DE112019004482T5

DE112019004482T5 - Bond-Struktur, Halbleiterbauteil und Verfahren zum Bilden einer Bond-Struktur

Info

Publication number: DE112019004482T5
Application number: DE112019004482.6T
Authority: DE
Inventors: Kazunori Fuji
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-07-15
Also published as: JPWO2020050077A1; US20210280551A1; US20230036430A1; WO2020050077A1

Abstract

Gebondete Struktur, die ein Halbleiterelement, einen elektrischen Leiter und eine gesinterte Metallschicht aufweist. Das Halbkeiterelement weist eine Elementvorderfläche und eine Elementrückfläche auf, die in einer ersten Richtung voneinander beabstandet sind, und weist eine Rückflächenelektrode auf der Elementrückfläche auf. Der elektrische Leiter weist eine Montagefläche auf, die in die gleiche Richtung weist wie die Elementvorderfläche und die das Halbleiterelement lagert, wobei die Montagefläche zu der Elementrückfläche weist. Die gesinterte Metallschicht bondet das Halbleiterelement an den elektrischen Leiter und verbindet die Rückflächenelektrode und den elektrischen Leiter elektrisch. Die Montagefläche beinhaltet einen aufgerauten Bereich, der durch einen Aufrauhungsprozess aufgeraut ist. Die gesinterte Metallschicht ist auf dem aufgerauten Bereich gebildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine gebondete Struktur, die ein Halbleiterelement und einen elektrischen Leiter beinhaltet, betrifft ein Halbleiterbauteil, das eine solche gebondete Struktur beinhaltet, und betrifft ein Verfahren zum Bilden einer derartigen gebondeten Struktur.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlicherweise ist Blei-Lötmittel als ein geeignetes Bond-Material zum Bonden eines Halbleiterelementes an einen elektrischen Leiter verwendet worden. Blei-Lötmittel wird jedoch aus Gründen des Menschengesundheitsschutzes und der Reduktion von Umweltbelastungen durch bleifreie Bond-Materialien ersetzt. Beispielsweise offenbart das Patentdokument 1 ein Halbleiterbauteil, bei dem ein gesintertes Metall als ein Bond-Material verwendet wird. Das in dem Dokument offenbarte Halbleiterbauteil weist ein Halbleiterelement (Si-Chip), einen elektrischen Leiter (Anschlussrahmen), ein Bond-Material (gesinterte Schicht) und ein Abdichtungsharz (Epoxidharz) auf. Der elektrische Leiter ist bspw. aus einem Metall hergestellt, das Kupfer beinhaltet, und weist einen Die-Pad-Abschnitt auf. Das Halbleiterelement ist elektrisch an den Die-Pad-Abschnitt gebondet, und zwar durch das Bond-Material. Das Bond-Material ist bspw. aus gesintertem Silber hergestellt. Das Abdichtungsharz bedeckt das Halbleiterelement, das Bond-Material und einen Teil des elektrischen Leiters.
Dokument des Standes der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: JP-A-2011-249257
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Das Halbleiterelement eines Halbleiterbauteils erzeugt Wärme, wenn dem Halbleiterelement ein elektrischer Strom zugeführt wird. Das Halbleiterelement und der elektrische Leiter haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und legen folglich eine thermische Spannung an das Bond-Material an, wenn eine Erwärmung stattfindet. Lötmittel ist duktiler als gesinterte Metalle. Wenn Lötmittel als ein Bond-Material verwendet wird, wirkt dieses als ein Puffer, um die thermische Spannung zu lindern. Wenn ein gesintertes Metall als ein Bond-Material verwendet wird, wirkt dieses nicht zur Linderung der thermischen Spannung, und es wird eine relativ große Belastung hervorgerufen bzw. auferlegt. Im Ergebnis kann ein Abschälen („peeling“) oder ein Fehler (wie ein Aufbrechen(„rupturing“)) des Bond-Materials auftreten, und zwar an der gebondeten Schnittstelle zwischen dem Bond-Material und dem Halbleiterelement oder an der gebondeten Schnittstelle zwischen dem Bond-Material und dem elektrischen Leiter. Das Abschälen oder der Fehler bzw. Ausfall des Bond-Materials wird die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeableitung („heat dispersion“) des Halbleiterbauteils beeinträchtigen.
Die vorliegende Offenbarung ist im Hinblick auf die oben genannten Probleme erdacht worden und stellt darauf ab, eine gebondete Struktur bereitzustellen, die die thermische Stabilität verbessert. Die vorliegende Offenbarung zielt auch darauf ab, ein Halbleiterbauteil mit einer solchen gebondeten Struktur und ein Verfahren zum Bilden einer solchen gebondeten Struktur bereitzustellen.
Mittel zum Lösen des Problems
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine gebondete Struktur bereit, die aufweist: ein Halbleiterelement, das eine Elementvorderfläche und eine Elementrückfläche hat, die in einer ersten Richtung voneinander beabstandet sind, wobei das Halbleiterelement eine Rückflächenelektrode auf der Elementrückfläche beinhaltet; einen elektrischen Leiter, der eine Montagefläche hat, die in die gleiche Richtung weist wie die Elementvorderfläche und die das Halbleiterelement lagert, wobei die Montagefläche zu der Elementrückfläche weist; und eine gesinterte Metallschicht, die das Halbleiterelement an den elektrischen Leiter bondet und die Rückflächenelektrode und den elektrischen Leiter elektrisch verbindet. Die Montagefläche beinhaltet einen aufgerauten Bereich, der durch einen Aufrauhungsprozess aufgeraut ist. Die gesinterte Metallschicht ist auf dem aufgerauten Bereich gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur weist der aufgeraute Bereich eine Ausnehmung auf, die gegenüber der Montagefläche in der ersten Richtung ausgenommen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur weist die Ausnehmung eine Vielzahl von ersten Gräben auf. Die Vielzahl von ersten Gräben erstrecken sich bei einer Betrachtung in der ersten Richtung in einer zweiten Richtung, die senkrecht ist zu der ersten Richtung, und sind in einer dritten Richtung benachbart zueinander angeordnet, die senkrecht ist zu der ersten Richtung und zu der zweiten Richtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur beinhaltet die Ausnehmung ferner eine Vielzahl von zweiten Gräben. Die Vielzahl von zweiten Gräben erstrecken sich bei einer Betrachtung in der ersten Richtung in der dritten Richtung und sind in der zweiten Richtung benachbart zueinander angeordnet. Bei einer Betrachtung in der ersten Richtung kreuzen bzw. schneiden die Vielzahl von zweiten Gräben die Vielzahl von ersten Gräben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Richtung, erstreckt sich jeder der Vielzahl von ersten Gräben linear in der zweiten Richtung. Bei einer Betrachtung in der ersten Richtung erstreckt sich jeder der Vielzahl von zweiten Gräben linear in der dritten Richtung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Richtung, sind die Vielzahl von ersten Gräben und die Vielzahl von zweiten Gräben im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur weist der aufgeraute Bereich einen Kreuzungsabschnitt und einen Nicht-Kreuzungsabschnitt auf. Der Kreuzungsabschnitt überlappt mit einem der Vielzahl von ersten Gräben und auch mit einem der Vielzahl von zweiten Gräben, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Richtung. Der Nicht-Kreuzungsabschnitt überlappt nur mit einem Graben von der Vielzahl von ersten und zweiten Gräben, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Richtung. Eine Abmessung des Kreuzungsabschnittes in der ersten Richtung ist größer als eine Abmessung des Nicht-Kreuzungsabschnittes in der ersten Richtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur, hat die Ausnehmung feinere Flächenunebenheiten als Unebenheiten, die die von der Ausnehmung bereitgestellt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur ist der aufgeraute Bereich mit einer Silber-Plattierung beschichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur hat das Halbleiterelement eine Elementseitenfläche, die an einem Rand in der ersten Richtung mit der Elementvorderfläche und an einem anderen Rand in der ersten Richtung mit der Elementrückfläche verbunden ist. Die gesinterte Metallschicht beinhaltet eine Kehle („fillet“), die entlang des Randes, mit der Elementrückfläche verbunden ist, einen Teil der Elementseitenfläche bedeckt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur ist die gesinterte Metallschicht aus gesintertem Silber hergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der gebondeten Struktur ist der elektrische Leiter aus einem Kupferenthaltendem Material hergestellt.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Halbleiterbauteil bereit, das die gebondete Struktur gemäß dem ersten Aspekt beinhaltet. Das Halbleiterbauteil weist auf: ein erstes Schaltelement als das Halbleiterelement; ein erstes leitfähiges Element als der elektrische Leiter, das das erste Schaltelement lagert; eine erste Bond-Schicht als die gesinterte Metallschicht, die das erste Schaltelement und das erste leitfähige Element elektrisch bondet; und ein Abdichtungsharz, das das erste Schaltelement, die erste Bond-Schicht und wenigstens einen Teil des ersten leitfähigen Elementes bedeckt. Das erste leitfähige Element weist einen ersten Bereich als den aufgerauten Bereich auf. Bei einer Betrachtung in der ersten Richtung überlappt der erste Bereich mit der ersten Bond-Schicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Halbleiterbauteil ferner ein erstes Terminal und ein zweites Terminal, die jeweils elektrisch mit dem ersten Schaltelement verbunden sind. Das erste Terminal ist an das erste leitfähige Element gebondet und ist mit dem ersten Schaltelement über das erste leitfähige Element elektrisch verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist das erste Terminal einen ersten Terminal-Abschnitt auf, der gegenüber dem Abdichtungsharz freiliegt. Das zweite Terminal weist einen zweiten Terminal-Abschnitt auf, der gegenüber dem Abdichtungsharz freiliegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil ferner auf: ein zweites Schaltelement, das sich von dem ersten Schaltelement unterscheidet, als das Halbleiterelement; ein zweites leitfähiges Element als der elektrische Leiter, das das zweite Schaltelement lagert; und eine zweite Bond-Schicht als die gesinterte Metallschicht, die das zweite Schaltelement und das zweite leitfähige Element elektrisch bondet. Das Abdichtungsharz bedeckt auch das zweite Schaltelement, die zweite Bond-Schicht und wenigstens einen Teil des zweiten leitfähigen Elementes. Das zweite leitfähige Element weist einen zweiten Bereich als den aufgerauten Bereich auf. Bei einer Betrachtung in der ersten Richtung überlappt der zweite Bereich mit der zweiten Bond-Schicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Halbleiterbauteil ferner ein drittes Terminal, das elektrisch mit dem zweiten Schaltelement verbunden ist. Das dritte Terminal ist an das zweite leitfähige Element gebondet und ist mit dem zweiten Schaltelement über das zweite leitfähige Element elektrisch verbunden. Das zweite Schaltelement ist mit dem ersten leitfähigen Element elektrisch verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterbauteils, beinhaltet das dritte Terminal einen dritten Terminal-Abschnitt, der gegenüber dem Abdichtungsharz freiliegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil ferner ein isolierendes Element auf, das in der ersten Richtung zwischen dem zweiten Terminal-Abschnitt und dem dritten Terminal-Abschnitt angeordnet ist. Ein Teil des isolierenden Elementes überlappt bei einer Betrachtung in der ersten Richtung mit dem zweiten Terminal-Abschnitt und dem dritten Terminal-Abschnitt.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zum Bilden einer gebondeten Struktur bereit, die aufweist: ein Halbleiterelement, das eine Elementvorderfläche und eine Elementrückfläche hat, die in einer ersten Richtung voneinander beabstandet sind, wobei das Halbleiterelement eine Rückflächenelektrode an der Elementrückfläche beinhaltet; einen elektrischen Leiter, der eine Montagefläche hat, die in die gleiche Richtung weist wie die Elementvorderfläche und die das Halbleiterelement lagert, wobei die Montagefläche hin zu der Elementrückfläche weist; und eine gesinterte Metallschicht, die das Halbleiterelement an den elektrischen Leiter bondet und die die Rückflächenelektrode und den elektrischen Leiter elektrisch verbindet. Das Verfahren weist auf: einen Prozess des Vorbereitens des elektrischen Leiters; einen Aufrauhungsprozess des Bildens eines aufgerauten Bereiches auf wenigstens einem Teil der Montagefläche; einen Pastenaufbringungsprozess des Aufbringens einer Metallpaste zum Sintern auf wenigstens einem Teil des aufgerauten Bereiches; einen Montageprozess des Anordnens des Halbleiterelementes auf der Metallpaste, wobei die Elementrückfläche hin zu der Montagefläche weist; und einen Sinterprozess des thermischen Behandelns der Metallpaste, um die gesinterte Metallschicht zu bilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist der Aufrauhungsprozess das Bilden des aufgerauten Bereiches durch Bestrahlen der Montagefläche mit einem Laser-Strahl auf.
Vorteile der Erfindung
Die gebondete Struktur und das Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung können die thermische Stabilität verbessern. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Erzeugung einer derartigen gebondeten Struktur.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht einer gebondeten Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II der 1.
3 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich III der 1 zeigt.
4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie IV-IV der 3.
5 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie V-V der 3.
6 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Laser-emittierenden Geräts.
7 ist eine Ansicht eines Laser-Bestrahlungsmusters gemäß der ersten Ausführungsform.
8 ist eine schematische Schnittansicht einer gebondeten Struktur gemäß der ersten Ausführungsform, wobei eine gesinterte Metallschicht nach einem Wärmezyklustest gezeigt ist.
9 ist eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen gebondeten Struktur und zeigt eine gesinterte Metallschicht nach einem Wärmezyklustest.
10 ist eine Draufsicht einer gebondeten Struktur (gezeigt ohne ein Halbleiterelement und eine gesinterte Metallschicht) gemäß einer zweiten Ausführungsform.
11 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich XI der 10 zeigt.
12 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XII-XII der 11.
13 ist eine Draufsicht einer gebondeten Struktur (gezeigt ohne ein Halbleiterelement und eine gesinterte Metallschicht) gemäß einer dritten Ausführungsform.
14 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich XIV der 13 zeigt.
15 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XV-XV der 14.
16 ist eine Draufsicht einer gebondeten Struktur (gezeigt ohne ein Halbleiterelement und eine gesinterte Metallschicht) gemäß einer vierten Ausführungsform.
17 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich XVII der 16 zeigt.
18 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XVIII-XVIII der 17.
19 ist eine Draufsicht einer gebondeten Struktur (gezeigt ohne ein Halbleiterelement und eine gesinterte Metallschicht) gemäß einer fünften Ausführungsform.
20 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich XX der 19 zeigt.
21 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXI-XXI der 20.
22 ist eine Schnittansicht einer gebondeten Struktur gemäß einer Variation.
23 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterbauteils.
24 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich 23, wobei jedoch ein Abdichtungsharz weggelassen ist.
25 ist eine Draufsicht des Halbleiterbauteils.
26 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich 25, wobei das Abdichtungsharz jedoch in Phantom-Linien gezeigt ist.
27 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil von 26 zeigt.
28 ist eine Vorderansicht des Halbleiterbauteils.
29 ist eine Bodenansicht des Halbleiterbauteils.
30 ist eine linksseitige Ansicht des Halbleiterbauteils.
31 ist eine rechtsseitige Ansicht des Halbleiterbauteils.
32 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXXII-XXXII der 26.
33 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXXIII-XXXIII der 26.
34 ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der 33 zeigt.
35 ist eine Draufsicht eines Beispiels einer Schweißmarkierung.
36 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterbauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform.
37 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterbauteils gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
38 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterbauteils gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.

MODUS BZW. AUSFÜHRUNGSFORM ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsform einer gebondeten Struktur, eines Halbleiterbauteils und eines Verfahrens zum Bilden bzw. Herstellen einer gebondeten Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Zunächst wird eine gebondete Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. Eine gebondete Struktur A1 gemäß der ersten Ausführungsform weist ein Halbleiterelement 91, einen elektrischen Leiter 92 und eine gesinterte Metallschicht 93 auf. 1 ist eine Draufsicht der gebondeten Struktur A1. 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II der 1. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich III der 1 zeigt. 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie IV-IV der 3. 5 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie V-V der 3.
Aus Gründen der Zweckmäßigkeit definieren die 1 bis 5 drei wechselseitig senkrechte Richtungen als eine erste Achsenrichtung z0, eine zweite Achsenrichtung x0 und eine dritte Achsenrichtung y0. Die erste Achsenrichtung z0 entspricht der Dickenrichtung der gebondeten Struktur A1. Die zweite Achsenrichtung x0 entspricht der horizontalen Richtung, und zwar bei einer Betrachtung in der Draufsicht der gebondeten Struktur A1 (siehe 1). Die dritte Achsenrichtung y0 entspricht der vertikalen Richtung, und zwar bei einer Betrachtung in der Draufsicht der gebondeten Struktur A1 (siehe 1).
Das Halbleiterelement 91 ist aus einem Halbleitermaterial hergestellt. Geeignete Halbleitermaterialien für das Halbleiterelement 91 beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf Silicium (Si), Siliciumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs) und Galliumnitrid (GaN). Das Halbleiterelement 91 kann ein Transistor, eine Diode, ein Widerstand, ein Kondensator oder eine integrierte Schaltung (IC) sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Halbleiterelement 91 kann bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 im Wesentlichen rechteckförmig sein und typischerweise im Wesentlichen quadratisch. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit sind zwei Richtungen, die senkrecht sind zu der ersten Achsenrichtung z0, als orthogonale Richtungen m1 und m2 definiert. Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 ist die orthogonale Richtung m1 um 45° gegen den Uhrzeigersinn ausgehend von der zweiten Achsenrichtung x0 gedreht bzw. rotiert, und die orthogonale Richtung m2 ist um 45° im Uhrzeigersinn ausgehend von der zweiten Achsenrichtung x0 gedreht. Die orthogonale Richtung m1 und die orthogonale Richtung m2 sind orthogonal zueinander. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Halbleiterelement 91 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 im Wesentlichen quadratisch. Demzufolge fallen die orthogonalen Richtungen m1 und m2 mit den Richtungen der zwei Diagonallinien des Halbleiterelementes 91 zusammen, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0. Es ist anzumerken, dass die Richtungen der zwei Diagonallinien des Halbleiterelementes 91 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung als die orthogonale Richtung bzw. die orthogonalen Richtungen m1 und m2 definiert sein können. Auf der Grundlage von dieser Definition sind die orthogonalen Richtungen m1 und m2 nicht orthogonal zueinander, wenn das Halbleiterelement 91 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 die Form eines Rechtecks hat, das sich von einem Quadrat unterscheidet.
Wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, weist das Halbleiterelement 91 eine Elementvorderfläche 91a, eine Elementrückfläche 91b und eine Vielzahl von Elementseitenflächen 91c auf. Die Elementvorderfläche 91a und die Elementrückfläche 91b sind in der ersten Achsenrichtung z0 voneinander beabstandet und weisen voneinander weg. Die Elementvorderfläche 91a und die Elementrückfläche 91b sind im Wesentlichen flach. Jede Elementseitenfläche 91c ist an einem Rand in der ersten Achsenrichtung z0 mit der Elementvorderfläche 91a verbunden und an dem anderen Rand in der ersten Achsenrichtung z0 auch mit der Elementrückfläche 91b. Die Elementseitenflächen 91c sind im Wesentlichen senkrecht zu der Elementvorderfläche 91a und der Elementrückfläche 91b ausgerichtet. Die Elementseitenflächen 91c des Halbleiterelementes 91 beinhalten ein Paar von Elementseitenflächen 91c, die in der zweiten Achsenrichtung x0 voneinander beabstandet sind und voneinander wegweisen, und ein Paar von Elementseitenflächen 91c, die in der dritten Achsenrichtung y0 voneinander beabstandet sind und voneinander wegweisen.
Wie es in 2 gezeigt ist, beinhaltet das Halbleiterelement 91 eine Vorderflächenelektrode 911 und eine Rückflächenelektrode 912. Die Vorderflächenelektrode 911 und die Rückflächenelektrode 912 beinhalten Terminals des Halbleiterelementes 91. Die Vorderflächenelektrode 911 liegt an der Elementvorderfläche 91a frei. Die Vorderflächenelektrode 911 ist eine Komponente, an der ein Bond-Draht oder ein Anschluss verbunden bzw. angeschlossen werden kann. Die Rückflächenelektrode 912 liegt an der Elementrückfläche 91b frei. Die Rückflächenelektrode 912 überlappt mit dem überwiegenden Teil der Elementrückfläche 91b, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0. Die Rückflächenelektrode 912 ist elektrisch mit dem elektrischen Leiter 92 über die gesinterte Metallschicht 93 verbunden.
Der elektrische Leiter 92 lagert bzw. trägt das Halbleiterelement 91. Der elektrische Leiter 92 ist bspw. eine Metallplatte. Die Metallplatte ist bspw. aus Kupfer (Cu) oder einer Cu-Legierung hergestellt. Die Abmessung des elektrischen Leiters 92 in der ersten Achsenrichtung z0 (Dicke) kann bspw. etwa 0,4 bis 3 mm betragen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der elektrische Leiter 92 hat eine Montagefläche 92a, an der das Halbleiterelement 91 montiert ist. Die Montagefläche 92a weist zu einer Seite in der ersten Achsenrichtung z0 (in dieser Ausführungsform nach oben bei der Betrachtung in 2). Die Montagefläche 92a weist zu der Elementrückfläche 91b des Halbleiterelements 91.
Die gesinterte Metallschicht 93 ist zwischen dem Halbleiterelement 91 und dem elektrischen Leiter 92 angeordnet, um das Halbleiterelement 91 und den elektrischen Leiter 92 zu bonden bzw. aneinander zu fügen. Das heißt, das Halbleiterelement 91 ist mittels der gesinterten Metallschicht 93 an dem elektrischen Leiter 92 festgelegt. Die Abmessung der gesinterten Metallschicht 93 in der ersten Achsenrichtung z0 kann an einem Teil zwischen dem Halbleiterelement 91 und dem elektrischen Leiter 92 bspw. etwa 30 bis 120 µm betragen.
Die gesinterte Metallschicht 93 ist aus einem gesinterten Metall hergestellt, das durch Sintern erhalten wird. Das gesinterte Metall, das die gesinterte Metallschicht 93 bildet, kann gesintertes Silber sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Andere Beispiele von gesinterten Metallen beinhalten gesintertes Kupfer. Die gesinterte Metallschicht 93 ist porös, und zwar mit einer Anzahl von feinen Poren. Die gesinterte Metallschicht 93 dieser Ausführungsform weist feine offene Poren auf. In einer anderen Ausführungsform können die feinen Poren jedoch bspw. mit einem Epoxidharz gefüllt sein. Das heißt, die gesinterte Metallschicht 93 kann ein Epoxidharz enthalten. Es ist jedoch anzumerken, dass die gesinterte Metallschicht 93, die zu viel Epoxidharz enthält, an einer Reduktion der elektrischen Leitfähigkeit leiden kann. Das Maß an Epoxidharz kann daher im Hinblick auf das Maß des elektrischen Stromes eingestellt werden, der dem Halbleiterelement 91 zuzuführen ist. Dies kann von der Zusammensetzung der Metallpaste 930 zum Sintern abhängen, die in einem Sinterprozess verwendet wird, was nachstehend beschrieben wird.
Die gesinterte Metallschicht 93 beinhaltet einen Teil, der eine Kehle („fillet“) 931 bildet. Die Kehle 931 erstreckt sich von der Elementrückfläche 91b zu der Elementseitenfläche 91c. Das heißt, die Kehle 931 bedeckt den Rand von jeder Elementseitenfläche 91c, der mit der Elementrückfläche 91b verbunden ist. Teile der Kehle 931, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterelementes 91 in der zweiten Achsenrichtung x0 angeordnet sind, überlappen mit Teilen der Elementseitenflächen 91c, die in die zweite Achsenrichtung x0 weisen. Ähnlich hierzu überlappen Teile der Kehle 931, die an den gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterelementes 91 in der dritten Achsenrichtung y0 angeordnet sind, mit Teilen der Elementseitenflächen 91c, die in die dritte Achsenrichtung y0 weisen. Es ist jedoch anzumerken, dass die gesinterte Metallschicht 93 ohne die Kehle 931 ausgebildet sein kann.
Die gebondete Struktur A1 beinhaltet einen aufgerauten Bereich 95, der auf der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 gebildet ist. Der aufgeraute Bereich 95 ist gebildet durch Aufrauen eines Bereiches der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92. In einem Beispiel wird der Aufrauungsprozess durch Richten eines Laser-Strahls auf die Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 durchgeführt. Das heißt, der aufgeraute Bereich 95 wird durch Laser-Bestrahlung gebildet. Der aufgeraute Bereich 95 ist rauer als Bereiche der Montagefläche 92a, die dem Aufrauungsprozess nicht unterzogen worden sind.
Der aufgeraute Bereich 95 weist Ausnehmungen 950 auf, die durch Laser-Bestrahlung gebildet sind. Die Ausnehmungen 950 sind in der ersten Achsenrichtung z0 gegenüber der Montagefläche 92a ausgenommen bzw. zurück versetzt. Die Ausnehmungen 950 haben Flächen, die mit feinen Unebenheiten („asperities“) versehen sind (nicht gezeigt). Die Flächenunebenheiten, die auf den Ausnehmungen 950 vorgesehen sind, feiner als die Unebenheiten, die durch die Ausnehmungen 950 vorgesehen sind. Die Flächen der Ausnehmungen 950 weisen eine Rauigkeit Ra (im arithmetischen Mittelwert) von bspw. etwa 0,5 bis 3,0 µm auf. Da die Ausnehmungen 950 durch Laser-Bestrahlung gebildet werden, wie oben erwähnt, werden an ihren Flächen Schweißmarkierungen (sowie Schweißwulste) gebildet. Obgleich die Schweißmarkierungen in den 1 bis 5 nicht gezeigt sind, sind wenigstens einige der Unebenheiten durch die Schweißmarkierungen vorgesehen bzw. gebildet. Die Ausnehmungen 950 sind bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 in einem vorbestimmten Muster gebildet. In einem Beispiel sind die Ausnehmungen 950 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 in einem Gittermuster gebildet. Das Muster der Ausnehmungen 950 kann gemäß einem später beschriebenen Bestrahlungsmuster eines Laser-Strahls geändert werden. Die Ausnehmungen 950 beinhalten eine Vielzahl von ersten länglichen Gräben 951 und eine Vielzahl von zweiten länglichen Gräben 952.
Wie es in 3 gezeigt ist, erstrecken sich die ersten länglichen Gräben 951 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 linear in der orthogonalen Richtung m1. In der orthogonalen Richtung m2 haben die ersten länglichen Gräben 951 bspw. eine Abmessung (Linienbreite) W₉₅₁ (siehe 3) von etwa 4 bis 20 µm. Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 sind die ersten länglichen Gräben 951 parallel zueinander, und zwar mit gleichen Distanzen in der orthogonalen Richtung m2. Die Distanz P₉₅₁ (siehe 3) zwischen jeweiligen zwei benachbarten ersten länglichen Gräben 951 in der orthogonalen Richtung m2 beträgt bspw. etwa 4 bis 40 µm. Die Distanz P₉₅₁ zwischen jeweils zwei benachbarten ersten länglichen Gräben 951 muss jedoch nicht notwendigerweise durchgängig gleich groß sein. Zusätzlich hierzu können die Linienbreite W₉₅₁ und die Distanz P₉₅₁ gleich sein oder können ungleich sein.
Wie es in 3 gezeigt ist, erstrecken sich die zweiten länglichen Gräben 952 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 linear in der orthogonalen Richtung m2. In der orthogonalen Richtung m1 haben die zweiten länglichen Gräben 952 eine Abmessung (Linienbreite) W₉₅₂ (siehe 3) von bspw. etwa 4 bis 20 µm. Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 sind die zweiten länglichen Gräben 952 parallel zueinander, und zwar mit gleichen Distanzen bzw. Abständen in der orthogonalen Richtung m1. Die Distanz P₉₅₂ (siehe 3) zwischen jeweils zwei benachbarten zweiten länglichen Gräben 952 in der orthogonalen Richtung m1 beträgt bspw. etwa 4 bis 40 µm. Die Distanz P₉₅₂ zwischen jeweils zwei benachbarten zweiten länglichen Gräben 952 muss jedoch nicht durchgängig gleich groß sein. Zusätzlich hierzu können die Linienbreite W₉₅₂ und die Distanz P₉₅₂ gleich sein oder können ungleich sein.
Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0, kreuzt jeder erste längliche Graben 951 jeden zweiten länglichen Graben 952. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die orthogonalen Richtungen m1 und m2 im Wesentlichen orthogonal zueinander. Demzufolge kreuzen sich die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952 mit im Wesentlichen rechten Winkeln.
Wie es in den 3 bis 5 gezeigt ist, beinhalten die Ausnehmungen 950 erste Grabenabschnitte 950a, zweite Grabenabschnitte 950b, dritte Grabenabschnitte 950c und flache Abschnitte 950d. Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 überlappt jeder erste Grabenabschnitt 950a mit einem ersten länglichen Graben 951, jedoch nicht mit irgendeinem zweiten länglichen Graben 952. Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 überlappt jeder zweite Grabenabschnitt 950b mit einem zweiten länglichen Graben 952, jedoch nicht mit irgendeinem ersten länglichen Graben 951. Jeder dritte Grabenabschnitt 950c überlappt sowohl mit einem ersten länglichen Graben 951 als auch mit einem zweiten länglichen Graben 952. Jeder flache Abschnitt 950d überlappt weder mit den ersten länglichen Gräben 951 noch mit den zweiten länglichen Gräben 952. Die flachen Abschnitte 950d sind durch Wärme beeinflusst worden, die von einem Laser-Strahl erzeugt worden ist, der angelegt worden ist, um die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952 so bilden, so dass jeder flache Abschnitt 950d eine unebene Fläche in der ersten Achsenrichtung z0 hat und folglich eine rauere Fläche hat als die Montagefläche 92a.
Die Abmessung (Tiefe) D_950a (siehe 4) der ersten Grabenabschnitte 950a in der ersten Achsenrichtung z0 ist im Wesentlichen gleich der Abmessung (Tiefe) D_950b (siehe 4) der zweiten Grabenabschnitte 950b, und zwar in der ersten Achsenrichtung z0. Alternativ hierzu kann die Tiefe D_950a der ersten Grabenabschnitte 950a sich von der Tiefe D_950b der zweiten Grabenabschnitte 950b unterscheiden. Die Abmessung (Tiefe) D_950c (siehe 4) der dritten Grabenabschnitte 950c in der ersten Achsenrichtung z0 ist größer als sowohl die Tiefe D_950a der ersten Grabenabschnitte 950a und als die Tiefe D_950b der zweiten Grabenabschnitte 950b. Die Tiefe D_950c der dritten Grabenabschnitte 950c beträgt bspw. etwa 11,06 µm, wohingegen die Tiefe D_950a der ersten Grabenabschnitte 950a und die Tiefe D_950b der zweiten Grabenabschnitte 950b bspw. etwa 5,94 µm betragen. Es ist anzumerken, dass die Tiefen D_950a, D_950b und D_950c nicht auf die oben genannten Werte beschränkt sind. Die flachen Abschnitte 950d sind in der ersten Achsenrichtung z0 im Wesentlichen bündig mit der Montagefläche 92a.
In der gebondeten Struktur A1 ist die gesinterte Metallschicht 93 auf dem aufgerauten Bereich 95 gebildet, wie es in 2 gezeigt ist. Die gesinterte Metallschicht 93 steht in Kontakt mit einer Region des aufgerauten Bereiches 95, und die Ausnehmungen 950 (die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952), die in dem Bereich angeordnet sind, sind mit dem gesinterten Metall 93 gefüllt.
Die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952 des aufgerauten Bereiches 95 weisen eine (nicht gezeigte) Flächenoxidschicht auf. The Oxidschicht ist gebildet durch Oxidieren des Basismaterials des elektrischen Leiters 92. Das heißt, die Regionen des elektrischen Leiters 92 werden, sobald sie von einem Laser-Strahl aufgeschmolzen worden sind, eine Flächenschicht haben, die aus einem Oxid des Basismaterials des elektrischen Leiters 92 hergestellt ist. Der vorliegende Erfinder hat die Fläche des elektrischen Leiters 92 analysiert und bestätigt, dass eine Anti-Korrosionskomponente (wie Benzotriazol) aus dem Bereich der Montagefläche 92a, der sich von dem aufgerauten Bereich 95 unterscheidet, erfasst wurde, jedoch nicht aus dem aufgerauten Bereich 95. Obgleich nicht besonders eingeschränkt kann die Dicke der Oxidschicht bspw. etwa 20 nm betragen.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Bilden einer gebondeten Struktur A1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
Zunächst wird ein elektrischer Leiter 92, der eine Montagefläche 92a hat, vorbereitet bzw. bereitgestellt. Beispielsweise wird eine Metallplatte, die aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt ist, als der elektrische Leiter 92 bereitgestellt. Die Metallplatte muss nicht irgendeine bestimmte Dicke haben.
Als Nächstes wird wenigstens ein Teil der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 aufgeraut, um an der Montagefläche 92a einen aufgerauten Bereich 95 zu bilden. Der aufgeraute Bereich 95 wird so gebildet, dass er größer ist als das Halbleiterelement 91, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0. Der Prozess des Aufrauens eines Teils der Montagefläche 92a (der Aufrauungsprozess) beinhaltet das Richten eines Laser-Strahls auf die Montagefläche 92a. Im Ergebnis werden an Regionen, auf die der Laser-Strahl auftrifft, Löcher gebildet. Beim Auftreffen des Laser-Strahls wird die Energie des Laser-Strahls in Wärme umgewandelt, was die beaufschlagten bzw. bestrahlten Regionen sublimiert und aufschmilzt. Wenn die aufgeschmolzenen Regionen erneut verfestigen, werden feine Flächenunebenheiten gebildet, wie oben beschrieben. Der Laser-Bestrahlungsprozess kann unter Verwendung eines Laser-emittierenden Geräts LD durchgeführt werden (siehe 6), das nachstehend beschrieben ist.
6 zeigt ein Beispiel des Laser-emittierenden Geräts LD. Wie es in 6 gezeigt ist, weist das Laser-emittierende Gerät LD einen Laser-Oszillator 81, eine optische Faser 82 und einen Laser-Kopf 83 auf. Der Laser-Oszillator 81 emittiert einen Laser-Strahl. Bei der vorliegenden Ausführungsform emittiert der Laser-Oszillator 81 einen YAG-Laser-Strahl. Der YAG-Laser-Strahl ist ein grüner Laser. Der Laser-Oszillator 81 ist nicht auf einen solchen beschränkt, der den oben genannten Laser-Strahl emittiert. Die optische Faser 82 überträgt den Laser-Strahl, der von dem Laser-Oszillator 81 emittiert worden ist. Der Laser-Kopf 83 wird verwendet, um den Laser-Strahl, der von der optischen Faser 82 ausgegeben wird, auf das Ziel (den elektrischen Leiter 92) zu richten.
Wie es in 6 gezeigt ist, beinhaltet der Laser-Kopf 83 eine Kollimations-Linse 831, einen Spiegel 832, einen Galvano-Scanner 833 und eine Kondensor-Linse 834. Die Kollimations-Linse 831 kollimiert einen Laser-Strahl, der von der optischen Faser 82 ausgegeben wird (in parallele Strahlen). Der Spiegel 832 reflektiert den Laser-Strahl, der von der Kollimations-Linse 831 kollimiert worden ist, hin zu dem Ziel („target“) (dem elektrischen Leiter 92). Der Galvano-Scanner 833 wird verwendet, um den Laser-Strahl zu steuern, um die Einfallposition des Laser-Strahls auf das Ziel (den elektrischen Leiter 92) zu ändern. Der Galvano-Scanner 833 kann ein an sich bekannter Scanner sein, der ein Paar von beweglichen Spiegeln (nicht gezeigt) beinhaltet, die dazu in der Lage sind, in zueinander senkrechte Richtungen zu schwingen bzw. zu schwenken. Die Kondensor-Linse 834 sammelt den Laser-Strahl, der von dem Galvano-Scanner 833 ausgegeben worden ist, und zwar auf das Ziel (den elektrischen Leiter 92).
Der Aufrauungsprozess der vorliegenden Ausführungsform verwendet das oben beschriebene Laser-emittierende Gerät LD, um einen Laser-Strahl auf den elektrischen Leiter 92 zu emittieren. Während des Prozesses wird der Laser-Strahl gesteuert, um die Einfallposition gemäß einem vorbestimmten Laser-Bestrahlungsmuster zu bewegen. 7 zeigt das bei der vorliegenden Ausführungsform verwendete Laser-Bestrahlungsmuster. Wie oben beschrieben, wird der Laser-Strahl durch den Galvano-Scanner 833 gesteuert. Der Punktdurchmesser Ds des Laser-Strahls, der auf die Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 einfällt, beträgt bspw. etwa 2 bis 20 µm. Der Punktdurchmesser Ds bezieht sich auf die Punktgröße (Durchmesser), die von dem Laser-Strahl, der von dem Laser-emittierenden Gerät LD emittiert worden ist, auf der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 gebildet wird.
