DE112019005155T5

DE112019005155T5 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112019005155T5
Application number: DE112019005155.5T
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Kaizu; Takumi Nomura; Tetsuto Yamagishi; Yuki INABA; Yoshitsugu Sakamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-07-08
Also published as: CN112753101A; JP2020064907A; WO2020079971A1; JP7139862B2; US11710709B2; US20210233871A1; CN112753101B

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung enthält einen Halbleiterchip (12) mit einem SiC-Substrat, das mit einem Element ausgebildet ist, und Hauptelektroden auf einer Oberfläche und einer Rückfläche, eine erste Wärmesenke (16), die angrenzend an die eine Oberfläche angeordnet ist, eine zweite Wärmesenke (24), die angrenzend an die Rückfläche angeordnet ist, ein Anschlusselement (20), das zwischen der zweiten Wärmesenke und dem Halbleiterchip angeordnet ist und die Hauptelektrode auf der Rückfläche und die zweite Wärmesenke elektrisch miteinander verbindet, und mehrere Bondelemente (18, 22, 26), die zwischen der Hauptelektrode auf der einen Oberfläche und der ersten Wärmesenke, zwischen der Hauptelektrode auf der Rückfläche und dem Anschlusselement und zwischen dem Anschlusselement und der zweiten Wärmesenke angeordnet sind. Das Anschlusselement ist durch mehrere Typen von Metallschichten (20a, 20b, 20c, 20d) bereitgestellt, die in Plattendickenrichtung geschichtet sind. Das Anschlusselement als Ganzes weist einen linearen Ausdehnungskoeffizienten mindestens in einer Richtung orthogonal zur Plattendickenrichtung in einem Bereich auf, der größer als der des Halbleiterchips und kleiner als der der zweiten Wärmesenke ist. Die mehreren Typen von Metallschichten des Anschlusselements sind in Plattendickenrichtung symmetrisch angeordnet.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 15. Oktober 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-194377 , auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Patentdokument 1 offenbart wurde eine Halbleitervorrichtung mit einer doppelseitigen Wärmeableitungsstruktur. Die Halbleitervorrichtung enthält einen Halbleiterchip, ein Paar von Wärmesenken (Leiterrahmen) und ein Anschlusselement (Wärmesenkenblock). Der Halbleiterchip enthält ein in einem Siliziumsubstrat gebildetes Element, wie z. B. einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder einen MOSFET, und weist Hauptelektroden auf einer Oberfläche bzw. einer der einen Oberfläche gegenüberliegenden Rückfläche auf. Das Paar von Wärmesenken umfasst eine erste Wärmesenke, die benachbart zu der einen Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, und eine zweite Wärmesenke, die benachbart zu der Rückfläche des Halbleiterchips angeordnet ist. Das Anschlusselement ist zwischen der zweiten Wärmesenke und dem Halbleiterchip angeordnet und verbindet die zweite Wärmesenke und den Halbleiterchip elektrisch miteinander. Der Halbleiterchip und die erste Wärmesenke, der Halbleiterchip und das Anschlusselement sowie das Anschlusselement und die zweite Wärmesenke sind jeweils durch Bondelemente verbunden.
STAND-DER-TECHNIK-LITERATUR
PATENTLITERATUR
Patentdokument 1: JP 2013 - 98 228 A
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren hat SiC die Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil es Eigenschaften wie ein größeres dielektrisches Durchbruchsfeld und eine größere Bandlücke, eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine schnellere Elektronensättigungsgeschwindigkeit als Si aufweist. Allerdings ist der Elastizitätsmodul (im Folgenden E-Modul) von SiC etwa dreimal so groß wie der von Si. Daher besteht bei der oben beschriebenen doppelseitigen Wärmeableitungsstruktur, bei der der Halbleiterchip zwischen den Wärmesenken von oben und unten angeordnet ist, wenn SiC für den Halbleiterchip verwendet wird, die Gefahr von Rissen im Bondelement oder im Halbleiterchip.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine geeignete Halbleitervorrichtung bereitzustellen, auch wenn SiC für einen Halbleiterchip verwendet wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Halbleitervorrichtung auf: einen Halbleiterchip, der ein SiC-Substrat aufweist, das mit einem Element ausgebildet ist, und der Hauptelektroden auf einer Oberfläche und einer Rückfläche, die der einen Oberfläche in einer Plattendickenrichtung gegenüberliegt, enthält; eine erste Wärmesenke und eine zweite Wärmesenke als ein Paar von Wärmesenken, die derart angeordnet sind, dass der Halbleiterchip in Plattendickenrichtung dazwischen angeordnet ist, wobei die erste Wärmesenke an die eine Oberfläche des Halbleiterchips angrenzt und die zweite Wärmesenke an die Rückfläche des Halbleiterchips angrenzt; ein Anschlusselement, das zwischen der zweiten Wärmesenke und dem Halbleiterchip angeordnet ist und die zweite Wärmesenke und die Hauptelektrode auf der Rückfläche elektrisch miteinander verbindet; und mehrere Bondelemente, die zwischen der Hauptelektrode auf der einen Oberfläche und der ersten Wärmesenke, zwischen der Hauptelektrode auf der Rückfläche und dem Anschlusselement und zwischen dem Anschlusselement und der zweiten Wärmesenke angeordnet sind. Das Anschlusselement ist aus mehreren Arten bzw. Typen von Metallschichten aufgebaut, die Plattendickenrichtung geschichtet sind. Ein linearer Ausdehnungskoeffizient zumindest in einer Richtung orthogonal zur Plattendickenrichtung als Ganzes des Anschlusselements ist festgelegt, um in einem Bereich zu liegen, der größer als der des Halbleiterchips und kleiner als der der zweiten Wärmesenke ist. Die mehreren Arten von Metallschichten des Anschlusselements sind symmetrisch in Plattendickenrichtung angeordnet.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist, in der Halbleitervorrichtung, das Anschlusselement aus mehreren Arten von Metallschichten aufgebaut, die geschichtet sind, und der lineare Ausdehnungskoeffizient des Anschlusselements zumindest in der Richtung orthogonal zur Plattendickenrichtung auf einen Wert zwischen dem des Halbleiterchips und dem der zweiten Wärmesenke festgelegt bzw. eingestellt. Dadurch kann die thermische Belastung, die auf jedes der Bondelemente oder den Halbleiterchip wirkt, reduziert werden. Ferner sind die Metallschichten symmetrisch in Plattendickenrichtung angeordnet. Dadurch kann ein Verzug des Anschlusselements unterdrückt werden, und eine lokale Spannung bzw. Belastung, die auf jedes der Bondelemente oder den Halbleiterchip wirkt, kann unterdrückt werden. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung für die Halbleitervorrichtung mit einer doppelseitigen Wärmeableitungsstruktur, bei der SiC für den Halbleiterchip verwendet wird, geeignet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Halbleitervorrichtung auf: einen Halbleiterchip, der ein SiC-Substrat aufweist, das mit einem Element ausgebildet ist, und der Hauptelektroden auf einer Oberfläche und einer Rückfläche, die der einen Oberfläche in einer Plattendickenrichtung gegenüberliegt, enthält; eine erste Wärmesenke und eine zweite Wärmesenke als ein Paar von Wärmesenken, die derart angeordnet sind, dass der Halbleiterchip in Plattendickenrichtung dazwischen angeordnet ist, wobei die erste Wärmesenke an die eine Oberfläche des Halbleiterchips angrenzt und die zweite Wärmesenke an die Rückfläche des Halbleiterchips angrenzt; ein Anschlusselement, das zwischen der zweiten Wärmesenke und dem Halbleiterchip angeordnet ist und die zweite Wärmesenke und die Hauptelektrode auf der Rückfläche elektrisch miteinander verbindet; und mehrere Bondelemente, die zwischen der Hauptelektrode auf der einen Oberfläche und der ersten Wärmesenke, zwischen der Hauptelektrode auf der Rückfläche und dem Anschlusselement und zwischen dem Anschlusselement und der zweiten Wärmesenke angeordnet sind. Das Anschlusselement ist ein plattiertes Element aus drei oder mehr Schichten, bei dem eine Cu-Schicht und eine Cu und Cr enthaltende Legierungsschicht in Plattendickenrichtung hintereinander geschichtet sind und die Cu-Schicht und die Legierungsschicht in Plattendickenrichtung symmetrisch angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist, in der Halbleitervorrichtung, das Anschlusselement ein plattiertes Element mit einer Cu-Schicht und einer Cu und Cr enthaltenden Legierungsschicht. Durch die Aufnahme der Legierungsschicht wird die Ausdehnung der Cu-Schicht in einer Richtung orthogonal zur Plattendickenrichtung eingeschränkt, und der lineare Ausdehnungskoeffizient in der orthogonalen Richtung kann als Ganzes des Anschlusselements reduziert werden. Dadurch kann die thermische Belastung bzw. Spannung, die auf jedes der Bondelemente oder den Halbleiterchip wirkt, reduziert werden. Ferner sind die Cu-Schicht und die Legierungsschicht symmetrisch in Plattendickenrichtung angeordnet. Dadurch kann ein Verzug des Anschlusselements unterdrückt werden, und eine lokale Spannung bzw. Belastung, die auf jedes der Bondelemente oder den Halbleiterchip wirkt, kann unterdrückt werden. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung für die Halbleitervorrichtung mit einer doppelseitigen Wärmeableitungsstruktur, bei der SiC für den Halbleiterchip verwendet wird, geeignet.
