereitgestellt. Das Halbleiterelement 21, welches beispielsweise die Signalelektrode 21c (siehe 6) als eine Gate-Elektrode aufweist, wird an der einen Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10, d. h. an der dritten Leiterschicht 13, befestigt. In dem Schritt des Bereitstellens des isolierenden Substrats 10 kann das Halbleiterelement 21 nach dem Kauf des isolierenden Substrats 10 befestigt werden. Alternativ kann in dem Schritt des Bereitstellens des isolierenden Substrats 10 ein isolierendes Substrat 10 gekauft werden, welches das Halbleiterelement 21 bereits daran befestigt hat. An dieser dritten Leiterschicht 13 wird die Diode 22 mit einem Abstand von dem Halbleiterelement 21 befestigt. Auf diese Weise werden das Halbleiterelement 21 und die Diode 22 als Halbleiterchips 20 an der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 mit einer Lotschicht 41 als leitendes Element 40 verbunden. Dies bedeutet, dass in einem Zustand, in dem das Halbleiterelement 21 und die Diode 22 an der dritten Leiterschicht 13 beispielsweise mit Lotpaste als Lotschicht 41 dazwischen gefügt, befestigt werden, die Halbleiterchips 20 durch die Lotschicht 41, die einem Rückflussprozess unterworfen und verfestigt wird, befestigt und damit verbunden werden.
Dann wird, wie in 14 gezeigt, Lotpaste 42d zum Bilden des dritten leitenden Elements 42 (siehe 2, auf dem Halbleiterelement 21 angebracht, und zwar durch Drucken oder einen Spender. Lotpaste 43d zum Bilden des zweiten leitenden Elements 43A (siehe 2 und 6) wird auf der Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 (siehe 6) angebracht. Lotpaste 45d zum Bilden des fünften leitenden Elements 45A (siehe 2 und 7) wird auf der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 angebracht.
Der Schritt in 14 kann nach den Schritten in 12 und 13 ausgeführt werden, oder er kann vor den Schritten in 12 und 13 ausgeführt werden.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie II-II in 1, und zeigt einen vierten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 15 wird die gedruckte Leiterplatte 30 so angeordnet, dass sie der Oberseite des isolierenden Substrats 10 zugewandt ist. Hierdurch wird die Signalelektrode 21c (siehe 6) mit dem untersten Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, der in dem Schritt in 13 mit der gedruckten Leiterplatte 30 verbunden wurde, über die Lotpaste 43d als daran angebrachtes leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs befestigt. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu der 12 und der 13 die gedruckte Leiterplatte 30 so angeordnet ist, dass die gedruckte Leiterplatte 30 in die gleiche Orientierung umgekehrt ist, wie beispielsweise in 2. In diesem Zustand haftet die Lotpaste 43d an dem untersten Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51A. Gleichzeitig haftet die Lotpaste 45d an dem untersten Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A. Gleichzeitig haftet die Lotpaste 42d an dem Halbleiterchip 20 zudem an dem untersten Bereich der ersten Leiterschicht 32. In diesem Zustand wird ein Rückflussprozess durchgeführt. Die Lotpaste 42d wird somit als drittes leitendes Element 42 fixiert, und der Halbleiterchip 20 und die erste Leiterschicht 32 sind verbunden. Gleichzeitig wird die Lotpaste 43d als zweites leitendes Element 43a fixiert, und der erste metallische Säulenbereich 51A und die Signalelektrode 21c sind durch das zweite leitende Element 43A als ein erstes leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs miteinander verbunden. Gleichzeitig wird zudem die Lotpaste 45d als fünftes leitendes Element 45A fixiert, und der zweite metallische Säulenbereich 52A und die dritte Leiterschicht 13 werden durch das fünfte leitende Element 45A als ein zweites leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs miteinander verbunden.
In dem Schritt in 15 ist die Lotpaste 43d in einem weichen pastösen Zustand zu dem Zeitpunkt, wenn Lotpaste 43d an der Signalelektrode 21c angebracht wird und der erste metallische Säulenbereich 51A mit dieser in Kontakt gebracht wird (vor dem Rückflussprozess). Die Position des ersten metallischen Säulenbereichs 51A in Z-Richtung ist noch nicht festgelegt. Vorzugsweise wird darauf geachtet, dass die Signalelektrode 21c und der erste metallische Säulenbereich 41A miteinander in Kontakt kommen und zu dieser Zeit kurzgeschlossen werden. Ein Rückflussprozess wird unter dieser Berücksichtigung durchgeführt, wodurch die Signalelektrode 21c und der erste metallische Säulenbereich 51A so festgelegt werden können, dass sie nicht miteinander in Kontakt kommen.
Die Wirkung im Betrieb der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben.
Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100 und dem Verfahren zum Herstellen derselben werden bei der ersten Ausführungsform erste ausgenommene Bereiche 36A in der ersten Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 ausgebildet. Der erste metallische Säulenbereich 51A ist so angeordnet, dass er von innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A in die Dickenrichtung vorsteht, und er wird innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A mit dem ersten leitenden Element 44A verbunden. Der erste metallische Säulenbereich 51A wird mit dem zweiten leitenden Element 43A so verbunden, dass er mit der Signalelektrode 21c in Kontakt steht, die an dem Halbleiterelement 21 an dem isolierenden Substrat 10 ausgebildet ist. Das erste leitende Element 44A ist innerhalb des ersten ausgenommen Bereichs 36A angeordnet.
Aufgrund dieser Konfiguration ist der erste metallische Säulenbereich 51A an dem ersten ausgenommenen Bereich 36A und dem isolierenden Substrat 10 über das erste leitende Element 44A und das zweite leitende Element 43A verbunden. Der erste metallische Säulenbereich 51A ist innerhalb des ausgenommenen Bereichs 36A angeordnet. Der erste ausgenommene Bereich 36A beschränkt die Position des ersten metallischen Säulenbereichs 51A indem er innerhalb von dessen inneren Wandoberfläche von diesem umgeben ist. Die Anordnungsposition in X-Richtung und in Y-Richtung des ersten metallischen Säulenbereichs 51A ist somit genau bestimmt. Gemäß der ersten Ausführungsform ist deshalb die relative Verlagerung zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Signalelektrode 21c reduziert, ein Leitungsunterbrechungsfehler zwischen diesen wird unterdrückt, und die Leistungshalbleitervorrichtung 100 kann stabil hergestellt werden. Durch das Erhöhen der Positionsgenauigkeit des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, kann die gedruckte Leiterplatte 30 mit hoher Genauigkeit an dem isolierenden Substrat 10 befestigt werden.
Bei der ersten Ausführungsform ist der erste ausgenommene Bereich 36A so ausgebildet, dass das Kernelement 31 freiliegt. Bei dieser Konfiguration kann die Endfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A mit der freiliegenden Oberfläche des Kernelements in Kontakt stehen und stabil mit dieser verbunden sein.
Da sich der erste metallische Säulenbereich 51A von innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A heraus erstreckt, ist die Fläche eines Bereichs des leitenden Elements 40, welches an dem ersten metallischen Säulenbereich 51A anhaftet und mit einem weiteren Element verbindet, erhöht, und zwar im Vergleich mit einer Situation, in der der metallische Säulenbereich 50 in einer Ebene angeordnet ist. Dies liegt daran, dass das leitende Element 40 nicht nur an der Bodenfläche, sondern auch der Seitenfläche des ersten ausgenommenen Bereichs 36A anhaftet, um das Befestigen des ersten metallischen Säulenbereichs 51A zu ermöglichen. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 100 bei Temperaturzyklen, und zwar im Vergleich zu einer Situation, in der der metallische Säulenbereich 50 mit einer Ebene verbunden ist.
Zudem ist der erste ausgenommene Bereich 36A so ausgebildet, dass das Kernelement 31 freiliegt. Wenn der erste metallische Säulenbereich 51A in Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A angeordnet ist, ist der erste metallische Säulenbereich 51A befestigt, sodass er sich im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 erstreckt. Es kann somit, in anderen Worten, ein Fehler unterdrückt werden, bei dem der erste metallische Säulenbereich 51A so befestigt ist, dass er sich in eine Richtung erstreckt, die zu einer zu der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 vertikalen Richtung stark geneigt ist und folglich die gedruckte Leiterplatte 30 nicht stabil an dem isolierenden Substrat 10 befestigt ist.
Wenn eine Endfläche des ersten Säulenbereichs 51A so befestigt ist, dass sie relativ zu der Hauptoberfläche des Kernelements 31 geneigt ist, kann die andere Endfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, d. h. die Endfläche auf Seiten des Halbleiterchips 20, so befestigt sein, dass sie teilweise von dem Halbleiterchip 20 entfernt zu liegen kommt. Wenn dies geschieht, kann ein Leitungsunterbrechungsfehler zwischen der Signalelektrode 21c und dem ersten metallischen Säulenbereich 41A auftreten. Fast die gesamte Oberfläche der Endfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A ist in Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 angeordnet, wodurch die Neigung des ersten metallischen Säulenbereichs 51A unterdrückt wird und der Leitungsunterbrechungsfehler unterdrückt werden kann.
Der erste ausgenommenen Bereich 36A ist so ausgebildet, dass das Kernelement 31 freiliegt. Wenn der erste ausgenommene Bereich 36A so gebildet wird, dass dessen Bodenfläche insgesamt die äußerste Fläche des Kernelements ist, wird somit die Variation hinsichtlich der Tiefe reduziert. Wenn beispielsweise ein Ende des ersten metallischen Säulenbereichs 51A in Kontakt mit der äußersten Oberfläche des Kernelements 31 steht, welche in dem ersten ausgenommenen Bereich 36A freiliegt, kann die Länge des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, die sich von der gedruckten Leiterplatte 30 in Z-Richtung weg erstreckt, gleichmäßig gemacht werden, indem die Abmessung in Z-Richtung bei einer Mehrzahl der ersten metallischen Säulenelemente 51A selbst gleichmäßig ist. Somit kann, in anderen Worten nicht nur die Positionsgenauigkeit in X-Richtung und Y-Richtung des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, sondern auch die Positionsgenauigkeit in Z-Richtung verbessert werden. Der Spalt zwischen dem isolierenden Substrat 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 kann somit gleichmäßig gemacht werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es deshalb bevorzugt, dass die Endfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A in Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A angeordnet ist. Ein Fehler in der Abmessung in Z-Richtung einer Mehrzahl der ersten metallischen Säulenbereiche 51A selbst ist vorzugsweise kleiner oder gleich 1 % der mittleren Abmessung und insbesondere kleiner oder gleich 0,5 % derselben.
Wie vorangehend beschrieben, ist der Spalt zwischen dem isolierenden Substrat 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 gleichförmig, wobei ein gleichförmiger Abstand auch zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Signalelektrode 51c besteht. Dies kann den Bruch des Halbleiterelements 21 unterdrücken, welcher daher rühren könnte, dass der erste metallische Säulenbereich 51A während des in 15 gezeigten Zusammenbauschritts in Kontakt mit der Signalelektrode 21c kommt.
Die Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform weist nicht nur den ersten metallischen Säulenbereich 51A, sondern auch den zweiten metallischen Säulenbereich 52A auf. Eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A ist vorgesehen, wobei sich ein jeder von dem isolierenden Substrat 10 der gedruckten Leiterplatte 30 in eine Richtung erstreckt, die die erste Hauptoberfläche schneidet. Aufgrund dieser Konfiguration kann selbst ohne Verwendung einer Haltevorrichtung eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A als eine Haltevorrichtung oder ein Abstandshalter verwendet werden, um die Abmessung in Z-Richtung bei allen zweiten metallischen Säulenbereichen 52A selbst gleichmäßig zu machen. Die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A können somit dazu verwendet werden, den Spalt zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem isolierenden Substrat 10 gleichmäßig zu machen, ohne dass zwischen verschiedenen Bereichen Variationen bestehen. Ein Fehler in der Abmessung in Z-Richtung einer Mehrzahl der zweiten metallischen Säulenbereiche 52A selbst ist vorzugsweise kleiner gleich 1 % der mittleren Abmessung und vorzugsweise kleiner gleich 0,5 % derselben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind zusätzlich zu den ersten metallischen Säulenbereichen 51A zweite metallische Säulenbereiche 52A vorgesehen. Dies bedeutet, dass sowohl die ersten metallischen Säulenbereiche 51A und die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A vorgesehen sind. Unter diesen zwei Arten von metallischen Säulenbereichen kann die Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A als eine Haltevorrichtung oder ein Abstandshalter verwendet werden, um die Abmessung in Z-Richtung sämtlicher zweiter metallischer Säulenbereiche 52A selbst gleichförmig zu machen. Dies kann den Bruch des Halbleiterelements 21 unterdrücken, welcher davon herrühren könnte, dass der erste metallische Säulenbereich 51A während des in 15 gezeigten Zusammenbauschritts in Kontakt mit der Signalelektrode 21c kommt. Dies liegt daran, dass die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A, welche eine Abmessung in Z-Richtung aufweisen, die größer ist als die der erstmetallischen Säulenbereiche 51A einen gewünschten Wert des Spalts in Z-Richtung zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und dem Halbleiterelement 21 sicherstellen kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A an Positionen angeordnet, die in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats 10 in einer zweidimensionalen Ansicht zueinander punktsymmetrisch sind. Wie vorangehend beschrieben, können die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A als eine Haltevorrichtung (Abstandhalter) zum Bestimmen eines Spalts zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem isolierenden Substrat 10 in Z-Richtung verwendet werden. Die gedruckte Leiterplatte 30 kann deshalb an dem isolierenden Substrat 10 ohne Neigung montiert werden. Dies bedeutet, dass die gedruckte Leiterplatte 30 über dem isolierenden Substrat 10 so befestigt werden kann, dass der Spalt zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem isolierenden Substrat 10 gleichförmig ist, ohne dass es zwischen verschiedenen Bereichen Variationen gibt. Es ist bevorzugt, dass eine Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51A auch in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats 10 punktsymmetrisch zueinander angeordnet ist. Die gedruckte Leiterplatte 30 kann oberhalb des isolierenden Substrats 10 so befestigt werden, dass der Spalt zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem Halbleiterelement 21 ohne Variation zwischen verschiedenen Bereichen gleichförmig ist.
Der zweite ausgenommene Bereich 37A ist so ausgebildet, dass das Kernelement 31 freiliegt. Jeder der Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A erstreckt sich von der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A in Z-Richtung hin zu dem isolierenden Substrat 10. Ein Paar von Endbereichen eines jeden der Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A steht somit, in anderen Worten, in Kontakt mit dem Kernelement 31 und dem isolierenden Substrat 10. Der zweite metallische Säulenbereich 52A ist somit an der gedruckten Leiterplatte 30 so befestigt, dass er sich ohne Neigung relativ zu einer Richtung senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche erstreckt. Dies bedeutet, dass die gedruckte Leiterplatte 30 oberhalb des isolierenden Substrats 10 ohne Neigung befestigt werden kann, sodass der Spalt zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem isolierenden Substrat 10 ohne Variation zwischen verschiedenen Bereichen gleichförmig ist. Nicht nur die Positionsgenauigkeit in X-Richtung und Y-Richtung des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A, sondern auch die Positionsgenauigkeit in Z-Richtung kann verbessert werden.
Da sich der zweite metallische Säulenbereich 52A aus dem Inneren des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A heraus erstreckt, ist die Fläche eines Bereichs des leitenden Elements 30, welches an dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A anhaftet und mit einem weiteren Element verbindet, erhöht, und zwar im Vergleich zu einer Situation, in der der metallische Säulenbereich 50 auf einer Ebene angeordnet ist, d. h. auf die gleiche Weise wie dies für den ersten metallischen Säulenbereich 51A in dem ersten ausgenommen Bereich 36A der Fall war. Dies liegt daran, dass das leitende Element 40 nicht nur an der Bodenfläche, sondern auch der Seitenfläche des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A anhaftet, um das Verbinden des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A zu ermöglichen. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 100 bei Temperaturzyklen, und zwar im Vergleich zu der Situation, wenn der metallische Säulenbereich 50 an einer Ebene befestigt ist.
Der zweite metallische Säulenbereich 52A weist selbst eine größere Abmessung auf als der erste metallische Säulenbereich 51A in Z-Richtung, welche die erste Hauptoberfläche schneidet. Bei dieser Konfiguration wird der zweite metallische Säulenbereich 52A, der eine größere Höhe aufweist als der erste metallische Säulenbereich 51A als eine Haltevorrichtung oder Abstandshalter verwendet, sodass der Spalt zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem ersten isolierenden Substrat 10 gleich der Abmessung in Z-Richtung des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A gemacht werden kann, und zwar ohne Verwendung einer Haltevorrichtung. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 100 verbessert werden.
Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Differenz zwischen der Breite in Y-Richtung der Oberfläche des ersten ausgenommenen Bereichs 36A, wo das Kernelement 31 frei liegt, und der Breite in Y-Richtung der Bodenfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51A auf Seiten des Kernelements 31 kleiner oder gleich 0,5 mm ist. In einem Zustand, in dem der erste metallische Säulenbereich 51A in den ersten ausgenommenen Bereich 36A eingefügt wird, ist die Verbindung zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A, der ersten Leiterschicht 32 und dem ersten leitenden Element 44A stabiler, da der Bereich des Kernelements 31, das freiliegt, ohne mit dem ersten leitenden Element 44A oder dem ersten metallischen Säulenbereich 51A in Kontakt zu kommen, kleiner ist. Bei dieser Konfiguration ist die Positionsgenauigkeit in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung des ersten metallischen Säulenbereichs 51A verbessert.
Wenn hingegen der Bereich des Kernelements 31 freiliegt, ohne dass er in Kontakt mit dem ersten leitenden Element 44A oder dem ersten metallischen Säulenbereich 51A kommt, welcher groß ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass das erste leitende Element 44A in Kontakt mit dem Kernelement 31 kommt, wenn die Lotpaste 44d geschmolzen wird. Dies führt dazu, dass das nicht verbundene erste leitende Element 44A sich bewegt, wie wenn es von der ersten leitenden Schicht 32 gezogen werden würde. Dies verursacht eine Verlagerung des ersten metallischen Säulenbereichs 51A in die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung, oder der erste metallische Säulenbereich 51A wird so befestigt, dass er sich in eine Richtung erstreckt, die bezüglich der zu der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 vertikalen Richtung geneigt ist.
Die obigen Ausführungsformen treffen nicht nur zwischen dem ersten ausgenommenen Bereich 36A und dem ersten metallischen Säulenbereich 51A zu, sondern auch zwischen dem zweiten ausgenommenen Bereich 37A und dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A. Die Art der Anordnung des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A und des zweiten Durchgangslochs 37B wird deshalb hier nicht weiter ausgeführt.
Mögliche Abwandlungen zu der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben.
Zunächst wurde oben das Beispiel der Leistungshalbleitervorrichtung 100 beschrieben, welche sowohl die ersten metallischen Säulenbereiche 51A als auch die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A aufweist. Jedoch weist die Leistungshalbleitervorrichtung 100 beispielsweise nur die ersten metallischen Säulenbereiche 51A und die ersten ausgenommenen Bereiche 36A auf, ohne dass die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A und die zweiten ausgenommenen Bereiche 37A in den vorangehend beschriebenen Zeichnungen vorhanden sind. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100 nur dahingehend, dass sie die Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A und die Mehrzahl von zweiten ausgenommenen Bereichen 37A nicht aufweist, und sie ist zu der vorangehend beschriebenen Halbleitervorrichtung 100 in allen anderen Aspekten ähnlich und eine Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
Selbst bei der Konfiguration, die nur die ersten metallischen Säulenbereiche 51A aufweist, ist die Wirkung, die durch den ersten metallischen Säulenbereich 51A erreicht wird, der sich von innerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A heraus erstreckt, ähnlich der der Konfiguration, die sowohl den ersten metallischen Säulenbereich 51A als auch den zweiten metallischen Säulenbereich 52A aufweist.
Nun wird das Beispiel beschrieben, welches nur die ersten metallischen Säulenbereiche 51A aufweist und die vorangehend beschriebenen zweiten metallischen Säulenbereiche 52A nicht aufweist. Die Leistungshalbleitervorrichtung 100 kann jedoch hingegen nur die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A und die zweiten ausgenommenen Bereiche 37A aufweisen, ohne die ersten metallischen Säulenbereiche 51A und die ersten ausgenommenen Bereiche 36A. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100 nur dahingehend, dass sie die Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51A und die Mehrzahl von ersten ausgenommenen Bereichen 36A nicht aufweist, und sie ist der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100 in allen anderen Aspekten ähnlich, und eine Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
Selbst bei der Konfiguration, die nur die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A aufweist, ist die durch den zweiten metallischen Säulenbereich 52A, der sich von innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A heraus erstreckt, erreichte Wirkung ähnlich wie bei der Konfiguration, die sowohl die ersten metallischen Säulenbereiche 51A als auch die zweiten metallischen Säulenbereiche 52A aufweist.