Das in 7 gezeigte Bestrahlungsmuster ist ein Gittermuster (siehe fette Pfeile). DAs Gittermuster beinhaltet eine Vielzahl von Scan-Pfaden SO1 und eine Vielzahl von Scan-Pfaden SO2. Die Scan-Pfade SO1 erstrecken sich in der orthogonalen Richtung m1 und sind in der orthogonalen Richtung m2 gleichmäßig beabstandet. Die Scan-Pfade SO1 definieren gerade Linien, die parallel zueinander sind. Die Scan-Pfade SO2 erstrecken sich in der orthogonalen Richtung m2 und sind in der orthogonalen Richtung m1 gleichmäßig beabstandet. Die Scan-Pfade SO2 definieren gerade Linien, die parallel zueinander sind. Es ist anzumerken, dass die in 7 gezeigten Scan-Pfade SO1 und SO2 die Pfade anzeigen, denen die Mitte des Laser-Strahls folgen soll. Die Scan-Pfade SO1 und SO2, die oben beschrieben wurden, sind lediglich ein Beispiel und stellen keine Beschränkung dar.
Bei dem Aufrauungsprozess wird ein Laser-Strahl zunächst entlang der Scan-Pfade SO1 gescannt, wie es in 7 gezeigt ist. Als ein Ergebnis hiervon wird eine Vielzahl von ersten länglichen Gräben 951 für den aufgerauten Bereich 95 gebildet. In dem in 7 gezeigten Beispiel werden sämtliche Scan-Pfade SO1 von einem Rand zu dem anderen Rand in der gleichen orthogonalen Richtung m1 gescannt. In einem anderen Beispiel können die Scan-Pfade SO1 jedoch alternierend in einer orthogonalen Richtung m1 und in der umgekehrten Richtung gescannt werden. Die Distanz zwischen den Scan-Pfaden SO1, was den Teilungsabstand („pitch“) P_SO1, der Scan-Pfade SO1 bedeutet (siehe 7), kann etwa 8 bis 60 µm betragen. Anschließend wird ein Laser-Strahl entlang der in 7 gezeigten Scan-Pfade SO2 gescannt. Im Ergebnis werden eine Vielzahl von zweiten länglichen Gräben 952 für den aufgerauten Bereich 95 gebildet. In dem in 7 gezeigten Beispiel werden sämtliche Scan-Pfade SO2 von einem Rand zu dem anderen Rand in der gleichen orthogonalen Richtung m2 gescannt. In einem anderen Beispiel können die Scan-Pfade SO2 jedoch alternierend in einer orthogonalen Richtung m2 und in der umgekehrten Richtung gescannt werden. Die Distanz zwischen den Scan-Pfaden SO2, wobei es sich um den Teilungsabstand P_SO2 der Scan-Pfade SO2 handelt (siehe 7), kann etwa 8 bis 60 µm betragen, wobei es sich hierbei um den gleichen Wert handelt wie der Teilungsabstand P_SO1, der Scan-Pfade SO1. In einem weiteren Beispiel können sich jedoch der Teilungsabstand P_SO1, der Scan-Pfade SO1 und der Teilungsabstand P_SO2 der Scan-Pfade SO2 voneinander unterscheiden. Obgleich die Scan-Pfade SO1 und die Scan-Pfade SO2 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 im Wesentlichen orthogonal sind, ist es zusätzlich so, dass es sich hierbei lediglich um ein nicht einschränkendes Beispiel handelt.
Wie oben beschrieben, beinhaltet der Aufrauungsprozess dieser Ausführungsform das Scannen eines Laser-Strahls entlang der Scan-Pfade SO1 und der Scan-Pfade SO2, um die Ausnehmungen 950 zu bilden, einschließlich der ersten länglichen Gräben 951 und der zweiten länglichen Gräben 952. Als ein Ergebnis hiervon wird auf der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 der aufgeraute Bereich 95 gebildet. Jede Region, die dem entspricht, wo ein Scan-Pfad SO1 einen Scan-Pfad SO2 kreuzt, wird zweimal gescannt, so dass die Gräben in einer derartigen Region tiefer sind als an jenen Regionen, die nur einem der Scan-Pfade SO1 und SO2 entsprechen. Die Größe des Zielbereiches, über den hinweg ein Laser-Strahl gescannt wird (Distanz Lx0 und Distanz Ly0) kann geändert werden, und zwar wie geeignet gemäß dem zu bildenden aufgerauten Bereich 95. Zusätzlich hierzu kann die Größe des zu bildenden aufgerauten Bereiches 95 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 wie geeignet gemäß der Größe des Halbleiterelementes 91 geändert werden.
Als Nächstes wird eine Metallpaste 930 zum Sintern auf den aufgerauten Bereich 95 aufgebracht. Die Metallpaste 930 ist das Basismaterial zum Bilden der gesinterten Metallschicht 93. Beispielsweise kann eine Silber-Paste als die Metallpaste 930 zum Sintern verwendet werden. Die Silber-Paste kann aus Silberpartikeln im Mikroskalenbereich („microscale silver particles“) oder Nanoskalenbereich („nanoscale silver particles“) zusammengesetzt sein, die in einem Lösungsmittel verteilt bzw. dispergiert sind. In der vorliegenden Ausführungsform enthält das Lösungsmittel der Silber-Paste zum Sintern kein oder im Wesentlichen kein Epoxidharz. Der Prozess des Aufbringens der Metallpaste 930 zum Sintern (der Pastenaufbringungsprozess) kann durch Siebdruck durchgeführt werden, bei dem die Metallpaste 930 über eine Maske aufgebracht wird. Anstelle des Siebdrucks kann die Metallpaste 930 unter Verwendung eines Dispensers aufgebracht werden. Die Anwendungstechnik, die zum Aufbringen der Metallpaste 930 verwendet werden kann, ist nicht auf die oben genannten beschränkt.
Als Nächstes wird das Halbleiterelement 91 auf der Metallpaste 930 angeordnet, die aufgebracht worden ist. Bei dem Prozess des Anordnens des Halbleiterelementes 91 (der Montageprozess) wird das Halbleiterelement 91 so orientiert, dass die Elementrückfläche 91b hin zu der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 weist. Wenn die Elementrückfläche 91b zu der Montagefläche 92a weist, wird das Halbleiterelement 91 dann auf die Metallpaste 930 zum Sintern platziert. Das Halbleiterelement 91 wird platziert, um zu gewährleisten, dass das gesamte Halbleiterelement 91 bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 mit der Metallpaste 930 überlappt, die aufgebracht worden ist. Als ein Ergebnis hiervon wird das Halbleiterelement 91 auf der Metallpaste 930 angeordnet, die auf den aufgerauten Bereich 95 aufgebracht worden ist.
Anschließend wird die Metallpaste 930 durch eine Wärmebehandlung gesintert, um eine gesinterte Metallschicht 93 zu bilden. Dieser Prozess (der Sinterprozess) beinhaltet eine Wärmebehandlung der Metallpaste 930, auf der das Halbleiterelement 91 platziert ist, und zwar unter vorbestimmten Sinterbedingungen, einschließlich einer Druckeinstellung, einer Erwärmungsdauer, einer Erwärmungstemperatur, einer Umgebung („ambient environment“) (Atmosphäre), etc. In der vorliegenden Ausführungsform spezifizieren die Sinterbedingungen, dass die Wärmebehandlung bei 200°C für 2 Stunden in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird, ohne Druck auszuüben, die Sinterbedingungen sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Durch die Wärmebehandlung verdampft das Lösungsmittel aus Metallpaste 930 und die Silberpartikel der Metallpaste 930 werden zusammengeschmolzen („fused together“), wodurch eine poröse gesinterte Metallschicht 93 gebildet wird.
Durch die oben beschriebenen Prozesse wird die gebondete Struktur A1 gebildet, die den elektrischen Leiter 92, der den aufgerauten Bereich 95 auf der Fläche (der Montagefläche 92a) hat, die gesinterte Metallschicht 93, die auf dem aufgerauten Bereich 95 gebildet ist, und das Halbleiterelement 91 beinhaltet, das auf dem elektrischen Leiter 92 über die gesinterte Metallschicht 93 montiert ist. Es ist jedoch anzumerken, dass die oben beschriebenen Bildungs- bzw. Herstellungsprozesse lediglich Beispiele darstellen und keine Beschränkungen.
Nachstehend werden vorteilhafte Wirkungen der gebondeten Struktur A1 und des Verfahrens zum Bilden derselben gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Bei der gebondeten Struktur A1 weist der elektrische Leiter 92 den aufgerauten Bereich 95 auf, der auf der Montagefläche 92a durch den Aufrauungsprozess gebildet ist. Die gesinterte Metallschicht 93 ist auf dem aufgerauten Bereich 95 gebildet und steht folglich mit diesem in Kontakt. Diese Konfiguration trägt zu dem Verankerungseffekt bei, durch den die Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 erhöht wird. Demzufolge ist die Widerstandsfähigkeit („resistance“) gegenüber einer thermischen Spannung verbessert, was das Risiko eines Bruchs oder eines Abschälens der gesinterten Metallschicht 93 reduziert. Das heißt, die gebondete Struktur A1 dient dazu, die thermische Verlässlichkeit („thermal reliability“) zu verbessern.
Bei der gebondeten Struktur A1 ist der aufgeraute Bereich 95 mit den Ausnehmungen 950 gebildet, die ausgehend von der Montagefläche 92a in der ersten Achsenrichtung z0 ausgenommen bzw. zurück versetzt sind. Genauer gesagt beinhalten die Ausnehmungen 950 der gebondeten Struktur A1 die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952, die einander kreuzen bzw. schneiden. Aufgrund der Ausnehmungen 950 ist der aufgeraute Bereich 95 rauer als der nicht aufgeraute bzw. unaufgeraute Bereich der Montagefläche 92a.
In der gebondeten Struktur A1 beinhalten die Ausnehmungen 950 des aufgerauten Bereiches 95 die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952. Der vorliegende Erfinder hat einen Wärmezyklustest an der gebondeten Struktur A1 durchgeführt, um die durch Wärme hervorgerufene Wirkung zu evaluieren. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts der gebondeten Struktur A1 nach dem Wärmezyklustest. Zu Vergleichszwecken wurde der gleiche Wärmezyklustest an einer Probe durchgeführt, die ohne einen aufgerauten Bereich 95 gebildet wurde. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts der Vergleichsprobe (die den aufgerauten Bereich 95 nicht hat), und zwar nach dem Wärmezyklustest. Für den Wärmezyklustest wurde die minimale Temperatur auf -40°C eingestellt und die maximale Temperatur wurde auf 150°C eingestellt.
Wie es in 9 gezeigt ist, wurde in der Vergleichsprobe, die ohne den aufgerauten Bereich 95 gebildet war, ein Riss bzw. ein Bruch („fracture“) 932 der gesinterten Metallschicht 93 beobachtet. Das heißt, die Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92, auf dem die gesinterte Metallschicht 93 angeordnet war, war nicht aufgeraut. Der Riss 932 trat auf an der Schnittstelle zwischen der Elementseitenfläche 91c und der Kehle 931, an einem Teil der Schnittstelle zwischen der Montagefläche 92a und der gesinterten Metallschicht 93 und an einem Teil der Schnittstelle zwischen der Elementrückfläche 91b des Halbleiterelementes 91 und der gesinterten Metallschicht 93. Zusätzlich hierzu erstreckte sich der Riss 932 über die gesinterte Metallschicht 93 in der ersten Achsenrichtung z0, und zwar ausgehend von dem Eckabschnitt bzw. Kantenabschnitt 91d zwischen der Elementseitenfläche 91c und der Elementrückfläche 91b hin zu einem Punkt auf der Montagefläche 92a unter dem Halbleiterelement 91. Der Riss 932 erstreckte sich schräg ausgehend von dem Eck- bzw. Kantenabschnitt 91d hin zu der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92, und zwar bspw. unter einem Winkel α relativ zu der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92. Im Gegensatz hierzu wurde in 8, die die gebondete Struktur A1 zeigt, die mit dem aufgerauten Bereich 95 gebildet war, kein Riss wie der Riss 932 beobachtet. Das heißt, die gesinterte Metallschicht 93 war auf dem aufgerauten Bereich 95 gebildet. Obgleich winzige hohlraumartige Brüche („cracks“) 933 zufällig bzw. wahllos auftraten, könne derartige winzige Brüche 933 die Leitfähigkeit und die Wärmedispersion bzw. Wärmeableitung nur bis zu dem Maß reduzieren, das geringer ist als jenes, das durch Abschälen oder Brechen bzw. Aufbrechen der gesinterten Metallschicht 93 hervorgerufen wird. Als solche dient die gebondete Struktur A1 dazu, die thermische Verlässlichkeit zu verbessern.
In der gebondeten Struktur A1 kreuzen die ersten länglichen Gräben 951 die zweiten länglichen Gräben 952. Das heißt, die Ausnehmungen 950 sind über den aufgerauten Bereich 95 kontinuierlich bzw. durchgehend verbunden. Diese Konfiguration gewährleistet, dass die zum Sintern aufgebrachte Metallpaste 930 durch die Ausnehmungen strömt, und zwar durch eine kapillarartige Wirkung. Der aufgeraute Bereich 95 ist daher benetzbarer als der Bereich, der nicht aufgeraut ist. Dies ermöglicht es der Metallpaste 930, die zum Sintern aufgebracht ist, die Ausnehmungen 950 (die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Graben 952) schnell bzw. leicht zu füllen. Bei der gebondeten Struktur A1 betragen die Linienbreiten W₉₅₁ und W₉₅₂ der ersten länglichen Gräben 951 und der zweiten länglichen Gräben 952 etwa 4 bis 20 µm. Der vorliegende Erfinder hat die Kapillarwirkung der Metallpaste 930 geprüft und bestätigt, dass der Anstieg der Flüssigkeitsfläche (Kapillarphänomen) in einer Glasröhre signifikanter war, wenn der Radius der Glasröhre etwa 10 µm oder weniger betrug. Es ist anzumerken, dass das Kapillarphänomen von Wasser sich als signifikanter bestätigt hat in einer Glasröhre mit einem Radius von etwa 30 µm oder weniger. Dies demonstriert, dass der Pastenaufbringungsprozess wirksam ist, um die Ausnehmungen 950 mit der Metallpaste 930 zum Sintern zu füllen.
Bei der gebondeten Struktur A1 beträgt die Abmessung des elektrischen Leiters 92 in der ersten Achsenrichtung z0 etwa 0,4 bis 3 mm. Der vorliegende Erfinder hat durch seine Studie bestätigt, dass das Risiko eines Abschälens oder eines Aufbrechens („rupturing“) der gesinterten Metallschicht 93 mit einer Zunahme der Abmessung in der ersten Achsenrichtung z0 (d.h. der Dicke) des elektrischen Leiters 92 zunimmt. Eine Wärmeableitung („heat dissipation“) durch den elektrischen Leiter 92 kann jedoch verringert sein, wenn der elektrische Leiter 92 zu dünn ist. Im Hinblick auf das oben Gesagte ist der elektrische Leiter 92, der in der ersten Achsenrichtung z0 etwa 0,4 bis 3 mm misst, zum Reduzieren des Risikos eines Abschälens oder Aufbrechens der gesinterten Metallschicht 93 geeignet, ohne eine Wärmedispersion bzw. -ableitung („heat dispersion“) durch den elektrischen Leiter 92 zu verringern. Als solche ist die gebondete Struktur A1 dazu konfiguriert, die thermische Verlässlichkeit weiter zu verbessern.
Bei der gebondeten Struktur A1 beträgt die Abmessung der gesinterten Metallschicht 93 in der ersten Achsenrichtung z0 etwa 30 bis 120 µm. Der vorliegende Erfinder hat durch seine Studie bestätigt, dass das Risiko eines Abschälens oder eines Aufbrechens der gesinterten Metallschicht 93 mit einer Abnahme der Abmessung in der ersten Achsenrichtung z0 (d.h. der Dicke) der gesinterten Metallschicht 93 zunimmt. Wenn die gesinterte Metallschicht 93 jedoch zu dick ist, können die Materialkosten für die gesinterte Metallschicht 93 zunehmen und die Leitfähigkeit der gesinterten Metallschicht 93 kann abnehmen. Im Hinblick auf das oben Gesagte ist die gesinterte Metallschicht 93, die in der ersten Achsenrichtung z0 etwa 30 bis 120 µm misst, geeignet zum Reduzieren des Risikos des Abschälens oder Aufbrechens der gesinterten Metallschicht 93 ohne die Materialkosten zu erhöhen und die Leitfähigkeit zu verringern. Das heißt, die gebondete Struktur A1 ist dazu konfiguriert, thermisch verlässlicher und industriell bzw. von der Herstellbakeit her günstiger zu sein.
Gemäß dem Verfahren zum Bilden der gebondeten Struktur A1 wird der aufgeraute Bereich 95 gebildet durch Scannen eines Laser-Strahls in dem Aufrauungsprozess. Der Laser-Strahl wird entlang der linearen Scan-Pfade SO1 und der linearen Scan-Pfade SO2 gescannt. Als ein Ergebnis werden die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952 in dem aufgerauten Bereich 95 gebildet. Zusätzlich hierzu werden als ein Ergebnis der Bestrahlung mit einem Laser-Strahl feine Unebenheiten auf den Flächen der ersten länglichen Gräben 951 und der zweiten länglichen Gräben 952 gebildet. Das heißt, der Aufrauungsprozess des Bildens des aufgerauten Bereiches 95 durch Laser-Bestrahlung wirkt dahingehend, die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952 zu bilden, raut jedoch auch die Flächen der ersten länglichen Gräben 951 und der zweiten länglichen Gräben 952 auf. Somit wird die Verankerungswirkung erreicht durch die Unebenheiten, die durch die Ausnehmung 950 (die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952) bereitgestellt werden, und auch durch die feinen Unebenheiten, die auf den Flächen der ersten länglichen Gräben 951 und der zweiten länglichen Gräben 952 gebildet werden. Das heißt, die gebondete Struktur A1 ist dazu konfiguriert, die Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 weiter zu verbessern.