Figurenliste
Die Aufgabe, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Energiewandlungsvorrichtung, auf die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform angewandt wird;
2 eine Perspektivansicht der Halbleitervorrichtung;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2;
4 eine Perspektivansicht eines Leiterrahmens mit einer ersten Wärmesenke;
5 eine Perspektivansicht des Leiterrahmens, auf dem ein Halbleiterchip angeordnet ist;
6 eine Perspektivansicht des Leiterrahmens, auf dem ein Anschlusselement angeordnet ist;
7 eine Perspektivansicht einer zweiten Wärmesenke;
8 eine Perspektivansicht des Leiterrahmens in einem Zustand, in dem die zweite Wärmesenke auf dem Anschlusselement angeordnet ist;
9 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer detaillierten Struktur des Anschlusselements;
10 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer ersten Modifikation und 9 entsprechend;
11 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer zweiten Modifikation und 9 entsprechend;
12 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer dritten Modifikation und 9 entsprechend;
13 eine Querschnittsansicht einer Peripherie des Anschlusselements einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
14 eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und der Linie XIV-XIV in 2 entsprechend;
15 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer vierten Modifikation; und
16 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Lötmittelbeanspruchssimulationsergebnisses für Pb-freies Lötmittel, das auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform aufgebracht ist.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend sind mehrere Ausführungsformen und Modifikationen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen und Modifikationen sind funktionell und/oder strukturell entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Nachstehend ist eine Plattendickenrichtung eines Halbleiterchips als Z-Richtung und eine Anordnungsrichtung von Halbleiterchips, die orthogonal zur Z-Richtung verläuft, als X-Richtung bezeichnet. Ferner ist eine Richtung, die orthogonal sowohl zur Z-Richtung als auch zur X-Richtung verläuft, als Y-Richtung bezeichnet. Wenn nicht anders angegeben, ist eine Form in einer XY-Ebenenansicht (eine Form entlang einer XY-Ebene) als planare Form bezeichnet. Es lässt sich sagen, dass die XY-Ebenenansicht eine Projektionsansicht in Z-Richtung ist.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend zeigt H am Ende eines Bezugszeichens an, dass ein entsprechendes Element zu einem oberen Arm gehört, und L am Ende eines Bezugszeichens an, dass ein entsprechendes Element zu einem unteren Arm gehört. Einige Elemente sind mit H und L an den Enden der Bezugszeichen gekennzeichnet, um den oberen und unteren Arm zu kennzeichnen, und einige andere Elemente sind mit den gemeinsamen Bezugszeichen unabhängig von dem oberen und unteren Arm gekennzeichnet.
(Konfiguration von Energiewandlungsvorrichtung)
Eine in 1 gezeigte Energiewandlungsvorrichtung 1 wird z. B. an einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug montiert. Die Energiewandlungsvorrichtung 1 ist konfiguriert, um eine von einer DC-Energiequelle 2 eines Fahrzeugs gelieferte Gleichspannung in Dreiphasen-Wechselstrom zu wandeln und die gewandelte Spannung an einen Motor 3 eines Dreiphasen-Wechselstromsystems auszugeben. Der Motor 3 fungiert als Fahrantriebsquelle des Fahrzeugs. Die Energiewandlungsvorrichtung 1 kann ebenso eine vom Motor 3 erzeugte elektrische Energie in eine Gleichspannung (DC) wandeln und die DC-Energiequelle 2 laden. Auf diese Weise ist die Energiewandlungsvorrichtung 1 in der Lage, eine bidirektionale Energieumwandlung vorzunehmen.
Die Energiewandlungsvorrichtung 1 enthält einen Glättungskondensator 4 und einen Inverter 5 als einen Energiewandler. Der Glättungskondensator 4 weist einen positiven Elektrodenanschluss verbunden mit einer positiven Elektrode der DC-Energiequelle 2, die eine hochpotentialseitige Elektrode der DC-Energiequelle 2 ist, und einen negativen Elektrodenanschluss verbunden mit einer negativen Elektrode der DC-Energiequelle 2, die eine niederpotentialseitige Elektrode der DC-Energiequelle 2 ist, auf. Der Inverter 5 wandelt eine von der DC-Energiequelle 2 empfangenen DC-Energie in einen Dreiphasen-Wechselstrom vorbestimmter Frequenz und gibt den Dreiphasen-Wechselstrom an den Motor 3 aus. Der Inverter 5 wandelt die vom Motor 3 erzeugte AC-Energie in eine DC-Energie um.
Der Inverter 5 enthält sechs Arme. Oberer und unterer Arm jeder Phase umfassen zwei Arme, die zwischen dem positiven Elektrodenanschluss und dem negativen Elektrodenanschluss des Glättungskondensators 4 in Reihe geschaltet sind. Der obere und untere Arm jeder Phase sind aus einer nachfolgend beschriebenen Halbleitervorrichtung 10 aufgebaut. Der Inverter 5 ist aus drei Halbleitervorrichtungen 10 aufgebaut.
In der vorliegenden Ausführungsform weist jeder der Arme einen MOSFET 6 auf. Ferner ist der MOSFET 6 vom n-Kanal-Typ. Der MOSFET 6 weist eine Drain-Elektrode und eine Source-Elektrode als Hauptelektroden auf, durch die ein Hauptstrom fließt. Die Drain-Elektrode des MOSFET 6 des oberen Arms ist elektrisch mit dem positiven Elektrodenanschluss des Glättungskondensators 4 verbunden. Die Source-Elektrode des MOSFET 6 des unteren Arms ist elektrisch mit dem negativen Elektrodenanschluss des Glättungskondensators 4 verbunden. Die Source-Elektrode des MOSFET 6 des oberen Arms und die Drain-Elektrode des MOSFET 6 des unteren Arms sind miteinander verbunden.
Die Energiewandlungsvorrichtung 1 kann zusätzlich zu dem Glättungskondensator 4 und dem Inverter 5 einen Aufwärtswandler zum Verstärken der von der DC-Energiequelle 2 gelieferten Gleichspannung, eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern von Elementen, die den Inverter 5 und den Aufwärtswandler bilden, eine Steuerschaltung zum Ausgeben eines Ansteuerbefehls an die Ansteuerschaltung und dergleichen enthalten.
(Konfiguration von Halbleitervorrichtung)
Wie in den 2 bis 8 gezeigt, weist die Halbleitervorrichtung 10 einen Halbleiterchip 12, einen Versiegelungsharzkörper 14, eine erste Wärmesenke 16, ein Anschlusselement 20, eine zweite Wärmesenke 24, einen Verbindungsteil 28, einen Energieversorgungsanschluss 32, einen Ausgangsanschluss 34 und einen Signalanschluss 36 auf. In 4 ist unter bzw. von Komponenten der Halbleitervorrichtung 10 nur ein Leiterrahmen 40 mit der ersten Wärmesenke 16 gezeigt. 5 zeigt einen Zustand, in dem der Halbleiterchip 12 mit der in 4 gezeigten Struktur verbunden ist. 6 zeigt einen Zustand, in dem das Anschlusselement 20 mit der in 5 gezeigten Struktur verbunden ist. 8 zeigt einen Zustand, in dem die zweite Wärmesenke 24 mit der in 6 gezeigten Struktur verbunden ist.
Der Halbleiterchip 12 ist durch ein SiC-Substrat bereitgestellt, das mit einem Element versehen ist. Nachstehend ist der Halbleiterchip 12, auf dem das Element des oberen Arms gebildet ist, auch als Halbleiterchip 12H bezeichnet, und der Halbleiterchip 12, auf dem das Element des unteren Arms gebildet ist, ist auch als Halbleiterchip 12L bezeichnet. Die beiden Halbleiterchips 12H, 12L sind so angeordnet, dass die Plattendickenrichtungen die gleiche Richtung (Z-Richtung) aufweisen.
Das im Halbleiterchip 12 gebildete Element weist eine vertikale Struktur auf, so dass ein Strom in Z-Richtung fließt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der MOSFET vom n-Kanal-Typ als das Element wie oben beschrieben gebildet. Wie in 3 gezeigt, ist die Drain-Elektrode 12d auf einer Oberfläche des Halbleiterchips 12 in Plattendickenrichtung, d. h. in Z-Richtung, gebildet, und die Source-Elektrode 12s ist auf einer der einen Oberfläche gegenüberliegenden Rückfläche gebildet. Die Drain-Elektrode 12d entspricht der Hauptelektrode auf der einen Oberfläche, und die Source-Elektrode 12s entspricht der Hauptelektrode auf der Rückfläche.
Die Halbleiterchips 12H, 12L weisen im Wesentlichen die gleiche planare Form, insbesondere eine im Wesentlichen rechteckige planare Form, und im Wesentlichen die gleiche Größe und im Wesentlichen die gleiche Dicke auf. Die Dicke jedes der Halbleiterchips 12 beträgt z. B. etwa 100 µm. Die Halbleiterchips 12H, 12L weisen die gleiche Konfiguration auf. Die Halbleiterchips 12H, 12L sind derart angeordnet, dass die Drain-Elektroden 12d in Z-Richtung auf derselben Seite liegen und die Source-Elektroden 12s in Z-Richtung auf derselben Seite liegen. Die Halbleiterchips 12H, 12L sind in Z-Richtung im Wesentlichen auf der gleichen Höhe positioniert und in X-Richtung nebeneinander ausgerichtet bzw. fluchtend.