Zweite Ausführungsform
16 ist schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines ersten Beispiels des Bereichs A einer zweiten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist. 17 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels des Bereichs A der zweiten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist. 18 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines ersten Beispiels des Bereichs B der zweiten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist. 19 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels des Bereichs B der zweiten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist. Es wird auf die 16 bis 19 Bezug genommen. Bei der Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform haben ein Bereich A und ein Bereich B, die in 2 durch unterbrochene Linien umgeben sind, im Wesentlichen eine Konfiguration, die der in 6 und 7 der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Die gleichen konstituierenden Elemente werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter ausgeführt. Jedoch ist, wie in 16 und 17 gezeigt, bei der vorliegenden Ausführungsform ein erster Hohlraum 53 ausgebildet, der sich in der Zeichnung in die Richtung von unten nach oben erstreckt, welche die Hauptoberfläche des Kernelements 31 der gedruckten Leiterplatte 30 schneidet, und zwar im Inneren des ersten metallischen Säulenbereichs 51A.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der erste metallische Säulenbereich 51A von innerhalb des ersten ausgenommen Bereichs 36A nach außerhalb des ersten ausgenommenen Bereichs 36A, und zwar auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Da jedoch die erste Ausnehmung 53 in dem ersten metallischen Säulenbereich 51A ausgebildet ist, dringt ein Teil des ersten leitenden Elements 54A in den ersten Hohlraum 53 ein. Das erste leitende Element 44A ist somit im Inneren des ersten Hohlraums 53 angeordnet. Ein Teil des zweiten leitenden Elements 43A kann in den ersten Hohlraum 53 eindringen.
In 16 und 17 umfasst das erste leitende Element 44A im Inneren des ersten Hohlraums 53 einen Bereich, der sich so erstreckt, dass er sich von einem ersten Bereich der Innenwand (zum Beispiel der Innenwand auf der linken Seite in 16) des ersten Hohlraums 53 zusammenhängend zu einem zweiten Bereich der Innenwand (zum Beispiel der Innenwand auf der rechten Seite in 16), welche dem ersten Bereich der Innenwand zugewandt ist, kontinuierlich durchgehend erstreckt. Dies bedeutet, dass das erste leitende Element 44A innerhalb des ersten Hohlraums 53 zwischen dem linken Ende und dem rechten Ende innerhalb des ersten Hohlraums 53 wenigstens teilweise zusammenhängend ist. Auf diese Weise können bei der vorliegenden Ausführungsform das erste leitende Element 44A und/oder das zweite leitende Element 43A in Y-Richtung des ersten Hohlraums 53 im gesamten Bereich angeordnet sein. Jedoch kann das erste leitende Element 44A und/oder das zweite leitende Element 43A nur in einem Teilbereich in Y-Richtung des ersten Hohlraums 53 angeordnet sein.
Wie in dem ersten Beispiel in 16 gezeigt, sind das zweite leitende Element 43A und das erste leitende Element 44A, die in den ersten Hohlraum 53 eindringen, nicht notwendigerweise teilweise verbunden. Jedoch können, wie in dem zweiten Beispiel in 17 gezeigt, das zweite leitende Element 43A und das erste leitende Element 44A, welche in den ersten Hohlraum 53 eindringen, teilweise verbunden sein.
Wie in 16 und 17 gezeigt, ist die Abmessung des ersten Hohlraums 53 in Y-Richtung entlang einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 kleiner als die Abmessung der Signalelektrode 21c in die Y-Richtung entlang einer Hauptoberfläche. Wie in 16 gezeigt, bedeutet dies, dass die Abmessung y3 des ersten Hohlraums 53 in Y-Richtung kleiner ist als die Abmessung y4 der Signalelektrode 21c in Y-Richtung. Bei dieser Konfiguration kann der erste metallische Säulenbereich 51A, der den ersten Hohlraum 53 aufweist, mit dem zweiten leitenden Element 43A mit der Signalelektrode 21c verlötet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 18 gezeigt, ein zweiter Hohlraum 54, der sich in der Zeichnung in die Richtung, die die Hauptoberfläche des Kernelements 31 der gedruckten Leiterplatte 30 schneidet, von oben nach unten erstreckt, im Inneren des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der zweite metallische Säulenbereich 52A von der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 zu der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10, und zwar wie in der ersten Ausführungsform. Da der zweite Hohlraum 54 in dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A ausgebildet ist, dringt jedoch ein Teil des vierten leitenden Elements 46A in den Hohlraum 54 ein. Das vierte leitende Element 46A ist somit im Inneren des zweiten Hohlraums 54 angeordnet. Ein Teil des fünften leitenden Elements 45A kann in den ersten Hohlraum 53 eindringen.
In 18 und 19 umfasst das leitende Element 46A im Inneren des zweiten Hohlraums 54 einen Bereich, der sich von einem dritten Bereich der Innenwand (zum Beispiel der Innenwand auf der linken Seite in 18) des zweiten Hohlraums 54 zu einem vierten Bereich der Innenwand (zum Beispiel der Innenwand auf der rechten Seite in 18), welcher dem dritten Bereich der Innenwand gegenüberliegt, durchgehend erstreckt. Dies bedeutet, dass im Inneren des zweiten Hohlraums 54 das vierte leitende Element 46A vom linken Ende zum rechten Ende innerhalb des zweiten Hohlraums 54 wenigstens teilweise durchgehend ist. Auf diese Weise können bei der vorliegenden Ausführungsform das vierte leitende Element 46A und/oder das fünfte leitende Element 45A in dem gesamten Bereich in Y-Richtung des zweiten Hohlraums 54 angeordnet sein. Jedoch können das vierte leitende Element 46A und/oder das fünfte leitende Element 45A in nur einem Teilbereich in Y-Richtung des zweiten Hohlraums 54 angeordnet sein.
Wie in dem ersten Beispiel in 18 gezeigt, sind das fünfte leitende Element 45A und das vierte leitende Element 46A, welche in den zweiten Hohlraum 54 eindringen, nicht notwendigerweise teilweise verbunden. Wie in dem zweiten Beispiel in 19 gezeigt, können das fünfte leitende Element 45A und das vierte leitende Element 46A, welche in den zweiten Hohlraum 54 eindringen, teilweise verbunden sein.
Wie in 18 und 19 gezeigt, ist es bevorzugt, dass das fünfte leitende Element 45A einen Anschlussquerschnitt, der so ausgebildet ist, dass seine Breite in Y-Richtung nach unten hin zunimmt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Obwohl die Wirkung, die durch den ersten Hohlraum 53 des ersten metallischen Säulenbereichs 51A erreicht wird, nachfolgend beschrieben wird, ist die Wirkung, die durch den zweiten Hohlraum 54 des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A erreicht wird, ähnlich.
Der erste Hohlraum 53 ist in dem ersten metallischen Säulenbereich 51A gebildet, wobei das Innere des ersten ausgenommen Bereichs 36A mit dem Hohlraum, dem Körper des ersten metallischen Säulenbereichs 51A an dessen Außenseite und dem leitenden Element 44A gefüllt ist. Wenn bei dieser Konfiguration der erste metallische Säulenbereich 51A an dem isolierenden Substrat 10 mit der gedruckten Leiterplatte 30 mit dem ersten leitenden Element 44A und dem zweiten leitenden Element 43A verbunden ist, können das erste leitende Element 44A und das zweite leitende Element 43A teilweise in dem ersten Hohlraum 53 aufgenommen sein. Dies kann die Möglichkeit reduzieren, dass das erste leitende Element 44A und das zweite leitende Element 43A sich in einem nicht beabsichtigten Bereich ausdehnen und die Signalelektrode 21c und ein externes Verdrahtungsmuster durch das leitende Element 40 kurzgeschlossen werden. Das leitende Element 40, das sich in einem nicht beabsichtigten Bereich ausdehnt, kann sich nach dem Rückflussprozess in der Umgebung verteilen und einen Defekt, wie etwa einen Kurzschluss zwischen Verdrahtungen oder zwischen Schaltungsmustern, welche nicht verbunden sein sollten, erzeugen. Die vorliegende Erfindung kann jedoch einen solchen Defekt unterdrücken. Es kann deshalb ein Verdrahtungsmuster mit hoher Dichte einfach entwickelt werden.
Die Lotprofile des ersten leitenden Elements 44A und des zweiten leitenden Elements 43A werden ferner an der Innenwand des ersten metallischen Säulenbereichs 51A gebildet. Die Oberflächenfläche des leitenden Elements wird somit vergrößert, und zwar im Vergleich mit dem Fall, in dem solche Profile nicht ausgebildet werden. Dies kann thermische Spannungen mindern, die während des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100 erzeugt werden. Im Ergebnis wird die Lebensdauer der Leistungshalbleitervorrichtung 100 verbessert.
Bei der ersten Ausführungsform umfasst das erste leitende Element 44A im Inneren des ersten Hohlraums 53 einen Bereich, der sich von dem ersten Bereich (linkes Ende) zu dem rechten Bereich (rechtes Ende) der inneren Wand des Hohlraums 53 erstreckt. Solange es von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich durchgehend ist, erstreckt sich das erste leitende Element 44A nicht notwendigerweise in Y-Richtung. Im Vergleich zu der Situation, in der das erste leitende Element 44A in Y-Richtung nicht über den gesamten Bereich innerhalb des ersten Hohlraums 53 durchgehend ist, können bei dieser Konfiguration der thermische Widerstand und der elektrische Widerstand des ersten leitenden Elements 44A reduziert werden.
Dritte Ausführungsform
20 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs A einer dritten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist. 21 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs B der dritten Ausführungsform, der in 2 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist. Unter Bezugnahme auf 20 und 21 haben bei der Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ein Bereich A und ein Bereich B, welche durch die unterbrochenen Linien in 2 umgeben sind, im Wesentlichen eine Konfiguration, die der der 6 und der 7 der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Die gleichen konstituierenden Elemente werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter ausgeführt. Wie in 20 gezeigt, nimmt bei der vorliegenden Ausführungsform die Abmessung in Y-Richtung (X-Richtung) wenigstens eines Teils des ersten metallischen Säulenbereichs 51 von der gedruckten Leiterplatte 30 hin zu dem isolierenden Substrat 10 kontinuierlich ab. Der erste metallische Säulenbereich 51A ist in Kontakt mit dem zweiten leitenden Element 43A angeordnet. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der erste metallische Säulenbereich 51A eine sich verjüngende Gestalt derart aufweist, dass die Abmessung in Y-Richtung und dergleichen kontinuierlich abnimmt, und zwar in im Wesentlichen dem Endbereich (untersten Bereich) auf Seiten des isolierenden Substrats 10. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und der erste metallische Säulenbereich 51A kann eine sich verjüngende Gestalt derart aufweisen, dass die Abmessung in Y-Richtung und dergleichen auf der ganzen Länge in Z-Richtung abnimmt.
In 20 ist eine erste Breite in Y-Richtung (X-Richtung) entlang einer Hauptoberfläche des Bereichs (untersten Bereichs) des ersten metallischen Säulenbereichs 51A, der in Kontakt mit der Signalelektrode 21c steht, kleiner als eine zweite Breite in Y-Richtung (X-Richtung) entlang einer Hauptoberfläche der Signalelektrode 21c. Jedoch kann auch bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Breite größer sein als die zweite Breite. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der erste Hohlraum 53 (siehe 16), ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, in dem ersten metallischen Säulenbereich 51A ausgebildet sein, und das erste leitende Element 44A kann in das Innere des ersten Hohlraums 53 fließen. Das erste leitende Element 44A, das hineinfließt, kann über den gesamten Bereich in Y-Richtung innerhalb des ersten Hohlraums 53 zusammenhängend vorhanden sein.
Wie in 21 gezeigt, nimmt bei der vorliegenden Ausführungsform die Breite in Y-Richtung (X-Richtung) wenigstens eines Teils des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A in Z-Richtung, welche die erste Hauptoberfläche schneidet, entlang einer Hauptoberfläche kontinuierlich ab, und zwar von der gedruckten Leiterplatte 30 hin zu dem isolierenden Substrat 10. Der zweite metallische Säulenbereich 52A ist in Kontakt mit dem fünften leitenden Element 45A angeordnet. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A eine sich verjüngende Gestalt derart aufweist, dass die Abmessung in die Y-Richtung und dergleichen in wenigstens dem Endbereich (untersten Bereich) auf Seiten des Substrats 10 kontinuierlich abnimmt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und der zweite metallische Säulenbereich 52A kann eine sich verjüngende Gestalt derart aufweisen, dass die Abmessung in Y-Richtung und dergleichen sich auf der gesamten Länge in Z-Richtung kontinuierlich verringert. Der zweite Hohlraum 54 (siehe 18) kann ebenfalls in dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A in 21 ausgebildet sein, und zwar auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform, und das vierte leitende Element 46A kann in das Innere des zweiten Hohlraums 54 fließen. Das vierte leitende Element 46A, das hineinfließt, kann sich über den gesamten Bereich in Y-Richtung innerhalb des zweiten Hohlraums 54 kontinuierlich erstrecken.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen der erste metallische Säulenbereich 51A und der zweite metallische Säulenbereich 52A eine sich verjüngende Gestalt in Bezug auf die vorangehend beschriebene Breite auf. Bei dieser Konfiguration weisen das zweite leitende Element 43A und das fünfte leitende Element 45A Profile auf, die so geformt sind, dass die Breite in Y-Richtung nach unten kontinuierlich zunimmt. Die Oberflächenfläche des leitenden Elements 40 wird somit vergrößert, und zwar im Vergleich zu dem Fall, wenn die Profile nicht gebildet werden. Dies kann thermische Spannungen verringern, die im Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung 100 erzeugt werden. Im Ergebnis wird die Lebensdauer der Leistungshalbleitervorrichtung 100 verbessert.
Aufgrund der sich verjüngenden Gestalt des ersten metallischen Säulenbereichs 51A ist bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Breite größer (oder kleiner) als die zweite Breite, und es gibt einen Unterschied zwischen diesen. Selbst wenn der erste metallische Säulenbereich 51A in Y-Richtung relativ zu der Signalelektrode 21c leicht versetzt ist, kann er bei dieser Konfiguration mit der Signalelektrode 21c über das zweite leitende Element 43A verbunden werden. Ein Leitungsunterbrechungsfehler zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A und der Signalelektrode 21c kann unterdrückt werden.
Vierte Ausführungsform
22 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs entlang Linie II-II in 1 der Leistungshalbleitervorrichtung einer vierten Ausführungsform. 23 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs XXIII, der in 22 durch eine gestrichelte Linie umgeben ist, der vierten Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 22 und 23 weist eine Leistungshalbleitervorrichtung 110 der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen eine Konfiguration auf, die ähnlich der in 2 und 7 der ersten Ausführungsform ist. Die gleichen konstituierenden Elemente sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter ausgeführt. Wie in 23 gezeigt, weist das isolierende Substrat 10 bei der vorliegenden Ausführungsform eine Vertiefung 38A auf, in welcher die dritte Leiterschicht 13 auf einer Seite, d. h. der oberen Hauptoberflächen, fehlt. Innerhalb der Vertiefung 38A sind sowohl der zweite metallische Säulenbereich 52A und das fünfte leitende Element 47A angeordnet. Das Innere der Vertiefung 38A ist, in anderen Worten mit dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A und dem fünften leitenden Element 47A gefüllt. Das fünfte leitende Element 47A ist aus beispielsweise Lot gebildet und füllt einen Bereich zwischen der Seitenfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A und der Innenwandfläche der Vertiefung 38A. Der zweite metallische Säulenbereich 52A und die dritte Leiterschicht 13 sind elektrisch mit dem fünften leitenden Element 47A verbunden. Die Vertiefung 38A wird gebildet, indem die dritte Leiterschicht 13 unter Verwendung eines wohlbekannten Ätzprozesses oder Schneidprozesses teilweise entfernt wird. Andererseits ist das vierte leitende Element 46A innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A angeordnet, in welchem die erste Leiterschicht 32 fehlt, was gleich ist wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3.
In 23 ist die Vertiefung 38A so gebildet, dass sie die dritte Leiterschicht 13 in dem Bereich durchsetzt, wo sie ausgebildet ist, um die Hauptoberfläche der isolierenden Schicht 11 unmittelbar darunter freizulegen. Es ist somit bevorzugt, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A innerhalb der Vertiefung 38A so angeordnet ist, dass sein unterster Bereich in Kontakt mit der isolierenden Schicht 11 ist. Der Endbereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A auf Seiten des isolierenden Substrats 10, d. h. die untere Seite in Z-Richtung, ist innerhalb der Vertiefung 38A angeordnet. Der oberste Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A ist in Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 angeordnet, welches durch den zweiten ausgenommenen Bereich 37A freiliegt, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Selbst in der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich deshalb jeder der Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52A in die Z-Richtung, die die erste Hauptoberfläche schneidet, und zwar von der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 hin zu dem isolierenden Substrat 10, und zwar auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Dann wird das Innere des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A mit dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A und dem vierten leitenden Element 46A gefüllt. Die Art der Anordnung jedes dieser Elemente innerhalb des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A ist ähnlich zu der in 7 der ersten Ausführungsform.
Es ist bevorzugt, dass die Vertiefung 38A ausgebildet ist, um die isolierende Schicht 11 freizulegen, wie dies vorangehend beschrieben wurde, sodass eine Vertiefung, die die Oberfläche der isolierenden Schicht 11 als seine Bodenfläche aufweist, gebildet wird. Die Vertiefung 38A wird jedoch so gebildet, dass wenigstens die dritte Leiterschicht 13 in ihrer Dickenrichtung fehlt, um eine Vertiefung zu bilden. Dies bedeutet, dass die Vertiefung 38A so gebildet werden kann, dass sie die dritte Leiterschicht 13 nicht durchsetzt und die isolierende Schicht 11 nicht freilegt.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein ausgenommener Bereich auch in dem isolierenden Substrat 10 vorgesehen, und der zweite metallische Säulenbereich 52A wird so befestigt, dass er hierin eingeführt wird. Mit dieser Konfiguration ist der zweite metallische Säulenbereich 52 in den ausgenommenen Bereichen sowohl auf Seiten der gedruckten Leiterplatte 30 als auch auf Seiten des isolierenden Substrats 10 angeordnet. Aufgrund des zweiten ausgenommenen Bereichs 37A und der Vertiefung 38A ist entsprechend die Anordnungsposition in X-Richtung und Y-Richtung des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A sogar noch genauer bestimmt als in der ersten Ausführungsform (bei welcher der ausgenommene Bereich nur in der gedruckten Leiterplatte 30 gebildet ist).
Die Position des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A in X-Richtung und in Y-Richtung ist durch die Größe der Bodenfläche des untersten Bereichs des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A und die Größe der Vertiefung 38A bestimmt. Die Position des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A in Z-Richtung ist bestimmt durch die Länge des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A und die Tiefe in Z-Richtung der Vertiefung 38A. Mit einer solchen Vertiefung 38A kann die Anordnungsposition der gedruckten Leiterplatte 30 selbst ohne eine Haltevorrichtung genau bestimmt werden. Dies liegt daran, weil der zweite metallische Säulenbereich 52A als eine Haltevorrichtung (Abstandshalter) zum Bestimmen der Lücke zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem isolierenden Substrat 10 verwendet werden kann, und zwar auf die gleiche Weise wie in den vorangehenden Ausführungsformen. Ein Leitungsunterbrechungsfehler zwischen dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A und beispielsweise der dritten Leiterschicht 13 kann unterdrückt werden, was zu einer stabilen Produktion führt. Die Positionsgenauigkeit in Z-Richtung wird, im Vergleich zu der ersten Ausführungsform und dergleichen, sogar weiter verbessert, da beide Endseiten des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A in den ausgenommenen Bereichen angeordnet sind und die Position in Z-Richtung festgelegt ist.