Bei der ersten Ausführungsform ist der aufgeraute Bereich 95 durch Laser-Bestrahlung gebildet. In einer anderen Ausführungsform kann der aufgeraute Bereich 95 jedoch durch Strahlen („blasting“) gebildet sein. Der vorliegende Erfinder hat durch seine Studie herausgefunden, dass der aufgeraute Bereich 95, der durch Strahlen gebildet ist, wirksamer ist, um die Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 zu erhöhen, als der aufgeraute Bereich 95, der durch Laser-Bestrahlung gebildet ist. Mit anderen Worten dient das Bilden des aufgerauten Bereiches 95 durch Strahlen dazu, die Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 zu erhöhen und somit die thermische Verlässlichkeit zu verbessern. Die Studie durch den vorliegenden Erfinder hat jedoch auch gezeigt, dass zwischen der Bond-Festigkeit an der gebondeten Schnittstelle zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 und der Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem Halbleiterelement 91 ein Ungleichgewicht vorliegt, und dass das Ungleichgewicht größer ist, wenn der aufgeraute Bereich 95 durch Strahlen gebildet wird als für den Fall, wenn der aufgeraute Bereich 95 durch Laser-Bestrahlung gebildet ist. Um die Wirkung zu untersuchen, die durch das Ungleichgewicht hervorgerufen wird, wurde ein Wärmezyklustest an einer Probe durchgeführt, die den aufgerauten Bereich 95 hatte, der durch Strahlen („blasting“) gebildet war. Als ein Ergebnis des Wärmezyklustests wurde ein Abschälen der gesinterten Metallschicht 93 an einem Teil beobachtet, der außerhalb des Halbleiterelementes 91 lag, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0. Dennoch wurde kein beträchtliches Aufbrechen oder Abschälen wie der Riss 932, der in 9 gezeigt ist, bei an einem Teil der gesinterten Metallschicht 93 nahe dem Halbleiterelement 91 beobachtet. Dieses Resultat zeigt, dass das Bilden des aufgerauten Bereiches 95 durch Strahlen wirksamer ist als das Bilden keines aufgerauten Bereiches, um ein Verringern der elektrischen Leitung bzw. Leitfähigkeit zwischen dem Halbleiterelement 91 und dem elektrischen Leiter 92 durch die gesinterte Metallschicht 93 hindurch zu verhindern. Wie es in 8 gezeigt ist, zeigte die gebondete Struktur A1, die den aufgerauten Bereich 95 beinhaltet, der durch Laser-Bestrahlung gebildet ist, jedoch kein wesentliches Aufbrechen oder Abschälen der gesinterten Metallschicht 93, obgleich einige feine Brüche 933 beobachtet wurden. Dies liegt daran, da die gesinterte Metallschicht 93 mit einer ausgeglicheneren Bond-Festigkeit ausgestattet ist, wenn der aufgeraute Bereich 95 durch Laser-Bestrahlung gebildet ist, als für den Fall, wenn er durch Strahlen gebildet ist, so dass jegliche thermische Spannung, die auf die gesinterte Metallschicht 93 aufgebracht wird, über die gesinterte Metallschicht 93 verteilt werden kann. Das heißt, die gebondete Struktur A1 ist thermisch verlässlicher als die Bond-Struktur, die den aufgerauten Bereich 95 hat, der durch Strahlen gebildet ist. Es ist anzumerken, dass die feinen Brüche 933, die in 8 gezeigt sind, als ein Ergebnis davon auftreten können, dass eine thermische Spannung über die gesinterte Metallschicht 93 verteilt worden ist.
Bei der ersten Ausführungsform erstrecken sich die ersten länglichen Gräben 951 in der orthogonalen Richtung m1, und die zweiten länglichen Gräben 952 erstrecken sich in der orthogonalen Richtung m2. Dies ist jedoch ein nicht einschränkendes Beispiel. In einem anderen Beispiel können sich die ersten länglichen Gräben 951 in der zweiten Achsenrichtung x0 erstrecken und die zweiten länglichen Gräben 952 können sich in der dritten Achsenrichtung y0 erstrecken. Dieses Beispiel ist immer noch wirksam, um die Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 zu steigern und somit die thermische Verlässlichkeit zu verbessern.
Die erste Ausführungsform wird beschrieben mittels eines Beispiels, bei dem sich die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952 in geraden Linien erstrecken. In einem anderen Beispiel können sich die ersten länglichen Gräben 951 und die zweiten länglichen Gräben 952 jedoch in welligen oder in Zickzack-Linien erstrecken. In der vorliegenden Offenbarung sind Zickzack-Linien nicht auf solche beschränkt, die eine Reihe von Wendepunkten unter rechten Winkeln haben, sondern beinhalten auch Linien mit Wendepunkten unter spitzen oder stumpfen Winkeln. Dieses Beispiel ist nach wie vor wirksam, um die Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 zu erhöhen bzw. zu steigern und folglich die thermische Verlässlichkeit zu verbessern.
Als Nächstes werden gebondete Strukturen gemäß weiteren Ausführungsformen beschreiben. Bei der nachstehenden Beschreibung sind Elemente, bei denen es sich um gleiche oder ähnliche Elemente handelt wie jene der ersten Ausführungsformen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung des solchen Elementes wird nicht wiederholt.
Die 10 bis 12 zeigen eine gebondete Struktur gemäß einer zweiten Ausführungsform. Eine gebondete Struktur A2 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich hinsichtlich der Konfiguration des aufgerauten Bereiches 95 von der gebondeten Struktur A1. 10 ist eine Draufsicht auf die gebondete Struktur A2, wobei das Halbleiterelement 91 und die gesinterte Metallschicht 93 in Phantom-Linien gezeigt sind (mittels einer Zwei-Punkt-Strichlinie). 11 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich XI der 10 zeigt. 12 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XII-XII der 11.
Wie es in 10 gezeigt ist, beinhaltet der aufgeraute Bereich 95 dieser Ausführungsform Ausnehmungen 950, die bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 in einem Punktmuster gebildet sind. Das heißt, die Ausnehmungen 950 dieser Ausführungsform beinhalten eine Vielzahl von Grübchen („dimples“) 953.
Jedes Grübchen 953 kann bspw. konisch sein. Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 ist jedes Grübchen 953 im Wesentlichen kreisförmig, kann jedoch stattdessen im Wesentlichen elliptisch sein. Die Grübchen 953 haben bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 einen Durchmesser W₉₅₃ (siehe 11) von bspw. etwa 20 µm. Jedes Grübchen 953 hat einen umso größeren Querschnitt entlang einer Ebene senkrecht zu der ersten Achsenrichtung z0, je mehr eine Annäherung an die Montagefläche 92a in der ersten Achsenrichtung z0 stattfindet. Jedes Grübchen 953 weist eine Tiefe D₉₅₃ (siehe 12) von bspw. etwa 4 bis 10 µm auf. Von der Vielzahl von Grübchen 953 sind jeweils zwei am nächsten zueinander liegende Grübchen 953 (jeweils zwei Grübchen 953, die in der orthogonalen Richtung m1 oder in der orthogonalen Richtung m2 unmittelbar benachbart zueinander sind) voneinander mit einer Distanz P_953x (siehe 11) von etwa 20 µm in der zweiten Achsenrichtung x0 beabstandet, und mit einer Distanz P_953y (siehe 11) von etwa 20 µm in der dritten Achsenrichtung y0. Es ist anzumerken, dass die spezifischen Abmessungen der Grübchen 953 nicht auf die oben genannten Werte beschränkt sind.
Die Grübchen 953 können durch den Aufrauungsprozess gebildet werden, und zwar durch Scannen eines Laser-Strahls in einem Punkt-Bestrahlungsmuster. Genauer gesagt wird ein Laser-Strahl für eine bestimmte Dauer ohne sich zu bewegen emittiert, so dass ein gewisser Punkt mit dem Laser-Strahl bestrahlt wird, wie bei der ersten Ausführungsform. Im Ergebnis wird das Material an dem bestrahlten Punkt des elektrischen Leiters 92 sublimieren oder aufschmelzen. Zu diesem Zeitpunkt bzw. hierbei ist bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 die Tiefe des Aufschmelzens bei der Mitte des Laser-Strahls tiefer.
Nachstehend werden vorteilhafte Wirkungen der gebondeten Struktur A2 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben.
In der gebondeten Struktur A2 beinhaltet der elektrische Leiter 92 den aufgerauten Bereich 95, der auf der Montagefläche 92a durch den Aufrauungsprozess gebildet ist. Die gesinterte Metallschicht 93 ist auf dem aufgerauten Bereich 95 gebildet. Das heißt, die gesinterte Metallschicht 93 ist auf der rauen Fläche des elektrischen Leiters 92 gebildet. Diese Konfiguration trägt zu dem Verankerungseffekt des Erhöhens der Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 bei. Das heißt, die gebondete Struktur A2 dient dazu, die thermische Verlässlichkeit auf eine Art und Weise ähnlich zu der gebondeten Struktur A1 der ersten Ausführungsform zu verbessern.
Der aufgeraute Bereich 95 der gebondeten Struktur A2 wird mit den Ausnehmungen 950 gebildet, die gegenüber der Montagefläche 92a in der ersten Achsenrichtung z0 ausgenommen bzw. zurück versetzt sind. Genauer gesagt beinhalten die Ausnehmungen 950 der gebondeten Struktur A2 die Grübchen 953. Aufgrund dieser Ausnehmungen 950 ist der aufgeraute Bereich 95 rauer als der nicht aufgeraute Bereich der Montagefläche 92a.
Die 13 bis 15 zeigen eine gebondete Struktur gemäß einer dritten Ausführungsform. Eine gebondete Struktur A3 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich hinsichtlich der Konfiguration des aufgerauten Bereichs 95 von den gebondeten Strukturen A1 und A2. 13 ist eine Draufsicht auf die gebondete Struktur A3 und zeigt das Halbleiterelement 91 und die gesinterte Metallschicht 93 in Phantom-Linien (mit einer Zwei-Punkt-Strichlinie). 14 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich XIV der 13 zeigt. 15 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XV-XV der 14.
Wie es in 13 gezeigt ist, beinhaltet der aufgeraute Bereich 95 dieser Ausführungsform Ausnehmungen 950, die bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 in einem Linienmuster gebildet sind. Das heißt, die Ausnehmungen 950 dieser Ausführungsform beinhalten eine Vielzahl von länglichen Gräben 954. Die länglichen Gräben 954 sind gebildet durch Scannen eines Laser-Strahls in einem Linienmuster, und zwar in dem Aufrauungsprozess.
Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 erstrecken sich die länglichen Gräben 954 in der Richtung y0. Die länglichen Gräben 954 definieren im Wesentlichen gerade Linien, die in der Richtung x0 gleichmäßig beabstandet sind. Jeder längliche Graben 954 weist eine Linienbreite W₉₅₄ (siehe 14) von bspw. etwa 4 bis 20 µm auf. Die Distanz P₉₅₄ (siehe 14) zwischen jeweils zwei benachbarten länglichen Gräben 954 beträgt bspw. etwa 4 bis 40 µm. Es ist anzumerken, dass die Linienbreite W₉₅₄ gleich der Distanz P₉₅₄ sein kann oder ungleich dieser sein kann. Zusätzlich hierzu beträgt die Tiefe D₉₅₄ von jedem länglichen Graben 954 bspw. etwa 4 bis 10 µm. Die spezifischen Abmessungen der länglichen Gräben 954 sind nicht auf die oben genannten Werte beschränkt.
Nachstehend werden vorteilhafte Wirkungen der gebondeten Struktur A3 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.
Die gebondete Struktur A3 beinhaltet den aufgerauten Bereich 95, der auf der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 durch den Aufrauungsprozess gebildet ist. Die gesinterte Metallschicht 93 ist auf dem aufgerauten Bereich 95 gebildet. Das heißt, die gesinterte Metallschicht 93 ist auf der rauen Fläche des elektrischen Leiters 92 gebildet. Diese Konfiguration trägt zu dem Verankerungseffekt des Verbesserns bzw. Erhöhens der Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 bei. Demzufolge dient die gebondete Struktur A3 dazu, die thermische Verlässlichkeit auf eine Art und Weise ähnlich zu der gebondeten Struktur A1 der ersten Ausführungsform zu verbessern.
Der aufgeraute Bereich 95 der gebondeten Struktur A3 ist mit den Ausnehmungen 950 gebildet, die gegenüber der Montagefläche 92a in der ersten Achsenrichtung z0 ausgenommen sind. Genauer gesagt beinhalten die Ausnehmungen 950 der gebondeten Struktur A3 die länglichen Gräben 954, die im Wesentlichen parallel zueinander sind. Aufgrund dieser Ausnehmungen 950 ist der aufgeraute Bereich 95 rauer als der nicht aufgeraute Bereich der Montagefläche 92a.
Die 16 bis 18 zeigen eine gebondete Struktur gemäß einer vierten Ausführungsform. Eine gebondete Struktur A4 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von den gebondeten Strukturen A1 bis A3 hinsichtlich der Konfiguration des aufgerauten Bereiches 95. 16 ist eine Draufsicht auf die gebondete Struktur A4 und zeigt das Halbleiterelement 91 und die gesinterte Metallschicht 93 in Phantom-Linien (mit einer Zwei-Punkt-Strichlinie). 17 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich XVII der 16 zeigt. 18 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XVIII-XVIII der 17.
Wie es in 16 gezeigt ist, beinhaltet der aufgeraute Bereich 95 dieser Ausführungsform Ausnehmungen 950, die bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 in einem Muster von konzentrischen Kreisen gebildet sind. Das heißt, die Ausnehmungen 950 dieser Ausführungsform beinhalten eine Vielzahl von ring-förmigen Vertiefungen 955. Die ring-förmigen Vertiefungen 955 sind gebildet durch Scannen eines Laser-Strahls in einem konzentrischen Kreismuster, und zwar in dem Aufrauungsprozess.
Die ring-förmigen Vertiefungen 955 sind bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 kreisförmig und haben bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 im Wesentlichen den gleichen Mittelpunkt. Die ring-förmigen Vertiefungen 955 definieren konzentrische Kreise. Die innerste ring-förmige Vertiefung 955 hat in der Draufsicht einen Durchmesser von etwa 1 µm, und die äußerste ring-förmige Vertiefung 955 enthält bzw. umgrenzt bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 die gesamte gesinterte Metallschicht 93. Jede ring-förmige Vertiefung 955 weist eine Linienbreite W₉₅₅ (siehe 17) von bzw. etwa 4 bis 20 µm auf. Die Distanz P₉₅₅ (siehe 17) zwischen jeweils zwei benachbarten ring-förmigen Vertiefungen 955 beträgt bspw. etwa 4 bis 40 µm. Die Linienbreite W₉₅₅ und die Distanz P₉₅₅ können gleich sein oder können ungleich sein. Jede ring-förmige Vertiefung 955 weist eine Tiefe D₉₅₅ (siehe 18) von bspw. etwa 4 bis 10 µm auf. Die spezifischen Abmessungen der ring-förmigen Vertiefungen 955 sind nicht auf die oben genannten Werte beschränkt.
Nachstehend werden vorteilhafte Wirkungen der gebondeten Struktur A4 gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben.
Die gebondete Struktur A4 beinhaltet den aufgerauten Bereich 95, der auf der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 gebildet ist, und zwar durch den Aufrauungsprozess. Die gesinterte Metallschicht 93 ist auf dem aufgerauten Bereich 95 gebildet. Das heißt, die gesinterte Metallschicht 93 ist auf der rauen Fläche des elektrischen Leiters 92 gebildet. Diese Konfiguration trägt zu der Verankerungswirkung des Erhöhens der Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 bei. Demzufolge dient die gebondete Struktur A4 dazu, die thermische Verlässlichkeit auf eine Art und Weise ähnlich zu der gebondeten Struktur A1 der ersten Ausführungsform zu verbessern.
Der aufgeraute Bereich 95 der gebondeten Struktur A4 ist mit den Ausnehmungen 950 gebildet, die gegenüber der Montagefläche 92a in der ersten Achsenrichtung z0 ausgenommen sind. Genauer gesagt beinhalten die Ausnehmungen 950 der gebondeten Struktur A4 die konzentrischen ring-förmigen Vertiefungen bzw. Nuten 955. Aufgrund dieser Ausnehmungen 950 ist der aufgeraute Bereich 95 rauer als der nicht aufgeraute Bereich der Montagefläche 92a.
Die 19 bis 21 zeigen eine gebondete Struktur gemäß einer fünften Ausführungsform. Eine gebondete Struktur A5 gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von den gebondeten Strukturen A1 bis A4 hinsichtlich der Konfiguration des aufgerauten Bereiches 95. 19 ist eine Draufsicht auf die gebondete Struktur A5 und zeigt das Halbleiterelement 91 und die gesinterte Metallschicht 93 in Phantom-Linien (mit einer Zwei-Punkt-Strichlinie). 20 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich XX der 19 zeigt. 21 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXI-XXI der 20.
Wie es in 19 gezeigt ist, beinhaltet der aufgeraute Bereich 95 dieser Ausführungsform Ausnehmungen 950, die bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 in einem Radialmuster gebildet sind. Das heißt, die Ausnehmungen 950 dieser Ausführungsform beinhalten eine Vielzahl von länglichen Gräben 956. Die länglichen Gräben 956 sind durch Scannen eines Laser-Strahls in einem Radialmuster gebildet, und zwar in dem Aufrauungsprozess.
Bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0 erstrecken sich die länglichen Gräben 956 in radialer Richtung ausgehend von einer Referenzposition 956a als die Mitte.. In einem Beispiel fällt die Referenzposition 956a mit der Mitte des Halbleiterelementes 91 zusammen, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Achsenrichtung z0. Der Winkel 8 (siehe 19) zwischen jeweils zwei radial benachbarten länglichen Gräben 956 beträgt bspw. etwa 5°. Jeder längliche Graben 956 hat eine Linienbreite W₉₅₆ (siehe 20) von bspw. etwa 4 bis 20 µm. Jeder längliche Graben 956 hat eine Tiefe D₉₅₆ von bspw. etwa 4 bis 10 µm. Die spezifischen Abmessungen der länglichen Gräben 956 sind nicht auf die oben genannten Werte beschränkt.
Nachstehend werden vorteilhafte Wirkungen der gebondeten Struktur A5 gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben.
Die gebondete Struktur A5 beinhaltet den aufgerauten Bereich 95, der auf der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 gebildet ist, und zwar durch den Aufrauungsprozess. Die gesinterte Metallschicht 93 ist auf dem aufgerauten Bereich 95 gebildet. Das heißt, die gesinterte Metallschicht 93 ist auf der aufgerauten Fläche des elektrischen Leiters 92 gebildet. Diese Konfiguration trägt zu der Verankerungswirkung des Erhöhens der Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 bei. Demzufolge dient die gebondete Struktur A5 dazu, die thermische Verlässlichkeit auf eine Art und Weise ähnlich zu der gebondeten Struktur A1 der ersten Ausführungsform zu verbessern.
Der aufgeraute Bereich 95 der gebondeten Struktur A5 ist mit den Ausnehmungen 950 gebildet, die gegenüber der Montagefläche 92a in der ersten Achsenrichtung z0 ausgenommen sind. Genauer gesagt beinhalten die Ausnehmungen 950 der gebondeten Struktur A5 die länglichen Gräben 956, die sich radial erstrecken. Aufgrund dieser Ausnehmungen 950 ist der aufgeraute Bereich 95 rauer als der nicht aufgeraute Bereich der Montagefläche 92a.
Es ist anzumerken, dass die länglichen Gräben 956 der fünften Ausführungsform sämtlich bei der Referenzposition 956a starten und somit an der Referenzposition 956a verbunden sind, wobei es sich hierbei jedoch um ein nicht einschränkendes Beispiel handelt. In einem weiteren Beispiel kann die Referenzposition 956a von einem Laser-Strahl unverarbeitet belassen werden, so dass eine Region um die Referenzposition 956a herum als eine nicht bearbeitete (nicht aufgeraute) Region verbleibt.