Wie in den 5 und 6 gezeigt, ist eine Kontaktstelle 12p als Signalelektrode auf der Rückfläche der Halbleiterchips 12, d. h. einer Source-Elektroden-Bildungsfläche gebildet. Die Kontaktstelle 12p ist an einer Position verschieden von der Source-Elektrode 12s auf der Rückfläche der Halbleiterchips 12 gebildet. Das Kontaktstelle 12p ist an einem Ende gebildet, das in Y-Richtung einem Bereich gegenüberliegt, in dem die Source-Elektrode 12s gebildet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der Halbleiterchip 12 fünf Kontaktstellen 12p auf. Insbesondere sind die fünf Kontaktstellen 12p für eine Gate-Elektrode, ein Potential der Source-Elektrode 12s, eine Strommessung, ein Anodenpotential eines Temperatursensors (temperaturempfindliche Diode) zum Erfassen der Temperatur der Halbleiterchips 12 und ein Kathodenpotential vorgesehen. Die fünf Kontaktstellen 12p sind kollektiv am Ende in Y-Richtung gebildet und in X-Richtung ausgerichtet, im Halbleiterchip 12 mit der im Wesentlichen rechteckigen, ebenen Form.
Der Versiegelungsharzkörper 14 versiegelt den Halbleiterchip 12. Der Versiegelungsharzkörper 14 ist beispielsweise aus einem Epoxidharz aufgebaut. Der Versiegelungsharzkörper 14 ist beispielsweise anhand eines Transfer-Molding-Verfahrens geformt. Wie in den 2 und 3 gezeigt, weist der Versiegelungsharzkörper 14 eine Oberfläche 14a und eine der einen Oberfläche 14a in Z-Richtung gegenüberliegende Rückfläche 14b auf. Die eine Oberfläche 14a ist eine Oberfläche auf der gleichen Seite wie die Drain-Elektrode 12d der Halbleiterchips 12, und die Rückfläche 14b ist eine Oberfläche auf der gleichen Seite wie die Source-Elektrode 12s der Halbleiterchips 12. Die eine Oberfläche 14a und die Rückfläche 14b sind z.B. ebene Oberflächen. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Versiegelungsharzkörper 14 in einer Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form auf.
Die erste Wärmesenke 16 ist angrenzend an die eine Oberfläche des Halbleiterchips 12, d. h. die Drain-Elektrode 12d, angeordnet. Die erste Wärmesenke 16 dient dazu, Wärme des entsprechenden Halbleiterchips 12 zur Außenseite der Halbleitervorrichtung 10 abzuleiten, und dient ferner als Verdrahtung für die Hauptelektrode. Aus diesem Grund ist die erste Wärmesenke 16 aus mindestens einem metallischen Material wie Cu oder Al gefertigt, um Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Wärmesenke 16 aus Cu aufgebaut und weist eine Dicke von etwa 2 mm auf. Wie in den 3 bis 5 gezeigt, umfasst die erste Wärmesenke 16 eine erste Wärmesenke 16H, die dem Halbleiterchip 12H entspricht, und eine erste Wärmesenke 16L, die dem Halbleiterchip 12L entspricht.
Die erste Wärmesenke 16 ist angeordnet, um den entsprechenden Halbleiterchip 12 in einer Projektionsansicht in Z-Richtung zu umschließen. Die erste Wärmesenke 16 ist über ein Lötmittel 18 mit der Drain-Elektrode 12d des entsprechenden Halbleiterchips 12 verbunden. Der größte Teil der ersten Wärmesenke 16 ist mit dem Versiegelungsharzkörper 14 bedeckt. Von den Oberflächen der ersten Wärmesenke 16 ist eine Befestigungsoberfläche 16a mit einem Lötmittel 18 verbunden. Eine Wärmeableitungsoberfläche 16b, die der Befestigungsoberfläche 16a gegenüberliegt, ist vom Versiegelungsharzkörper 14 freigelegt. Die Wärmeableitungsoberfläche 16b ist im Wesentlichen bündig mit der einen Oberfläche 14a.
Insbesondere ist die Befestigungsoberfläche 16a der ersten Wärmesenke 16H über das Lötmittel 18 mit der Drain-Elektrode 12d des Halbleiterchips 12H verbunden. Die Befestigungsoberfläche 16a der ersten Wärmesenke 16L ist über das Lötmittel 18 mit der Drain-Elektrode 12d des Halbleiterchips 12L verbunden. Die ersten Wärmesenken 16H, 16L sind in X-Richtung nebeneinander ausgerichtet und in Z-Richtung im Wesentlichen an der gleichen Position angeordnet. Die Wärmeableitungsoberflächen 16b der ersten Wärmesenken 16H, 16L sind von der einen Oberfläche 14a des Versiegelungsharzkörpers 14 freigelegt und sind in X-Richtung nebeneinander ausgerichtet.
Das Anschlusselement 20 ist zwischen dem Halbleiterchip 12 und der zweiten Wärmesenke 24 angeordnet und verbindet den Halbleiterchip 12 und die zweite Wärmesenke 24 elektrisch miteinander. Da sich das Anschlusselement 20 in der Mitte des Wärmeleitpfades und des Pfades elektrischer Leitfähigkeit zwischen dem Halbleiterchip 12 und der zweiten Wärmesenke 24 befindet, ist das Anschlusselement 20 aus mindestens einem metallischen Material aufgebaut, um Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten. Das Anschlusselement 20 ist angeordnet, um der Source-Elektrode 12s des entsprechenden Halbleiterchips 12 gegenüberzuliegen, und ist über ein Lötmittel 22 mit der Source-Elektrode 12s verbunden. Das Anschlusselement 20 ist entsprechend für den Halbleiterchip 12 vorgesehen. D. h., die Halbleitervorrichtung 10 enthält zwei Anschlusselemente 20. Eines der beiden Anschlusselemente 20 ist zwischen dem Halbleiterchip 12H und der zweiten Wärmesenke 24H angeordnet, das andere zwischen dem Halbleiterchip 12L und der zweiten Wärmesenke 24L. Das Anschlusselement 20 ist nachstehend noch näher beschrieben.
Die zweite Wärmesenke 24 dient dazu, Wärme des entsprechenden Halbleiterchips 12 zur Außenseite der Halbleitervorrichtung 10 abzuleiten, und dient ferner als Verdrahtung für die Hauptelektrode, ähnlich wie bei der ersten Wärmesenken 16. Die zweite Wärmesenke 24 ist angrenzend an die Source-Elektrode 12s des Halbleiterchips 12 angeordnet. Die zweite Wärmesenke 24 ist in Bezug auf den Halbleiterchip 12 gegenüber der ersten Wärmesenke 16 angeordnet, so dass sich der Halbleiterchip 12 zwischen der zweiten Wärmesenke 24 und der ersten Wärmesenke 16 befindet. Die erste Wärmesenke 16 und die zweite Wärmesenke 24 entsprechen einem Paar von Wärmesenken. Nachstehend sind die erste Wärmesenke 16 und die zweite Wärmesenke 24 auch als Wärmesenken 16, 24 bezeichnet.
Die zweite Wärmesenke 24 ist aus mindestens einem metallischen Material wie Cu oder Al aufgebaut. In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Wärmesenke 24 aus Cu aufgebaut und weist eine Dicke von etwa 2 mm auf. Wie in den 3, 7 und 9 gezeigt, umfasst die zweite Wärmesenke 24 eine zweite Wärmesenke 24H, die dem Halbleiterchip 12H entspricht, und eine zweite Wärmesenke 24L, die dem Halbleiterchip 12L entspricht.
Die zweite Wärmesenke 24 ist angeordnet, um den entsprechenden Halbleiterchip 12 in einer Projektionsansicht in Z-Richtung zu umschließen. Die zweite Wärmesenke 24 ist elektrisch mit der Source-Elektrode 12s des entsprechenden Halbleiterchips 12 verbunden. Die zweite Wärmesenke 24 ist über das Lötmittel 22, das Anschlusselement 20 und ein Lötmittel 26 elektrisch mit der entsprechenden Source-Elektrode 12s verbunden. Der größte Teil der zweiten Wärmesenke 24 ist mit dem Versiegelungsharzkörper 14 bedeckt. Von den Oberflächen der zweiten Wärmesenke 24 ist eine Befestigungsoberfläche 24a mit dem Lötmittel 26 verbunden, und eine der Befestigungsoberfläche 24a gegenüberliegende Wärmeableitungsoberfläche 24b ist vom Versiegelungsharzkörper 14 freigelegt. Die Wärmeableitungsoberfläche 24b ist im Wesentlichen bündig mit der Rückfläche 14b. Die Lötmittel 18, 22 und 26 entsprechen Bondelementen.
Insbesondere ist die Befestigungsoberfläche 24a der zweiten Wärmesenke 24H über das Lötmittel 26 mit dem dem Halbleiterchip 12H entsprechenden Anschlusselement 20 verbunden. Die Befestigungsoberfläche 24a der zweiten Wärmesenke 24L ist über das Lötmittel 26 mit dem dem Halbleiterchip 12L entsprechenden Anschlusselement 20 verbunden. Die zweite Wärmesenken 24H, 24L sind in X-Richtung nebeneinander ausgerichtet und in Z-Richtung im Wesentlichen an der gleichen Position angeordnet. Die Wärmeableitungsoberflächen 24b der zweiten Wärmesenke 24H und 24L sind von der Rückfläche 14b des Versiegelungsharzkörpers 14 freigelegt und sind in X-Richtung nebeneinander ausgerichtet.