Ferner ist eine Vertiefung 38A zum Freilegen der isolierenden Schicht 11 ausgebildet, und der zweite metallische Säulenbereich 52A ist in Kontakt mit der isolierenden Schicht 11. Mit dieser Konfiguration ist der zweite metallische Säulenbereich 52A auf Seiten des isolierenden Substrats 10 nicht nur in X-Richtung und Y-Richtung, sondern auch in Z-Richtung positioniert. Die Position der gedruckten Leiterplatte 30, die an dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A befestigt ist, wird somit genau in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung relativ zu dem isolierenden Substrat 10 bestimmt. Entsprechend wird eine Neigung der gedruckten Leiterplatte 30 relativ zu dem isolierenden Substrat 10 unterdrückt. Die gedruckte Leiterplatte 30 kann, in anderen Worten, oberhalb des isolierenden Substrats 10 so befestigt werden, dass die Lücke zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem isolierenden Substrat 10 gleichförmig ist, ohne Variation zwischen verschiedenen Bereichen.
Fünfte Ausführungsform
24 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht eines ersten Beispiels einer fünften Ausführungsform zeigt. 25 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XXV-XXV in 24 bei der Leistungshalbleitervorrichtung des ersten Beispiels der fünften Ausführungsform. 26 ist eine schematische Draufsicht, die einen Bereich mit Halbleiterelementen bei der Halbleitervorrichtung in 24 genauer zeigt. 27 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der unteren Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung der 24 genauer zeigt. 28 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung der 24 genauer zeigt. 29 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs C, der in 25 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem ersten Beispiel der fünften Ausführungsform. 30 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs D, der in 25 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem ersten Beispiel der fünften Ausführungsform. Dies bedeutet, dass die Linie XXV-XXV der Linie II-II in 1 entspricht. Der in 25 durch die unterbrochene Linie umgebene Bereich C entspricht dem in 2 durch die unterbrochene Linie umgebenen Bereich A. Der in 25 durch die unterbrochene Linie umgebene Bereich D entspricht dem in 2 durch die gebrochene Linie umgebenen Bereich B.
Unter Bezugnahme auf die 24 bis 30 hat eine Leistungshalbleitervorrichtung 120 des ersten Beispiels der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen eine Konfiguration, die ähnlich ist zu der in den 1 bis 7 des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform. Dies bedeutet, dass die Leistungshalbleitervorrichtung 120 ein isolierendes Substrat 10, ein Halbleiterelement 21 und eine gedruckte Leiterplatte 30 umfasst. Das Halbleiterelement 21 ist an einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 befestigt. Das Halbleiterelement 21 weist eine Hauptelektrode 21b und eine Signalelektrode 21c auf. Die gedruckte Leiterplatte 30 weist ein Kernelement 31, eine erste Leiterschicht 32, die auf der ersten Hauptoberfläche auf Seiten des Halbleiterelements 21, d. h. an der unteren Seite, und eine zweite Leiterschicht 33 auf, die an der zweiten Hauptoberfläche an der Oberseite ausgebildet ist. Die gleichen konstituierenden Elemente sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine Beschreibung derselben wird weggelassen. Beispielsweise wird für ein erstes Durchgangsloch 36B, welches nachfolgend beschrieben wird, das gleiche Merkmal als erster ausgenommener Bereich 36A mit der gleichen Bestimmung und dem gleichen Bezugszeichen in einigen Fällen nicht weiter ausgeführt. Dies gilt für andere Elemente entsprechend, welche durch Bezeichnungen und Bezugszeichen bezeichnet sind.
Jedoch sind bei der Leistungshalbleitervorrichtung 120 eine Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern 36B in der gedruckten Leiterplatte 30 ausgebildet, und zwar anstatt der ersten ausgenommenen Bereiche 36A der Leistungshalbleitervorrichtung 100. Das erste Durchgangsloch 36B ist auf eine solche Weise gebildet, dass ein teilweise ausgenommener Bereich der ersten leitenden Schicht 32, das Kernelement 31 und eine zweite leitende Schicht 33 die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 durchsetzen. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform, bei der der erste ausgenommene Bereich 36 die erste leitende Schicht 32 durchsetzt, um das Kernelement 31 freizulegen.
Unter Bezugnahme auf insbesondere die 29 ist ein zweites leitendes Element 43B als leitendes Element 40 an der Oberfläche der Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 ausgebildet. Innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B sind ein Leiterschichtverbindungsbereich 35B und ein leitendes Element 44B als leitendes Element 40 angeordnet. Ferner ist im Inneren jedes einer Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern 36B ein erster metallischer Säulenbereich 51B angeordnet. Dies bedeutet, dass innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B sowohl der erste metallische Säulenbereich 51B und das erste leitende Element 44B angeordnet sind, und dort zusätzlich der Leiterschichtverbindungsbereich 35B angeordnet ist. Das Innere des ersten Durchgangslochs 36B ist, in anderen Worten mit dem ersten metallischen Säulenbereich 51B, dem ersten leitenden Element 44B und dem Leiterschichtverbindungsbereich 35B gefüllt.
Der erste metallische Säulenbereich 51B erstreckt sich in Z-Richtung vom Inneren des ersten Durchgangslochs 36B nach dem Äußeren des ersten Durchgangslochs 36B, und zwar über eine dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 auf der gegenüberliegenden Seite hin zu dem isolierenden Substrat 10. Hierin bezieht sich die dritte Hauptoberfläche auf der gegenüberliegenden Seite des isolierenden Substrats 10 auf die oberste Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33, welches die oberste Fläche in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte 30 ist.
Das erste leitende Element 44B ist beispielsweise aus Lot gemacht. Der Leiterschichtverbindungsbereich 36B ist an der Innenwandfläche des ersten Durchgangslochs 36B ausgebildet, und zwar unabhängig von der ersten Leiterschicht 32 und der zweiten Leiterschicht 33. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35B verbindet somit die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 elektrisch und mechanisch. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35B ist beispielsweise ein kupferplattierter Film ähnlich dem Leiterschichtverbindungsbereich 35A. Der erste metallische Säulenbereich 51B und die erste leitende Schicht 32B sind durch das erste leitende Element 44B und den Leiterschichtverbindungsbereich 35B elektrisch verbunden. Dies bedeutet, dass innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B eine Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, die sich in Z-Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte 30 über das erste leitende Element 44B verbunden sind.
In 29 weist der erste metallische Säulenbereich 51B einen ersten Kopfbereich 51B1 und einen ersten Säulenbereich 51B2 auf. Der erste Kopfbereich 51B1 ist ein Teil des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, der außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B angeordnet ist, und erstreckt sich in die XY-Richtung entlang einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10. Der erste Kopfbereich 51B1 ist, in anderen Worten, ein Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51 B, der sich an der Oberseite der zweiten Leiterschicht 33 in 29 in Rechts-Links-Richtung in der Zeichnung, d. h. in Y-Richtung, erstreckt. Der erste Kopfbereich 51B1 ist, in anderen Worten, ein Bereich, in dem der erste Säulenbereich 51B2, der sich nach oben in Z-Richtung erstreckt, über die Oberseite in Z-Richtung der dritten Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 in Z-Richtung hinaus erstreckt und an der Außenseite des ersten Durchgangslochs 36B liegt. Der erste Säulenbereich 51B2 ist ein Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, der von dem ersten Kopfbereich 51B1 verschieden ist. Der erste Säulenbereich 51B2 ist ein Bereich, der sich von (der untersten Oberfläche des ersten Kopfbereichs 51B1 (der untersten Fläche desselben) entlang dem ersten Durchgangsloch 36B erstreckt, sodass er den inneren Bereich des ersten Durchgangslochs 36B umfasst. Der erste Säulenbereich 51B2 weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt auf, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der erste Säulenbereich 51B2 kann einen Bereich aufweisen, der aus einem metallischen Material gemacht ist und sich in Form einer Röhre erstreckt und in seinem zentralen Bereich in einer zweidimensionalen Ansicht hohl sein kann (siehe den ersten metallischen Säulenbereich 51A und den zweiten metallischen Säulenbereich 52A in den 16 bis 19). Alternativ kann der erste Säulenbereich 51B2 gänzlich aus einem Metallmaterial gefertigt sein, und alles, einschließlich des zentralen Bereichs in der zweidimensionalen Ansicht, kann mit einem Metallmaterial gefüllt sein. Der erste Kopfbereich 51B1 ist deshalb außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B angeordnet, um einen Endbereich (obersten Bereich) in der Erstreckungsrichtung des ersten Säulenbereichs 51B2 zu verbinden.
Dies bedeutet, dass der erste Säulenbereich 51B2 so ausgebildet ist, dass er sich von dem ersten Kopfbereich 51B1 hin zur Unterseite erstreckt und durch einen Bereich innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B verläuft. Der erste metallische Säulenbereich 51 B weist deshalb einen ersten Säulenbereich 51B2 auf, der die gedruckte Leiterplatte 30 von der obersten Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 hin zu der untersten Oberfläche der ersten Leiterschicht 32 durchsetzt. Der erste metallische Säulenbereich 51B durchsetzt, in anderen Worten, die gesamte gedruckte Leiterplatte 30, um sich in Z-Richtung zu erstrecken. Der erste Säulenbereich 51B2 ist innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B enthalten und kann sich hin zu einem Bereich unterhalb (außerhalb) des ersten Durchgangslochs 36B erstrecken. Da sich das erste Durchgangsloch 36B in Z-Richtung erstreckt, erstreckt sich auch der erste Säulenbereich 51B2 in Z-Richtung. Deshalb ist hier der gesamte Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51B2, der oberhalb des ersten Durchgangslochs 36B angeordnet ist, der erste Kopfbereich 51B1. Hier ist der gesamte Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51 B, der innerhalb und unterhalb des ersten Durchgangslochs 36B angeordnet ist, der erste Säulenbereich 51B2.
Insbesondere steht in 29 das zweite leitende Element 43B in Kontakt mit sowohl dem ersten metallischen Säulenbereich 51B als auch der Signalelektrode 21c. In 29 erstreckt sich, in anderen Worten, der erste metallische Säulenbereich 51B in Z-Richtung von dem ersten Kopfbereich 51B1 an der Oberseite der gedruckten Leiterplatte 30 zu dem zweiten leitenden Element 43B an der Signalelektrode 21c außerhalb (unterhalb) des ersten Durchgangslochs 36B. Dies bedeutet, dass beispielsweise das zweite leitende Element 43B beispielsweise aus Lotverbindungen, dem ersten metallischen Säulenbereich 51B und der Signalelektrode 21c gemacht ist. In 29 sind, in anderen Worten die Signalelektrode 21c und der erste metallische Säulenbereich 51B durch das zweite leitende Element 43B verbunden. Somit ist ein Endbereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51B auf Seiten des isolierenden Substrats 10 in Z-Richtung mit einem Abstand von der Signalelektrode 21c angeordnet. In 25 sind die Hauptelektrode 21b und die gedruckte Leiterplatte 30 über das dritte leitende Element 42 als eine Lotschicht miteinander verbunden.
Wie vorangehend beschrieben wirkt der erste metallische Säulenbereich 51B als ein Leiter, der die Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 und die diesem gegenüberliegende erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 elektrisch verbindet. Dies bedeutet, dass die Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 und die diesem gegenüberliegende erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 über das zweite leitende Element 43B, den ersten metallischen Säulenbereich 51B, das erste leitende Element 44B und den Leiterschichtverbindungsbereich 35B elektrisch verbunden sind.
Andererseits hat bei dem ersten metallischen Säulenbereich 51B der erste Kopfbereich 51B1 eine größere Breite in die Links-Rechts-Richtung in 29 entlang einer Hauptoberfläche als der erste Säulenbereich 51B2. Der erste metallische Säulenbereich 51 B hat, in anderen Worten, den ersten Kopfbereich 51B1, der in einer zweidimensionalen Ansicht einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser in einem Fall, in dem der erste Säulenbereich 51B2 beispielsweise zylindrisch ist und ein Innendurchmesser in einem solchen Fall, in dem das erste Durchgangslochs 36B beispielsweise röhrenförmig ist. Dies ist ein Beispiel für den Fall, in dem der erste Kopfbereich 51B1 eine kreisförmige zweidimensionale Gestalt aufweist. In dem ersten metallischen Säulenbereich 51B ist der erste Kopfbereich 51B1 in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 angeordnet. Der erste Kopfbereich 51B1 ist somit an der Oberseite der gedruckten Leiterplatte 30 angeordnet.
Ferner sind bei der Leistungshalbleitervorrichtung 120 eine Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37B gebildet, und zwar anstatt der zweiten ausgenommenen Bereiche 37A in der Leistungshalbleitervorrichtung 100. Das zweite Durchgangsloch 37B wird so gebildet, dass ein teilweise ausgenommener Bereich der ersten Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 durchsetzt. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform, bei der der erste ausgenommene Bereich 36A die erste Leiterschicht 32 durchsetzt, um das Kernelement 31 freizulegen. Eine Mehrzahl von zweiten Durchgangslöcher 37B ist in der gedruckten Leiterplatte 30 mit Abstand von den ersten Durchgangslöchern 36B ausgebildet.
Unter Bezugnahme auf insbesondere 30 ist ein fünftes leitendes Element 45B als leitendes Element 40 an der Oberfläche der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 ausgebildet. Innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B sind der Leiterschichtverbindungsbereich 35B0 und das vierte leitende Element 46B als leitendes Element 40 angeordnet. Ferner ist im Inneren eines jeden einer Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37B ein zweiter metallischer Säulenbereich 52B angeordnet. Dies bedeutet, dass innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B sowohl der zweite metallische Säulenbereich 52B und das vierte leitende Element 46B angeordnet sind. Das Innere des zweiten Durchgangslochs 37B ist, in anderen Worten, mit dem zweiten metallischen Säulenbereich 52B, dem vierten leitenden Element 46B und dem Leiterschichtverbindungsbereich 35B0 gefüllt. Eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B erstreckt sich von dem isolierenden Substrat 10 in Z-Richtung zu der gedruckten Leiterplatte 30. Insbesondere erstreckt sich eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B in Z-Richtung vom Inneren jedes einer Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37B nach außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B über die dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 auf der gegenüberliegenden Seite hinaus zum isolierenden Substrat 10. Der Endbereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B auf Seiten des isolierenden Substrats in Z-Richtung ist in Kontakt mit einer Hauptoberfläche (beispielsweise der obersten Oberfläche der dritten Leiterschicht 13) des isolierenden Substrats 10.
Das vierte leitende Element 46B ist beispielsweise aus Lot gebildet. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35B0 ist an der Innenwandfläche des zweiten Durchgangslochs 37B unabhängig von der ersten Leiterschicht 32 und der zweiten Leiterschicht 33 ausgebildet. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35B0 verbindet somit die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 elektrisch und mechanisch miteinander. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35B0 ist beispielsweise ein Kupferplattierungsfilm ähnlich den Leiterschichtverbindungsbereichen 35A und 35B. Der Bereich zwischen der Seitenfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B und der Innenwandfläche des zweiten Durchgangslochs 37B ist mit dem vierten leitenden Element 46B und dem Leiterschichtverbindungsbereich 35B0 gefüllt. Der zweite metallische Säulenbereich 52B und die erste Leiterschicht 32 sind durch das vierte leitende Element 46B und den Leiterschichtverbindungsbereich 35B0 elektrisch verbunden. Insbesondere sind innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B die Oberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der sich in Z-Richtung erstreckt, und die gedruckte Leiterplatte 30 über das leitende Element 46B verbunden.
In 30 weist der zweite metallische Säulenbereich 52B einen zweiten Kopfbereich 52B1 und einen zweiten Säulenbereich 52B2 auf. Der zweite Kopfbereich 52B 1 ist ein Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet ist und sich in XY-Richtung entlang einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 erstreckt. Der zweite Kopfbereich 52B1 ist, in anderen Worten, ein Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der sich in die Rechts-Links-Richtung in der Zeichnung, d. h. in Y-Richtung, erstreckt, und zwar an der Oberseite der zweiten Leiterschicht 33 in 30. Der zweite Kopfbereich 52B1 ist, in anderen Worten, ein Bereich, in dem der zweite Säulenbereich 52B2, der sich in Z-Richtung nach oben erstreckt, über die Oberseite in Z-Richtung der dritten Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 hinausgeht und außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B liegt. Der zweite Säulenbereich 52B2 ist ein Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der von dem zweiten Kopfbereich 52B1 verschieden ist. Der zweite Säulenbereich 52B2 ist ein Bereich, der sich von dem zweiten Kopfbereich 52B 1 (von der untersten Oberfläche desselben) entlang des zweiten Durchgangslochs 37B so erstreckt, dass er den Innenbereich des zweiten Durchgangslochs 37B umfasst. Der zweite Säulenbereich 52B2 weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt auf, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der zweite Kopfbereich 52B1 ist deshalb außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet, um mit einem Endbereich (oberster Bereich) in Erstreckungsrichtung des zweiten Säulenbereichs 52B2 verbunden zu sein.
Dies bedeutet, dass der zweite Säulenbereich 52B2 so ausgebildet ist, dass er sich von dem zweiten Kopfbereich 52B 1 hin zu der Unterseite erstreckt und durch einen Bereich innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B verläuft. Der zweite metallische Säulenbereich 52B weist deshalb einen zweiten Säulenbereich 52B2 auf, der die gedruckte Leiterplatte 30 von der obersten Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 hin zu der untersten Oberfläche der ersten Leiterschicht 32 durchsetzt. Der zweite metallische Säulenbereich 52B durchsetzt, in anderen Worten, die gesamte gedruckte Leiterplatte 30, indem er sich in Z-Richtung erstreckt. Der zweite Säulenbereich 52B2 ist innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B enthalten und kann sich in einen Bereich unterhalb (außerhalb) des zweiten Durchgangslochs 37B erstrecken. Da sich das zweite Durchgangsloch 37B in Z-Richtung erstreckt, erstreckt sich auch der zweite Säulenbereich 52B2 in Z-Richtung. Deshalb ist hier der gesamte Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der oberhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet ist, der zweite Kopfbereich 52B1. Der gesamte Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der hier innerhalb und unterhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet ist, ist der zweite Säulenbereich 52B2. Der unterste Bereich des zweiten Säulenbereichs 52B2 ist mit der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 verbunden.
Auf diese Weise sind eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B angeordnet, von denen sich jeder von dem isolierenden Substrat 10 in Z-Richtung zu der gedruckten Leiterplatte 30 erstreckt und hierbei die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 schneidet. Insbesondere weist hier jeder der Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B einen zweiten Säulenbereich 52B2 auf, der sich von innerhalb eines entsprechenden Durchgangslochs der Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37B hin zu der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats erstreckt, das außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37 in Z-Richtung angeordnet ist und die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 schneidet.
Insbesondere ist in 30 das fünfte leitende Element 45B in Kontakt mit sowohl dem zweiten metallischen Säulenbereich 52B als auch der dritten Leiterschicht 13. In 13 erstreckt sich, in anderen Worten, der zweite metallische Säulenbereich 52B in Z-Richtung von dem zweiten Kopfbereich 52B1 an der Oberseite der gedruckten Leiterplatte 30 zu der dritten Leiterschicht 13 außerhalb (unterhalb) des zweiten Durchgangslochs 37B. Dies bedeutet, dass der zweite metallische Säulenbereich 52B und die dritte Leiterschicht 13 mit dem fünften leitenden Element 45B, welches beispielsweise aus Lot gebildet ist, verbunden sind.
Wie vorangehend beschrieben, wirkt der zweite metallische Säulenbereich 52B als ein Leiter, der die dritte Leiterschicht 13 und die dieser gegenüberliegende erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 elektrisch verbindet. Dies bedeutet, dass die dritte Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 und die erste Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30, welche dieser gegenüberliegt, elektrisch verbunden sind, und zwar über das fünfte leitende Element 45B, den zweiten metallischen Säulenbereich 52B, das vierte leitende Element 46B und den Leiterschichtverbindungsbereich 35B0.
Bei dem zweiten metallischen Säulenbereich 52B weist, in anderen Worten, der zweite Kopfbereich 52B1 eine größere Breite in Rechts-Links-Richtung in 30 entlang einer Hauptoberfläche auf als der zweite Säulenbereich 52B2. Der zweite metallische Säulenbereich 52B weist, in anderen Worten, einen zweiten Kopfbereich 52B1 auf, der einen größeren Durchmesser in zweidimensionaler Ansicht aufweist als der Außendurchmesser in einem Fall ist, in dem der zweite Säulenbereich 52B2 beispielsweise zylindrisch ist und der Innendurchmesser in einem Fall ist, in dem das Durchgangsloch 37B beispielsweise röhrenförmig ist. Dies ist ein Beispiel des Falls, in dem der zweite Kopfbereich 52B1 eine kreisförmige zweidimensionale Gestalt aufweist. Bei dem zweiten metallischen Säulenbereich 52B ist der zweite Kopfbereich 52B1 in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 angeordnet. Der zweite Kopfbereich 52B1 ist somit an der Oberseite der gedruckten Leiterplatte 30 angeordnet.