Die erste bis fünfte Ausführungsform sind auf Beispiele gerichtet, bei denen sich die gesinterte Metallschicht 93 in direktem Kontakt mit dem aufgerauten Bereich 95 befindet, wobei es sich hierbei jedoch nicht um eine Beschränkung handelt. Beispielsweise wird der aufgeraute Bereich 95 vor dem Bilden mit einer Silber-Plattierung beschichtet, und die gesinterte Metallschicht 93 wird dann auf der Silber-Plattierung gebildet. Auch kann der elektrische Leiter 92 mit einer Silber-Plattierung beschichtet sein, bevor der aufgeraute Bereich 95 gebildet wird. Die Silber-Plattierung kann eine Dicke von bspw. etwa 3 µm haben. Bei dieser Variation ist die Dicke (die Abmessung in der ersten Achsenrichtung z0) des elektrischen Leiters 92, der oben erwähnt ist, die fertiggestellte bzw. Endabmessung eines Teils in Kontakt mit der gesinterten Metallschicht 93 und beinhaltet folglich die Plattierungsdicke. In dem Beispiel, bei dem die Silber-Plattierung den gesamten elektrischen Leiter 92 beschichtet bzw. bedeckt, und nicht nur den aufgerauten Bereich 95, beziehen sich die Abmessungen des elektrischen Leiters 92 in der ersten Achsenrichtung z0, der zweiten Achsenrichtung x0 und der dritten Achsenrichtung y0 sämtlich auf die fertiggestellten bzw. Endabmessungen und beinhalten folglich die Dicke der Silber-Plattierung.
Bei der ersten bis fünften Ausführungsform ist das Halbleiterelement 91 der Umgebungsluft ausgesetzt, wobei es sich hierbei jedoch um ein nicht einschränkendes Beispiel handelt. Beispielsweise kann das Halbleiterelement 91 mit einem Harzelement 94 bedeckt sein, das aus einem Epoxidharz hergestellt ist, wie es in 22 gezeigt ist. In einem derartigen Beispiel ist das Harzelement 94 auf der Montagefläche 92a des elektrischen Leiters 92 gebildet und bedeckt das Halbleiterelement 91 und die gesinterte Metallschicht 93. Dieses verkapselnde Harzelement 94 beschränkt die thermische Ausdehnung des Halbleiterelementes 91 und des elektrischen Leiters 92. Als ein Ergebnis hiervon nimmt die gesinterte Metallschicht 93 eine größere thermische Spannung auf, was das Risiko eines Aufbrechens oder Abschälens der gesinterten Metallschicht 93 erhöht. Im Hinblick auf dieses Risiko kann die thermische Verlässlichkeit effizient durch Bilden des aufgerauten Bereiches 95 und durch Anordnen der gesinterten Metallschicht 93 auf dem aufgerauten Bereich 95 verbessert werden, um die Bond-Festigkeit zwischen der gesinterten Metallschicht 93 und dem elektrischen Leiter 92 zu erhöhen.
Als Nächstes wird ein Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 23 bis 34 beschrieben. Ein Halbleiterbauteil B1 der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Isoliersubstrat 10, eine Vielzahl von leitfähigen Elementen 11, eine Vielzahl von Schaltelementen 20, eine Vielzahl von leitfähigen Bond-Schichten 29, zwei Eingangs-Terminals 31 und 32, ein Ausgangs-Terminal 33, ein Paar von Gate-Terminals 34A und 34B, ein Paar von Erfassungs-Terminals 35A und 35B, eine Vielzahl von Dummy-Terminals 36, ein Paar von Seiten-Terminals 37A und 37B, ein Paar von Isolierschichten 41A und 41B, ein Paar von Gate-Schichten 42A und 42B, ein Paar von Erfassungs-Schichten 43A und 43B, eine Vielzahl von Basisabschnitten 44, eine Vielzahl von sehnenartigen („cordlike“) Verbindungselementen 51, eine Vielzahl von plattenartigen Verbindungselementen 52 und ein Abdichtungsharz 60. Die Vielzahl von Schaltelementen 20 beinhalten eine Vielzahl von Schaltelementen 20A und eine Vielzahl von Schaltelementen 20B. Die leitfähigen Elemente 11 des Halbleiterbauteils B1 beinhalten die aufgerauten Bereiche 95, die oben beschrieben sind, und beinhalten folglich die oben beschrieben gebondete Strukturen A1.
23 ist eine perspektivische Ansicht des Halbleiterbauteils B1. 24 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich 23, wobei jedoch das Abdichtungsharz 60 weggelassen ist. 25 ist eine Draufsicht des Halbleiterbauteils B1. 26 ist eine Draufsicht ähnlich 25, zeigt das Abdichtungsharz 60 jedoch in Phantom-Linien (in einer Zwei-Punkt-Strichlinie). 27 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil von 26 zeigt. 28 ist eine Vorderansicht des Halbleiterbauteils B1. 29 ist eine Bodenansicht des Halbleiterbauteils B1. 30 ist eine Seitenansicht (linksseitige Ansicht) des Halbleiterbauteils B1. 31 ist eine Seitenansicht (rechtsseitige Ansicht) des Halbleiterbauteils B1. 32 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXXII-XXXII von 26. 33 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXXIII-XXXIII von 26. 34 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen wesentlichen Teil von 33 zeigt, wobei die Schnittstruktur eines Schaltelementes 20 gezeigt ist.
Aus Gründen der Zweckmäßigkeit definieren die 23 bis 34 drei Richtungen, die senkrecht zueinander sind, und zwar als eine Breitenrichtung x, eine Tiefenrichtung y und eine Dickenrichtung z. Die Dickenrichtung z entspricht der ersten Achsenrichtung z0 der gebondeten Struktur A1. Die Breitenrichtung x entspricht der horizontalen Richtung, und zwar bei einer Betrachtung der Draufsicht des Halbleiterbauteils B1 (siehe 25 und 26). Die Breitenrichtung x entspricht der zweiten Achsenrichtung x0 der gebondeten Struktur A1. Die Tiefenrichtung y entspricht der vertikalen Richtung bei einer Betrachtung der Draufsicht des Halbleiterbauteils B1 (siehe 25 und 26). Die Tiefenrichtung y entspricht der dritten Achsenrichtung y0 der gebondeten Struktur A1. Wo dies notwendig ist, wird eine Seite in der Breitenrichtung x genauer als eine Breitenrichtung x1 bezeichnet, und die andere Seite als eine Breitenrichtung x2. Ähnlich wird eine Seite in Tiefenrichtung y genauer als eine Tiefenrichtung y1 bezeichnet, und die andere Seite als eine Tiefenrichtung y2. Ferner wird eine Seite in der Dickenrichtung z genauer als eine Dickenrichtung z1 bezeichnet, und die andere Seite als eine Dickenrichtung z2.
Wie es in den 24, 26, 32 und 33 gezeigt ist, sind die leitfähigen Elemente 11 auf dem Isoliersubstrat 10 angeordnet. Das Isoliersubstrat 10 dient als Basis, die die leitfähigen Elemente 11 und die Schaltelemente 20 trägt bzw. lagert. Das Isoliersubstrat 10 ist elektrisch isolierend. Das Isoliersubstrat 10 kann bspw. aus einem Keramikmaterial hergestellt sein, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Ein Beispiel eines derartigen Keramikmaterials ist AlN (Aluminiumnitrid) . Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Isoliersubstrat 10 bei einer Betrachtung in der Dickenrichtung z (nachstehend auch „Draufsicht“) rechteckförmig. Wie es in den 32 und 33 gezeigt ist, hat das Isoliersubstrat 10 eine Vorderfläche 101 und eine Rückfläche 102.
Die Vorderfläche 101 und die Rückfläche 102 sind in der Dickenrichtung z voneinander beabstandet und weisen voneinander weg. Die Vorderfläche 101 weist in die Dickenrichtung z2, bei der es sich um die Seite in der Dickenrichtung z handelt, auf der die leitfähigen Elemente 11 angeordnet sind. Die Vorderfläche 101 ist mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt, und zwar zusammen mit den leitfähigen Elementen 11 und den Schaltelementen 20. Die Rückfläche 102 weist in die Dickenrichtung z1. Wie es in den 29, 32 und 33 gezeigt ist, liegt die Rückfläche 102 gegenüber dem Abdichtungsharz 60 frei. Die Rückfläche 102 kann bspw. mit einer (nicht gezeigten) Wärmesenke verbunden sein. Das Isoliersubstrat 10 ist nicht auf die oben beschriebene Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann eine Vielzahl von separaten Isoliersubstraten 10 für die jeweiligen leitfähigen Elemente 11 vorgesehen sein.
Die leitfähigen Elemente 11 sind Metallplatten. Die Metallplatten sind bspw. aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt. Die leitfähigen Elemente 11 bilden einen leitfähigen Pfad zu den Schaltelementen 20, und zwar über die zwei Eingangs-Terminals 31 und 32 und das Ausgangs-Terminal 33. Die leitfähigen Elemente 11 sind auf der Vorderfläche 101 des Isoliersubstrats 10 voneinander beabstandet. Die leitfähigen Elemente 11 sind an die Vorderfläche 101 über ein Bond-Material wie eine Silber-(Ag)-Paste gebondet. Die Abmessung der leitfähigen Elemente 11 in der Dickenrichtung z kann bspw. etwa 3,0 mm sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die leitfähigen Elemente 11 können mit einer Ag-Plattierung beschichtet sein. In diesem Fall bezieht sich die Abmessung der leitfähigen Elemente 11 in der Dickenrichtung z, die oben genannt wurde, auf die fertiggestellte bzw. Endabmessung, die die Dicke der Silber-Plattierung beinhaltet. Jedes leitfähiges Element 11 entspricht dem elektrischen Leiter 92 der gebondeten Struktur A1.
Die leitfähigen Elemente 11 beinhalten zwei leitfähige Elemente 11A und 11B. Wie es in den 24 und 26 gezeigt ist das leitfähige Element 11A auf der Seite des leitfähigen Elementes 11B in der Breitenrichtung x2 angeordnet. Die Schaltelemente 20A sind auf dem leitfähigen Element 11A montiert. Die Schaltelemente 20B sind auf dem leitfähigen Element 11B montiert. Die leitfähigen Elemente 11A und 11B sind in der Draufsicht rechteckförmig. Jedes der leitfähigen Elemente 11A und 11B kann an der Fläche, die in die Dickenrichtung z2 weist, mit einer Vertiefung gebildet sein. Beispielsweise kann das leitfähige Element 11A eine oder mehrere Vertiefungen haben. In der Draufsicht erstrecken sich die Vertiefungen in der Tiefenrichtung y zwischen der Vielzahl von Schaltelementen 20A und der Isolierschicht 41A (später beschrieben). In ähnlicher weise kann das leitfähige Element 11B eine oder mehrere Vertiefungen haben. In der Draufsicht erstrecken sich die Vertiefungen in der Tiefenrichtung y zwischen der Vielzahl von Schaltelementen 20B und der Isolierschicht 41B (nachstehend beschrieben).
Wie es in den 24, 26 und 27 gezeigt ist, haben die leitfähigen Elemente 11A und 11B auf Teilen ihrer Flächen (die in die Dickenrichtung z2 weisen) die aufgerauten Bereiche 95A und 95B. Die aufgerauten Bereiche 95A und 95B haben die gleiche Konfiguration wie der aufgeraute Bereich 95 in der oben beschriebenen gebondeten Struktur A1. Alternativ hierzu können die aufgerauten Bereiche 95A und 95B jedoch die gleiche Konfiguration wie beliebige der aufgerauten Bereiche 95 in den gebondeten Strukturen A2 bis A5 haben. Die aufgerauten Bereiche 95A sind für die jeweiligen zu montierenden Schaltelemente 20A gebildet. Bei einer Betrachtung in der Dickenrichtung z überlappen die aufgerauten Bereiche 95A mit den jeweiligen Schaltelementen 20A. In ähnlicher Weise sind die aufgerauten Bereiche 95B für die jeweiligen zu montierenden Schaltelemente 20B gebildet. Bei einer Betrachtung in der Dickenrichtung z überlappen die aufgerauten Bereiche 95B mit den jeweiligen Schaltelementen 20B. Es ist jedoch anzumerken, dass die zu bildenden aufgerauten Bereiche 95A und 95B nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt sind. Beispielsweise kann der aufgeraute Bereich auf der gesamten oberen Fläche von jedem der leitfähigen Elemente 11A und 11B gebildet sein, oder es kann ein durchgehender aufgerauter Bereich 95A (oder 95B) zum Montieren von sämtlichen Schaltelementen 20A (oder 20B) daran gebildet sein.
Die Konfiguration der leitfähigen Elemente 11 ist nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt und kann gemäß der für das Halbleiterbauteil B1 erforderlichen Leistungsfähigkeit geeignet modifiziert werden. Beispielsweise können die Form, die Größe, die Anordnung etc. von jedem leitfähigen Element 11 auf der Grundlage der Anzahl, der Anordnung, etc. der Schaltelemente 20 geändert werden.
Jedes Schaltelement 20 entspricht dem Halbleiterelement 91 der oben beschriebenen gebondeten Struktur A1. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schaltelemente 20 Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), die aus einem Halbleitermaterial gebildet sind, bei dem es sich hauptsächlich um Siliciumcarbid (SiC) handelt. Die Schaltelemente 20 sind jedoch nicht auf MOSFETs beschränkt, und können Feldeffekttransistoren einschließlich von Metallisolator-Halbleiter-FETs (MISFETs), Bipolartransistoren wie Bipolartransistoren mit isolierten Gate (IGBTs) und IC-Chips wie LSIs sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind sämtliche der Schaltelemente 20 n-Kanal-MOSFETs. Die Schaltelemente 20 können in der Draufsicht rechteckförmig sein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Jedes Schaltelement 20 hat eine Elementvorderfläche 201 und eine Elementrückfläche 202, wie es in 34 gezeigt ist, die ein Schaltelement 20A zeigt. Die Elementvorderfläche 201 und die Elementrückfläche 202 sind in der Dickenrichtung z voneinander beabstandet und weisen voneinander weg. Die Elementvorderfläche 201 weist in die gleiche Richtung wie die Vorderfläche 101 des Isoliersubstrats 10. Die Elementrückfläche 202 weist hin zu der Vorderfläche 101 des Isoliersubstrats 10.
Wie es in 34 gezeigt ist, weist jedes Schaltelement 20 eine Vorderflächenelektrode 21, eine Rückflächenelektrode 22 und einen Isolierfilm 23 auf.
Die Vorderflächenelektrode 21 ist auf der Elementvorderfläche 201 vorgesehen. Die Vorderflächenelektrode 21 entspricht der Vorderflächenelektrode 911 der oben beschriebenen gebondeten Struktur A1. Wie es in 27 gezeigt ist, beinhaltet die Vorderflächenelektrode 21 eine erste Elektrode 211 und eine zweite Elektrode 212. Die erste Elektrode 211 kann eine Source-Elektrode sein, durch die ein Source-Strom fließt. Zusätzlich hierzu kann die zweite Elektrode 212 eine Gate-Elektrode sein, an die eine Gate-Spannung zum Ansteuern des Schaltelementes 20 angelegt wird. Die erste Elektrode 211 ist größer als die zweite Elektrode 212. Obgleich die erste Elektrode 211, die in 27 gezeigt ist, einen durchgehenden Bereich bzw. eine kontinuierliche Fläche hat, kann sie eine Vielzahl von separaten Bereichen haben.
Die Rückflächenelektrode 22 ist auf der Elementrückfläche 202 vorgesehen. Die Rückflächenelektrode 22 entspricht der Rückflächenelektrode 912 der oben beschriebenen gebondeten Struktur A1. Die Rückflächenelektrode 22 ist auf der gesamten Elementrückfläche 202 gebildet. Die Rückflächenelektrode 22 kann eine Drain-Elektrode sein, durch die ein Drain-Strom fließt.
Der Isolierfilm 23 ist auf der Elementvorderfläche 201 vorgesehen. Der Isolierfilm 23 ist elektrisch isolierend. Der Isolierfilm 23 umgibt in der Draufsicht die Vorderflächenelektrode 21. Beispielsweise ist der Isolierfilm 23 gebildet durch Übereinanderstapeln einer Siliziumdioxid-(SiO₂)-Schicht, einer Siliziumnitrid-(SiN₄)-Schicht und einer Polybenzoxazol-Schicht, und zwar in auf der Elementvorderfläche 201 in der genannten Reihenfolge. Es ist anzumerken, dass der Isolierfilm 23 eine Polyimid-Schicht anstelle der Polybenzoxazol-Schicht enthalten kann.
Wie oben beschrieben, beinhalten die Schaltelemente 20 die Schaltelemente 20A und die Schaltelemente 20B. Wie es in den 24 und 26 gezeigt ist, sind vier Schaltelemente 20A und vier Schaltelemente 20B in dem Halbleiterbauteil B1 enthalten. Die Anzahl der Schaltelemente 20 ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann gemäß der für das Halbleiterbauteil B1 erforderlichen Leistungsfähigkeit geeignet geändert werden. Wenn beispielsweise das Halbleiterbauteil B1 eine Halbbrücken-Schalt-Schaltung („half-bridge switching circuit“) ist, kann das Halbleiterbauteil B1 eine Vielzahl von Schaltelementen 20A aufweisen, die eine obere Zweigschaltung bilden, und kann eine Vielzahl von Schaltelementen 20B aufweisen, die eine untere Zweigschaltung bilden.
Wie es in 26 gezeigt ist, sind die Schaltelemente 20A auf dem leitfähigen Element 11A angeordnet. Die Schaltelemente 20A sind in der Tiefenrichtung y in einer Reihe voneinander beabstandet. Wie es in 34 gezeigt ist, ist jedes Schaltelement 20A über eine leitfähige Bond-Schicht 29 an das leitfähige Element 11A elektrisch gebondet. Die Elementrückfläche 202 des Schaltelementes 20A weist hin zu der oberen Fläche (der Fläche, die in die Dickenrichtung z2 weist) des leitfähigen Elementes 11A. Die Rückflächenelektrode 22 des Schaltelementes 20A ist elektrisch mit dem leitfähigen Element 11A verbunden, und zwar über die leitfähige Bond-Schicht 29.
Wie es in 26 gezeigt ist, sind die Schaltelemente 20B auf dem leitfähigen Element 11B angeordnet. Die Schaltelemente 20B sind in der Tiefenrichtung y in einer Reihe voneinander beabstandet. Jedes Schaltelement 20B ist über eine leitfähige Bond-Schicht 29 an das leitfähige Element 11B elektrisch gebondet. Die Elementrückfläche 202 des Schaltelementes 20B weist hin zu der oberen Fläche (die Fläche, die in die Dickenrichtung z2 weist) des leitfähigen Elementes 11B. Die Rückflächenelektrode 22 des Schaltelementes 20B ist über die leitfähige Bond-Schicht 29 elektrisch mit dem leitfähigen Element 11B verbunden.