Der Verbindungsteil 28 umfasst einen ersten Verbindungsteil 28a, einen zweiten Verbindungsteil 28b und einen dritten Verbindungsteil 28c. Der erste Verbindungsteil 28a und der dritte Verbindungsteil 28c verbinden die zweite Wärmesenke 24H des oberen Arms und die erste Wärmesenke 16L des unteren Arms elektrisch. Der zweite Verbindungsteil 28b verbindet die zweite Wärmesenke 24L des unteren Arms und einen negativen Elektrodenanschluss 32n elektrisch.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Verbindungsteil 28a durch Bearbeitung derselben Metallplatte einstückig mit der zweiten Wärmesenke 24H ausgebildet. Der zweite Verbindungsteil 28b ist durch Bearbeitung derselben Metallplatte integral mit der zweiten Wärmesenke 24L ausgebildet. Die zweite Wärmesenke 24H mit dem ersten Verbindungsteil 28a und die zweite Wärmesenke 24L mit dem zweiten Verbindungsteil 28b sind gemeinsame Teile, und in der Halbleitervorrichtung 10 sind diese Teile in zweifacher Rotationssymmetrie in Bezug auf die Z-Achse als Rotationsachse angeordnet.
Der erste Verbindungsteil 28a ist dünner als die zweite Wärmesenke 24H ausgebildet, um mit dem Versiegelungsharzkörper 14 bedeckt zu sein. Der erste Verbindungsteil 28a schließt so an die zweite Wärmesenke 24H an, dass er im Wesentlichen bündig mit der Befestigungsoberfläche 24a der zweiten Wärmesenke 24H ist. Der erste Verbindungsteil 28a erstreckt sich in X-Richtung von einer Seitenfläche 24c auf der Seite der zweiten Wärmesenke 24L der zweiten Wärmesenke 24H. Eine Oberfläche des ersten Verbindungsteils 28a, die mit der Befestigungsoberfläche 24a der zweiten Wärmesenke 24H fortlaufend ist, ist über ein Lötmittel 30 mit dem dritten Verbindungsteil 28c verbunden.
Der zweite Verbindungsteil 28b weist die gleiche Konfiguration wie der erste Verbindungsteil 28a auf. Eine Oberfläche des zweiten Verbindungsteils 28b, die mit der Befestigungsoberfläche 24a der zweiten Wärmesenke 24L fortlaufend ist, ist über das Lötmittel 30 mit dem negativen Elektrodenanschluss 32n verbunden. Jede der Oberflächen des ersten Verbindungsteils 28a und des zweiten Verbindungsteils 28b, die mit der entsprechenden Befestigungsoberfläche 24a fortlaufend ist, weist eine Nut zur Aufnahme des übergelaufenen Lötmittels 30 auf. Die Nut ist ringförmig ausgebildet.
Der dritte Verbindungsteil 28c ist ebenso einstückig mit der ersten Wärmesenke 16L ausgebildet, durch Bearbeitung derselben Metallplatte. Der dritte Verbindungsteil 28c ist dünner als die erste Wärmesenke 16L ausgebildet, um mit dem Versiegelungsharzkörper 14 bedeckt zu sein. Der dritte Verbindungsteil 28c schließt so an die erste Wärmesenke 16L an, dass er im Wesentlichen bündig mit der Befestigungsoberfläche 16a der ersten Wärmesenke 16L ist. Der dritte Verbindungsteil 28c erstreckt sich von einer Seitenfläche 16c auf der Seite der ersten Wärmesenke 16H in Richtung der zweiten Wärmesenke 24H.
Der dritte Verbindungsteil 28c erstreckt sich in einer Draufsicht in Z-Richtung in X-Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform weist der dritte Verbindungsteil 28c, wie in 3 gezeigt, zwei gebogene Abschnitte auf. Das vordere Ende des dritten Verbindungsteils 28c überlappt sich in der Projektionsansicht in Z-Richtung mit dem ersten Verbindungsteil 28a. Ferner sind der dritte Verbindungsteil 28c und der erste Verbindungsteil 28a über das Lötmittel 30 miteinander verbunden. Der dritte Verbindungsteil 28c ist mit dem zweiten Verbindungsteil 28b in Y-Richtung nebeneinander ausgerichtet.
Der erste Verbindungsteil 28a kann ein von der zweiten Wärmesenke 24H getrenntes Element sein und mit der zweiten Wärmesenke 24H verbunden sein, um sich bis zur zweiten Wärmesenke 24H fortzusetzen. Der zweite Verbindungsteil 28b kann ein von der zweiten Wärmesenke 24L getrenntes Element sein und mit der zweiten Wärmesenke 24L verbunden sein, um sich bis zur zweiten Wärmesenke 24L fortzusetzen. Der dritte Verbindungsteil 28c kann ein von der ersten Wärmesenke 16L getrenntes Element sein und mit der ersten Wärmesenke 16L verbunden sein, um sich bis zur ersten Wärmesenke 16L fortzusetzen. Der obere Arm und der untere Arm können ebenso nur durch entweder den ersten Verbindungsteil 28a oder den dritten Verbindungsteil 28c elektrisch verbunden sein.
Der Energieversorgungsanschluss 32 umfasst einen positiven Elektrodenanschluss 32p und einen negativen Elektrodenanschluss 32n. Der positive Elektrodenanschluss 32p ist elektrisch mit dem positiven Elektrodenanschluss des Glättungskondensators 4 verbunden. Der positive Elektrodenanschluss 32p ist ein Hauptanschluss, durch den ein Hauptstrom fließt. Der positive Elektrodenanschluss 32p ist auch als Energieversorgungsanschluss hohen Potentials oder als P-Anschluss bezeichnet. Wie in 4 gezeigt, ist der positive Elektrodenanschluss 32p mit der ersten Wärmesenke 16H verbunden und erstreckt sich in Y-Richtung von einer Oberfläche der ersten Wärmesenke 16H, die einer den Signalanschlüssen 36 benachbarten Seitenfläche gegenüberliegt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der positive Elektrodenanschluss 32p durch Bearbeitung derselben Metallplatte einstückig mit der ersten Wärmesenke 16H ausgebildet. Der positive Elektrodenanschluss 32p ist mit einem Ende der ersten Wärmesenke 16H in Y-Richtung verbunden. Der positive Elektrodenanschluss 32p erstreckt sich in Y-Richtung und ragt von einer Seitenfläche 14c des Versiegelungsharzkörpers 14 nach außen.
Der negative Elektrodenanschluss 32n ist elektrisch mit dem negativen Elektrodenanschluss des Glättungskondensators 4 verbunden. Der negative Elektrodenanschluss 32n ist ein Hauptanschluss, durch den der Hauptstrom fließt. Der negative Elektrodenanschluss 32n ist auch als Energieversorgungsanschluss niedrigen Potentials oder als N-Anschluss bezeichnet. Der negative Elektrodenanschluss 32n ist so angeordnet, dass ein Teil des negativen Elektrodenanschlusses 32n den zweiten Verbindungsteil 28b in der Projektionsansicht in Z-Richtung überlappt. Der negative Elektrodenanschluss 32n ist in Z-Richtung näher am Halbleiterchip 12 angeordnet als der zweite Verbindungsteil 28b. Der negative Elektrodenanschluss 32n und der zweite Verbindungsteil 28b sind über das Lötmittel 30 miteinander verbunden. Der negative Elektrodenanschluss 32n erstreckt sich in Y-Richtung und ragt von der gleichen Seitenfläche 14c wie der positive Elektrodenanschluss 32p aus dem Versiegelungsharzkörper 14 heraus.
Der Ausgangsanschluss 34 ist elektrisch mit dem Verbindungspunkt zwischen dem obere Arm und dem unteren Arm verbunden. Der Ausgangsanschluss 34 ist elektrisch mit der Spule (Statorwicklung) der entsprechenden Phase des Motors 3 verbunden. Der Ausgangsanschluss 34 ist auch als AC-Anschluss oder als O-Anschluss bezeichnet. Wie in 4 gezeigt, schließt der Ausgangsanschluss 34 an die erste Wärmesenke 16L an und erstreckt sich auf der gleichen Seite wie der positive Elektrodenanschluss 32p in Y-Richtung von einer Oberfläche der ersten Wärmesenke 16L, die einer Seitenfläche neben dem Signalanschluss 36 gegenüberliegt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausgangsanschluss 34 durch Bearbeitung derselben Metallplatte einstückig mit der ersten Wärmesenke 16L ausgebildet. Der Ausgangsanschluss 34 schließt in Y-Richtung an ein Ende der ersten Wärmesenke 16L an. Der Ausgangsanschluss 34 erstreckt sich in Y-Richtung und ragt von der gleichen Seitenfläche 14c wie der positive Elektrodenanschluss 32p und der negative Elektrodenanschluss 32n aus dem Versiegelungsharzkörper 14 heraus.
Die jeweiligen herausragenden Abschnitte des positiven Elektrodenanschlusses 32p, des negativen Elektrodenanschlusses 32n und des Ausgangsanschlusses 34 aus dem Versiegelungsharzkörper 14 sind in Z-Richtung im Wesentlichen an der gleichen Position angeordnet. Ferner sind der positive Elektrodenanschluss 32p, der negative Elektrodenanschluss 32n und der Ausgangsanschluss 34 in dieser Reihenfolge in X-Richtung nebeneinander ausgerichtet. Somit ist der negative Elektrodenanschluss 32n neben dem positiven Elektrodenanschluss 32p angeordnet.