In anderer Hinsicht ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl der zweiten Durchgangslöcher 37B an Positionen angeordnet ist, die in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats in einer zweidimensionalen Ansicht punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Der zweite metallische Säulenbereich 52B ist innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet. Es ist somit bevorzugt, dass eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B an Positionen angeordnet sind, die in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats 10 in einer zweidimensionalen Ansicht punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
Ferner ist es, wie es insbesondere in 25 gezeigt ist, bevorzugt, dass der zweite metallische Säulenbereich 52B eine größere Abmessung in Z-Richtung, welche die erste Hauptoberfläche schneidet, aufweist als der erste metallische Säulenbereich 41B. Eine Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51B weist eine im Wesentlichen gleiche Abmessung in Z-Richtung auf. Eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B weist ebenfalls eine im Wesentlichen gleiche Abmessung in Z-Richtung auf.
31 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht zeigt, bei einem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform. 32 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils entlang einer Linie XXXII-XXXII in 13 bei der Leistungshalbleitervorrichtung des zweiten Beispiels der fünften Ausführungsform. 33 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs E, der in 32 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform. 34 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs F, der in 32 durch eine unterbrochene Linie umgeben ist, bei dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform. Dies bedeutet, dass die Linie XXXII-XXXII der Linie II-II in 1 entspricht. Der durch die unterbrochene Linie umgebene Bereich E in 32 entspricht dem durch die unterbrochene Linie umgebenen Bereich A in 2. Der durch die gebrochene Linie umgebene Bereich F in 32 entspricht dem durch die gebrochene Linie umgebenen Bereich B in 2.
Es wird auf die 31 bis 34 Bezug genommen. Eine Leistungshalbleitervorrichtung 130 in dem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform weist im Wesentlichen eine Konfiguration auf, die der in den 1 bis 7 des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Dies bedeutet, dass die Leistungshalbleitervorrichtung 130 ein isolierendes Substrat 10, ein Halbleiterelement 21 und eine gedruckte Leiterplatte 30 umfasst. Das Halbleiterelement 21 ist mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 verbunden. Das Halbleiterelement 21 weist eine Hauptelektrode 21b und eine Signalelektrode 21c auf. Die gedruckte Leiterplatte 30 weist ein Kernelement 31, eine erste Leiterschicht 32, die auf der ersten Hauptoberfläche auf Seiten des Halbleiterelements 21, d. h. der unteren Seite gebildet ist, und eine zweite Leiterschicht 33 auf, die an der zweiten Hauptoberfläche an der Oberseite gebildet ist. Die gleichen konstituierenden Elemente werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung derselben kann weggelassen werden. Beispielsweise wird für ein nachfolgend beschriebenes erstes Durchgangsloch 36C das gleiche Merkmal wie das erste Durchgangsloch 36B durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und dieses wird in manchen Fällen nicht weiter ausgeführt. Dies gilt auch für andere Elemente, die durch Bezeichnungen und Bezugszeichen auf ähnliche Weise bezeichnet werden.
Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 130 ist jedoch eine Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern 36C in der gedruckten Leiterplatte 30 ausgebildet, und zwar anstatt des ersten ausgenommenen Bereichs 36A der Leistunghalbleitervorrichtung 100. Das erste Durchgangsloch 36C ist auf eine solche Weise gebildet, dass ein teilweise ausgenommener Bereich der ersten Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 durchsetzt. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform, bei der der erste ausgenommenen Bereich 36A die erste Leiterschicht 32 durchsetzt, um das Kernelement 31 freizulegen.
Unter Bezugnahme auf insbesondere 33 ist ein zweites leitendes Element 43C als leitendes Element 40 an der Oberfläche der Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 ausgebildet. Innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C sind ein Leiterschichtverbindungsbereich 35C und ein erstes leitendes Element 44C als das leitende Element 40 angeordnet. Ferner ist im Inneren jedes einer Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern 36C der erste metallische Säulenbereich 51C angeordnet. Dies bedeutet, dass innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C sowohl der erste metallische Säulenbereich 51C und das erste leitende Element 44C angeordnet sind und zusätzlich der Leiterschichtverbindungsbereich 35C dort angeordnet ist. Das Innere des ersten Durchgangslochs 36C ist, mit anderen Worten, mit dem ersten metallischen Säulenbereich 51C, dem ersten leitenden Element 44C und dem Leiterschichtverbindungsbereich 35C gefüllt.
Der metallische Säulenbereich 51C erstreckt sich in Z-Richtung von dem Inneren des ersten Durchgangslochs 36C nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36C, und zwar über eine dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 an der dem isolierenden Substrat 10 gegenüberliegenden Seite hinaus. Hier bedeutet die dritte Hauptoberfläche an der dem isolierenden Substrat 10 gegenüberliegenden Seite die oberste Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33, welches die oberste Oberfläche in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte 30 ist.
Das erste leitende Element 44C ist beispielsweise aus Lot gefertigt. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35C ist an der inneren Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36C ausgebildet, und zwar unabhängig von der ersten Leiterschicht 32 und der zweiten Leiterschicht 33. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35C verbindet somit die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 miteinander elektrisch und mechanisch. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35C ist beispielsweise ein Kupferplattierungsfilm ähnlich dem Leiterschichtverbindungsbereich 35A. Der erste metallische Säulenbereich 51C und die ersten Leiterschicht 32 sind durch das erste leitende Element 44C und den Leiterschichtverbindungsbereich 35C elektrisch verbunden. Dies bedeutet, dass innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C eine Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51C, der sich in Z-Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte 30 über das erste leitende Element 44C verbunden ist.
In 33 hat der erste metallische Säulenbereich 51C eine konstante Breite in X-Richtung und Y-Richtung ausgehend von oberhalb einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 durch das Innere des ersten Durchgangslochs 36C und von dort nach oberhalb der dritten Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 außerhalb des ersten Durchgangslochs 36C. Dies bedeutet, dass sich der erste metallische Säulenbereich 51C geradlinig in Z-Richtung so erstreckt, dass seine Breite im Inneren des ersten Durchgangslochs 36C und dem Bereich oberhalb des ersten Durchgangslochs 36C im Wesentlichen gleich ist. Der gesamte erste metallische Säulenbereich 51C in 33 entspricht, in anderen Worten, dem ersten Säulenbereich 51B2 bei der Leistungshalbleitervorrichtung 120 in dem ersten Beispiel, und er weist einen Bereich nicht auf, der dem ersten Kopfbereich 51B1 entspricht. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 130 von der der Leistungshalbleitervorrichtung 120.
Der erste metallische Säulenbereich 51C erstreckt sich als Ganzes in Z-Richtung entlang dem ersten Durchgangsloch 36C, und zwar von oberhalb des isolierenden Substrats 10 durch das Innere des ersten Durchgangslochs 36C bis zu einem Bereich, der oberhalb des ersten Durchgangslochs 36C vorsteht. Der erste metallische Säulenbereich 51C weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt auf, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der erste metallische Säulenbereich 51C kann einen Bereich aufweisen, der aus einem Metallmaterial gefertigt ist und sich in Form einer Röhre erstreckt, und er kann an seinem zentralen Bereich in einer zweidimensionalen Ansicht hohl sein (siehe ersten metallischen Säulenbereich 51A und zweiten metallischen Säulenbereich 52A in den 16 bis 19). Alternativ kann der erste metallische Säulenbereich 51C gänzlich aus einem Metallmaterial gefertigt sein, und wobei auch der zentrale Bereich in einer zweidimensionalen Ansicht mit einem Metallmaterial gefüllt sein kann.
Insbesondere in 33 ist das zweite leitende Element 43C in Kontakt mit sowohl dem ersten metallischen Säulenbereich 51C und der Signalelektrode 21c. Der erste metallische Säulenbereich 51C erstreckt sich in 33 in anderen Worten in die Z-Richtung, und zwar von einem Bereich, der oberhalb der gedruckten Leiterplatte 30 vorsteht, zu dem zweiten leitenden Element 43C an der Signalelektrode 21c außerhalb (der Unterseite) des ersten Durchgangslochs 36C. Dies bedeutet, dass das zweite leitende Element 43C beispielsweise aus Lot gemacht ist und den ersten metallischen Säulenbereich 51C und die Signalelektrode 21c verbindet. Die Signalelektrode 21c und der erste metallische Säulenbereich 51C sind, in anderen Worten, in 33 über das zweite leitende Element 43C verbunden. Der Endbereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51C auf Seiten des isolierenden Substrats 10 in Z-Richtung ist mit einem Abstand von der Signalelektrode 21c angeordnet. Die Hauptelektrode 21b und die gedruckte Leiterplatte 30 sind in 32 über das dritte leitende Element 42 als eine Lotschicht verbunden.
Wie vorangehend beschrieben, wirkt der erste metallische Säulenbereich 51C als ein Leiter, der die Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 und die dieser gegenüberliegende Leiterschicht 32 der gedruckten Leiterplatte 30 elektrisch verbindet. Dies bedeutet, dass die Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 und die erste Leiterschicht 32 der gegenüberliegenden gedruckten Leiterplatte 30 über das zweite leitende Element 43C, den ersten metallischen Säulenbereich 51C, das erste leitende Element 44C und den Leiterschichtverbindungsbereich 35C elektrisch verbunden sind.
Weiter sind bei der Leistungshalbleitervorrichtung 120 eine Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37C gebildet, und zwar anstatt der zweiten ausgenommenen Bereiche 37A bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100. Das zweite Durchgangsloch 37C ist so gebildet, dass ein teilweise ausgenommener Bereich der ersten Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 durchsetzt. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform, bei der der ausgenommene Bereich 36A die erste Leiterschicht 32 durchsetzt, um das Kernelement 31 freizulegen. Eine Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37C ist in der gedruckten Leiterplatte 30 mit einem Abstand von den ersten Durchgangslöchern 36C ausgebildet.
Insbesondere unter Bezugnahme auf 34 ist ein fünftes leitendes Element 45C als leitendes Element 40 an der Oberfläche der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 gebildet. Innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37C sind ein Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 und ein viertes leitendes Element 46C als leitendes Element 40 angeordnet. Im Inneren jedes einer Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37C ist ferner ein zweiter metallischer Säulenbereich 52C angeordnet. Dies bedeutet, dass innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37C sowohl der zweite metallische Säulenbereich 52C und das vierte leitende Element 44C angeordnet sind. Das Innere des zweiten Durchgangslochs 37C ist, in anderen Worten, mit dem zweiten metallischen Säulenbereich 52C, dem vierten leitenden Element 46C und dem Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 gefüllt. Eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C erstreckt sich von dem isolierenden Substrat 10 in Z-Richtung zu der gedruckten Leiterplatte 30. Insbesondere erstreckt sich jeder einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C in Z-Richtung von dem Inneren eines entsprechenden zweiten Durchgangslochs 37C nach außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37C, und zwar über die dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 an der dem isolierenden Substrat 10 gegenüberliegenden Seite. Der Endbereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C auf Seiten des isolierenden Substrats 10 in Z-Richtung steht in Kontakt mit einer Hauptoberfläche (beispielsweise der obersten Oberfläche der dritten Leiterschicht 13) des isolierenden Substrats 10.
Das vierte leitende Element 46C ist beispielsweise aus Lot gebildet. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 ist an der inneren Wandfläche des zweiten Durchgangslochs 37C ausgebildet, und zwar unabhängig von der ersten Leiterschicht 32 und der zweiten Leiterschicht 33. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 verbindet somit die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 elektrisch und mechanisch. Der Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 ist beispielsweise ein Kupferplattierungsfilm ähnlich den Leiterschichtverbindungsbereichen 35A und 35C. Der Bereich zwischen der Seitenoberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C und der inneren Wandoberfläche des zweiten Durchgangslochs 37C ist mit dem vierten leitenden Element 46C und dem Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 gefüllt. Der zweite metallische Säulenbereich 52C und die erste Leiterschicht 32 sind durch das vierte leitende Element 46C und den Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 elektrisch verbunden. Insbesondere ist im Inneren des zweiten Durchgangslochs 37C die Oberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C, der sich in Z-Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte 30 über das vierte leitende Element 46C verbunden.
In 34 weist der zweite metallische Säulenbereich 52C eine konstante Breite in X-Richtung und Y-Richtung auf, und zwar von oberhalb einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 durch das Innere des zweiten Durchgangslochs 37C und von dort nach oberhalb der dritten Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 auf der Außenseite des zweiten Durchgangslochs 37C. Dies bedeutet, dass sich der zweite metallische Säulenbereich 52C geradlinig in Z-Richtung erstreckt, sodass dessen Breite innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37C und dem Bereich oberhalb des zweiten Durchgangslochs 37C im Wesentlichen gleich ist. Der gesamte metallische Säulenbereich 52C in 34 entspricht, in anderen Worten, dem zweiten Säulenbereich 52B2 bei der Leistungshalbleitervorrichtung 120 des ersten Beispiels, und er weist einen Bereich, der dem zweiten Kopfbereich 52B1 entspricht, nicht auf. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 130 von der der Leistungshalbleitervorrichtung 120.
Der zweite metallische Säulenbereich 52C erstreckt sich als Ganzes in Z-Richtung entlang dem zweiten Durchgangsloch 37C, und zwar von oberhalb des isolierenden Substrats 10 durch das Innere des zweiten Durchgangslochs 37C zu einem Bereich, der oberhalb des zweiten Durchgangslochs 37C vorstellt. Der zweite metallische Säulenbereich 52C weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt auf, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der zweite metallische Säulenbereich 52C kann einen Bereich aufweisen, der aus einem Metallmaterial gebildet ist und sich in Form einer Röhre erstreckt, und er kann an seinem zentralen Bereich in einer zweidimensionalen Ansicht hohl sein (siehe den ersten metallischen Säulenbereich 51A und den zweiten metallischen Säulenbereich 52A in den 16 bis 19). Alternativ kann der zweite metallische Säulenbereich 52C gänzlich aus einem Metallmaterial gebildet sein, und er kann gänzlich, einschließlich des zentralen Bereichs in einer zweidimensionalen Ansicht, mit einem Metallmaterial gefüllt sein.
Auf diese Weise ist eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C angeordnet, wobei sich jeder von dem isolierenden Substrat 10 zu der gedruckten Leiterplatte 30 in Z-Richtung erstreckt und die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 schneidet. Insbesondere erstreckt sich hier jeder einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C in Z-Richtung, wobei er die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 schneidet, und zwar von der Innenseite des entsprechenden zweiten Durchgangslochs 37C zu der dritten Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10, das außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37C angeordnet ist.
Insbesondere steht in 34 das fünfte leitende Element 45C in Kontakt mit sowohl dem ersten metallischen Säulenbereich 52C und der dritten Leiterschicht 13. In 34 erstreckt sich, in anderen Worten, der zweite metallische Säulenbereich 52C in Z-Richtung von einem Bereich, der nach oberhalb der gedruckten Leiterplatte 30 vorsteht, zu der dritten Leiterschicht 13 außerhalb (unterhalb) des zweiten Durchgangslochs 37C. Dies bedeutet, dass der zweite metallische Säulenbereich 52C und die dritte Leiterschicht 13 mit dem fünften leitenden Element 45C verbunden sind, welches beispielsweise aus Lot gebildet ist.
Wie vorangehend beschrieben, wirkt der zweite metallische Säulenbereich 52C als ein Leiter, der die dritte Leiterschicht 13 und die erste Leiterschicht 32 der gegenüberliegenden gedruckten Leiterplatte 30 elektrisch verbindet. Dies bedeutet, dass die dritte Leiterschicht 13 des isolierenden Substrats 10 und die erste Leiterschicht 32 der gegenüberliegenden gedruckten Leiterplatte 30 über das fünfte leitende Element 45C, den zweiten metallischen Säulenbereich 52C, das vierte leitende Element 46C und den Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 elektrisch verbunden sind.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37C an Positionen angeordnet ist, die in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats in zweidimensionaler Ansicht zueinander punktsymmetrisch sind. Der zweite metallische Säulenbereich 52C ist innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37C angeordnet. Es ist somit bevorzugt, dass eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C an Positionen angeordnet ist, die in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats in einer zweidimensionalen Ansicht zueinander punktsymmetrisch sind.
Ferner ist es, wie insbesondere in 32 gezeigt, bevorzugt, dass der zweite metallische Säulenbereich 52C eine größere Abmessung in Z-Richtung, welche die erste Hauptoberfläche schneidet, aufweist als der erste metallische Säulenbereich 51C. Eine Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51C weist in Z-Richtung im Wesentlichen die gleiche Abmessung auf. Eine Mehrzahl der zweiten metallischen Säulenbereiche 52C weist in Z-Richtung ebenfalls im Wesentlichen die gleiche Abmessung auf.
Ferner weist die Leistungshalbleitervorrichtung 130 des zweiten Beispiels der fünften Ausführungsform die folgende Konfiguration auf. Für den Bereich, der außerhalb des ersten Durchgangslochs in der gedruckten Leiterplatte 30 in Z-Richtung jedes der Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51C und einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C angeordnet ist, ist eine zweite Länge, die sich an der gegenüberliegenden Seite zu dem isolierenden Substrat 10, d. h. der Oberseite an der Außenseite des Durchgangslochs in der gedruckten Leiterplatte 30, erstreckt, größer als eine erste Länge, die sich auf Seiten des isolierenden Substrats, d. h. der unteren Seite erstreckt. D. h., dass in 33 eine Länge H2 des ersten metallischen Säulenbereichs 51C, welches sich an der Oberseite in Z-Richtung außerhalb der gedruckten Leiterplatte 30 erstreckt, größer ist als eine Länge H1, die sich an der Unterseite in Z-Richtung erstreckt. Insbesondere kann die Länge H1 so kurz wie etwa 0,5 mm sein. Die Länge H2 ist hingegen beispielsweise größer gleich 1 mm und kleiner gleich 3 mm und insbesondere größer gleich 1,5 mm und kleiner gleich 2 mm. Ähnlich ist in 34 die Länge H2 des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C, der sich an der Oberseite in Z-Richtung außerhalb der gedruckten Leiterplatte 30 erstreckt, größer als eine Länge H3, die sich an der Unterseite in Z-Richtung erstreckt. Insbesondere ist die Länge H3 0,5 mm oder kleiner. Hingegen ist die Länge H2 beispielsweise größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 3 mm und insbesondere größer oder gleich 1,5 mm und kleiner oder gleich 2 mm.
Hierbei ist es bevorzugt, dass der erste metallische Säulenbereich 51C und der zweite metallische Säulenbereich 52C im Wesentlichen gleiche Höhe des obersten Bereichs in Z-Richtung aufweisen. So sei, wie in 33 gezeigt, H2 die Länge, um die jeder der Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51C in Z-Richtung außerhalb des ersten Durchgangslochs 36C über die dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 vorsteht. In diesem Fall ist, wie in 34 gezeigt, die Länge, um die jeder einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C in Z-Richtung an der Außenseite des zweiten Durchgangslochs 37C über die dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 vorsteht, ebenfalls H2. Auf diese Weise ist es bevorzugt, dass die Längen des ersten metallischen Säulenbereichs 51C und des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C, die von der gedruckten Leiterplatte 30 nach oben vorstehen, gleich sind.
35 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht einer ersten Abwandlung des durch eine unterbrochene Linie umgebenen Bereichs F in 32 in dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform. Es wird auf 35 Bezug genommen. Der zweite metallische Säulenbereich 52C in dem Bereich F der Leistungshalbleitervorrichtung 130 bei der ersten Abwandlung ist im Wesentlichen ähnlich dem in den 31 bis 34. Jedoch weist der zweite metallische Säulenbereich 52C in 35 ein Merkmal auf, dass beispielsweise dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A in 21 ähnlich ist. Dies bedeutet, dass in wenigstens einem Teil des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C in Z-Richtung die Abmessung in Y-Richtung (X-Richtung) entlang einer Hauptoberfläche kontinuierlich abnimmt, und zwar von Seiten der gedruckten Leiterplatte 30 hin zu der Seite des isolierenden Substrats 10. Innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37C, wo die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 nicht vorhanden sind, sind hingegen der Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 und das vierte leitende Element 46C als leitendes Element 40 angeordnet, und zwar auf die gleiche Weise wie in 34. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden.