Die leitfähigen Bond-Schichten 29 bonden die jeweiligen Schaltelemente 20 elektrisch an die entsprechenden leitfähigen Elemente 11. Die leitfähigen Bond-Schichten 29 haben die gleiche Konfiguration wie die gesinterte Metallschicht 93 der oben beschriebenen gebondeten Struktur A1. Demzufolge sind die leitfähigen Bond-Schichten 29 aus einem gesinterten Metall (z.B. gesintertes Silber) hergestellt. Die leitfähigen Bond-Schichten 29 beinhalten eine Vielzahl von ersten Bond-Schichten 29A und eine Vielzahl von zweiten Bond-Schichten 29B.
Jede erste Bond-Schicht 29A ist zwischen einem Schaltelement 20A und dem leitfähigen Element 11A angeordnet und bondet bzw. verbindet diese elektrisch. Das heißt, das Schaltelement 20A ist über die erste Bond-Schicht 29A an das leitfähige Element 11A gebondet. Die ersten Bond-Schichten 29A sind auf den jeweiligen aufgerauten Bereiche 95A angeordnet, die auf der oberen Fläche (die Fläche, die in die Dickenrichtung z2 weist) des leitfähigen Elementes 11A gebildet sind.
Jede zweite Bond-Schicht 29B ist zwischen einem Schaltelement 20B und dem leitfähigen Element 11B angeordnet und bondet bzw. verbindet diese elektrisch. Das heißt, das Schaltelement 20B ist über die zweite Bond-Schicht 29B an das leitfähige Element 11B gebondet. Die zweiten Bond-Schichten 29B sind auf den jeweiligen der aufgerauten Bereiche 95B angeordnet, die auf der oberen Fläche (die Fläche, die in die Dickenrichtung z2 weist) des leitfähigen Elementes 11B gebildet sind.
Jedes der zwei Eingangs-Terminals 31 und 32 ist eine Metallplatte. Die Metallplatten sind bspw. aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt. Die Abmessung der Eingangs-Terminals 31 und 32 in der Dickenrichtung z kann bspw. etwa 0,8 mm betragen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wie es in den 28 und 32 gezeigt ist, ist jedes der zwei Eingangs-Terminals 31 und 32 bei einer Position angeordnet, die in dem Halbleiterbauteil B1 in der Breitenrichtung x2 versetzt ist. Beispielsweise wird eine Source-Spannung zwischen bzw. an die zwei Eingangs-Terminals 31 und 32 angelegt. Die Source-Spannung kann zwischen den Eingangs-Terminals 31 und 32 direkt aus einer Leistungsquelle (nicht gezeigt) oder über eine Busschiene (nicht gezeigt) angelegt werden, die angeordnet ist, um die Eingangs-Terminals 31 und 32 sandwich-artig zu umschließen, und die folglich mit diesen verbunden ist. Zusätzlich hierzu kann eine Snubber-Schaltung parallel angeschlossen sein. Das Eingangs-Terminal 31 wirkt als eine positive Elektrode (P-Terminal), und das Eingangs-Terminal 32 wirkt als eine negative Elektrode (N-Terminal). In der Dickenrichtung z ist das Eingangs-Terminal 32 von dem Eingangs-Terminal 31 beabstandeet, und auch von dem leitfähigen Element 11A.
Wie es in den 26 und 32 gezeigt ist, hat das Eingangs-Terminal 31 einen Pad-Abschnitt 311 und einen Terminal-Abschnitt 312.
Der Pad-Abschnitt 311 ist ein Teil des Eingangs-Terminals 31, der mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt ist. Das Ende des Pad-Abschnitts 311 in der Breitenrichtung x1 hat eine kammartige Form und beinhaltet eine Vielzahl von Zinken („prongs“) 311a. Die Zinken 311a sind elektrisch an die Fläche des leitfähigen Elementes 11A gebondet. Das Bonden kann durch Laser-Schweißen mittels eines Laser-Strahls, durch Ultraschall-Schweißen, oder durch Verwenden eines leitfähigen Bond-Materials erfolgen. Bei dieser Ausführungsform sind die Zinken 311a an das leitfähige Element 11A durch Laser-Schweißen gebondet und haben Schweißmarkierungen M1 (siehe 35), die in der Draufsicht sichtbar sind.
35 zeigt ein Beispiel einer Schweißmarkierung M1. Die Schweißmarkierung M1 ist nicht auf das in 35 gezeigte Beispiel beschränkt und kann eine beliebige Form oder Merkmale haben, die als ein Ergebnis des Laser-Schweißens gebildet werden. Die Schweißmarkierung M1, die in 35 gezeigt ist, hat einen Umfangsrand 711, eine Vielzahl von Spuren („streaks“) 712 und einen Krater 713.
Der Umfangsrand 711 ist die Grenze der Schweißmarkierung M1. In der Draufsicht definiert der Umfangsrand 711 eine Ringform, die die Mitte auf einem Referenzpunkt P3 hat. Obgleich der in 35 gezeigte Umfangsrand 711 perfekt kreisförmig ist, können zum Zeitpunkt des Laser-Schweißens einige Verzerrungen und Unregelmäßigkeiten hervorgerufen werden.
Wie es in 35 gezeigt ist, hat jede Spur 712 in der Draufsicht die Form eines Bogens. Genauer gesagt erstreckt sich jede Spur 712 in der Draufsicht ausgehend von dem Referenzpunkt P3, bei dem es sich um die Mitte des Umfangsrandes 711 handelt, nach außen hin zu dem Umfangsrand 711, wobei eine Kurve gezogen bzw. gezeichnet wird, die in die gleiche Ringrichtung entlang des Umfangsrands 711 vorsteht. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Umfangsrand 711 in der Draufsicht kreisförmig, so dass die Ringrichtungen sich auf die Umfangsrichtungen des Kreises beziehen. In dem in 35 gezeigten Beispiel steht die Kurve jeder Spur 712 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung des Umfangsrandes 711 vor.
Der Krater 713 ist in der Draufsicht kreisförmig. Der Krater 713 hat in der Draufsicht einen kleinen Radius als der Umfangsrand 711. Die Mitte P4 des Kraters 713 fällt in der Draufsicht auf einen Mittelpunkt eines Liniensegmentes, das die Mitte des Umfangsrandes 711 (entsprechend dem Referenzpunkt P3) mit dem Umfangsrand 711 verbindet. 35 zeigt eine Hilfslinie L1, die dargestellt ist durch Verbinden der Mittelpunkte derartiger Liniensegmente.
Der Terminal-Abschnitt 312 ist ein Teil des Eingangs-Terminals 31, der gegenüber dem Abdichtungsharz 60 freiliegt. Wie es in den 26 und 32 gezeigt ist, erstreckt sich der Terminal-Abschnitt 312 ausgehend von dem Abdichtungsharz 60 in der Draufsicht in der Breitenrichtung x2.
Wie es in den 26 und 33 gezeigt ist, hat das Eingangs-Terminal 32 einen Pad-Abschnitt 321 und einen Terminal-Abschnitt 322.
Der Pad-Abschnitt 321 ist ein Teil des Eingangs-Terminals 32, der mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt ist. Der Pad-Abschnitt 321 beinhaltet einen Verbindungsabschnitt 321a und eine Vielzahl von länglichen Abschnitten 321b. Der Verbindungsabschnitt 321a hat eine Bandform, die sich in der Tiefenrichtung y erstreckt. Der Verbindungsabschnitt 321a ist mit dem Terminal-Abschnitt 322 verbunden. Jeder längliche Abschnitt 321b hat eine Bandform, die sich ausgehend von den Verbindungsabschnitt 321a in der Breitenrichtung x1 erstreckt. Die länglichen Abschnitte 321b sind in der Draufsicht in der Tiefenrichtung y voneinander beabstandet. Jeder längliche Abschnitt 321b steht in Kontakt mit einem entsprechenden der Basisabschnitte 44 an der Fläche, die in die Dickenrichtung z1 weist, und ist über den Basisabschnitt 44 auf dem leitfähigen Element 11A gelagert bzw. abgestützt.
Der Terminal-Abschnitt 322 ist ein Teil des Eingangs-Terminals 32, der gegenüber dem Abdichtungsharz 60 freiliegt. Wie es in den 26 und 32 gezeigt ist, erstreckt sich der Terminal-Abschnitt 322 ausgehend von dem Abdichtungsharz 60 in der Draufsicht in der Breitenrichtung x2. Der Terminal-Abschnitt 322 ist in der Draufsicht rechteckförmig. Wie es in den 26 und 32 gezeigt ist, überlappt der Terminal-Abschnitt 322 mit dem Terminal-Abschnitt 312 des Eingangs-Terminals 31 in der Draufsicht. Der Terminal-Abschnitt 322 ist in der Dickenrichtung z2 von dem Terminal-Abschnitt 312 beabstandet. Der Terminal-Abschnitt 322 kann die gleiche Form haben wie der Terminal-Abschnitt 312.
Das Ausgangs-Terminal 33 ist eine Metallplatte. Die Metallplatte ist bspw. aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt. Wie es in 28 gezeigt ist, ist das Ausgangs-Terminal 33 bei einer Position angeordnet, die in dem Halbleiterbauteil B1 in der Breitenrichtung x1 versetzt ist. Das Ausgangs-Terminal 33 gibt Wechselstrom-Leistung (Spannung) aus, die von den Schaltelementen 20 gewandelt bzw. konvertiert worden ist.
Wie es in den 26 und 32 gezeigt ist, hat das Ausgangs-Terminal 33 einen Pad-Abschnitt 331 und einen Terminal-Abschnitt 332.
Der Pad-Abschnitt 331 ist ein Teil des Ausgangs-Terminals 33, der mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt ist. Das Ende des Pad-Abschnitts 331 in der Breitenrichtung x2 hat eine kammartige Form und beinhaltet eine Vielzahl von Zinken 331a. Die Zinken 331a sind elektrisch an die Fläche des leitfähigen Elementes 11B gebondet. Das Bonden kann durch Laser-Schweißen mittels eines Laser-Strahls, durch Ultraschall-Schweißen, oder unter Verwendung eines leitfähigen Bond-Materials erfolgen. Bei dieser Ausführungsform sind die Zinken 331a an das leitfähige Element 11B durch Laser-Schweißen gebondet und haben Schweißmarkierungen M1 (siehe 35), die in der Draufsicht sichtbar sind.
Der Terminal-Abschnitt 332 ist ein Teil des Ausgangs-Terminals 33, der gegenüber dem Abdichtungsharz 60 freiliegt. Wie es in den 26 und 32 gezeigt ist, erstreckt sich der Terminal-Abschnitt 332 ausgehend von dem Abdichtungsharz 60 in der Draufsicht in der Breitenrichtung x1.
Wie es in den 25 bis 27 und 29 gezeigt ist, sind die Gate-Terminals 34A und 34B in der Tiefenrichtung y benachbart zu den leitfähigen Elementen 11A bzw. 11B. Das Gate-Terminal 34A wird dazu verwendet, um eine Gate-Spannung zum Ansteuern der Schaltelemente 20A anzulegen. Das Gate-Terminal 34B wird dazu verwendet, um eine Gate-Spannung zum Ansteuern der Schaltelemente 20B anzulegen.
Wie es in den 26 und 27 gezeigt ist, hat jedes der Gate-Terminals 34A und 34B einen Pad-Abschnitt 341 und einen Terminal-Abschnitt 342. Die Pad-Abschnitte 341 der Gate-Terminals 34A und 34B sind mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt. Als solche sind die Gate-Terminals 34A und 34B von dem Abdichtungsharz 60 gelagert. Die Pad-Abschnitte 341 können bspw. mit einer Ag-Plattierung beschichtet sein. Die Terminal-Abschnitte 342 sind mit den jeweiligen Pad-Abschnitten 341 verbunden und liegen gegenüber dem Abdichtungsharz 60 frei. Jeder Terminal-Abschnitt 342 hat bei einer Betrachtung in der Breitenrichtung x eine L-Form.
Wie es in den 26 bis 28 gezeigt ist, sind die Erfassungs-Terminals 35A und 35B in der Breitenrichtung x benachbart zu den Gate-Terminals 34A bzw. 34B. Das Erfassungs-Terminal 35A erfasst eine Spannung, die an die Vorderflächenelektrode 21 (die erste Elektrode 211) von jedem Schaltelement 20A angelegt ist (d.h. Spannung, die dem Source-Strom entspricht). Das Erfassungs-Terminal 35B erfasst eine Spannung, die an die Vorderflächenelektrode 21 (die erste Elektrode 211) von jedem Schaltelement 20B angelegt ist (d.h. Spannung entsprechend dem Source-Strom).
Wie es in den 26 und 27 gezeigt hat, hat jedes der Erfassungs-Terminals 35A und 35B einen Pad-Abschnitt 351 und einen Terminal-Abschnitt 352. Die Pad-Abschnitte 351 der Erfassungs-Terminals 35A und 35B sind mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt. Als solche sind die Erfassungs-Terminals 35A und 35B durch das Abdichtungsharz 60 gelagert. Die Pad-Abschnitte 351 können bspw. mit einer Silber-Plattierung beschichtet sein. Die Terminal-Abschnitte 352 sind mit den jeweiligen Pad-Abschnitten 351 verbunden und liegen gegenüber dem Abdichtungsharz 60 frei. Jeder Terminal-Abschnitt 352 hat bei einer Betrachtung in der Breitenrichtung x eine L-Form.
Wie es in den 25 bis 27 und 29 gezeigt ist, ist jedes Dummy-Terminal 36 in der Breitenrichtung x auf jener Seite des jeweiligen Gate-Terminals 34A oder 35B angeordnet, die dem entsprechenden Erfassungs-Terminal 35A bzw. 35B gegenüberliegt. In der vorliegenden Ausführungsform sind sechs Dummy-Terminals 36 vorgesehen. Drei der sechs Dummy-Terminals 36 sind in der Breitenrichtung x auf einer Seite angeordnet (der Seite in der Breitenrichtung x2), und die anderen drei Dummy-Terminals 36 sind in der Breitenrichtung x auf der anderen Seite angeordnet (der Seite in der Breitenrichtung x1). Die Anzahl der Dummy-Terminals 36 ist nicht auf sechs wie in dem obigen Beispiel beschränkt. In einem alternativen Beispiel können die Dummy-Terminals 36 weggelassen werden.
Wie es in den 26 und 27 gezeigt ist, weist jedes Dummy-Terminal 36 einen Pad-Abschnitt 361 und einen Terminal-Abschnitt 362 auf. Die Pad-Abschnitte 361 der Dummy-Terminals 36 sind mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt. Als solche sind die Dummy-Terminals 36 von dem Abdichtungsharz 60 gelagert. Die Pad-Abschnitte 361 können bspw. mit einer Silber-Plattierung beschichtet sein. Die Terminal-Abschnitte 362 sind mit den jeweiligen Pad-Abschnitten 361 verbunden und liegen gegenüber dem Abdichtungsharz 60 frei. Jeder Terminal-Abschnitt 362 weist bei einer Betrachtung in der Breitenrichtung x eine L-Form auf. Bei dem in den 23 bis 31 gezeigten Beispiel haben die Terminal-Abschnitte 362 die gleiche Form wie die Terminal-Abschnitte 342 der Gate-Terminals 34A und 34B und die Terminal-Abschnitte 352 der Erfassungs-Terminals 35A und 35B.
Wie es in den 25, 26 und 33 in einer Draufsicht gezeigt ist, ist jedes der Seiten-Terminals 37A und 37B in einer Region angeordnet, wo der Rand des Abdichtungsharzes 60 in der Tiefenrichtung y1 einen Rand des Abdichtungsharzes 60 in der Breitenrichtung x trifft. Das Seiten-Terminal 37A ist an das leitfähige Element 11A gebondet und ist mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt, mit der Ausnahme an der Endfläche bzw. Endseite, die in die Breitenrichtung x2 weist. Das Seiten-Terminal 37B ist an das leitfähige Element 11B gebondet und ist mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt, mit der Ausnahme an der Endfläche, die in die Breitenrichtung x1 weist. In der Draufsicht können die Seiten-Terminals 37A und 37B insgesamt mit dem Abdichtungsharz 60 überlappen. Die Seiten-Terminals 37A und 37B können durch Laser-Schweißen mittels eines Laser-Strahls gebondet sein, durch Ultraschall-Schweißen oder durch Verwenden eines leitfähigen Bond-Materials. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Seiten-Terminals 37A und 37B an die leitfähigen Elemente 11A bzw. 11B durch Laser-Schweißen gebondet. Im Ergebnis weist jedes Seiten-Terminal eine Schweißmarkierung M1 (siehe 35) auf, die in der Draufsicht sichtbar ist. Jedes der Seiten-Terminals 37A und 37B hat in der Draufsicht eine Abbiegung („bent“) und in der Dickenrichtung z eine weitere Abbiegung. Die Konfigurationen der Seiten-Terminals 37A und 37B sind nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann jedes der Seiten-Terminals 37A und 37B einen Teil haben, der sich in der Draufsicht aus der Harzseitenfläche 631 oder 632 heraus erstreckt. Auch kann das Halbleiterbauteil B1 ohne die Seiten-Terminals 37A und 37B gebildet sein.
Wie es in den 25 bis 27 gezeigt ist, sind die Gate-Terminals 34A und 34B, die Erfassungs-Terminals 35A und 35B und die Dummy-Terminals 36 in der Draufsicht in einer Reihe in der Breitenrichtung x angeordnet. Für das Halbleiterbauteil B1 sind die Gate-Terminals 34A und 34B, die Erfassungs-Terminals 35A und 35B, die Dummy-Terminals 36, und die Seiten-Terminals 37A und 37B sämtlich aus dem gleichen Anschlussrahmen („lead frame“) gebildet.
Das isolierende Element 39 ist elektrisch isolierend und ist bspw. aus einer isolierenden Lage („sheet“) hergestellt. Wie es in 33 gezeigt ist, ist ein Teil des isolierenden Elementes 39 eine flache Platte, die in der Dickenrichtung z zwischen dem Terminal-Abschnitt 312 des Eingangs-Terminals 31 und dem Terminal-Abschnitt 322 des Eingangs-Terminals 32 angeordnet ist. In der Draufsicht überlappt das gesamte Eingangs-Terminal 31 mit dem isolierenden Element 39. Hinsichtlich des Eingangs-Terminals 32 überlappen ein Teil des Pad-Abschnitts 321 und der gesamte Terminal-Abschnitt 322 in der Draufsicht mit dem isolierenden Element 39. Das isolierende Element 39 isoliert die zwei Eingangs-Terminals 31 und 32 gegeneinander. Das isolierende Element 39 hat einen Teil (der in der Breitenrichtung x1 versetzt ist), der mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt ist.