Der Energieversorgungsanschluss 32 und der Ausgangsanschluss 34 sind auch als Hauptanschlüsse bezeichnet, da durch sie der Hauptstrom fließt. Der Energieversorgungsanschluss 32 und der Ausgangsanschluss 34 sind mit Strom- bzw. Sammelschienen (nicht gezeigt) verbunden. Die Sammelschienen sind beispielsweise durch Laserschweißen mit dem entsprechenden Energieversorgungsanschluss 32 und Ausgangsanschluss 34 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist in Anbetracht der Verbindungsfähigkeit mit der Sammelschiene oder dergleichen eine Erstreckungslänge des aus dem Versiegelungsharzkörper 14 herausragenden Abschnitts zwischen den drei Anschlüssen der Energieversorgungsanschlüsse 32 und des Ausgangsanschlusses 34 unterschiedlich. Der Ausgangsanschluss 34 ist der längste Anschluss, und der negative Elektrodenanschluss 32n ist der kürzeste Anschluss. Ferner weist in Bezug auf die Breite des herausragenden Abschnitts der positive Elektrodenanschluss 32p die größte Breite und der Ausgangsanschluss 34 die geringste Breite auf.
Der positive Elektrodenanschluss 32p kann ein von der ersten Wärmesenke 16H getrenntes Element sein und mit der ersten Wärmesenke 16H verbunden sein, um sich bis zur ersten Wärmesenke 16H fortzusetzen. Der negative Elektrodenanschluss 32n kann aus derselben Metallplatte wie der zweite Verbindungsteil 28b und ferner die zweite Wärmesenke 24L aufgebaut sein. Der Ausgangsanschluss 34 kann ein von der ersten Wärmesenke 16L getrenntes Element sein und mit der ersten Wärmesenke 16L verbunden sein, um sich bis zur ersten Wärmesenke 16L fortzusetzen.
Wie in 6 gezeigt, ist der Signalanschluss 36 über einen Bonddraht 38 elektrisch mit der Kontaktstelle 12p des entsprechenden Halbleiterchips 12 verbunden. Der Signalanschluss 36 erstreckt sich in Y-Richtung und ragt, wie in 2 gezeigt, von einer Seitenfläche 14d, die der Seitenfläche 14c des Versiegelungsharzkörpers 14 gegenüberliegt, aus dem Versiegelungsharzkörper 14 heraus.
Wie in 4 gezeigt, werden in der vorliegenden Ausführungsform die erste Wärmesenke 16, der dritte Verbindungsteil 28c, der Energieversorgungsanschluss 32, der Ausgangsanschluss 34 und der Signalanschluss 36 durch den Leiterrahmen 40 bereitgestellt, der dieselbe Metallplatte ist. Im Leiterrahmen 40 sind die ersten Wärmesenken 16 und ein Verbindungsabschnitt des negativen Elektrodenanschlusses 32 mit dem zweiten Verbindungsteil 28b dicke Teile, und der andere Abschnitt ist ein dünner Teil, der dünner ist als die dicken Teile.
In der Halbleitervorrichtung 10, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, sind der Halbleiterchip 12, ein Teil jeder der ersten Wärmesenken 16, das Anschlusselement 20, ein Teil jeder der zweiten Wärmesenken 24, ein Teil jedes der Energieversorgungsanschlüsse 32, ein Teil des Ausgangsanschlusses 34 und ein Teil des Signalanschlusses 36 integral bzw. einstückig durch den Versiegelungsharzkörper 14 versiegelt. In der Halbleitervorrichtung 10 sind die beiden Halbleiterchips 12, die den oberen und unteren Arm für eine Phase bilden, durch den Versiegelungsharzkörper 14 versiegelt. Daher ist die Halbleitervorrichtung 10 auch als 2-in-1-Paket bzw. Baugruppe bezeichnet.
Die Wärmeableitungsoberflächen 16b der ersten Wärmesenken 16H, 16L liegen in derselben Ebene und schließen im Wesentlichen bündig mit der einen Oberfläche 14a des Versiegelungsharzkörpers 14 ab. Ebenso liegen die Wärmeableitungsoberflächen 24b der zweiten Wärmesenken 24H, 24L in derselben Ebene und schließen im Wesentlichen bündig mit der Rückfläche 14b des Versiegelungsharzkörpers 14 ab. Auf diese Weise bildet die Halbleitervorrichtung 10 eine doppelseitige Wärmeableitungsstruktur, bei der die Wärmeableitungsoberflächen 16b, 24b beide vom Versiegelungsharzkörper 14 freigelegt sind.
(Halbleitervorrichtungsfertigungsverfahren)
Nachstehend ist ein Beispiel für ein Verfahren zum Fertigen der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung 10 unter Bezugnahme auf die 2, 4 bis 6 und 8 beschrieben. Die 2, 4 bis 6 und 8 zeigen den Leiterrahmen 40 in einem Produktzustand. Der Leiterrahmen 40 weist Außenrahmen und Holme (nicht abgebildet) auf, bis überflüssige Abschnitte im folgenden Fertigungsprozess entfernt werden.
Zunächst wird jedes Element, das die Halbleitervorrichtung 10 bildet, vorbereitet. Zum Beispiel wird der in 4 gezeigte Leiterrahmen 40 vorbereitet. Ferner werden der Halbleiterchip 12, das Anschlusselement 20 und die zweite Wärmesenke 24 entsprechend vorbereitet.
Anschließend werden, wie in 5 gezeigt, die Halbleiterchips 12H, 12L über das Lötmittel 18 auf der Befestigungsoberfläche 16a der entsprechenden ersten Wärmesenke 16H, 16L im Leiterrahmen 40 angeordnet. Zu dieser Zeit werden die Halbleiterchips 12H, 12L jeweils so angeordnet, dass die Drain-Elektrode 12d der Befestigungsoberfläche 16a gegenüberliegt.
Anschließend wird z. B. das Anschlusselement 20, in dem die Lötmittel 22, 26 als Aufnahmelot auf beiden Oberflächen vorläufig angeordnet sind, so angeordnet, dass das Lötmittel 22 an den Halbleiterchip 12 angrenzt. Das Lötmittel 26 wird in der Menge vorgesehen, mit der die Höhenschwankungen in der Halbleitervorrichtung 10 absorbierbar sind. Ferner wird das Lötmittel 30 auf dem dritten Verbindungsteil 28c und dem negativen Elektrodenanschluss 32n angeordnet.
Anschließend erfolgt in diesem Zustand ein erster Reflow der Lötmittel. Dadurch werden die Drain-Elektrode 12d des Halbleiterchips 12 und die entsprechende erste Wärmesenke 16 über das Lötmittel 18 verbunden. Ferner werden die Source-Elektrode 12s des Halbleiterchips 12 und das entsprechende Anschlusselement 20 über das Lötmittel 22 verbunden. D. h., wie in 6 gezeigt, kann ein Verbundkörper erhalten werden, in dem der Leiterrahmen 40, der Halbleiterchip 12 und das Anschlusselement 20 integriert sind. Nach dem ersten Reflow werden die Kontaktstelle 12p des Halbleiterchips 12 und der Signalanschluss 36 über den Bonddraht 38 verbunden.
Anschließend wird die zweite Wärmesenke 24 auf einem Sockel (nicht gezeigt) mit der Befestigungsoberfläche 24a nach oben angeordnet. Hierauf folgend wird der Verbundkörper auf der zweiten Wärmesenke 24 so angeordnet, dass das Anschlusselement 20 der zweiten Wärmesenke 24 gegenüberliegt, und es erfolgt ein zweiter Reflow der Lötmittel. Bei dem zweiten Reflow wird eine Last von der Seite der ersten Wärmesenke 16 so aufgebracht, dass die Höhe der Halbleitervorrichtung 10 eine vorbestimmte Höhe annimmt. 8 zeigt einen Zustand nach dem zweiten Reflow.
Anschließend erfolgt ein Molding des Versiegelungsharzkörpers 14 anhand eines Transfer-Molding-Verfahrens. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Versiegelungsharzkörper 14 so geformt, dass die erste Wärmesenke 16 und die zweite Wärmesenke 24 vollständig versiegelt werden. Vor dem Molding kann ein Polyamidharz auf Oberflächenabschnitte der ersten Wärmesenke 16, des Halbleiterchips 12, des Anschlusselements 20 und dergleichen, die den Versiegelungsharzkörper 14 kontaktieren, aufgebracht werden, um die Haftung am Versiegelungsharzkörper 14 zu verbessern.
Anschließend wird der geformte bzw. dem Molding unterzogene Versiegelungsharzkörper 14 zusammen mit einem Teil der ersten Wärmesenke 16 geschnitten, um die Wärmeableitungsoberfläche 16b der ersten Wärmesenke 16 freizulegen. Dadurch ist die Wärmeableitungsoberfläche 16b im Wesentlichen bündig mit der einen Oberfläche 14a. In gleicher Weise wird der geformte Versiegelungsharzkörper 14 zusammen mit einem Teil der zweiten Wärmesenke 24 geschnitten, um die Wärmeableitungsoberfläche 24b der zweiten Wärmesenke 24 freizulegen. Dadurch ist die Wärmeableitungsoberfläche 24b im Wesentlichen bündig mit der Rückfläche 14b.