35 zeigt den zweiten metallischen Säulenbereich 52C. Die erste Abwandlung des zweiten Beispiels der fünften Ausführungsform ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und der erste metallische Säulenbereich 51C kann eine ähnliche Konfiguration aufweisen. Dies bedeutet, dass in wenigstens einem Teil in Z-Richtung des ersten metallischen Säulenbereichs 51C die Abmessung in Y-Richtung (X-Richtung) entlang einer Hauptoberfläche kontinuierlich abnimmt, und zwar von der Seite der gedruckten Leiterplatte 30 her hin zu der Seite des isolierenden Substrats, beispielsweise ähnlich wie bei dem ersten metallischen Säulenbereich 51A in 20. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden.
36 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht einer zweiten Abwandlung eines durch eine unterbrochene Linie umgebenen Bereichs F in 32 bei dem zweiten Beispiel der fünften Ausführungsform. Es wird auf 36 Bezug genommen. Der zweite metallische Säulenbereich 52C in dem Bereich F bei der Leistungshalbleitervorrichtung 130 dieser zweiten Abwandlung ist im Wesentlichen ähnlich dem in den 31 bis 34. Jedoch weist der zweite metallische Säulenbereich 52C in 36 ein Merkmal auf, dass beispielsweise dem zweiten metallischen Säulenbereich 52A in 23 ähnlich ist. Dies bedeutet, dass die obere Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 eine Vertiefung 38C aufweist, in der die dritte Leiterschicht 13 teilweise fehlt. Die Vertiefung 38C kann so gebildet sein, dass die isolierende Schicht 11 wenigstens teilweise fehlt oder die vierte Leiterschicht 12 in Z-Richtung unterhalb teilweise fehlt. Der Endbereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C auf Seiten des isolierenden Substrats (untere Seite) in Z-Richtung ist innerhalb der Vertiefung 38C angeordnet.
Innerhalb der Vertiefung 38C sind sowohl der zweite metallische Säulenbereich 52C als auch das fünfte leitende Element 47C angeordnet. Das Innere der Vertiefung 38C ist deshalb mit dem zweiten metallischen Säulenbereich 52C und dem fünften leitenden Element 47C gefüllt. Das fünfte leitende Element 47C ist aus beispielsweise Lot gebildet und füllt einen Bereich zwischen der Seitenoberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C und der inneren Wandfläche der Vertiefung 38C. Der zweite metallische Säulenbereich 52C und die dritte Leiterschicht 13 sind durch das fünfte leitende Element 47C elektrisch verbunden. Die Vertiefung 38C wird gebildet, indem die dritte Leiterschicht 13 unter Verwendung bekannter Ätzprozesse oder Schneidprozesse teilweise entfernt wird. Andererseits sind innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37C, in dem die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 nicht vorhanden sind, der Leiterschichtverbindungsbereich 35C0 und das vierte leitende Element 46C auf die gleiche Weise wie in 35 angeordnet. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden.
35 und 36 gelten beide für die Leistungshalbleitervorrichtung 130 des zweiten Beispiels der fünften Ausführungsform. Jedoch kann der zweite metallische Säulenbereich 52B und der erste metallische Säulenbereich 51B der Leistungshalbleitervorrichtung 120 des ersten Beispiels der fünften Ausführungsform ein Merkmal aufweisen, das ähnlich dem in den 35 und 36 ist.
37 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht zeigt, bei einem dritten Beispiel der fünften Ausführungsform. 38 ist eine schematische Draufsicht, die einen Teil mit Halbleiterelementen genauer zeigt, bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 37. 39 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der unteren Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 37 genauer zeigt. 40 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 37 genauer zeigt. Die 37, 38, 39 und 40 entsprechen den 1, 3, 4 bzw. 5 des ersten Beispiels der ersten Ausführungsform, und sie entsprechen den 24, 26, 27 bzw. 28 des ersten Beispiels der fünften Ausführungsform.
Es wird auf die 37 bis 40 Bezug genommen. Eine Leistungshalbleitervorrichtung 121 des dritten Beispiels der fünften Ausführungsform weist eine im Wesentlichen ähnliche Konfiguration auf wie die Leistungshalbleitervorrichtung 120 des ersten Beispiels, und die gleichen konstituierenden Elemente werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter ausgeführt solange die Funktionen einander gleich sind. Jedoch ist in den 8 bis 11 einer einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B so angeordnet, dass er in einer zweidimensionalen Ansicht das Zentrum der gedruckten Leiterplatte 30 enthält. Dies bedeutet, dass eines einer Mehrzahl von zweiten Durchgangslöcher 37B so ausgebildet ist, dass es das Zentrum der gedruckten Leiterplatte 30 in einer zweidimensionalen Ansicht enthält. Ein zweiter metallischer Säulenbereich 52B ist so angeordnet, dass er sich von dem Inneren des zweiten Durchgangslochs 37B an dem Zentrum des isolierenden Substrats 10 in Z-Richtung erstreckt. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden.
41 ist eine schematische Draufsicht, die die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung in einer zweidimensionalen Ansicht bei einem vierten Beispiel der fünften Ausführungsform genauer zeigt. 42 ist eine schematische Draufsicht, die einen Teil mit Halbleiterelementen bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 41 genauer zeigt. 43 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der unteren Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 41 genauer zeigt. 44 ist eine schematische Draufsicht, die das Kernelement und die Leiterschicht an der oberen Seite in Z-Richtung der gedruckten Leiterplatte bei der Leistungshalbleitervorrichtung in 41 genauer zeigt. Die 41, 42, 43 und 44 entsprechen jeweils den 24, 26, 27 bzw. 28 in dem ersten Beispiel der fünften Ausführungsform, und sie entsprechen jeweils den 37, 38, 39 bzw. 40 des dritten Beispiels der fünften Ausführungsform.
Es wird auf die 41 bis 44 Bezug genommen. Eine Leistungshalbleitervorrichtung 131 des vierten Beispiels der fünften Ausführungsform weist eine im Wesentlichen ähnliche Konfiguration auf wie die Leistungshalbleitervorrichtung 130 des zweiten Beispiels, und die gleichen konstituierenden Elemente werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht weiter ausgeführt, solange die Funktionen einander gleich sind. Dies gilt auch für die nachfolgenden Beispiele. Jedoch ist in den 41 bis 44 einer einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C so angeordnet, dass er das Zentrum der gedruckten Leiterplatte 30 in einer zweidimensionalen Ansicht enthält. Dies bedeutet, dass eines einer Mehrzahl von zweiten Durchgangslöcher 37C so ausgebildet ist, dass es das Zentrum der gedruckten Leiterplatte 30 in einer zweidimensionalen Ansicht enthält. Ein zweiter metallischer Säulenbereich 52C ist so angeordnet, dass er sich von dem Inneren des zweiten Durchgangslochs 37C an dem Zentrum des isolierenden Substrats 10 in Z-Richtung erstreckt. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 45 bis 48 wird nun ein Verfahren zum Herstellen der Leistungshalbleitervorrichtung 120 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei dem Verfahren zum Herstellen der Leistungshalbleitervorrichtung 120 wird nachfolgend insbesondere der Schritt des Bildens des isolierenden Substrats 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 und des Verbindens des isolierenden Substrats 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 hauptsächlich beschrieben. Die 45 bis 48 sind sämtlich schematische Querschnittsansichten des Bereichs entlang der Linie XXV-XXV in 24, genauso wie bei 25. Im Unterschied zu den übrigen Zeichnungen sind die 45 und 46 jedoch in Z-Richtung umgekehrt, d. h. die Oberseite und die Unterseite sind vertauscht.
45 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs entlang einer Linie XXV-XXV in 24, welche einen ersten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform zeigt. Unter Bezugnahme auf 45 wird die gedruckte Leiterplatte 30, welche das Kernelement 31, die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 umfasst, bereitgestellt. In der gedruckten Leiterplatte 30 werden das erste Durchgangsloch 36B und das zweite Durchgangslochs 37B gebildet, in welchen die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 teilweise fehlen. In der vorliegenden Ausführungsform werden in diesem Schritt die gedruckte Leiterplatte 30 einschließlich der ersten Leiterschicht 32, des Kernelements 31 und der zweiten Leiterschicht 33 entfernt, sodass sie gänzlich durchsetzt wird, was zu dem ersten Durchgangsloch 36B und dem zweiten Durchgangslochs 37B führt. Den vorangehend beschriebenen Schritt des Bereitstellens der gedruckten Leiterplatte 30 können das erste Durchgangsloch 36B und das zweite Durchgangslochs 37B nach dem Kauf der gedruckten Leiterplatte 30 gebildet werden. Alternativ kann in dem Schritt des Bereitstellens der gedruckten Leiterplatte 30 eine gedruckte Leiterplatte 30 gekauft werden, die das erste Durchgangsloch 36B und das zweite Durchgangsloch 37B bereits aufweist.
Dann wird, wie in 45 gezeigt, der Leiterschichtverbindungsbereich 35B an der inneren Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B gebildet. Gleichzeitig wird der Leiterschichtverbindungsbereich 35C an der inneren Wandoberfläche des zweiten Durchgangslochs 37B gebildet. Die Leiterschichtverbindungsbereiche 35B und 35C werden beispielsweise durch einen Plattierungsprozess gleichzeitig mit dem Leiterschichtverbindungsbereich 35A an der inneren Wandoberfläche des Lochs 34 gebildet. Die Leiterschichtverbindungsbereiche 35A, 35B und 35C sind beispielsweise dünne Kupferfilme.
Dann wird, wie in 45 gezeigt, der erste metallische Säulenbereich 51B so angeordnet, dass er sich vom Inneren des ersten Durchgangslochs 36B nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B erstreckt. Der erste metallische Säulenbereich 51B wird als ein Element gebildet, das einen ersten Kopfbereich 51B1 und einen ersten Säulenbereich 51B2 aufweist. Der gebildete erste metallische Säulenbereich 51B2 wird in das erste Durchgangsloch 36B so eingeführt, dass der Außenbereich des ersten Kopfbereichs 51B1 in einer zweidimensionalen Ansicht mit der zweiten Leiterschicht 33 in Kontakt kommt.
Wie in 45 gezeigt, ist der zweite metallische Säulenbereich 52B so angeordnet, dass er sich von innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B nach außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B erstreckt, wie dies vorangehend beschrieben wurde. Der zweite metallische Säulenbereich 52B wird als ein Element ausgebildet, das einen zweiten Kopfbereich 52B1 und einen zweiten Säulenbereich 52B2 aufweist. Der gebildete zweite metallische Säulenbereich 52B wird in das zweite Durchgangsloch 37B so eingeführt, dass der äußere Bereich in einer zweidimensionalen Ansicht des zweiten Kopfbereichs 52B1 in Kontakt mit der zweiten Leiterschicht 33 kommt.
Es ist bevorzugt, dass die Außenumfangsfläche des ersten Säulenbereichs 51B2 in einer zweidimensionalen Ansicht des ersten metallischen Säulenbereichs 51B kleiner ist als die Innenwandfläche des ersten Durchgangslochs 36B, und zwar derart, dass ein Spalt zwischen der inneren Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B und dem Leiterschichtverbindungsbereich 35B darauf gebildet wird. Die Beziehung zwischen dem zweiten Durchgangslochs 37B und dem zweiten metallischen Säulenbereich 52B ist ähnlich wie vorangehend beschrieben.
46 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs XXV-XXV in 24 und zeigt einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 46 wird dann Lotpaste zum Bilden des ersten leitenden Elements 44B (siehe 25 und 29) in das erste Durchgangslochs 36B injiziert, d. h. in einen Raum, der durch die innere Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B und den ersten Kopfbereich 51B1 umgeben ist. Lotpaste zum Bilden des vierten leitenden Elements 46B (siehe 25 und 30) wird in das zweite Durchgangsloch 37B injiziert, d. h. in einen Raum, der durch die innere Wandoberfläche des zweiten Durchgangslochs 37B und dergleichen umgeben ist.
Dann durchläuft die vorangehend beschriebene gedruckte Leiterplatte 30 einen Rückflussprozess mit beispielsweise einer Lötvorrichtung. Bei diesem Schritt wird, wie in 46 gezeigt, die Lotpaste innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B als erstes leitendes Element 44B verfestigt, und die Lotpaste innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B wird als viertes leitendes Element 46B verfestigt. Mit diesem Schritt werden der erste metallische Säulenbereich 51B, das erste leitende Element 44B als ein erstes leitendes Element innerhalb des Durchgangslochs und der Leiterschichtverbindungsbereich 35B so gebildet, dass sie innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B angeordnet sind. Innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B werden die Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, der sich in Z-Richtung erstreckt, und die gedruckte Leiterplatte 30 so gebildet, dass sie durch das erste leitende Element 44B verbunden sind. Auf ähnliche Weise werden der zweite metallische Säulenbereich 52B, das vierte leitende Element 46B als ein erstes leitendes Element innerhalb des Durchgangslochs und der Leiterschichtverbindungsbereich 35B0 gebildet, um innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet zu sein. Im Inneren des zweiten Durchgangslochs 37B werden die Oberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der sich in die Z-Richtung erstreckt, und die gedruckte Leiterplatte 30 so gebildet, dass sie über das vierte leitende Element 46B verbunden sind.
Bei der ersten Ausführungsform wird der Leiterschichtverbindungsbereich 35B nicht im Inneren des ersten ausgenommenen Bereichs 36A und dergleichen gebildet, während in der vorliegenden Ausführungsform der Leiterschichtverbindungsbereich 35B in dem Inneren des ersten Durchgangslochs 36B und dergleichen gebildet wird. Der Grund hierfür ist wie folgt. Da bei der ersten Ausführungsform die gedruckte Leiterplatte 30 nur in der ersten Leiterschicht 32 nicht vorhanden ist, kann der erste metallische Säulenbereich 51A angeordnet werden, nachdem Lotpaste 44D dem räumlichen Bereich vorab zugeführt wird, der den freiliegenden Bereich des Kernelements 31 als seine Bodenfläche aufweist. Da bei der vorliegenden Ausführungsform die gedruckte Leiterplatte 30 hingegen gänzlich durchsetzt ist, ist es notwendig, den ersten metallischen Säulenbereich 51B, welcher den ersten Kopfbereich 51B1 als seine Bodenfläche aufweist, einzuführen, bevor die Lotpaste zugeführt wird, um einen Zuführungsbereich für Lotpaste 44d bereitzustellen. Mit dem Einführen des ersten metallischen Säulenbereichs 51B dient der erste Kopfbereich 51B1 als die Bodenfläche des ersten Durchgangslochs 36B, sodass die Lotpaste und dergleichen in einem Aufnahmebereich, der die Bodenfläche und die innere Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B umfasst, aufgenommen werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Spalt zwischen der inneren Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B notwendig, damit der erste metallische Säulenbereich 51B in das erste Durchgangslochs 36B eingeführt wird, bevor Lotpaste zugeführt wird. Ein zu großer Spalt verlangt jedoch das Einfüllen einer zu großen Menge an Lotpaste, was schwierig ist. Ohne ausreichende Zuführung von Lotpaste kann ein nicht beabsichtigter Leerraum in dem ersten leitenden Element 44B nach der Verfestigung gebildet werden. Wenn ein nicht beabsichtigter Leerraum auftritt, dehnt sich Luft darin aus, was möglicherweise zu einem Schaden führt. Wenn ferner das Volumen des ersten leitenden Elements 44B klein ist relativ zu der Oberflächenfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, kann die Stärke des Verbindungsbereichs mit dem ersten leitenden Element 44B schwach sein. Um den Spalt zu reduzieren, um das Auftreten nicht beabsichtigter Leerräume zu vermeiden, und um die Stärke des Verbindungsbereichs zu erhöhen, weist der Leiterschichtverbindungsbereich 35B dann einen Plattierungsfilm auf, der an der inneren Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B gebildet wird.
Das erste leitende Element 44B, dass nach der Verfestigung gebildet wird, steht mit dem Kernelement 31 nicht in Kontakt. Dies kann einen Leerraum zwischen dem ersten leitenden Element 44B und dem Kernelement 31 verursachen. Um einen solchen Leerraum zu vermeiden, wird der Leiterschichtverbindungsbereich 35 und dergleichen an der inneren Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B und dergleichen in der gesamten gedruckten Leiterplatte 30 einschließlich des Kernelements 31 ausgebildet.
Ferner kann beispielsweise der Prozess des Zugführens von Drahtlot mit einem Lötroboter, worauf in der Beschreibung der 13 bei der vorangegangenen ersten Ausführungsform Bezug genommen wurde, auch bei der vorliegenden Ausführungsform angewendet werden. In einem solchen Fall kann jedoch ein Problem auftreten. Bei einem solchen Prozess wird geschmolzenes Lot beispielsweise einem Spalt zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51B und dem ersten Durchgangslochs 36B zugeführt, um das erste leitende Element 44B zu bilden. Wenn das Kernelement 31 ohne Lotbenetzung vorliegt, kann deshalb Lot nicht den gesamten Spalt zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 41B und dem ersten Durchgangsloch 36B zugeführt werden und es kann ein Leerraum entstehen. Um einen solchen Leerraum zu vermeiden, wird dann der Leiterschichtverbindungsbereich 35B und dergleichen an der inneren Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B und dergleichen bei der gesamten gedruckten Leiterplatte 30 einschließlich des Kernelements 31 gebildet.
47 ist eine Querschnittsansicht eines Bereichs entlang der Linie XXV-XXV in 24 und zeigt einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 47 wird ein Prozess durchgeführt, der dem in 14 ähnlich ist. Das bedeutet, dass ein Halbleiterelement 51, welches beispielsweise die Signalelektrode 21c (siehe 29) als eine Gate-Elektrode aufweist, an einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10, d. h. an der dritten Leiterschicht 13, befestigt wird. Ein solches isolierendes Substrat 10 wird bereitgestellt. In dem Schritt des Bereitstellens des vorangehend beschriebenen isolierenden Substrats 10 kann das Halbleiterelement 21 nach dem Kauf des isolierenden Substrats 10 befestigt werden, oder es kann ein isolierendes Substrat 10 gekauft werden, bei dem das Halbleiterelement 21 bereits befestigt ist. An dieser dritten Leiterschicht 13 ist die Diode 22 mit einem Abstand von dem Halbleiterelement 21 befestigt. Der in 47 gezeigte Prozess ist im Wesentlichen ähnlich zu dem in 14, und eine detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
Der Schritt in 47 kann nach den Schritten in 45 und 46 durchgeführt werden, oder er kann vor den Schritten in 45 und 46 durchgeführt werden.