Wie es in 32 gezeigt ist, hat das isolierende Element 39 einen dazwischen tretenden Abschnitt („intervening portion“) 391 und einen verlängerten Abschnitt 392. Der dazwischen tretende Abschnitt 391 ist in der Dickenrichtung z zwischen dem Terminal-Abschnitt 312 des Eingangs-Terminals 31 und dem Terminal-Abschnitt 322 des Eingangs-Terminals 32 angeordnet. Der gesamte dazwischen tretende Abschnitt 391 ist zwischen dem Terminal-Abschnitt 312 und dem Terminal-Abschnitt 322 angeordnet. Der verlängerte Abschnitt 392 erstreckt sich in der Breitenrichtung x2 von dem dazwischen tretenden Abschnitt 391, und zwar über den Terminal-Abschnitt 312 und den Terminal-Abschnitt 322 hinaus.
Die Isolierschichten 41A und 41B sind elektrisch isolierend und sind bspw. aus einem Glasepoxidharz hergestellt. Wie es in 26 gezeigt ist, hat jede der Isolierschichten 41A und 41B eine Bandform, die in der Tiefenrichtung y länglich ist. Wie es in den 26, 27, 32 und 33 gezeigt ist, ist die Isolierschicht 41A an die obere Fläche (die Fläche, die in die Dickenrichtung z2 weist) des leitfähigen Elementes 11A gebondet. Die Isolierschicht 41A ist weiter in die Breitenrichtung x2 versetzt angeordnet als die Schaltelemente 20A. Wie es in den 26, 27, 32 und 33 gezeigt ist, ist die Isolierschicht 41B an die obere Fläche (die Fläche, die in die Dickenrichtung z2 weist) des leitfähigen Elementes 11B gebondet. Die Isolierschicht 41B ist weiter in die Breitenrichtung x1 versetzt angeordnet als die Schaltelemente 20B.
Die Gate-Schichten 42A und 42B sind elektrisch leitfähig und sind bspw. aus Cu hergestellt. Wie es in 26 gezeigt ist, hat jede der Gate-Schichten 42A und 42B eine Bandform, die in der Tiefenrichtung y länglich ist. Wie es in den 26, 27, 32 und 33 gezeigt ist, ist die Gate-Schicht 42A auf der Isolierschicht 41A angeordnet. Die Gate-Schicht 42A ist elektrisch mit den zweiten Elektroden 212 (den Gate-Elektroden) der jeweiligen Schaltelemente 20A verbunden, und zwar über die sehnenartigen Verbindungselemente 51 (genauer gesagt, die nachstehend beschriebenen Gate-Drähte 511). Wie es in den 26, 27, 32 und 33 gezeigt ist, ist die Gate-Schicht 42B auf der Isolierschicht 41B angeordnet. Die Gate-Schicht 42B ist elektrisch mit den zweiten Elektroden 212 (den Gate-Elektroden) der jeweiligen Schaltelemente 20B verbunden, und zwar über die sehnenartigen Verbindungselemente 51 (genauer gesagt, die nachstehend beschriebenen Gate-Drähte 511).
Die Erfassungs-Schichten 43A und 43B sind elektrisch leitfähig und sind bspw. aus Cu hergestellt. Wie es in 26 gezeigt ist, hat jede der Erfassungs-Schichten 43A und 43B eine Bandform, die in der Tiefenrichtung y länglich ist. Wie es in den 26, 27, 32 und 33 gezeigt ist, ist die Erfassungs-Schicht 43A auf der Isolierschicht 41A angeordnet, und zwar zusammen mit der Gate-Schicht 42A. Auf der Isolierschicht 41A ist die Erfassungs-Schicht 43A benachbart zu der Gate-Schicht 42A angeordnet und ist beabstandet von der Gate-Schicht 42A. Bei diesem Beispiel ist die Erfassungs-Schicht 43A näher an den Schaltelementen 20A als die Gate-Schicht 42A. Das heißt, die Erfassungs-Schicht 43A ist in der Breitenrichtung x1 auf der Seite der Gate-Schicht 42A angeordnet. Die Erfassungs-Schicht 43A ist elektrisch mit den ersten Elektroden 211 (den Source-Elektroden) der jeweiligen Schaltelemente 20A verbunden, und zwar über die sehnenartigen Verbindungselemente 51 (genauer gesagt, die nachstehend beschriebenen Erfassungs-Drähte 512). Wie es in den 26, 27, 32 und 33 gezeigt ist, ist die Erfassungs-Schicht 43B auf der Isolierschicht 41B angeordnet, und zwar zusammen mit der Gate-Schicht 42B. Auf der Isolierschicht 41B ist die Erfassungs-Schicht 43B benachbart zu der Gate-Schicht 42B und beabstandet von der Gate-Schicht 42B angeordnet. Bei diesem Beispiel ist die Erfassungs-Schicht 43B in der Breitenrichtung x näher an den Schaltelementen 20B angeordnet als die Gate-Schicht 42B. Das heißt, die Erfassungs-Schicht 43B ist in der Breitenrichtung x2 auf der Seite der Gate-Schicht 42B angeordnet. Die Erfassungs-Schicht 43B ist elektrisch mit den ersten Elektroden 211 (den Source-Elektroden) der jeweiligen Schaltelemente 20B verbunden, und zwar über die sehnenartigen Verbindungselemente 51 (genauer gesagt, die nachstehend beschriebenen Erfassungs-Drähte 512).
Die Basisabschnitte 44 sind elektrisch isolierend und sind bspw. aus einem Keramikmaterial hergestellt. Wie es in den 24 und 32 gezeigt ist, sind die Basisabschnitte 44 an die Fläche des leitfähigen Elementes 11A gebondet. Jeder Basisabschnitt 44 ist in der Draufsicht bspw. rechteckförmig. Die Basisabschnitte 44 sind in der Tiefenrichtung y voneinander in einer Reihe beabstandet. Die Abmessung von jedem Basisabschnitt 44 in der Dickenrichtung z ist im Wesentlichen gleich der Gesamtabmessung des Eingangs-Terminals 31 und des isolierenden Elementes 39 in der Dickenrichtung z. Die Basisabschnitte 44 sind an die jeweiligen länglichen Abschnitte 321b des Pad-Abschnitts 321 des Eingangs-Terminals 32 gebondet. Die Basisabschnitte 44 lagern das Eingangs-Terminal 32.
Die sehnenartigen Verbindungselemente 51 sind herkömmliche Bond-Drähte. Die sehnenartigen Verbindungselemente 51 sind elektrisch leitfähig und sind bspw. aus Aluminium (Al), aus Gold (Au) oder aus Cu hergestellt. Wie es in den 26 und 27 gezeigt ist, beinhalten die sehnenartigen Verbindungselemente 51 eine Vielzahl von Gate-Drähten 511, eine Vielzahl von Erfassungs-Drähten 512, ein Paar von ersten Verbindungsdrähten 513 und ein Paar von zweiten Verbindungsdrähten 514.
Wie es in den 26 und 27 gezeigt ist, ist jeder Gate-Draht 511 an einem Ende an die zweite Elektrode 212 (die Gate-Elektrode) des jeweiligen Schaltelementes 20 gebondet, und ist an dem anderen Ende an die entsprechende Gate-Schicht 42A oder 42B gebondet. Die Gate-Drähte 511 beinhalten solche, die die zweiten Elektroden 212 der Schaltelemente 20A mit der Gate-Schicht 42A elektrisch verbinden, und solche, die die zweiten Elektroden 212 der Schaltelemente 20B mit der Gate-Schicht 42B elektrisch verbinden.
Wie es in den 26 und 27 gezeigt ist, ist jeder Erfassungs-Draht 512 an einem Ende an die erste Elektrode 211 (die Source-Elektrode) des jeweiligen Schaltelementes 20 gebondet, und das anderen Ende ist an die entsprechende Erfassungs-Schicht 43A oder 43B gebondet. Die Erfassungs-Drähte 512 beinhalten solche, die die ersten Elektroden 211 der Schaltelemente 20A mit der Erfassungs-Schicht 43A elektrisch verbinden, und solche, die die ersten Elektroden 211 der Schaltelemente 20B mit der Erfassungs-Schicht 43B elektrisch verbinden.
Wie es in den 26 und 27 gezeigt ist, verbindet einer der ersten Verbindungsdrähte 513 die Gate-Schicht 42A und das Gate-Terminal 34A, und der andere verbindet die Gate-Schicht 42B und das Gate-Terminal 34B. Genauer gesagt ist einer der ersten Verbindungsdrähte 513 an einem Ende an die Gate-Schicht 42A gebondet, und ist an dem anderen Ende an den Pad-Abschnitt 341 des Gate-Terminals 34A gebondet, wodurch die Gate-Schicht 42A und das Gate-Terminal 34A elektrisch verbunden werden. Der andere erste Verbindungsdraht 513 ist an einem Ende an die Gate-Schicht 42B gebondet und ist an dem anderen Ende an den Pad-Abschnitt 341 des Gate-Terminals 34B gebondet, wodurch die Gate-Schicht 42B und das Gate-Terminal 34B elektrisch verbunden werden.
Wie es in den 26 und 27 gezeigt ist, verbindet einer der zweiten Verbindungsdrähte 514 die Erfassungs-Schicht 43A und das Erfassungs-Terminal 35A, und der andere verbindet die Erfassungs-Schicht 43B und das Erfassungs-Terminal 35B. Genauer gesagt ist einer der zweiten Verbindungsdrähte 514 an einem Ende an die Erfassungs-Schicht 43A gebondet und an dem anderen Ende an den Pad-Abschnitt 351 des Erfassungs-Terminals 35A gebondet, wodurch die Erfassungs-Schicht 43A und das Erfassungs-Terminal 35A elektrisch verbunden werden. Der andere zweite Verbindungsdraht 514 ist an einem Ende an die Erfassungs-Schicht 43B gebondet und ist an dem anderen Ende an den Pad-Abschnitt 351 des Erfassungs-Terminals 35B gebondet, wodurch die Erfassungs-Schicht 43B und das Erfassungs-Terminal 35B elektrisch verbunden werden.
Die plattenartigen Verbindungselemente 52 sind elektrisch leitfähig und sind bspw. aus A1, Au oder Cu hergestellt. Die plattenartigen Verbindungselemente 52 können durch Biegen einer Metallplatte gebildet sein. Wie es in den 24, 25 und 27 gezeigt ist, beinhalten die plattenartigen Verbindungselemente 52 eine Vielzahl von ersten Anschlüssen 521 und eine Vielzahl von zweiten Anschlüssen 522. Das Halbleiterbauteil B1 kann anstelle der plattenartigen Verbindungselemente 52 Bond-Drähte beinhalten, die ähnlich sind zu den sehnenartigen Verbindungselementen 51.
Wie es in den 24, 26 und 27 gezeigt ist, verbinden die ersten Anschlüsse 521 die jeweiligen Schaltelemente 20A mit dem leitfähigen Element 11B. Jeder erste Anschluss 521 ist an einem Ende an die erste Elektrode 211 (die Source-Elektrode) des entsprechenden Schaltelementes 20A gebondet, und ist an dem anderen Ende an die Fläche des leitfähigen Elementes 11B gebondet.
Wie es in den 24, 26 und 27 gezeigt ist, verbinden die zweiten Anschlüsse 522 die jeweiligen Schaltelemente 20B mit dem Eingangs-Terminal 32. Jeder zweite Anschluss 522 ist an einem Ende an die erste Elektrode 211 (die Source-Elektrode) des entsprechenden Schaltelementes 20B gebondet, und ist an dem anderen Ende an die länglichen Abschnitte 321b des Pad-Abschnitts 321 des Eingangs-Terminals 32 gebondet. Die zweiten Anschlüsse 522 können bspw. mittels einer Silber-Paste oder eines Lötmittels gebondet sein. Bei dieser Ausführungsform ist jeder zweite Anschluss 522 in der Dickenrichtung z gebogen ausgebildet.
Wie es in den 27 und 28 gezeigt ist, bedeckt das Abdichtungsharz 60 das Isoliersubstrat 10 (mit der Ausnahme der Rückfläche 102), die leitfähigen Elemente 11, die Schaltelemente 20, die sehnenartigen Verbindungselemente 51 und die plattenartigen Verbindungselemente 52. Das Abdichtungsharz 60 ist bspw. aus einem Epoxidharz hergestellt. Wie es in den 23, 25, 26 und 28 bis 31 gezeigt ist, hat das Abdichtungsharz 60 eine Harzvorderfläche 61, eine Harzrückfläche 62 und eine Vielzahl von Harzseitenflächen 63.
Die Harzvorderfläche 61 und die Harzrückfläche 62 sind in der Dickenrichtung z voneinander beabstandet und weisen voneinander weg. Die Harzvorderfläche 61 weist in die Dickenrichtung z2, und die Harzrückfläche 62 weist in die Dickenrichtung z1. In der in 29 gezeigten Bodenansicht, hat die Harzrückfläche 62 die Form eines Rahmens, der die Rückfläche 102 des Isoliersubstrats 10 umgibt. Jede Harzseitenfläche 63 ist zwischen der Harzvorderfläche 61 und der Harzrückfläche 62 angeordnet und verbindet die Flächen 61 und 62. Die Harzseitenflächen 63 beinhalten ein Paar von Harzseitenflächen 631 und 632, die voneinander in der Breitenrichtung x beabstandet sind, und ein Paar von Harzseitenflächen 633 und 634, die in der Tiefenrichtung y beabstandet sind. Die Harzseitenfläche 631 weist in die Breitenrichtung x2, und die Harzseitenfläche 632 weist in die Breitenrichtung x1. Die Harzseitenfläche 633 weist in die Tiefenrichtung y2, und die Harzseitenfläche 634 weist in die Tiefenrichtung y1.
Wie es in den 23, 28 und 29 gezeigt ist, beinhaltet das Abdichtungsharz 60 eine Vielzahl von Ausnehmungen 65, die jeweils in der Dickenrichtung z gegenüber der Harzrückfläche 62 ausgenommen bzw. zurück versetzt sind und sich in der Tiefenrichtung y erstrecken. In der Draufsicht ist jede Ausnehmung 65 durchgehend quer über die Harzrückfläche 62 ausgebildet, von einem Rand in der Tiefenrichtung y1 hin zu dem anderen Rand in der Tiefenrichtung y2. Die Ausnehmungen 65 sind derart gebildet, dass die Rückfläche 102 des Isoliersubstrats 10 in der Draufsicht auf ihren jeweiligen Seiten in der Breitenrichtung x jeweils durch drei Ausnehmungen 65 flankiert ist. Alternativ hierzu können die Ausnehmungen 65 des Abdichtungsharzes 60 weggelassen sein.
Als Nächstes werden vorteilhafte Wirkungen des Halbleiterbauteils B1 gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Das Halbleiterbauteil B1 beinhaltet die Schaltelemente 20A, die elektrisch an die leitfähigen Elemente 11A gebondet sind, und zwar über die jeweiligen ersten Bond-Schichten 29A. Das leitfähige Element 11A beinhaltet die aufgerauten Bereiche 95A, die auf der Fläche gebildet sind. Jede erste Bond-Schicht 29A ist auf einem aufgerauten Bereich 95A gebildet. Das heißt, das Halbleiterbauteil B1 beinhaltet die gebondeten Strukturen A1, die jeweils gebildet sind durch ein Schaltelement 20A als das Halbleiterelement 91, das leitfähige Element 11A als der elektrische Leiter 92 und eine erste Bond-Schicht 29A als die gesinterte Metallschicht 93. Die erste Bond-Schicht 29A dient dazu, die Bond-Festigkeit zwischen dem Schaltelement 20A und dem leitfähigen Element 11A zu verbessern. Demzufolge ist die erste Bond-Schicht 29A weniger anfällig gegenüber einem Aufbrechen oder Abschälen durch Wärme, was es dem Halbleiterbauteil B1 ermöglicht, ein Verringern der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeableitung („heat dispersion“) zu verhindern.
Das Halbleiterbauteil B1 beinhaltet die Schaltelemente 20B, die elektrisch an das leitfähige Element 11B gebondet sind, und zwar über die jeweiligen zweiten Bond-Schichten 29B. Das leitfähige Element 11B beinhaltet die aufgerauten Bereiche 95B, die auf der Fläche gebildet sind. Jede zweite Bond-Schicht 29B ist auf einem aufgerauten Bereich 95B gebildet. Das heißt, das Halbleiterbauteil B1 beinhaltet die gebondeten Strukturen A1, die jeweils gebildet sind durch ein Schaltelement 20B als das Halbleiterelement 91, das leitfähige Element 11B als der elektrische Leiter 92 und eine zweite Bond-Schicht 29B als die gesinterte Metallschicht 93. Die zweite Bond-Schicht 29B dient dazu, die Bond-Festigkeit zwischen dem Schaltelement 20B und dem leitfähigen Element 11B zu verbessern. Demzufolge ist die zweite Bond-Schicht 29B weniger anfällig dafür, durch Wärme aufzubrechen oder abzuschälen, was es dem Halbleiterbauteil B1 ermöglicht, ein Verringern der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeableitung verhindern.
Als Nächstes werden Halbleiterbauteile gemäß weiterer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die 36 bis 38 beschrieben.
36 zeigt ein Halbleiterbauteil B2. Anders als das Halbleiterbauteil B1 beinhaltet das Halbleiterbauteil B2 zusätzliche aufgeraute Bereiche, die durch Laser-Bestrahlung gebildet sind, und bei denen es sich nicht um die aufgerauten Bereiche handelt, auf denen die Schaltelemente 20 montiert sind. Genauer gesagt sind aufgeraute Bereiche 96, die sich von den der aufgeraute Bereichen 95 unterscheiden, auf den leitfähigen Elementen 11A und 11B, dem Eingangs-Terminal 32, dem Ausgangs-Terminal 33 und den Seiten-Terminals 37A und 37B gebildet. 36 ist eine perspektivische Ansicht des Halbleiterbauteils B2 und zeigt das Abdichtungsharz 60 in Phantom-Linien (mit einer Zwei-Punkt-Strichlinie).
Wie es in 36 gezeigt ist, sind die aufgerauten Bereiche 96 auf Teilen der leitfähigen Elemente 11A und 11B, des Eingangs-Terminals 32, des Ausgangs-Terminals 33 und der Seiten-Terminals 37A und 37B gebildet. In der Draufsicht ist jeder der aufgerauten Bereiche 96 auf einem Teil gebildet, der mit dem Umfangsrand bzw. einem Bereich des Umfangsrandes des Abdichtungsharzes 60 überlappt, und zwar auf einem entsprechenden der leitfähigen Elemente 11A und 11B, des Eingangs-Terminals 32, des Ausgangs-Terminals 33 und der Seiten-Terminals 37A und 37B.