Der Versiegelungsharzkörper 14 kann in einem Zustand gemoldet bzw. geformt werden, in dem die Wärmeableitungsoberflächen 16b, 24b gegen eine Kavitätenwandoberfläche eines Formwerkzeugs gedrückt werden, um in engem Kontakt mit der Kavitätenwandoberfläche zu sein. In diesem Fall werden die Wärmeableitungsoberflächen 16b, 24b vom Versiegelungsharzkörper 14 freigelegt, wenn der Versiegelungsharzkörper 14 geformt wird. Somit entfällt das Schneiden nach dem Molding.
Anschließend werden nicht benötigte Abschnitte des Leiterrahmens 40, wie z. B. Außenrahmen und Holme, entfernt. Als Ergebnis wird die in 2 gezeigte Halbleitervorrichtung 10 erhalten.
(Details zum Anschlusselement)
Das Anschlusselement 20 ist aus mehreren Arten von gestapelten Metallschichten aufgebaut. Metallschichten, die in Stapelrichtung nebeneinander liegen, sind aneinander gebondet. In diesem Fall kann „verschiedene Arten“ Metallschichten aus verschiedenen konstituierenden Metallen oder Metallschichten mit unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten zueinander umfassen. Selbst wenn die linearen Ausdehnungskoeffizienten gleich sind, sehen die verschiedenen Metalle beispielsweise unterschiedliche Arten vor. Die mehreren Arten von Metallschichten können voneinander verschiedene lineare Ausdehnungskoeffizienten in der Z-Richtung und in mindestens einer Richtung orthogonal zur Z-Richtung aufweisen, und jeder der linearen Ausdehnungskoeffizienten kann innerhalb eines Bereichs von mindestens dem des Halbleiterchips 12 bis höchstens dem der zweiten Wärmesenke 24 liegen. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Anschlusselements 20 insgesamt kann leicht zwischen dem des Halbleiterchips 12 und dem der zweiten Wärmesenke 24 eingestellt werden. Die Richtung orthogonal zur Z-Richtung umfasst Richtungen entlang der XY-Ebene, d. h. die X-Richtung und die Y-Richtung. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von SiC beträgt etwa 4 x 10^-6 /K, und der lineare Ausdehnungskoeffizient von Cu beträgt etwa 17 x 10^-6 /K.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein plattiertes Element mit einer Metallschicht aus einem ersten Metall und einer Legierungsschicht, die das erste Metall enthält, als das Anschlusselement 20 verwendet. Insbesondere wird, wie in 9 gezeigt, das plattierte Element mit einer Cu-Schicht 20a und einer Cu-haltigen Legierungsschicht 20b verwendet. Da das plattierte Element durch molekulare Diffusion ohne Verwendung eines Bondmaterials gebildet wird, kann die Verbindungssicherheit zwischen den Schichten im Vergleich zu einem herkömmlichen geschichteten Typ verbessert werden. Da in der vorliegenden Ausführungsform alle der Schichten das gleiche Metall (Cu) enthalten, kann die Verbindungszuverlässigkeit verbessert werden. Darüber hinaus kann die Verringerung der Wärmeableitung im Vergleich zu einer Konfiguration, in der alle der Schichten des Anschlusselements aus der Legierungsschicht aufgebaut sind, unterdrückt werden.
Obwohl die Cu-Schicht 20a eine hervorragende Wärmeableitung und Wärmeleitfähigkeit besitzt, ist der lineare Ausdehnungskoeffizient der Cu-Schicht 20a größer als der von SiC. Der lineare Ausdehnungskoeffizient der Cu-Schicht 20a ist der gleiche wie der der zweiten Wärmesenke 24. Die Legierungsschicht 20b enthält Cu und ein metallisches Material, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient kleiner als der des Cu ist. Der lineare Ausdehnungskoeffizient der Legierungsschicht 20b ist zumindest in einer Richtung orthogonal zur Z-Richtung kleiner als der von Cu. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Legierungsschicht 20b Cr. Durch die Verwendung von Cr kann der lineare Ausdehnungskoeffizient der Legierungsschicht 20b reduziert werden, und das leichte Anschlusselement 20 kann zu geringen Kosten hergestellt werden.
Die Cr-haltige Legierungsschicht 20b wird durch Walzen gebildet, z. B. Cr imprägniert mit Cu. Bei dem Walzen verhalten sich der lineare Ausdehnungskoeffizient in einer Walzrichtung und der lineare Ausdehnungskoeffizient in einer Richtung orthogonal zur Walzrichtung in Bezug auf ein Walzreduktionsverhältnis unterschiedlich zueinander. Das liegt daran, dass bei einer Beschränkung der thermischen Ausdehnung von Cu auf Cr, das in Walzrichtung flach ist, die Spannung bzw. die Last in Walzrichtung und orthogonaler Richtung unterschiedlich wirkt. Das Walzreduktionsverhältnis ist ein Reduktionsverhältnis der Dicke eines gewalzten Materials.
In Walzrichtung nimmt der lineare Ausdehnungskoeffizient mit zunehmendem Walzreduktionsverhältnis weiter ab. Beispielsweise wird bei einem 50-Massen%-Cr-Cu-Walzmaterial der lineare Ausdehnungskoeffizient bei einem Walzreduktionsverhältnis von etwa 70 % nahezu konstant. Ähnlich wie in Walzrichtung nimmt der lineare Ausdehnungskoeffizient in orthogonaler Richtung mit zunehmendem Walzreduktionsverhältnis weiter ab, aber der Betrag der Abnahme in Bezug auf das Walzreduktionsverhältnis ist kleiner als der in Walzrichtung. Beispielsweise nimmt, selbst wenn das 50-Massen%-Cr-Cu-Walzmaterial auf das Walzreduktionsverhältnis von 98 % gewalzt wird, der lineare Ausdehnungskoeffizient weiter ab und nähert sich dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Walzrichtung an.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Anschlusselement 20 aus dem plattierten Element unter Verwendung des Cr-Cu-Walzmaterials aufgebaut, bei dem der lineare Ausdehnungskoeffizient in Walzrichtung, der stark zur Erzeugung von thermischer Belastung in einem Bondabschnitt beiträgt, in Bezug auf das Walzreduktionsverhältnis nahezu konstant ist. Das Cr-Cu-Walzmaterial ist z. B. ein 50-Masse%-Cr-Cu-Walzmaterial, das auf das Walzreduktionsverhältnis von 70 % oder mehr gewalzt wurde. In der Legierungsschicht 20b (Cr-Cu-Walzmaterial) sind die X-Richtung und die Y-Richtung die Walzrichtungen, so dass die linearen Ausdehnungskoeffizienten in den Richtungen orthogonal zur Z-Richtung, d. h. die X-Richtung und die Y-Richtung, gleich sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist der lineare Ausdehnungskoeffizient in Z-Richtung der Legierungsschicht 20b größer als die in X-Richtung und in Y-Richtung der Legierungsschicht 20b und kleiner als der von Cu.
Im Anschlusselement 20 wird die thermische Ausdehnung der Cu-Schicht 20a durch die Legierungsschicht 20b begrenzt, und der Unterdrückungseffekt des linearen Ausdehnungskoeffizienten ist höher als bei einem Material, in dem Cu- und Cr-Cu-Legierungspulver einfach kompoundiert sind. Bei einer solchen Schichtstruktur hat der lineare Ausdehnungskoeffizient in der Richtung orthogonal zur Z-Richtung des Anschlusselements 20 insgesamt einen Wert zwischen dem Wert des Halbleiterchips 12 und dem Wert der zweiten Wärmesenke 24 und beträgt beispielsweise etwa 12 x 10^-6 /K bis 13 x 10^-6 /K. Daher kann die thermische Belastung, die auf das Lötmittel 22 wirkt, das den Halbleiterchip 12 mit dem Anschlusselement 20 verbindet, reduziert werden.
Außerdem kann der Wärmediffusionseffekt durch die Cu-Schicht 20a verstärkt werden, während der lineare Ausdehnungskoeffizient klein bleibt. Dadurch kann die auf die Lötmittel 18, 22 wirkende thermische Belastung reduziert werden, ohne die Wärmeableitung der Halbleitervorrichtung 10 zu beeinträchtigen. Insbesondere kann, da die Legierungsschicht 20b dünner ist als die Cu-Schicht 20a, der Wärmeableitungseffekt bei Verwendung der Legierungsschicht 20b verbessert werden.
Außerdem sind die Cu-Schicht 20a und die Legierungsschicht 20b symmetrisch in Z-Richtung angeordnet. Insbesondere sind, wie in 9 gezeigt, die Cu-Schichten 20a und die Legierungsschichten 20b liniensymmetrisch in Bezug auf die Mittellinie CL des Anschlusselements 20 in Z-Richtung angeordnet. Die Cu-Schichten 20a und die Legierungsschichten 20b sind abwechselnd so angeordnet, dass die Anzahl von Schichten eine ungerade Zahl 5 ist. Die Cu-Schichten 20a weisen im Wesentlichen die gleiche Dicke zueinander auf, und die Legierungsschichten 20b weisen im Wesentlichen die gleiche Dicke zueinander auf.