48 ist eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs entlang der Linie XXV-XXV in 24 und zeigt einen vierten Schritt des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 48 wird ein Prozess durchgeführt, der dem in 15 ähnlich ist. Dies bedeutet, dass die gedruckte Leiterplatte 30 so angeordnet wird, dass ihre Oberseite dem isolierenden Substrat 10 zugewandt ist. Hierdurch wird die Signalelektrode 21c (siehe 6) mit dem untersten Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51B verbunden, der in dem Schritt in 46 mit der gedruckten Leiterplatte 30 verbunden wurde, und zwar durch Lotpaste 43d (siehe 47), welche als ein leitendes Element außerhalb des ausgenommenen Bereichs hinzugefügt wurde. Der erste metallische Säulenbereich 51B und die Signalelektrode 21c werden, mit anderen Worten, durch das zweite leitende Element 43B als ein erstes leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs verbunden. Gleichzeitig wird Lotpaste 45d (siehe 47) als fünftes leitendes Element 45B befestigt. Mit diesem Prozess werden der zweite metallische Säulenbereich 52B und die dritte Leiterschicht 13 als eine Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 über das fünfte leitende Element 45B als ein zweites leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs verbunden. Jedoch ist die eine Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 nicht auf die dritte Leiterschicht 13 beschränkt. Wenn beispielsweise eine Vertiefung in der dritten Leiterschicht 13 gebildet wird, um die Hauptoberfläche der isolierenden Schicht 10 freizulegen, kann die Hauptoberfläche der isolierenden Schicht 10 mit dem zweiten metallischen Säulenbereich 52B über das fünfte leitende Element 45B oder dergleichen verbunden werden. In diesem Fall wird ein Endbereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B in die Vertiefung eingeführt. Ansonsten ist der Prozess in 48 im Wesentlichen ähnlich dem in 15 und eine detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
Die vorangehend beschriebenen 45 bis 48 erläutern das Verfahren zum Herstellen der Leistungshalbleitervorrichtung 120. Schritte, die denen in den 45 bis 48 ähnlich sind, werden beispielsweise auch verwendet für ein Verfahren zum Herstellen der Leistungshalbleitervorrichtung 130. Bei dem Verfahren zum Herstellen der Leistungshalbleitervorrichtung 130 werden der erste metallische Säulenbereich 51C und der zweite metallische Säulenbereich 52C anstatt des ersten metallischen Säulenbereichs 51B und des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B verwendet. Für alle anderen Elemente werden die in den 45 bis 48 gezeigten Buchstaben „B“ durch „C“ ersetzt. Insbesondere wird in 45 die gedruckte Leiterplatte 30 bereitgestellt, welche das Kernelement 31, die erste Leiterschicht 32 und die zweite Leiterschicht 33 umfasst und ein erstes Durchgangsloch 36C aufweist, welches diese durchsetzt. Der erste metallische Säulenbereich 51C ist so angeordnet, dass er sich von innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36C erstreckt. In dem Schritt des Bereitstellens der gedruckten Leiterplatte 30 können das erste Durchgangsloch 36B und das zweite Durchgangsloch 37B nach dem Kauf der gedruckten Leiterplatte 30 gebildet werden. Alternativ kann in dem Schritt des Bereitstellens der gedruckten Leiterplatte 30 eine gedruckte Leiterplatte 30 gekauft werden, die das erste Durchgangsloch 36B und das zweite Durchgangsloch 37B bereits aufweist. In 46 sind sowohl der erste metallische Säulenbereich 51C als auch das erste leitende Element 44C innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C angeordnet. Innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C ist die Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51C, der sich in Z-Richtung erstreckt, über das erste leitende Element 44C mit der gedruckten Leiterplatte 30 verbunden. In 47 wird das isolierende Substrat 10 bereitgestellt, welches eine Hauptoberfläche aufweist, an der das Halbleiterelement 21 mit der Signalelektrode 21c befestigt ist. In dem vorangehend beschriebenen Schritt des Bereitstellens des isolierenden Substrats 10 kann das Halbleiterelement 21 nach dem Kauf des isolierenden Substrats befestigt werden, oder es kann ein isolierendes Substrat 10 gekauft werden, an dem das Halbleiterelement 21 bereits befestigt ist. In 48 weist die gedruckte Leiterplatte 30 dem isolierenden Substrat zu und wird an diesem so befestigt, dass der erste metallische Säulenbereich 51C mit der Signalelektrode 21c über das zweite leitende Element 43C verbunden ist und der zweite metallische Säulenbereich 52C mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 über das fünfte leitende Element 45C verbunden ist.
Der erste metallische Säulenbereich 51B weist jedoch den ersten Kopfbereich 51B1 auf, und der zweite metallische Säulenbereich 52B weist den zweiten Kopfbereich 52B1 auf. Der erste metallische Säulenbereich 51C und der zweite metallische Säulenbereich 52C sind hingegen beispielsweise als Zylinder ohne Kopfbereich geformt. Bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung 130 wird deshalb eine nicht gezeigte Haltevorrichtung verwendet, um einen Zuführungsbereich für Lotpaste 44d bereitzustellen. Diese Haltevorrichtung verhindert, dass sich der erste metallische Säulenbereich 51C und der zweite metallische Säulenbereich 52C in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung in 46 verlagern.
Alternativ kann bei dem Verfahren zum Herstellen der Leistungshalbleitervorrichtung 130 das folgende Verfahren als ein Verfahren verwendet werden, bei dem Lotpaste 44d nicht verwendet wird. Die Positionen in X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung, an denen der erste metallische Säulenbereich 51C und der zweite metallische Säulenbereich 52C angeordnet sind, werden durch eine Haltevorrichtung eingeschränkt. In diesem Zustand wird geschmolzenes Lot durch das Schmelzen von Drahtlot mit einem Lötkolben oder dergleichen zugeführt. Das geschmolzene Lot verfestigt sich durch natürliche Abkühlung. Der erste metallische Säulenbereich 51C und der zweite metallische Säulenbereich 52C werden somit mit der gedruckten Leiterplatte 30 verbunden.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 120 der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Durchgangsloch 36B so gebildet, dass ein teilweise ausgenommener Bereich der ersten Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 durchsetzen. Im Vergleich zu dem Fall, in dem der erste ausgenommene Bereich 36A so ausgebildet ist, dass die erste Leiterschicht 32 alleine teilweise ausgenommen ist, wie dies bei der ersten Ausführungsform der Fall war, kann deshalb die Anordnungsposition des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, der von innerhalb nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B sich in Z-Richtung erstreckt, genau bestimmt werden. Der Begriff Anordnungsposition bedeutet hier die Koordinaten der Position in X-Richtung und Y-Richtung. Dies liegt daran, dass das erste Durchgangsloch 36B länger ist als der erste ausgenommene Bereich 36A in Z-Richtung, und daran, dass der erste metallische Säulenbereich 51B durch die innere Wandoberfläche des ersten Durchgangslochs 36B über eine längere Strecke in Z-Richtung umgeben ist als der erste metallische Säulenbereich 51A. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform kann deshalb gemäß der vorliegenden Ausführungsform die relative Verlagerung zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51B und der Signalelektrode 21c weiter reduziert werden, weshalb ein Leitungsunterbrechungsfehler zwischen diesen weiter unterdrückt werden kann und die Leistungshalbleitervorrichtung 120 stabil produziert werden kann. Bei der weiter steigenden Positionsgenauigkeit des ersten metallischen Säulenbereichs 51B kann die gedruckte Leiterplatte 30 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform an dem isolierenden Substrat 10 mit höherer Positionsgenauigkeit befestigt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform durchsetzt der erste metallische Säulenbereich 51B nicht nur die erste Leiterschicht 32 sondern auch das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform, bei der der erste metallische Säulenbereich 51A nur die erste Leiterschicht 32 durchsetzt, wird bei dieser Konfiguration das Einfügen des ersten metallischen Säulenbereichs 51B in das erste Durchgangsloch 36B und das Verbinden mit dem Leiterschichtverbindungsbereich 35B vereinfacht. Die vorliegende Ausführungsform kann deshalb die Produktivität an Leistungshalbleitervorrichtungen 120 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform und dergleichen verbessern.
Das erste Durchgangsloch 36B erstreckt sich weiter in Z-Richtung als der erste ausgenommene Bereich 36A. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist deshalb die Fläche eines Bereichs des ersten leitenden Elements 44B, welches an dem ersten metallischen Säulenbereich 51B anhaftet und mit einem weiteren Element verbindet, im Vergleich zu der ersten Ausführungsform vergrößert. Dies verbessert weiter die Zuverlässigkeit in Temperaturzyklen der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu der ersten Ausführungsform.
Der erste metallische Säulenbereich 51B der vorliegenden Ausführungsform umfasst den ersten Kopfbereich 51B1, der außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B angeordnet ist und sich in eine Richtung entlang einer Hauptoberfläche erstreckt, und den ersten Säulenbereich 51B2, welches ein Bereich ist, der von dem ersten Kopfbereich 51B1 verschieden ist und das Innere des ersten Durchgangslochs 36B von dem ersten Bereich 51B1, welches sich entlang des ersten Durchgangslochs 36B erstreckt, umfasst. Der erste Kopfbereich 51B1 weist eine größere Breite in Rechts-Links-Richtung in 29 entlang einer Hauptoberfläche auf als der erste Säulenbereich 51B2. Mit dieser Konfiguration kann der erste Kopfbereich 51B1 in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 stehen, und zwar in einem Zustand, in dem der erste Säulenbereich 51B2 so angeordnet ist, dass er das Innere des ersten Durchgangslochs 36B durchsetzt. Dies liegt daran, dass der Bereich des ersten Kopfbereichs 51B1, der in die Breitenrichtung von dem ersten Säulenbereich 51B2 vorsteht, in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 stehen kann. Dies kann verhindern, dass eine Endfläche, beispielsweise die unterste Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, so befestigt wird, dass sie relativ zu der Hauptoberfläche des Kernelements 31 geneigt ist.
Wenn eine Endoberfläche, beispielsweise die unterste Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B so befestigt ist, dass sie relativ zu der Hauptoberfläche des Kernelements 31 geneigt ist, kann die unterste Oberfläche des ersten Säulenbereichs 51B2 des ersten metallischen Säulenbereichs 51B so befestigt werden, dass sie teilweise oberhalb der Signalelektrode 21c liegt. Wenn dies so ist, kann ein Leitungsunterbrechungsfehler zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51B und der Signalelektrode 21c auftreten. Dann ist die Endoberfläche des ersten Kopfbereichs 51B1 auf der Seite, die dem ersten Säulenbereich 51B2 (der Unterseite in 29) am nächsten ist, in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 angeordnet, wodurch das Befestigen des ersten Säulenbereichs 51B2 geneigt zur Z-Richtung unterdrückt wird. Ein Leitungsunterbrechungsfehler zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51B und der Signalelektrode 21c wird damit unterdrückt.
Weiterhin wird die folgende Wirkung durch die Anordnung des ersten Kopfbereichs 51B1 in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 erreicht. Wenn der erste Kopfbereich 51B entlang der obersten Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 in Kontakt steht, variiert die Länge des ersten Säulenbereichs 51B2, die sich von dem ersten Kopfbereich 51B1 nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B erstreckt, in Z-Richtung weniger. Wenn alle einer Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51B in Z-Richtung eine gleichförmige Abmessung aufweisen, können alle einer Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51B in Bezug auf ihre Länge, die sich zu der Unterseite der gedruckten Leiterplatte 30 erstreckt, gleichförmig gemacht werden. In anderen Worten kann die Positionsgenauigkeit des ersten metallischen Säulenbereichs 51B nicht nur in X-Richtung und Y-Richtung sondern auch in Z-Richtung verbessert werden. Die Lücke zwischen dem isolierenden Substrat 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 kann somit gleichförmig gemacht werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind nicht nur die ersten metallischen Säulenbereiche 51B sondern auch eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B vorgesehen. Bei der gedruckten Leiterplatte 30 ist eine Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37B so ausgebildet, dass ein teilweise fehlender Bereich der ersten Leiterschicht 32, des Kernelements 31 und der zweiten Leiterschicht 33 die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 durchsetzen, welche mit einem Abstand von dem ersten Durchgangsloch 36B vorgesehen sind. Jeder einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B erstreckt sich von innerhalb eines entsprechenden der Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37B zu dem isolierenden Substrat 10, welches außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet ist, und zwar gesehen in eine Richtung, die die erste Hauptoberfläche des Kernelements 31 schneidet. Der zweite metallische Säulenbereich 52B ist ähnlich wie bei dem ersten metallischen Säulenbereich 51B im Vergleich zu einem Fall, wenn der zweite ausgenommene Bereich 37A so ausgebildet ist, dass nur die erste Leiterschicht 32 teilweise fehlt, wie bei der ersten Ausführungsform, die Anordnungsposition des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der sich von dem Inneren zum Äußeren des zweiten Durchgangslochs 37B in Z-Richtung erstreckt, genau bestimmt werden kann.
Der zweite metallische Säulenbereich 52B der vorliegenden Ausführungsform umfasst den zweiten Kopfbereich 52B1, der außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet ist, welches sich in eine Richtung entlang einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 erstreckt, und den zweiten Säulenbereich 52B2, welches ein Bereich ist, der von dem zweiten Kopfbereich 52B1 verschieden ist, und das Innere des zweiten Durchgangslochs 37B von dem zweiten Kopfbereich 52B1 umfasst und sich entlang dem zweiten Durchgangsloch 37B erstreckt. Der zweite Kopfbereich 52B1 weist eine größere Breite in die Richtung entlang einer Hauptoberfläche auf als der zweite Säulenbereich 52B2. Bei dieser Konfiguration kann für den zweiten metallischen Säulenbereich 52B, ähnlich wie bei dem ersten metallischen Säulenbereich 51B, der zweite Kopfbereich 52B1 in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 in einem Zustand angeordnet werden, in dem der zweite Säulenbereich 52B2 so angeordnet ist, dass er das Innere des zweiten Durchgangslochs 37B durchsetzt. Wenn der zweite Kopfbereich 52B1 in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 angeordnet ist, kann das Befestigen einer Endoberfläche, beispielsweise der untersten Endoberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, geneigt relativ zu der Hauptoberfläche des Kernelements 31 unterdrückt werden. Wenn ferner alle einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B in Z-Richtung die gleiche Abmessung aufweisen, kann die Positionsgenauigkeit des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B nicht nur in X-Richtung und Y-Richtung sondern auch in Z-Richtung verbessert werden, und zwar auf die gleiche Weise wie bei dem ersten metallischen Säulenbereich 51B. Die Lücke zwischen dem isolierenden Substrat 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 kann somit gleichförmig gemacht werden.
Ferner wird bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform, wie es in den Schritten in 45 und 46 gezeigt ist, der erste metallische Säulenbereich 51B zuerst eingefügt, um das erste Durchgangsloch 36B zu durchsetzen, und der zweite metallische Säulenbereich 52B wird eingefügt, um das zweite Durchgangsloch 37B zu durchsetzen. Dann wird Lotpaste in das erste Durchgangsloch 36B und in das zweite Durchgangsloch 37B zum Löten injiziert. Bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der der erste metallische Säulenbereich 51B und der zweite metallische Säulenbereich 52B eingefügt und nacheinander verlötet werden, kann die Anzahl der Schritte reduziert werden, und zwar im Vergleich zu dem Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform, bei dem der erste metallische Säulenbereich 51 und dergleichen eingefügt werden, nachdem Lotpaste in die ausgenommenen Bereiche zugeführt wird.
Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform werden, wie in 45 gezeigt, sowohl der erste metallische Säulenbereich 51B und der zweite metallische Säulenbereich 52B in das erste Durchgangsloch 36B bzw. das zweite Durchgangslochs 37B eingefügt, und zwar gemeinsam von der Seite der zweiten Leiterschicht 33. Im Gegensatz hierzu muss bei dem Schritt in 13 der ersten Ausführungsform der Prozess des Installierens des ersten metallischen Säulenbereichs 51A in dem ersten ausgenommenen Bereich 36A und der Prozess des Installierens des zweiten metallischen Säulenbereichs 52A in dem zweiten ausgenommenem Bereich 37A separat ausgeführt werden. Die vorliegende Ausführungsform kann deshalb die Prozesszeit verkürzen, und zwar im Vergleich zu der ersten Ausführungsform und für den Schritt des Installierens des ersten metallischen Säulenbereichs 51B und des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B.
Die Wirkung der Leistungshalbleitervorrichtung 120, neben den Leistungshalbleitervorrichtungen der vorliegenden Ausführungsform, wurde hauptsächlich vorangehend beschrieben. Nachfolgend werden die Wirkungen nicht nur der Leistungshalbleitervorrichtung 120 sondern auch der Leistungshalbleitervorrichtungen 120, 130, 120 und 121 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, welche die Leistungshalbleitervorrichtungen 130, 120 und 121 als Ganzes umfassen, obwohl es eine gewisse Überschneidung mit der vorangehenden Beschreibung gibt.
Die Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 der vorliegenden Ausführungsform umfasst das isolierende Substrat 10, das Halbleiterelement 21 und die gedruckte Leiterplatte 30. Das Halbleiterelement 21 ist an einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 befestigt. Die gedruckte Leiterplatte 30 ist an einer Seite des Halbleiterelements 21 befestigt. Dass Halbleiterelement weist die Hauptelektrode 21b und die Signalelektrode 21c auf. Die gedruckte Leiterplatte 30 umfasst das Kernelement 31, die erste Leiterschicht 32, die an der ersten Hauptoberfläche auf Seiten des Halbleiterelements 21 des Kernelements 31 gebildet ist, und die zweite Leiterschicht 33, die an der zweiten Hauptoberfläche auf der der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite des Kernelements 31 gebildet ist. Die gedruckte Leiterplatte 30 weist das erste Durchgangslochs 36B, 36C auf, welches die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 durchsetzt. Innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B, 36C sind angeordnet: der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C, der sich in Z-Richtung als eine erste Richtung, die die Hauptoberfläche schneidet, von dem Inneren des ersten Durchgangslochs 36B, 36C nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B, 36C über die dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 auf der dem isolierenden Substrat gegenüberliegenden Seite hinaus erstreckt, und das erste leitende Element 44B, 44C innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B, 36C. Innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B, 36C ist die Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, 51C, der sich in die erste Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte 30 über das erste leitende Element 44B, 44C verbunden. Die Signalelektrode 21c und der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C sind über das zweite leitende Element 43B, 43C verbunden. Die Hauptelektrode 21b und die gedruckte Leiterplatte 30 sind über das dritte leitende Element 42 verbunden.
Wie vorangehend beschrieben kann diese Konfiguration die Verlagerung zwischen dem metallischen Säulenbereich und der Signalelektrode aufgrund des ersten Durchgangslochs 36B, 36C verringern, die Positionsgenauigkeit verbessern und die stabile Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 ermöglichen. Das erste Durchgangsloch 36B, 36C erleichtert das Einführen des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, 51C in dieses und das Verbinden des ersten Durchgangslochs 36B, 36C, wodurch die Produktivität an Leistungshalbleitervorrichtungen 120, 130 verbessert wird.
Der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C und die gedruckte Leiterplatte 30 sind über das erste leitende Element 44B, 44C verbunden. Die Signalelektrode 21c und der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C sind über das zweite leitende Element 43B, 43C verbunden. Die Hauptelektrode 21b und die gedruckte Leiterplatte 30 sind über das dritte leitende Element 42 verbunden. Diese Konfiguration stellt die Verbindung zwischen den Elementen durch das leitende Element ohne Verlagerung sicher und kann die Festigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 verbessern.
Der erste metallische Säulenbereich 51C erstreckt sich in Z-Richtung vom Inneren des ersten Durchgangslochs 36C nach oberhalb der gedruckten Leiterplatte 30. Bei dieser Konfiguration kann insbesondere bei der Leistungshalbleitervorrichtung 130 das erste leitende Element 44C innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C ein Profil bilden, das sich vom Inneren des ersten Durchgangslochs 36C zu einem Bereich darüber erstreckt. Dies kann die Zuverlässigkeit in Temperaturzyklen bei der Verwendung der Halbleitervorrichtung 130 verbessern.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 kann der Endbereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, 51C auf Seiten des isolierenden Substrats 10 in der ersten Richtung mit einem Abstand von der Signalelektrode 21c angeordnet sein. In diesem Fall ist der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C nicht mit der Signalelektrode 21c in Kontakt. In dem zusammengebauten Zustand der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 gibt es einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51B, 51C und der Signalelektrode 21c. Bei dieser Konfiguration kann in dem Schritt des Platzierens des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, 51C oberhalb der Signalelektrode 21c der Bruch des Halbleiterelements 21 aufgrund einer Einwirkung auf die Signalelektrode 21c durch den ersten metallischen Säulenbereich 51B, 51C vermieden werden.
Die vorangehend beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 kann eine Konfiguration aufweisen wie die Leistungshalbleitervorrichtung 121, 131. Dies bedeutet, dass bei der Leistungshalbleitervorrichtung 121, 131 eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B, 52C vorgesehen ist, von denen sich eine jede zwischen dem isolierenden Substrat 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 in die erste Richtung erstreckt. Einer einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B, 52C ist so angeordnet, dass er ein Zentrum der gedruckten Leiterplatte 30 in zweidimensionaler Ansicht enthält. Eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B, 52C ist an Positionen angeordnet, die in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats 10 in einer zweidimensionalen Ansicht punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Bei der Halbleitervorrichtung 121, 131 wird eine Deformation in der Nähe des Zentrums in einer zweidimensionalen Ansicht der gedruckten Leiterplatte 30, wo Verwerfungen und Welligkeiten besonders groß sind, durch die Festigkeit des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, 52C unterdrückt, welcher vorgesehen ist, um das Zentrum zu stützen.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 ist bei der gedruckten Leiterplatte 30 eine Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern 37B, 37C gebildet, um die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 zu durchsetzen, und sie sind mit einem Abstand von den ersten Durchgangslöchern 36B, 36C ausgebildet. Jeder einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52B, 52C erstreckt sich in die erste Richtung von innerhalb des entsprechenden zweiten Durchgangslochs 37B, 37C nach außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B, 37C, und zwar über die dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 an der dem isolierenden Substrat 10 gegenüberliegenden Seite hinaus. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden.