Wie die aufgerauten Bereiche 95 sind die aufgerauten Bereiche 96 durch Laser-Bestrahlung gebildet. Jeder aufgeraute Bereich 96 ist gebildet durch Scannen eines Laser-Strahls in einem Linienmuster. Als ein Ergebnis hiervon beinhalten die Ausnehmungen 950 der aufgerauten Bereiche 96 eine Vielzahl von länglichen Gräben 954, die parallel zueinander sind, und zwar auf eine Art und Weise ähnlich zu dem aufgerauten Bereich 95, der in 13 gezeigt ist. Das Bestrahlungsmuster eines Laser-Strahls ist nicht auf ein Linienmuster beschränkt und kann ein Gittermuster, ein konzentrisches Kreismuster, ein Radialmuster oder ein Punktmuster sein. Bei dem Gitterbestrahlungsmuster wird der resultierende aufgeraute Bereich 96 ähnlich sein zu dem aufgerauten Bereich 95, der in den 1 und 3 gezeigt ist. Bei dem konzentrischen kreisförmigen Bestrahlungsmuster wird der resultierende aufgeraute Bereich 96 ähnlich sein zu dem aufgerauten Bereich 95, der in 16 gezeigt ist. Bei dem radialen Bestrahlungsmuster wird der resultierende aufgeraute Bereich 96 ähnlich sein zu dem aufgerauten Bereich 95, der in 19 gezeigt ist. Bei dem Punkt-Bestrahlungsmuster wird der resultierende aufgeraute Bereich 96 ähnlich sein zu dem aufgerauten Bereich 95, der in 10 gezeigt ist. Das Halbleiterbauteil B2 beinhaltet die aufgerauten Bereiche 95 und die aufgerauten Bereiche 96, und deren Konfigurationen können gleich oder können unterschiedlich voneinander sein.
Das Halbleiterbauteil B2, das die gebondeten Strukturen A1 beinhaltet, ist weniger anfällig dafür, dass die leitfähigen Bond-Schichten 29 aufbrechen oder abschälen, und hat daher eine höhere Bond-Festigkeit zwischen den Schaltelementen 20 und den leitfähigen Elementen 11. Das Halbleiterbauteil B2 ist daher in die Lage versetzt, ein Verringern der der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeableitung zu verhindern.
Die aufgerauten Bereiche 96 des Halbleiterbauteils B2 sind auf Teilen der leitfähigen Elemente 11A und 11B, des Eingangs-Terminals 32, des Ausgangs-Terminals 33 und der Seiten-Terminals 37A und 37B gebildet. Das Abdichtungsharz 60 steht in Kontakt mit den aufgerauten Bereichen 96. Diese Konfiguration trägt zu dem Verankerungseffekt bei, so dass das Abdichtungsharz 60 fester an die leitfähigen Elemente 11A und 11B, das Eingangs-Terminal 32, das Ausgangs-Terminal 33 und die Seiten-Terminals 37A und 37B gebondet ist. Auf diese Art und Weise haben die aufgerauten Bereiche 96 die Wirkung, die Bond-Festigkeit zwischen den jeweiligen Komponenten und dem Abdichtungsharz 60 zu erhöhen. Das heißt, das Halbleiterbauteil B2 ist so konfiguriert, dass die Bond-Festigkeit des Abdichtungsharzes 60 durch die aufgerauten Bereiche 96 erhöht ist, und so, dass die Bond-Festigkeit der leitfähigen Bond-Schichten 29 durch die aufgerauten Bereiche 95 erhöht ist. Das heißt, das Halbleiterbauteil B2 ist weniger anfällig dafür, dass die leitfähigen Bond-Schichten 29 aufbrechen oder abschälen, und auch weniger anfällig dafür, dass das Abdichtungsharz 60 aufbricht oder abschält.
Das Halbleiterbauteil B2 kann modifiziert werden, um die Breite der Gräben in den aufgerauten Bereichen 95 (die Breite der ersten länglichen Gräben 951 und der zweiten länglichen Gräben 952) und die Breite der Gräben in den aufgerauten Bereichen 96 (die Breite der länglichen Gräben 954) zu ändern. Auf eine Art und Weise, die ähnlich ist zu der Untersuchung der Metallpaste 930, hat der vorliegende Erfinder die Kapillarwirkung des Epoxidharzes untersucht und bestätigt, dass der Anstieg der Flüssigkeitsfläche bzw. des Flüssigniveaus (Kapillarphänomen) in einer Glasröhre signifikanter war, wenn der Radius des Glasröhre etwa 20 µm. oder weniger betrug. Das heißt, die Gräben in dem aufgerauten Bereich 96 können breiter als die Gräben in dem aufgerauten Bereich 95 hergestellt werden, ohne wesentlichen Einfluss auf die Benetzbarkeit der aufgerauten Bereiche für das Epoxidharz. Das heißt, die Breite der Gräben in dem aufgerauten Bereich 96 kann erhöht werden, um die Zeit und den Arbeitsaufwand zu reduzieren, die für die Laser-Bestrahlung erforderlich sind. Die Halbleiterbauteile B2 gemäß dieser Modifikation können daher Herstellungsausbeuten („manufacturing yields“) verbessern.
37 zeigt Halbleiterbauteil B3, das sich von dem Halbleiterbauteil B1 hinsichtlich der Form des Abdichtungsharzes 60 unterscheidet. In anderen Aspekten ist das Halbleiterbauteil B3 das gleiche wie das oben beschriebene Halbleiterbauteil B1. 37 ist eine perspektivische Ansicht des Halbleiterbauteils B3.
In der Draufsicht hat das Abdichtungsharz 60 dieser Modifikation Teile, die sich in der Breitenrichtung x entlang der gegenüberliegenden Ränder in der Tiefenrichtung y erstrecken. Der Teil des Abdichtungsharzes 60, der sich in der Breitenrichtung x2 erstreckt, bedeckt Teile der Eingangs-Terminals 31 und 32 und des isolierenden Elementes 39. Auch bedeckt der Teil des Abdichtungsharzes 60, der sich in der Breitenrichtung x1 erstreckt, einen Teil des Ausgangs-Terminals 33.
Das Halbleiterbauteil B3, das die gebondeten Strukturen A1 beinhaltet, ist weniger anfällig dafür, dass die leitfähigen Bond-Schichten 29 aufbrechen oder abschälen, und hat daher eine höhere Bond-Festigkeit zwischen den Schaltelementen 20 und den leitfähigen Elementen 11. Das Halbleiterbauteil B3 ist daher in die Lage versetzt, ein Verringern der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeableitung zu verhindern.
Das Abdichtungsharz 60 des Halbleiterbauteils B3 ist größer als jenes des Halbleiterbauteils B1 und bedeckt daher mehr Regionen der Eingangs-Terminals 31 und 32 und des Ausgangs-Terminals 33 und des isolierenden Elementes 39. Das Halbleiterbauteil B3 ist daher verlässlicher als das Halbleiterbauteil B1, und zwar hinsichtlich des Schützens der Eingangs-Terminals 31 und 32, des Ausgangs-Terminals 33 und des isolierenden Elementes 39 gegenüber Abnutzung bzw. Verschlechterung oder einem Abbiegen.
38 zeigt ein Halbleiterbauteil B4. Anders als das Halbleiterbauteil B1 ist das Halbleiterbauteil B4 ein diskreter Halbleiter und beinhaltet ein einzelnes Schaltelement 20. Das Halbleiterbauteil B4 kann ein Halbleiterelement wie eine Diode oder einen IC anstelle des Schaltelementes 20 enthalten.
Das Halbleiterbauteil B4 ist vom Gehäusetyp mit Anschlussrahmen. Das Halbleiterbauteil B4 beinhaltet einen Anschlussrahmen 72. Der Anschlussrahmen 72 kann aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Zusätzlich hierzu ist die Form des Anschlussrahmens 72 nicht auf das in 38 gezeigte Beispiel beschränkt. Das Schaltelement 20 ist auf dem Anschlussrahmen 72 montiert. Ein Teil des Anschlussrahmens 72 und das Schaltelement 20 sind mit dem Abdichtungsharz 60 bedeckt. Der Anschlussrahmen 72 entspricht dem elektrischen Leiter 92 der oben beschriebenen gebondeten Struktur A1.
Wie es in 38 gezeigt ist, beinhaltet das Halbleiterbauteil B4 den aufgerauten Bereich 95 auf der Fläche des Anschlussrahmens 72, auf der das Schaltelement 20 montiert ist (auf der oberen Fläche des Die-Pads). Die leitfähige Bond-Schicht 29 ist auf dem aufgerauten Bereich 95 angeordnet. Das heißt, das Halbleiterbauteil B4 beinhaltet die gebondete Struktur A1, die gebildet ist durch das Schaltelement 20, das als das Halbleiterelement 91 dient, den Anschlussrahmen 72, der als der elektrische Leiter 92 dient, und die leitfähige Bond-Schicht 29, die als die gesinterte Metallschicht 93 dient.
Das Halbleiterbauteil B4, das die gebondete Struktur A1 beinhaltet, ist weniger anfällig gegenüber einem Aufbrechen oder Abschälen der leitfähigen Bond-Schicht 29, und hat daher eine höhere Bond-Festigkeit zwischen dem Schaltelement 20 und dem Anschlussrahmen 72. Das Halbleiterbauteil B4 ist daher in die Lage versetzt, das Verringern der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeableitung zu verhindern.
Bei der obigen Beschreibung beinhalten die Halbleiterbauteile B2 bis B4 die gebondeten Strukturen A1. Alternativ hierzu können jedoch beliebige der gebondeten Strukturen A2 bis A5 enthalten sein. Zusätzlich hierzu kann jedes der Halbleiterbauteile B1 bis B4 beliebige der gebondeten Strukture A1 bis A5 in Kombination beinhalten, und zwar in Abhängigkeit von den entsprechenden Schaltelementen 20, anstelle von nur einem Typ der gebondeten Strukturen A1 bis A5.
Die gebondeten Strukturen, die Halbleiterbauteile und das Verfahren zum Bilden einer derartigen gebondeten Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. An den spezifischen Konfigurationen von Komponenten der gebondeten Strukturen und der Halbleiterbauteile gemäß der vorliegenden Offenbarung können verschiedene Konstruktionsänderungen vorgenommen werden, und auch an den einzelnen Prozessen des Verfahrens zum Bilden einer derartigen gebondeten Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011249257 A [0003]

Claims

Gebondete Struktur, die aufweist: ein Halbleiterelement, das eine Elementvorderfläche und eine Elementrückfläche hat, die in einer ersten Richtung voneinander beabstandet sind, wobei das Halbleiterelement eine Rückflächenelektrode auf der Elementrückfläche beinhaltet; einen elektrischen Leiter, der eine Montagefläche hat, die in die gleiche Richtung weist wie die Elementvorderfläche und die das Halbleiterelement lagert, wobei die Montagefläche zu der Elementrückfläche weist; und eine gesinterte Metallschicht, die das Halbleiterelement an den elektrischen Leiter bondet und die die Rückflächenelektrode und den elektrischen Leiter elektrisch verbindet, wobei die Montagefläche einen aufgerauten Bereich beinhaltet, der durch einen Aufrauungsprozess aufgeraut ist, und wobei die gesinterte Metallschicht auf dem aufgerauten Bereich gebildet ist.
Gebondete Struktur nach Anspruch 1, wobei der aufgeraute Bereich eine Ausnehmung aufweist, die gegenüber der Montagefläche in der ersten Richtung ausgenommen ist.
Gebondete Struktur nach Anspruch 2, wobei die Ausnehmung eine Vielzahl von ersten Gräben aufweist, die sich bei einer Betrachtung in der ersten Richtung in einer zweiten Richtung erstrecken, die senkrecht ist zu der ersten Richtung, und die in einer dritten Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, die senkrecht ist zu der ersten Richtung und zu der zweiten Richtung.
Gebondete Struktur nach Anspruch 3, wobei die Ausnehmung eine Vielzahl von zweiten Gräben aufweist, die sich bei einer Betrachtung in der ersten Richtung in der dritten Richtung erstrecken und die in der zweiten Richtung benachbart zueinander angeordnetsind, und wobei bei einer Betrachtung in der ersten Richtung die Vielzahl von zweiten Gräben die Vielzahl von ersten Gräben kreuzen bzw. schneiden.
Gebondete Struktur nach Anspruch 4, wobei bei einer Betrachtung in der ersten Richtung sich jeder der Vielzahl von ersten Gräben linear in der zweiten Richtung erstreckt, und wobeibei einer Betrachtung in der ersten Richtung sich jeder der Vielzahl von zweiten Gräben linear in der dritten Richtung erstreckt.
Gebondete Struktur nach Anspruch 5, wobei bei einer Betrachtung in der ersten Richtung die Vielzahl von ersten Gräben und die Vielzahl von zweiten Gräben im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.
Gebondete Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 6, wobei der aufgeraute Bereich einen Kreuzungsabschnitt und einen Nicht-Kreuzungsabschnitt aufweist. wobeider Kreuzungsabschnitt mit einem der Vielzahl von ersten Gräben und auch mit einem der Vielzahl von zweiten Gräben überlappt, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Richtung, und wobei der Nicht-Kreuzungsabschnitt nur mit einem Graben von der Vielzahl von ersten und zweiten Gräben überlappt, und zwar bei einer Betrachtung in der ersten Richtung, und wobei eine Abmessung des Kreuzungsabschnittes in der ersten Richtung größer ist als eine Abmessung des Nicht-Kreuzungsabschnittes in der ersten Richtung.
Gebondete Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Ausnehmung feinere Flächenunebenheiten hat als Unebenheiten, die die von der Ausnehmung bereitgestellt sind.
Gebondete Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, wobei der aufgeraute Bereich mit einer Silber-Plattierung beschichtet ist.
Gebondete Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Halbleiterelement eine Elementseitenfläche hat, die an einem Rand in der ersten Richtung mit der Elementvorderfläche und an einem anderen Rand in der ersten Richtung mit der Elementrückfläche verbunden ist, wobei die gesinterte Metallschicht eine Kehle („fillet“) beinhaltet, die entlang des Randes, mit der Elementrückfläche verbunden ist, einen Teil der Elementseitenfläche bedeckt.
Gebondete Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, wobei die gesinterte Metallschicht aus gesintertem Silber hergestellt ist.
Gebondete Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, wobei der elektrische Leiter aus einem Kupferenthaltendem Material hergestellt ist.
Halbleiterbauteil, das die gebondete Struktur gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12 beinhaltet, wobei das Halbleiterbauteil aufweist: ein erstes Schaltelement als das Halbleiterelement; ein erstes leitfähiges Element als der elektrische Leiter, das das erste Schaltelement lagert; eine erste Bond-Schicht als die gesinterte Metallschicht, die das erste Schaltelement und das erste leitfähige Element elektrisch bondet; und ein Abdichtungsharz, das das erste Schaltelement, die erste Bond-Schicht und wenigstens einen Teil des ersten leitfähigen Elementes bedeckt, wobei das erste leitfähige Element einen ersten Bereich als den aufgerauten Bereich aufweist, und wobei bei einer Betrachtung in der ersten Richtung der erste Bereich mit der ersten Bond-Schicht überlappt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 13, wobei das Halbleiterbauteil ferner ein erstes Terminal und ein zweites Terminal aufweist, die jeweils elektrisch mit dem ersten Schaltelement verbunden sind, wobei das erste Terminal an das erste leitfähige Element gebondet ist und mit dem ersten Schaltelement über das erste leitfähige Element elektrisch verbunden ist.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 14, wobei das erste Terminal einen ersten Terminal-Abschnitt aufweist, der gegenüber dem Abdichtungsharz freiliegt, und wobei das zweite Terminal einen zweiten Terminal-Abschnitt aufweist, der gegenüber dem Abdichtungsharz freiliegt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 15, wobei das Halbleiterbauteil ferner aufweist: ein zweites Schaltelement, das sich von dem ersten Schaltelement unterscheidet, als das Halbleiterelement; ein zweites leitfähiges Element als der elektrische Leiter, das das zweite Schaltelement lagert; und eine zweite Bond-Schicht als die gesinterte Metallschicht, die das zweite Schaltelement und das zweite leitfähige Element elektrisch bondet, wobei das Abdichtungsharz auch das zweite Schaltelement, die zweite Bond-Schicht und wenigstens einen Teil des zweiten leitfähigen Elementes bedeckt, wobeidas zweite leitfähige Element einen zweiten Bereich als den aufgerauten Bereich aufweist, und wobei bei einer Betrachtung in der ersten Richtungder zweite Bereich mit der zweiten Bond-Schicht überlappt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 16, wobei das Halbleiterbauteil ferner ein drittes Terminal aufweist, das elektrisch mit dem zweiten Schaltelement verbunden ist, wobei das dritte Terminal an das zweite leitfähige Element gebondet ist und mit dem zweiten Schaltelement über das zweite leitfähige Element elektrisch verbundenist, und wobei das zweite Schaltelement mit dem ersten leitfähigen Element elektrisch verbunden ist.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 17, wobei das dritte Terminal einen dritten Terminal-Abschnitt aufweist, der gegenüber dem Abdichtungsharz freiliegt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 18, wobeidas Halbleiterbauteil ferner ein isolierendes Element aufweist, das in der ersten Richtung zwischen dem zweiten Terminal-Abschnitt und dem dritten Terminal-Abschnitt angeordnet ist, wobei ein Teil des isolierenden Elementes bei einer Betrachtung in der ersten Richtung mit dem zweiten Terminal-Abschnitt und dem dritten Terminal-Abschnitt überlappt.
Verfahren zum Bilden einer gebondeten Struktur, die aufweist: ein Halbleiterelement, das eine Elementvorderfläche und eine Elementrückfläche hat, die in einer ersten Richtung voneinander beabstandet sind, wobei das Halbleiterelement eine Rückflächenelektrode an der Elementrückfläche beinhaltet; einen elektrischen Leiter, der eine Montagefläche hat, die in die gleiche Richtung weist wie die Elementvorderfläche und die das Halbleiterelement lagert, wobei die Montagefläche hin zu der Elementrückfläche weist; und eine gesinterte Metallschicht, die das Halbleiterelement an den elektrischen Leiter bondet und die die Rückflächenelektrode und den elektrischen Leiter elektrisch verbindet, wobei das Verfahren aufweist: einen Prozess des Vorbereitens des elektrischen Leiters; einen Aufrauungsprozess des Bildens eines aufgerauten Bereiches auf wenigstens einem Teil der Montagefläche; einen Pastenaufbringungsprozess des Aufbringens einer Metallpaste zum Sintern auf wenigstens einem Teil des aufgerauten Bereiches; einen Montageprozess des Anordnens des Halbleiterelementes auf der Metallpaste, wobei die Elementrückfläche hin zu der Montagefläche weist; und einen Sinterprozess des thermischen Behandelns der Metallpaste, um die gesinterte Metallschicht zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Aufrauungsprozess das Bilden des aufgerauten Bereiches durch Bestrahlen der Montagefläche mit einem Laser-Strahl aufweist.