Da die Symmetrie in Z-Richtung hoch ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich das Anschlusselement 20 aufgrund der unterschiedlichen lineare Ausdehnungskoeffizienten der Metallschichten, aus denen das Anschlusselement 20 aufgebaut ist, verzieht. D. h., die auf die Lötmittel 18, 22 und 26 wirkende Spannung kann reduziert werden. Das Anschlusselement 20 weist in einer Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form auf, und die Formen der Cu-Schicht 20a und der Legierungsschicht 20b sind in einer Projektionsansicht in Z-Richtung im Wesentlichen gleich. Daher weist das Anschlusselement 20 auch in der Richtung orthogonal zur Z-Richtung eine hohe Symmetrie auf, so dass der Verzug unterdrückt werden kann.
Ferner sind die Cu-Schicht 20a, die Legierungsschicht 20b, die Cu-Schicht 20a, die Legierungsschicht 20b und die Cu-Schicht 20a in dieser Reihenfolge geschichtet. Somit ist die Cu-Schicht 20a, die eine höhere Benetzbarkeit als die Legierungsschicht 20b aufweist, in einer Oberflächenschicht des Anschlusselements 20 angeordnet. Die Legierungsschicht 20b, die eine geringere Benetzbarkeit als die Cu-Schicht 20a aufweist, erscheint auf einer Seitenfläche des Anschlusselements 20. Dadurch kann ein Hochkriechen der Lötmittel 22, 26 auf die Seitenfläche des Anschlusselements 20 verhindert werden, während die Bondfähigkeit mit den Lötmitteln 22, 26 sichergestellt wird.
(Effekte von Halbleitervorrichtung)
In der vorliegenden Ausführungsform wird, in der Halbleitervorrichtung 10 mit einer doppelseitigen Wärmeableitungsstruktur, SiC (Siliziumkarbid) für den Halbleiterchip 12 verwendet. SiC weist Eigenschaften wie ein größeres dielektrisches Durchbruchsfeld und eine größere Bandlücke, eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine schnellere Elektronensättigungsgeschwindigkeit als Si auf. Allerdings ist der Elastizitätsmodul bzw. E-Modul von SiC etwa dreimal so groß wie der von Si.
Andererseits besteht in der vorliegenden Ausführungsform das Anschlusselement 20 aus mehreren Arten von Metallschichten, die übereinander geschichtet sind. Im Anschlusselement 20 als Ganzes liegt der Wert des linearen Ausdehnungskoeffizienten in der Richtung orthogonal zur Z-Richtung zwischen dem des Halbleiterchips 12 und dem der zweiten Wärmesenke 24. Dadurch kann die auf die Lötmittel 18, 22, 26 oder den Halbleiterchip 12 wirkende thermische Belastung reduziert werden.
Ferner sind die Metallschichten in Z-Richtung symmetrisch angeordnet. Dadurch kann der Verzug des Anschlusselements 20 unterdrückt werden, und es kann verhindert werden, dass die lokalen Spannungen auf die Lötmittel 18, 22, 26 oder den Halbleiterchip 12 einwirken. Wie oben beschrieben, ist die Halbleitervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform für eine Konfiguration geeignet, in der SiC für den Halbleiterchip 12 verwendet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform verwendet das Anschlusselement 20 den plattierten Körper, bei dem die Cu-Schicht 20a und die Cu-haltige Legierungsschicht 20b nacheinander geschichtet sind. In diesem Fall kann die Verbindungssicherheit zwischen den Schichten im Vergleich zu einem herkömmlichen Anschlusselement vom Schichttyp, bei dem Schichten unter Verwendung eines Bondmaterials verbunden bzw. gebondet werden, verbessert werden. Ferner kann, da alle der Schichten Cu enthalten, die Verbindungssicherheit oder Verbindungszuverlässigkeit zwischen den Schichten verbessert werden. Außerdem kann die Reduzierung der Wärmeableitung unterdrückt werden. So kann der Temperaturanstieg unterdrückt und die thermische Belastung verringert werden, wenn die Halbleitervorrichtung 10 betrieben wird. Darüber hinaus kann der thermische Abbau der Komponenten der Halbleitervorrichtung 10 unterdrückt werden. Insbesondere kann, da die Legierungsschicht 20b Cr enthält, der lineare Ausdehnungskoeffizient des Anschlusselements 20 reduziert werden, und das leichte Anschlusselement 20 kann kostengünstig hergestellt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Oberflächenschicht des Anschlusselements 20 die Cu-Schicht 20a. Dadurch kann die Verbindungssicherheit zwischen dem Anschlusselement 20 und den Lötmitteln 22, 26 verbessert werden. Ferner kann, da die Legierungsschicht 20b, die eine geringe Benetzbarkeit aufweist, auf der Seitenfläche des Anschlusselements 20 erscheint, verhindert werden, dass die Lötmittel 22, 26 zur Seitenfläche des Anschlusselements 20 hochkriechen.
Die Konfiguration des Anschlusselements 20 ist nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Die Anordnung der Cu-Schicht 20a und der Cr-haltigen Legierungsschicht 20b ist nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Zum Beispiel ist die Anzahl von Schichten nicht auf fünf begrenzt. Die Anzahl von Schichten des Anschlusselements 20 kann drei oder mehr betragen. Bei einer ungeraden Anzahl von Schichten kann Symmetrie in Z-Richtung realisiert werden. Außerdem kann das Anschlusselement 20 eine gerade Anzahl von Schichten aufweisen. Beispielsweise können zwei plattierte Elemente mit jeweils der Cu-Schicht 20a, der Legierungsschicht 20b und der Cu-Schicht 20a gestapelt werden, so dass das Anschlusselement 20 einen sechsschichtigen Aufbau mit der Cu-Schicht 20a, der Legierungsschicht 20b, der Cu-Schicht 20a, der Cu-Schicht 20a, der Legierungsschicht 20b und der Cu-Schicht 20a in dieser Reihenfolge aufweisen kann. Auch in diesem Fall kann die Symmetrie in Z-Richtung realisiert werden.
Zum Beispiel kann, wie in einer ersten Modifikation von 10 gezeigt, eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Legierungsschicht 20b die Oberflächenschicht ist. In 10 sind die Legierungsschicht 20b, die Cu-Schicht 20a, die Legierungsschicht 20b, die Cu-Schicht 20a und die Legierungsschicht 20b in dieser Reihenfolge gestapelt bzw. geschichtet angeordnet. Da der lineare Ausdehnungskoeffizient der Legierungsschicht 20b kleiner ist als der der Cu-Schicht 20a, weist der Wärmeübergang von der Legierungsschicht 20b zur Cu-Schicht 20a eine kleinere Barriere für die Wärmeleitung als der Wärmeübergang von der Cu-Schicht 20a zur Legierungsschicht 20b auf. In 10 ist bei Verwendung der fünfschichtigen Struktur die Anzahl der Legierungsschichten 20b größer als die der Cu-Schichten 20a. Dadurch kann die Wärmeableitung im Vergleich zur Konfiguration von 9 verbessert werden.
Wie in einer zweiten Modifikation von 11 gezeigt, kann die Dicke einer Cu-Schicht 20c, die die Oberflächenschicht bildet, dünner sein als die der Cu-Schicht 20a und der Legierungsschicht 20b, die die Innenschicht bilden. Zum Beispiel kann die Dicke der Cu-Schicht 20c etwa 30 µm, die Dicke der Cu-Schicht 20a etwa 1 mm und die Dicke jeder der Legierungsschichten 20b etwa 500 µm betragen. Die Cu-Schicht 20a und die Legierungsschicht 20b sind zum Anpassen des linearen Ausdehnungskoeffizienten und der Wärmeableitung vorgesehen, die Cu-Schicht 20c zur Verbesserung der Bondfähigkeit.
Anstelle von Cr kann auch ein metallisches Material mit einem kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten, wie z. B. Mo, verwendet werden. Ferner kann anstelle von Cu ein Material mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Al, verwendet werden. Zum Beispiel kann, wie in einer dritten Modifikation von 12, ein plattiertes Element mit der Cu-Schicht 20a, der Cr-haltigen Legierungsschicht 20b und einer Mo-haltigen Legierungsschicht 20d (Mo-Cu-Legierung) als das Anschlusselement 20 verwendet werden. In 12 sind die Cu-Schicht 20a, die Legierungsschicht 20b, die Cu-Schicht 20a, die Legierungsschicht 20d und die Cu-Schicht 20a in dieser Reihenfolge gestapelt. Obwohl die mehreren Schichten nicht symmetrisch in Z-Richtung angeordnet sind, kann der Verzug des Anschlusselements 20 unterdrückt werden, indem die linearen Ausdehnungskoeffizienten der Legierungsschichten 20b, 20d nahe beieinander liegen, vorzugsweise im Wesentlichen übereinstimmen. D. h., der Verzug des Anschlusselements 20 kann unterdrückt werden, indem bewirkt wird, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient in Z-Richtung symmetrisch ist.
(Zweite Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform kann sich auf die vorhergehende Ausführungsform beziehen. Daher sind Teile gleich denjenigen der Halbleitervorrichtung 10 der vorhergehenden Ausführungsform nicht wiederholt beschrieben.