Der erste metallische Säulenbereich 21c erstreckt sich in Z-Richtung von innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C nach oberhalb der gedruckten Leiterplatte 30. Bei dieser Konfiguration kann insbesondere bei der Leistungshalbleitervorrichtung 130 das erste leitende Element 44C innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C ein Profil bilden, das sich von innerhalb des ersten Durchgangslochs 36C zu einem Bereich darüber erstreckt. Dies kann die Zuverlässigkeit in Temperaturzyklen bei der Verwendung der Leistungshalbleitervorrichtung 130 verbessern.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 kann innerhalb des Durchgangslochs 37B, 37C die Oberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, 52C, die sich in die erste Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte 30 über das vierte leitende Element 46B, 46C verbunden sein. Diese Konfiguration stellt eine Verbindung zwischen den Elementen durch das leitende Element sicher, und zwar ohne Verlagerung, und es kann die Festigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 verbessern.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 120, 121 umfasst der erste metallische Säulenbereich 51B den ersten Säulenbereich 51B2, der das Innere des ersten Durchgangslochs 36B enthält und sich entlang des ersten Durchgangslochs 36B erstreckt, und den ersten Kopfbereich 51B1, der außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B so angeordnet ist, dass er mit einem Endbereich in Erstreckungsrichtung des ersten Säulenbereichs 51B2 verbunden ist. Der zweite metallische Säulenbereich 52B umfasst den zweiten Säulenbereich 52B2, der das Innere des zweiten Durchgangslochs 37B enthält und sich entlang des zweiten Durchgangslochs 37B erstreckt, und den zweiten Kopfbereich 52B1, der außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B so angeordnet ist, dass er mit einem Endbereich in Erstreckungsrichtung des zweiten Säulenbereichs 52B2 verbunden ist. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden. Bei dieser Konfiguration können der erste Kopfbereich 51B1 und der zweite Kopfbereich 52B1 in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 angeordnet sein. Dies liegt daran, dass der Bereich des ersten Kopfbereichs 51B1, der in Breitenrichtung von dem ersten Säulenbereich 51B2 vorsteht, in Kontakt mit der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 stehen kann. Dies ist auch auf den zweiten Kopfbereich 51B1 und den zweiten Säulenbereich 52B2 anwendbar. Dies kann verhindern, dass die Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, die sich in die erste Richtung erstreckt, geneigt relativ zu der Richtung, in welche sich das erste Durchgangsloch 36B erstreckt, befestigt wird. Ähnlich kann das Befestigen der Oberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der sich in die erste Richtung erstreckt, derart, dass er relativ zu der Richtung, in welche sich das zweite Durchgangsloch 37B erstreckt, unterdrückt werden.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 130, 131 erfüllt bei jedem einer Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51C und einer Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C der Bereich, der außerhalb des entsprechenden ersten Durchgangslochs 36C und des zweiten Durchgangslochs 37C in der gedruckten Leiterplatte 30 angeordnet ist, die folgende Beziehung. Dies bedeutet, dass die zweite Länge H2, die sich zu der Oberseite, d. h. der dem isolierenden Substrat 10 gegenüberliegenden Seite, hin erstreckt, größer ist als die erste Länge H1, H3, die sich zu der Unterseite, d. h. der Seite des isolierenden Substrats 10, hin erstreckt. Eine solche Konfiguration ist bevorzugt.
Der Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51C, der unterhalb des ersten Durchgangslochs 36C vorsteht, ist kurz. Es ist deshalb schwierig, diesen Bereich mit einer nicht dargestellten Haltevorrichtung zu ergreifen, um den ersten metallischen Säulenbereich 51C beispielsweise beim Löten in dem Herstellungsschritt zu befestigen. Ferner ist der Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 21c, der oberhalb des ersten Durchgangslochs 36C vorsteht, länglich. Dies erleichtert das Greifen des Bereichs mit einer Haltevorrichtung und das Befestigen des ersten metallischen Säulenbereichs 51C beispielsweise beim Löten. Dies ist auch auf den zweiten metallischen Säulenbereich 52C anwendbar.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 130, 131 wird die Länge betrachtet, um die sich jeder der Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51C in die erste Richtung außerhalb des ersten Durchgangslochs 36C von der dritten Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 her erstreckt. Zusätzlich wird die Länge betrachtet, um die sich jeder der Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen 52C in die erste Richtung an der Außenseite des zweiten Durchgangslochs 37C von der dritten Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 her erstreckt. Diese Konfiguration erleichtert ferner das Ergreifen des ersten metallischen Säulenbereichs 51C und des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C durch eine Haltevorrichtung.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 ist es bevorzugt, dass der zweite metallische Säulenbereich 52B, 52C selbst in seiner Abmessung in Z-Richtung größer ist als der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C. Bei dieser Konfiguration wird der zweite metallische Säulenbereich 52B, 52C, der eine Höhe hat, die größer ist als der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C, als eine Haltevorrichtung oder ein Abstandhalter verwendet, sodass der Spalt zwischen der gedruckten Leiterplatte 30 und dem isolierenden Substrat 10 gleich der Abmessung in Z-Richtung des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, 52C ohne Verwendung einer Haltevorrichtung gesetzt werden kann. Der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C wird an der Signalelektrode 21c des Halbleiterelements 21 befestigt, wohingegen der zweite metallische Säulenbereich 52B, 52C mit dem darunterliegenden isolierenden Substrat 10 befestigt wird. Die Abmessungen H2 in 33 und 34 können somit gleich gemacht werden, in dem die Abmessung in Z-Richtung des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, 52C größer gemacht wird als die des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, 51C. Wie vorangehend beschrieben, wird das Ergreifen des ersten metallischen Säulenbereichs 51C und des zweiten metallischen Säulenbereichs 52C mit einer Haltevorrichtung weiter erleichtert. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 verbessert werden.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 nimmt in dem ersten metallischen Säulenbereich 51B, 51C und dem zweiten metallischen Säulenbereich 52B, 52C die Abmessung in Richtung entlang einer Hauptoberfläche kontinuierlich ab, und zwar von Seiten der gedruckten Leiterplatte 30 her zur Seite des isolierenden Substrats, und zwar in wenigstens einem Teil davon in Z-Richtung. Die vorangehend beschriebene Konfiguration kann verwendet werden. Bei dieser Konfiguration weisen das zweite leitende Element 43B, 43C und das fünfte leitende Element 45B, 45C Profile auf, die derart ausgebildet sind, dass die Breite in Y-Richtung nach unten kontinuierlich zunimmt. Die Oberflächenfläche des leitenden Elements 40 wird somit erhöht, und zwar im Vergleich zu dem Fall, in dem Profile nicht gebildet werden. Dieses verringert thermische Spannungen, die beim Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 erzeugt werden. Im Ergebnis wird die Lebensdauer der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 verbessert.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 ist es bevorzugt, dass der Endbereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, 52C auf Seiten des isolierenden Substrats 10 in Z-Richtung in Kontakt mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 steht. Diese Konfiguration stellt sicher, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A mit dem isolierenden Substrat 10 verbunden ist, und sie kann die Festigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 erhöhen.
Bei der vorangehend beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 weist eine Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 die Vertiefung 38C auf. Der Endbereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, 52C auf Seiten des isolierenden Substrats 10 in der ersten Richtung ist innerhalb der Vertiefung 38C angeordnet. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden. Diese Konfiguration stellt sicher, dass der zweite metallische Säulenbereich 52A an dem isolierenden Substrat 10 befestigt ist, und sie kann die Festigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 erhöhen.
Bei dem Verfahren zum Herstellen der Leistungshalbleitervorrichtung 120, 130 der vorliegenden Ausführungsform wird das isolierende Substrat 10 bereitgestellt, welches eine Hauptoberfläche aufweist, an welcher das Halbleiterelement 21 befestigt ist, welches die Signalelektrode 21c aufweist. Die gedruckte Leiterplatte 30 wird bereitgestellt, welche das Kernelement 31, die erste Leiterschicht 32, die an der ersten Hauptoberfläche des Kernelements 31 ausgebildet ist, und die zweite Leiterschicht 33, die an der zweiten Hauptoberfläche auf der der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite des Kernelements 31 ausgebildet ist, aufweist und das erste Durchgangslochs 36B, 36C aufweist, welches so ausgebildet ist, dass es die erste Leiterschicht 32, das Kernelement 31 und die zweite Leiterschicht 33 durchsetzt. Der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C, der sich von dem Inneren des ersten Durchgangslochs 36B, 36C nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B, 36C erstreckt, ist vorgesehen. Die gedruckte Leiterplatte 30 ist dem isolierenden Substrat 10 zugewandt und mit diesem so befestigt, dass der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C mit der Signalelektrode 21c über das zweite leitende Element 43B, 43C als ein erstes leitendes Element zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Durchgangslochs verbunden ist, und der zweite metallische Säulenbereich 52B, 52C ist mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 über das fünfte leitende Element 45B, 45C, 47C als ein zweites leitendes Element, das sich vom Durchgangsloch nach außen erstreckt, verbunden. Innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B, 36C sind sowohl der erste metallische Säulenbereich 51B, 51C als auch das erste leitende Element 44B, 44C als ein erstes leitendes Element innerhalb des Durchgangslochs angeordnet. Im Inneren des ersten Durchgangslochs 36B, 36C ist die Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, 51C, der sich in die erste Richtung erstreckt, die die erste Hauptoberfläche schneidet, mit der gedruckten Leiterplatte 30 über das erste leitende Element 44B, 44C verbunden. In dem Schritt des Bereitstellens der gedruckten Leiterplatte 30 können das erste Durchgangsloch 36B und das zweite Durchgangsloch 37B nach dem Kauf der gedruckten Leiterplatte 30 gebildet werden. Alternativ kann in dem Schritt des Bereitstellens der gedruckten Leiterplatte 30 eine gedruckte Leiterplatte 30 gekauft werden, die das erste Durchgangsloch 36B und das zweite Durchgangsloch 37B bereits aufweist. In dem vorangehend beschriebenen Schritt des Bereitstellens des isolierenden Substrats 10 kann das Halbleiterelement 21 nach dem Kauf des isolierenden Substrats 10 befestigt werden, oder es kann ein isolierendes Substrat 10 gekauft werden, welches das daran befestigte Halbleiterelement 21 bereits aufweist.
Sechste Ausführungsform
49 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines durch eine unterbrochene Linie umgebenen Bereichs F in 25 einer sechsten Ausführungsform. 50 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines durch eine unterbrochene Linie umgebenen Bereichs G in 25 der sechsten Ausführungsform. Es wird auf 49 und 50 Bezug genommen. Der Bereich F und der Bereich G, welche in 25 durch eine unterbrochene Linie umgeben sind, der Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weisen im Grunde eine Konfiguration auf, die der in 29 und 30 der fünften Ausführungsform ähnlich ist. Die gleichen konstituierenden Elemente werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter erläutert. Wie in 29 gezeigt weist in der vorliegenden Ausführungsform jedoch ein erster metallischer Säulenbereich 51B einen ersten Säulenbereich 51B2 und einen ersten Vorsprungsbereich 51B3 auf. Der erste Säulenbereich 51B2 umfasst das Innere eines ersten Durchgangslochs 36B und erstreckt sich entlang dem ersten Durchgangsloch 36B. Der erste Säulenbereich 51B2 umfasst, in anderen Worten den ersten metallischen Säulenbereich 51B, das Innere des ersten Durchgangslochs 36B und einen Bereich, der sich hiervon weg erstreckt (in einer zweidimensionalen Ansicht überlappend) an der Außenseite des ersten Durchgangslochs 36B. Der erste Säulenbereich 51B2 weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt auf, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der erste Vorsprungsbereich 51B3 ist ein Bereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51B, der von dem ersten Säulenbereich 51B2 verschieden ist. Der erste Vorsprungsbereich 51B3 ist ein Bereich, der sich von der Seitenfläche in Z-Richtung, in welches sich der erste Säulenbereich 51B2 erstreckt, d. h. der Außenumfangsfläche, in X-Richtung und in Y-Richtung entlang einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 erstreckt. Dies bedeutet, dass der Bereich an der Außenseite des ersten Durchgangslochs 36B und zweidimensional mit dem ersten Säulenbereich 51B2 innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B überlappend, nicht in dem ersten Vorsprungsbereich 51B3 enthalten ist, sondern in dem ersten Säulenbereich 51B2 enthalten ist. Der erste Vorsprungsbereich 51B3 erstreckt sich von der Seitenoberfläche des ersten Säulenbereichs 51B2 relativ zu dem ersten Säulenbereich 51B2 nach außen. Der erste Vorsprungsbereich 51B3 erstreckt sich, in anderen Worten, von der Seitenfläche des ersten Säulenbereichs 51B2, der sich in Z-Richtung erstreckt, in die hierzu im Wesentlichen orthogonale Richtung. Der erste Vorsprungsbereich 51B3 erstreckt sich von der Seitenfläche eines Bereichs des ersten Säulenbereichs 51B2 nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B. Der Vorsprungsbereich 51B3 ist in Kontakt mit der Oberfläche (unterste Oberfläche) der ersten Halbleiterschicht 32.
Auf ähnliche Weise weist, wie in 50 gezeigt, der zweite metallische Säulenbereich 52B einen zweiten Säulenbereich 52B2 und einen zweiten Vorsprungsbereich 52B3 auf. Der zweite Säulenbereich 52B2 umfasst das Innere des zweiten Durchgangslochs 37B und erstreckt sich entlang dem Durchgangsloch 37B. Der zweite Säulenbereich 52B2 umfasst von dem zweiten metallischen Säulenbereich 52B das Innere des zweiten Durchgangslochs 37B und einen Teil, der sich von diesem in Z-Richtung (überlappend in einer zweidimensionalen Ansicht) außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B erstreckt. Der zweite Säulenbereich 52B2 kann einen Hohlraum in seinem Mittelbereich in einer zweidimensionalen Ansicht aufweisen, ähnlich dem ersten Säulenbereich 51B2 (siehe die 16 bis 19). Alternativ kann der zweite Säulenbereich 52B2 einschließlich des Mittelbereichs in einer zweidimensionalen Ansicht als Ganzes mit einem Metallmaterial gefüllt sein.
Der zweite Vorsprungsbereich 52B3 ist ein Bereich des zweiten metallischen Säulenbereichs 52B, der von dem zweiten Säulenbereich 52B2 verschieden ist. Der zweite Vorsprungsbereich 52B3 ist ein Bereich, der sich von der Seitenfläche in Z-Richtung, in welche sich der zweite Säulenbereich 52B2 erstreckt, d. h. der Außenumfangsfläche, in die X-Richtung und die Y-Richtung entlang einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 10 erstreckt. Dies bedeutet, dass der Bereich an der Außenseite des zweiten Durchgangslochs 37B, der mit dem zweiten Säulenbereich 52B2 innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B überlappt, nicht in dem zweiten Vorsprungsbereich 52B3 enthalten ist, sondern in dem zweiten Säulenbereich 52B2 enthalten ist. Der zweite Vorsprungsbereich 52B3 erstreckt sich von der Seitenoberfläche des zweiten Säulenbereichs 52B2 bezüglich dem zweiten Säulenbereich 52B2 nach außen. Der zweite Vorsprungsbereich 52B3 erstreckt sich, in anderen Worten, von der Seitenoberfläche des zweiten Säulenbereichs 52B2, der sich in Z-Richtung erstreckt, in die hierzu im Wesentlichen orthogonale Richtung. Der zweite Vorsprungsbereich 52B3 erstreckt sich von der Seitenoberfläche eines Bereichs des zweiten Säulenbereichs 52B2 außerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B. Der zweite Vorsprungsbereich 52B3 ist in Kontakt mit der Oberfläche (untersten Oberfläche) der ersten Halbleiterschicht 32 angeordnet.
Die obersten Bereiche des ersten Säulenbereichs 51B2 und des zweiten Säulenbereichs 52B2 sind im Inneren des ersten Durchgangslochs 36B und des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet. Wie in 49 und 50 gezeigt, ist es bevorzugt, dass die obersten Oberflächen des ersten Säulenbereichs 51B2 und des zweiten Säulenbereichs 52B2 bündig mit der obersten Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 sind. Die Seitenfläche des ersten Säulenbereichs 51B2 innerhalb des ersten Durchgangsloch 36B ist mit dem ersten leitenden Element 44B2 als leitendes Element 40 bedeckt. Die Seitenoberfläche des zweiten Säulenbereichs 52B2 innerhalb des ersten Durchgangsloch 37B ist mit einem vierten leitenden Element 46B als leitendes Element 40 bedeckt. Der erste metallische Säulenbereich 51B, das erste leitende Element 44B und ein Leiterschichtverbindungsbereich 36B sind somit so gebildet, dass sie innerhalb des ersten Durchgangslochs 36B angeordnet sind. Ähnlich sind der zweite metallische Säulenbereich 52B, dass vierte leitende Element 46B und ein Leiterschichtverbindungsbereich 35C so ausgebildet, dass sie innerhalb des zweiten Durchgangslochs 37B angeordnet sind.
Wie vorangehend beschrieben sind der erste Vorsprungsbereich 51B3 und der zweite Vorsprungsbereich 52B3 bei der Leistungshalbleitervorrichtung 120 in den 29 und 30 bei der fünften Ausführungsform vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können ein erster Vorsprungsbereich und ein zweiter Vorsprungsbereich, die dem ersten Vorsprungsbereich 51B3 bzw. dem zweiten Vorsprungsbereich 52B3 in 49 und 50 auch bei der Leistungshalbleitervorrichtung 130 vorgesehen sein, die in 33 und 34 der fünften Ausführungsform gezeigt ist.
Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Obwohl nachfolgend die Wirkung beschrieben wird, die durch den ersten metallischen Säulenbereich 51B erreicht wird, ist die durch den zweiten metallischen Säulenbereich 52B erreichte Wirkung ähnlich.
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst der erste metallische Säulenbereich 51B den ersten Säulenbereich 51B2, der das Innere des ersten Durchgangslochs 36B umfasst und sich entlang dem ersten Durchgangsloch 36B erstreckt, und den ersten Vorsprungsbereich 51B3, welches ein von dem ersten Säulenbereich 51B2 verschiedener Bereich ist, der sich in die Richtung entlang einer Hauptoberfläche der Seitenfläche in die Richtung erstreckt, in die sich der erste Säulenbereich 51B2 erstreckt. Die Wirkung, die durch den ersten Vorsprungsbereich 51B3 erreicht wird, ist ähnlich der Wirkung, die durch den ersten Kopfbereich 51B1 der fünften Ausführungsform erreicht wird. Dies bedeutet, dass der erste Vorsprungsbereich 51B3 in Kontakt mit der Oberfläche der ersten Leiterschicht 32 in einem Zustand angeordnet werden kann, in dem der erste Säulenbereich 51B2 so angeordnet ist, dass er in das Innere des ersten Durchgangslochs 36B eindringt. Dies kann das Befestigen beispielsweise der untersten Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs 51B derart, dass er relativ zu der Hauptoberfläche des Kernelements 31 geneigt ist, unterbrechen. Ein Leitungsunterbrechungsfehler zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51B und der Signalelektrode 21c wird deshalb unterdrückt. Wenn ferner alle der Mehrzahl von ersten metallischen Säulenbereichen 51B in ihrer Abmessung in Z-Richtung gleich sind, kann die Positionsgenauigkeit des ersten metallischen Säulenbereichs 51B nicht nur in X-Richtung und Y-Richtung sondern auch in Z-Richtung erhöht werden. Der Spalt zwischen dem isolierenden Substrat 10 und der gedruckten Leiterplatte 30 kann somit gleichförmig gemacht werden.
Wenn der Endbereich des ersten metallischen Säulenbereichs 51B auf Seiten der zweiten Leiterschicht 33 an der Außenseite des ersten Durchgangslochs 36B wie bei der fünften Ausführungsform angeordnet ist, muss der oberste Bereich des ersten Durchgangslochs 36B mit Dichtharz 70 bedeckt werden, um die Isolation zwischen der Leistungshalbleitervorrichtung 120 und der Umgebung sicherzustellen. Dies bedeutet, dass in diesem Fall die Menge an Dichtharz 70 an der Oberseite um die Menge des oberen Endbereichs des ersten metallischen Säulenbereichs 51B und beispielsweise des ersten Kopfbereichs 51B1, der sich nach außerhalb des ersten Durchgangslochs 36B erstreckt, erhöht werden muss, und zwar im Vergleich mit dem Fall, wenn eine solche Verlängerung nicht vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der oberste Bereich des ersten Säulenbereichs 51B2 im Inneren des ersten Durchgangslochs 36B angeordnet und mit dem ersten leitenden Element 44B2 von der Seite bedeckt. Bei dieser Konfiguration wird das Dichtharz 70 so angeordnet, dass die Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 30 bedeckt ist, und es ist nicht nötig, die Menge an Dichtharz 70 an der Oberseite um die Menge des ersten metallischen Säulenbereichs 51B zu erhöhen, der an dem ersten Durchgangsloch 36B freiliegt.
Wie vorangehend beschrieben ist die oberste Oberfläche des ersten Säulenbereichs 51B2 bündig, d. h. im Wesentlichen auf der gleichen Höhe in Z-Richtung, mit der obersten Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33. Wenn die Abmessung in Z-Richtung des ersten Säulenbereichs 51B2 erhöht wird, wird die Wärmeableitungswirkung von Seiten des isolierenden Substrats, d. h. dem Bereich an der Unterseite der Leistungshalbleitervorrichtung 120 hin zur Seite der gedruckten Leiterplatte 30, d. h. dem Bereich an der Oberseite der Leistungshalbleitervorrichtung 120, erhöht. Wenn sich der erste Säulenbereich 51B2 nach oben zu der obersten Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 erstreckt, kann man sagen, dass die Abmessung in Z-Richtung ausreicht, um die obige Wärmeableitungswirkung zu verbessern. Dies unterdrückt die Wärmeerzeugung in dem Halbleiterelement 21 und der Diode 22 und verbessert die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 120. Wenn der aus einem Metallmaterial mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie etwa Kupfer, gebildete Bereich in dem ersten Säulenbereich 51B2 und dem ersten leitenden Element 44B in dem Inneren des ersten Durchgangslochs 36B groß ist, ist die Wärmeableitungsleistung groß.
Wenn der Endbereich des ersten Säulenbereichs 51B2 auf Seiten der zweiten Leiterschicht 33 über das erste Durchgangslochs 36B vorsteht, kommt ein Rakel zum Drucken des leitenden Elements 40 mit dem Endbereich des ersten Säulenbereichs 51B, der vorsteht, ins Gehege. In einem solchen Fall ist es deshalb schwierig, dass leitende Element 40 durch Drucken zuzuführen, und es entsteht der Bedarf nach anderen Methoden. Wenn jedoch die oberste Oberfläche des ersten Säulenbereichs 51B2 bündig mit der obersten Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 ist, wie dies in der vorliegenden Ausführungsform der Fall ist, können das erste leitende Element 44B und das vierte leitende Element 46B durch Drucken von der Oberfläche der zweiten Leiterschicht 33 her zugeführt werden. Unter Verwendung eines wie vorangehend beschriebenen Druckprozesses kann die Zeit verkürzt werden, die zur Herstellung benötigt wird, und es kann die Produktivität verbessert werden, und zwar im Vergleich zu dem Fall, wenn andere Methoden verwendet werden.
Siebte Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß den vorangehend erläuterten Ausführungsformen 1 bis 6 auf eine Energiewandlungsvorrichtung angewendet. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine Energiewandlungsvorrichtung eines bestimmten Typs beschränkt ist, wird ein Fall als eine siebte Ausführungsform beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung auf einen dreiphasigen Wechselrichter angewendet wird.
51 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Energiewandlungssystems zeigt, für welche eine Energiewandlungsvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform verwendet wird. Das Energiewandlungssystem, das in 51 gezeigt ist, umfasst eine Energieversorgung 400, eine Energiewandlungsvorrichtung 200 und eine Last 300. Die Energieversorgung 400 ist eine Gleichspannungsenergieversorgung und führt der Energiewandlungsvorrichtung 200 Gleichspannungsenergie zu. Die Energieversorgung 400 kann beispielsweise mit einem Gleichspannungssystem, einer Solarzelle oder einer Speicherbatterie konfiguriert sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann beispielsweise mit einer Gleichrichtschaltung oder einem Wechselspannungs-/Gleichspannungswandler konfiguriert sein, der mit einem Wechselspannungssystem verbunden ist. Die Energieversorgung 400 kann mit einem Gleichspannungswandler konfiguriert sein, der Gleichspannungsenergie, die von einem Gleichspannungssystem ausgegeben wird, in die gewünschte Energie (bzw. die gewünschte Spannung) wandelt.
Die Energiewandlungsvorrichtung 200 ist ein dreiphasiger Wechselrichter, der zwischen der Energieversorgung 400 und der Last 300 angeschlossen ist und Gleichspannungsenergie, die von der Energieversorgung 400 zugeführt wird, in Wechselspannungsenergie wandelt, um Wechselspannungsenergie der Last 300 zuzuführen. Wie in 51 gezeigt, umfasst die Energiewandlungsvorrichtung 200 eine Hauptwandlungsschaltung 201, um Gleichspannungsenergie in Wechselspannungsenergie zur Ausgabe umzuwandeln, und eine Steuerschaltung 203, um ein Steuersignal zum Steuern der Hauptwandlungsschaltung 201 zu steuern.
Die Last ist ein dreiphasiger Motor, der von der Wechselspannungsenergie betrieben wird, die von der Energiewandlungsvorrichtung 200 zugeführt wird. Die Last 300 ist nicht auf eine bestimmte Anwendung beschränkt, und sie ist ein Motor, der in einer Vielzahl elektrischer Vorrichtungen montiert ist und als ein Motor verwendet wird, um beispielsweise Hybridautos, elektrische Autos, Schienenfahrzeuge, Aufzüge oder Klimaanlagen zu betreiben.
Details der Energiewandlungsvorrichtung 200 werden nachfolgend beschrieben. Die Hauptwandlungsschaltung 201 umfasst ein Schaltelement (nicht dargestellt) und eine Freilaufdiode (nicht dargestellt). Das Schaltelement schaltet die Spannung, die von der Energieversorgung 400 zugeführt wird, wobei die Hauptwandlungsschaltung 201 die Gleichspannungsenergie, die von der Energieversorgung 400 zugeführt wird, in Wechselspannungsenergie wandelt und die Wechselspannungsenergie der Last 300 zuführt. Es gibt eine Vielzahl von Schaltungskonfigurationen für die Hauptwandlungsschaltung 201, aber die Hauptwandlungsschaltung 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine zweistufige, dreiphasige Vollbrückenschaltung und kann sechs Schaltelemente und sechs Freilaufdioden umfassen, die zu entsprechenden Schaltelementen antiparallel geschaltet sind. Das Halbleiterelement 21 und die Diode 22, die in der Leistungshalbleitervorrichtung 100, 110 und 120 gemäß einer der voran genannten Ausführungsformen 1 bis 6 enthalten ist, kann für jedes Schaltelement und jede Freilaufdiode der Hauptwandlungsschaltung 201 angewendet werden. Die Leistungshalbleitervorrichtung 100, 110, 120 gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen 1 bis 6 kann als ein Leistungshalbleitermodul 202 verwendet werden, dass in der Hauptwandlungsschaltung 201 enthalten ist. Sechs Schaltelemente sind paarweise in Reihe geschaltet, um obere und untere Arme zu bilden, und die oberen und unteren Arme bilden eine Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Die Ausgabeanschlüsse der oberen und unteren Arme, d. h. drei Ausgabeanschlüsse der Hauptwandlungsschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
Die Hauptwandlungsschaltung 201 umfasst auch eine Treiberschaltung (nicht gezeigt), die jedes Schaltelement treibt. Die Treiberschaltung kann in einem Leistungshalbleitermodul Tool 202 enthalten sein, oder sie kann außerhalb des Leistungshalbleitermoduls 202 bereitgestellt sein. Die Treiberschaltung erzeugt ein Treibersignal zum Treiben eines Schaltelements, das in der Hauptwandlungsschaltung 201 enthalten ist, und führt das Treibersignal der Steuerelektrode des Schaltelements der Hauptwandlungsschaltung 201 zu. Insbesondere wird in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von der Steuerschaltung 203 ein Treibersignal zum Anschalten des Schaltelements und ein Treibersignal zum Ausschalten des Schaltelements an die Steuerelektrode jedes Schaltelements ausgegeben.
Bei der Energiewandlungsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Leistungshalbleiterschaltung 100, 110, 120 gemäß jeder der vorangehenden Ausführungsformen 1 bis 6 als Leistungshalbleitermodul 202 verwendet werden, dass in der vorangehend beschriebenen Hauptwandlungsschaltung 201 enthalten ist. Die Energiewandlungsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann deshalb eine Verbesserung hinsichtlich der Zuverlässigkeit erreichen, da die Verringerung der relativen Verlagerung zwischen dem ersten metallischen Säulenbereich 51A, 51B und der Signalelektrode 21c eine stabile Herstellung ohne Leitungsunterbrechungsfehler erreichen kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf einen zweistufigen, dreiphasigen Wechselrichter angewendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt und kann auf eine Vielzahl von Energiewandlungsvorrichtungen angewendet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine zweistufige Energiewandlungsvorrichtung verwendet. Es kann jedoch eine dreistufige Energiewandlungsvorrichtung verwendet werden. Alternativ kann eine vielstufige Energiewandlungsvorrichtung verwendet werden. Wenn eine Energiewandlungsvorrichtung Energie an eine einphasige Last bereitstellt, kann die vorliegende Erfindung auf einen einphasigen Wechselrichter angewendet werden. Wenn eine Energiewandlungsvorrichtung Energie beispielsweise einer Gleichspannungslast zuführt, kann die vorliegende Erfindung auf einen Gleichspannung-Gleichspannungswandler oder einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler angewendet werden.
Die Energiewandlungsvorrichtung, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist nicht auf einen Fall beschränkt, in dem die Last ein Motor ist, und sie kann verwendet werden beispielsweise für eine Energieversorgungsvorrichtung für eine elektrische Entladungsmaschine oder eine Laserverarbeitungsmaschine oder eine Energieversorgungsvorrichtung für einen Induktionsherd oder ein kontaktloses Energieversorgungssystem. Die Energiewandlungsvorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, kann als ein Energiemodul für ein Solarenergieerzeugungssystem oder ein Energiespeichersystem verwendet werden.
Die in den vorangehenden Ausführungsformen (und den darin enthaltenen Beispielen) erläuterten Merkmale können in Kombination verwendet werden, und zwar je nach Bedarf und in einem Ausmaß, welches technisch konsistent ist.
Die hier offenbarten Ausführungsformen sollten als rein erläuternd und nicht als irgendwie beschränkend verstanden werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht in der vorangehenden Beschreibung, sondern in den Ansprüchen gezeigt, und es ist beabsichtigt, dass alle Abwandlungen, die mit der Bedeutung der Ansprüche und dem Äquivalenzbereich der Ansprüche übereinstimmen, darin enthalten sind.
Bezugszeichenliste

10: isolierendes Substrat,
11: isolierende Schicht,
12: vierte Leiterschicht,
13: dritte Leiterschicht,
20: Halbleiterchip,
21: Halbleiterelement,
21a, 22a: Chipkörper,
21b: Hauptelektrode,
21c: Signalelektrode,
22: Diode,
22b: Elektrode,
30: gedruckte Leiterplatte,
31: Kernelement,
32: erste Leiterschicht,
33: zweite Leiterschicht,
34: Loch,
35A, 35B, 35B0, 35C, 35C0: Leiterschichtverbindungsbereich,
36A: erster ausgenommener Bereich,
36B, 36C: erstes Durchgangsloch,
37A: zweiter ausgenommener Bereich,
37B, 37C: zweites Durchgangsloch,
38A, 38C: Ausnehmung,
40: leitendes Element,
41: Lotschicht,
42: drittes leitendes Element,
42d, 43d, 44d, 45d, 46d: Lotpaste,
43A, 43B, 43C: zweites leitendes Element,
44A, 44B, 44C: erstes leitendes Element,
45A, 45B, 45C, 47A, 47C: fünftes leitendes Element,
46A, 46B, 46C: viertes leitendes Element,
50: metallischer Säulenbereich,
51A, 51B, 51C: erster metallischer Säulenbereich,
51B1: erster Kopfbereich,
51B2: erster Säulenbereich,
51B3: erster Vorsprungsbereich,
52A, 52B, 52C: zweiter metallischer Säulenbereich,
52B1: zweiter Kopfbereich,
52B2: zweiter Säulenbereich,
52B3: zweiter Vorsprungsbereich,
53: erster Hohlraum,
54: zweiter Hohlraum,
60: Gehäuse,
61, 62: Gehäuseinnenfläche,
70: Dichtharz,
80: Elektrodenanschluss,
100, 101, 110, 120, 121, 130, 131: Leistungshalbleitervorrichtung,
200: Energiewandlungsvorrichtung,
201: Hauptwandlungsschaltung,
202: Leistungshalbleitermodul,
203: Steuerschaltung,
300: Last,
400: Energieversorgung.

Claims

Leistungshalbleitervorrichtung, umfassend: ein isolierendes Substrat; ein Halbleiterelement, das an einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats befestigt ist; und eine gedruckte Leiterplatte, die so befestigt ist, dass sie dem Halbleiterelement zugewandt ist, wobei das Halbleiterelement eine Hauptelektrode und eine Signalelektrode aufweist, wobei die gedruckte Leiterplatte ein Kernelement, eine erste Leiterschicht, die an einer ersten Hauptoberfläche auf Seiten des Halbleiterelements des Kernelements ausgebildet ist, und eine zweite Leiterschicht umfasst, die an einer zweiten Hauptoberfläche an einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite des Kernelements ausgebildet ist, wobei die gedruckte Leiterplatte ein erstes Durchgangsloch aufweist, das die erste Leiterschicht, das Kernelement und die zweite Leiterschicht durchsetzt, wobei innerhalb des ersten Durchgangslochs sowohl ein erster metallischer Säulenbereich und ein erstes leitendes Element innerhalb des ersten Durchgangslochs angeordnet sind, wobei sich der erste metallische Säulenbereich in eine erste Richtung, die die erste Hauptoberfläche schneidet, erstreckt, und zwar von innerhalb des ersten Durchgangslochs nach außerhalb des ersten Durchgangslochs über eine dritte Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte an einer von dem isolierenden Substrat wegweisenden Seite hinaus, wobei innerhalb des ersten Durchgangslochs eine Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs, die sich in die erste Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte über das erste leitende Element verbunden ist, wobei die Signalelektrode und der erste metallische Säulenbereich über ein zweites leitendes Element verbunden sind, und wobei die Hauptelektrode und die gedruckte Leiterplatte durch ein drittes leitendes Element verbunden sind.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Endbereich des ersten metallischen Säulenbereichs auf Seiten des isolierenden Substrats in der ersten Richtung mit einem Abstand von der Signalelektrode angeordnet ist.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Mehrzahl von zweiten metallischen Säulenbereichen vorgesehen ist, wobei jeder der zweiten metallischen Säulenbereiche sich in die erste Richtung von dem isolierenden Substrat zu der gedruckten Leiterplatte erstreckt, wobei einer der zweiten metallischen Säulenbereiche so angeordnet ist, dass er das Zentrum der gedruckten Leiterplatte in einer zweidimensionalen Ansicht enthält, und wobei die zweiten metallischen Säulenbereiche an Positionen angeordnet sind, die in Bezug auf das Zentrum des isolierenden Substrats in einer zweidimensionalen Ansicht zueinander punktsymmetrisch sind.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die gedruckte Leiterplatte eine Mehrzahl von zweiten Durchgangslöchern mit Abstand von dem ersten Durchgangsloch aufweist, wobei das zweite Durchgangsloch die erste Leiterschicht, das Kernelement und die zweite Leiterschicht durchsetzt, und wobei jeder der zweiten metallischen Säulenbereiche sich in die erste Richtung vom Inneren eines entsprechenden zweiten Durchgangslochs nach außerhalb des zweiten Durchgangslochs über die dritte Hauptoberfläche hinaus erstreckt.
Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei innerhalb des zweiten Durchgangslochs eine Oberfläche des zweiten metallischen Säulenbereichs, der sich in die erste Richtung erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte über ein viertes leitendes Element verbunden ist.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der erste metallische Säulenbereich einen ersten Säulenbereich, der das Innere des ersten Durchgangslochs enthält und sich entlang des ersten Durchgangslochs erstreckt, und einen ersten Kopfbereich umfasst, der mit einem Endbereich in Erstreckungsrichtung des ersten Säulenbereichs außerhalb des ersten Durchgangslochs verbunden ist, und wobei der zweite metallische Säulenbereich einen zweiten Säulenbereich, der das Innere des zweiten Durchgangslochs enthält und sich entlang des zweiten Durchgangslochs erstreckt, und einen zweiten Kopfbereich umfasst, der mit einem Endbereich in Erstreckungsrichtung des zweiten Säulenbereichs außerhalb des zweiten Durchgangslochs verbunden ist
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der erste Kopfbereich und der zweite Kopfbereich in Kontakt mit einer Oberfläche der zweiten Leiterschicht angeordnet sind.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei für jeden der ersten metallischen Säulenbereiche und der zweiten metallischen Säulenbereiche ein außerhalb des jeweiligen ersten Durchgangslochs bzw. zweiten Durchgangslochs in der gedruckten Leiterplatte angeordneter Bereich in Bezug auf die erste Richtung eine erste Länge aufweist, die sich zur Seite des isolierenden Substrats hin erstreckt, und eine zweite Länge aufweist, die sich hin zu einer dem isolierenden Substrat gegenüberliegenden Seite erstreckt, und wobei die zweite Länge größer ist als die erste Länge.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei eine Länge jedes ersten metallischen Säulenbereichs, der sich in die erste Richtung außerhalb des ersten Durchgangslochs von der dritten Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte erstreckt, gleich einer Länge jedes zweiten metallischen Säulenbereichs ist, der sich in die erste Richtung außerhalb des zweiten Durchgangslochs von der dritten Hauptoberfläche der gedruckten Leiterplatte erstreckt.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der zweite metallische Säulenbereich eine größere Abmessung in die erste Richtung aufweist als der erste metallische Säulenbereich.
Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei bei dem ersten metallischen Säulenbereich und dem zweiten metallischen Säulenbereich in wenigstens einem Bereich in der ersten Richtung eine Abmessung in eine Richtung entlang der einen Hauptoberfläche von der gedruckten Leiterplatte her und hin zu dem isolierenden Substrat kontinuierlich abnimmt, und zwar in die erste Richtung.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei ein Endbereich in der ersten Richtung des zweiten metallischen Säulenbereichs auf Seiten des isolierenden Substrats in Kontakt mit der einen Hauptoberfläche des isolierenden Substrats steht.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei die eine Hauptoberfläche des isolierenden Substrats eine Vertiefung aufweist, und wobei ein Endbereich in der ersten Richtung des zweiten metallischen Säulenbereichs auf Seiten des isolierenden Substrats in der Vertiefung angeordnet ist.
Energiewandlungsvorrichtung, umfassend: eine Hauptwandlungsschaltung, die die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist, um eingegebene Energie umzuwandeln und umgewandelte Energie auszugeben; und eine Steuerschaltung, um ein Steuersignal zum Steuern der Hauptwandlungsschaltung an die Hauptwandlungsschaltung auszugeben.
Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung, umfassend: Bereitstellen eines isolierenden Substrats, welches eine Hauptoberfläche aufweist, an der ein Halbleiterelement mit einer Signalelektrode befestigt ist; Bereitstellen einer gedruckten Leiterplatte, die ein Kernelement, eine erste Leiterschicht, die an einer ersten Hauptoberfläche des Kernelements ausgebildet ist, und eine zweite Leiterschicht umfasst, die an einer zweiten Hauptoberfläche an einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden Seite des Kernelements ausgebildet ist, wobei die gedruckte Leiterplatte ein erstes Durchgangsloch aufweist, das die erste Leiterschicht, das Kernelement und die zweite Leiterschicht durchsetzt; Anordnen eines ersten metallischen Säulenbereichs, der sich von innerhalb des ersten Durchgangslochs nach außerhalb des ersten Durchgangslochs erstreckt; und gegenüberliegend Anordnen und Verbinden der gedruckten Leiterplatte mit dem isolierenden Substrat derart, dass der erste metallische Säulenbereich mit der Signalelektrode über ein erstes leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs verbunden ist, und dass ein zweiter metallischer Säulenbereich mit der einen Hauptoberfläche des isolierenden Substrats über ein zweites leitendes Element außerhalb des Durchgangslochs verbunden ist, wobei innerhalb des ersten Durchgangslochs sowohl der erste metallische Säulenbereich und ein erstes leitendes Element innerhalb des ersten Durchgangslochs angeordnet sind, und wobei innerhalb des ersten Durchgangslochs eine Oberfläche des ersten metallischen Säulenbereichs, die sich in eine erste Richtung, die die Hauptoberfläche schneidet, erstreckt, mit der gedruckten Leiterplatte über das erste leitende Element innerhalb des Durchgangslochs verbunden ist.