Die Source-Elektrode 12s enthält eine Basisschicht mit Al als eine Hauptkomponente, wie z. B. AlSi, und eine obere Schicht, die auf der Basisschicht gebildet ist, um die Bondstärke mit dem Lötmittel 22 zu verbessern und die Benetzbarkeit des Lötmittels 22 zu verbessern. Die obere Schicht ist unter Verwendung eines Materials auf Ni-Basis wie NiP gebildet. Ni ist ein metallisches Material, das härter als Al ist. Gemäß dieser Struktur konzentriert sich, im gelöteten Zustand, die Spannung (d. h. mechanische Spannung) in der Basisschicht unmittelbar unter einer Endfläche der oberen Schicht, und zwar aufgrund der Spannung, die bei einem Energiezyklus oder dergleichen erzeugt wird. Insbesondere wird in dieser Ausführungsform SiC mit einem großen Elastizitätsmodul als der Halbleiterchip 12 verwendet.
Andererseits weist in der vorliegenden Ausführungsform eine dem Halbleiterchip 12 zugewandte Oberfläche des Anschlusselements 20 einen ersten Abschnitt mit einer guten Benetzbarkeit für das Lötmittel 22 und einen zweiten Abschnitt mit einer geringeren Benetzbarkeit als der erste Abschnitt auf. Im Beispiel von 13 ist die dünne Cu-Schicht 20c, die die an den Halbleiterchip 12 angrenzende Oberflächenschicht bildet, durch Ätzen teilweise entfernt worden und befindet sich nur im zentralen Bereich auf der zugewandten Oberfläche. Die Legierungsschicht 20b unmittelbar unter der Cu-Schicht 20c ist in einem Außenumfangsbereich um die Cu-Schicht 20c herum freigelegt.
Da die Benetzbarkeit der Legierungsschicht 20b geringer ist als die der Cu-Schichten 20a, 20c, wird selbst dann, wenn das Lötmittel 22 die im Außenumfangsbereich der zugewandten Oberfläche des Anschlusselements 20 angeordnete Legierungsschicht 20b benetzt und sich darüber ausbreitet, eine Kehle (Fillet) gebildet, die den Außenumfangsbereich nicht einschließt. Daher kann ein zwischen der Source-Elektrode 12s und dem Lötmittel 22 gebildeter Winkel, d. h. der Kehlwinkel, zu einem spitzen Winkel gemacht werden. Dadurch kann, in der Basisschicht, die Spannung, die sich in dem Abschnitt unmittelbar unter der Endfläche der oberen Schicht konzentriert, reduziert werden. Ferner kann, da das plattierte Element vorbereitet und nur ein Teil der Oberflächenschicht entfernt wird, die Konfiguration vereinfacht werden. Die gestrichelte Linie in 13 ist eine Referenzlinie, die die Kehle zeigt, wenn die Cu-Schicht 20c auf der gesamten zugewandten Oberfläche angeordnet ist.
Die Konfiguration des Anschlusselements 20 ist nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Im Beispiel von 13 wird der Kehlwinkel durch Ätzen der Cu-Schicht 20c gesteuert, um den Abschnitt geringer Benetzbarkeit teilweise auf der dem Halbleiterchip 12 zugewandten Oberfläche des Anschlusselements 20 vorzusehen. Ein Film mit guter Benetzbarkeit kann jedoch lokal durch Sputtern oder dergleichen vorgesehen werden. Ferner kann anstelle der Legierungsschicht 20b die Mo-haltige Legierungsschicht 20d als der Abschnitt geringer Benetzbarkeit freigelegt sein. Außerdem können die Legierungsschichten 20b, 20d teilweise auf einer der zweiten Wärmesenke 24 gegenüberliegenden Oberfläche des Anschlusselements 20 freigelegt sein und den Abschnitt geringer Benetzbarkeit bilden.
(Dritte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform kann sich auf die vorhergehenden Ausführungsformen beziehen. Daher sind Teile gleich denjenigen der Halbleitervorrichtung 10 der vorhergehenden Ausführungsformen nicht wiederholt beschrieben.
Für mindestens eine der Wärmesenken 16, 24 kann ein plattiertes Element verwendet werden. Im Beispiel von 14 wird das plattierte Element jeweils für die erste Wärmesenke 16 und die zweite Wärmesenke 24 verwendet. Das Anschlusselement 20 weist den gleichen Aufbau wie bei der ersten Ausführungsform auf (siehe 9). 14 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV von 2.
Die zweite Wärmesenke 24H, die den ersten Verbindungsteil 28a (nicht gezeigt) enthält, verwendet das plattierte Element. Die zweite Wärmesenke 24H einschließlich des ersten Verbindungsteils 28a besteht aus drei Cu-Schichten 24d und zwei Legierungsschichten 24e mit Cu und Cr, die abwechselnd geschichtet sind. Wie oben beschrieben, ist die zweite Wärmesenke 24H ähnlich aufgebaut wie das Anschlusselement 20. Selbiges gilt für die zweite Wärmesenke 24L.
Im Leiterrahmen 40 sind der positive Elektrodenanschluss 32p, der Signalanschluss 36, der negative Elektrodenanschluss 32n, der Ausgangsanschluss 34, der dritte Verbindungsteil 28c (nicht gezeigt) und ein Teil der ersten Wärmesenke 16 aus einem Cu-haltigen Basismaterial 41 aufgebaut. D. h., der dünne Teil des Leiterrahmens 40 ist aus dem Basismaterial 41 aufgebaut. Der dicke Teil des Leiterrahmens 40 enthält ein plattiertes Element 42.
Das plattierte Element 42 besteht aus Cu-Schichten 16d und Legierungsschichten 16e mit Cu und Cr, die abwechselnd geschichtet sind. Die in 14 gezeigte erste Wärmesenke 16 wird durch das Basismaterial 41 und das plattierte Element 42 gebildet. Die erste Wärmesenke 16 mit dem Basismaterial 41 und dem plattierten Element 42 weist einen Schichtaufbau aus drei Cu-Schichten 16d und zwei Legierungsschichten 16e auf.
Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Ausführungsform auch die zweite Wärmesenke 24 aus dem plattierten Element aufgebaut. Folglich können, in der zweiten Wärmesenke 24, die linearen Ausdehnungskoeffizienten in den zur Z-Richtung orthogonalen Richtungen, also in X- und Y-Richtung, bei gleichzeitiger Unterdrückung der Reduzierung der Wärmeableitung verringert werden. Mit anderen Worten, die Differenz in dem linearen Ausdehnungskoeffizienten zum Anschlusselement 20 kann verringert werden oder im Wesentlichen gleich bleiben. Dadurch kann die thermische Belastung, die auf das Lötmittel 26 zwischen der zweiten Wärmesenke 24 und dem Anschlusselement 20 wirkt, reduziert werden. Ferner kann, da die Cu-Schicht 24d die Befestigungsoberfläche 24a bildet, die Verbindungsfähigkeit mit den Lötmitteln 26, 30 verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Wärmesenke 16 ebenso aus dem plattierten Element aufgebaut. Folglich können, in der ersten Wärmesenke 16, die linearen Ausdehnungskoeffizienten in den zur Z-Richtung orthogonalen Richtungen, also in X- und Y-Richtung, reduziert werden, während die Reduzierung der Wärmeableitung unterdrückt wird. Dadurch kann die thermische Belastung, die auf das Lötmittel 18 zwischen der ersten Wärmesenke 16 und dem Halbleiterchip 12 wirkt, reduziert werden.
Insbesondere enthalten die Wärmesenken 16, 24 in der vorliegenden Ausführungsform beide das plattierte Element. In der Richtung orthogonal zur Z-Richtung sind der lineare Ausdehnungskoeffizient der gesamten ersten Wärmesenke 16 und der lineare Ausdehnungskoeffizient der gesamten zweiten Wärmesenke 24 im Wesentlichen gleich. Daher kann der Verzug der Halbleitervorrichtung 10 unterdrückt werden. Ferner kann, da das Basismaterial 41 aus Cu verwendet wird, die Konnektivität bzw. Verbindungsfähigkeit mit dem Lötmittel 18, dem Bonddraht 38, der Sammelschiene und dergleichen verbessert werden.
Die Anwendung des plattierten Elements auf die Wärmesenken 16, 24 ist nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Es kann ebenso nur die erste Wärmesenke 16 das plattierte Element enthalten. Ferner kann ebenso nur die zweite Wärmesenke 24 das plattierte Element enthalten. Wie oben beschrieben, weisen vorzugsweise die Wärmesenken 16, 24 beide das plattierte Element auf.
Der Aufbau des plattierten Elements kann sich von dem in 14 gezeigten Beispiel unterscheiden. Der Aufbau kann sich von dem des Anschlusselements 20 unterscheiden.
Beispielsweise kann der Leiterrahmen 40 einschließlich der ersten Wärmesenke 16 ähnlich wie die zweite Wärmesenke 24H nur aus dem plattierten Element aufgebaut sein. In diesem Fall weisen der positive Elektrodenanschluss 32p und der Signalanschluss 36 ebenso einen Schichtaufbau aus der Cu-Schicht 16d und der Legierungsschicht 16e auf. Wenn die Cu-Schicht 16d die Oberflächenschicht ist, kann die Verbindungsfähigkeit mit dem Lötmittel 18, dem Bonddraht 38, der Sammelschiene und dergleichen verbessert werden.
Die zweite Wärmesenke 24 kann die gleiche Konfiguration wie der oben beschriebene Leiterrahmen 40 (erste Wärmesenke 16) aufweisen. D. h., der erste Verbindungsteil 28a kann aus dem Cu-haltigen Basismaterial und die zweite Wärmesenke 24 kann aus dem Basismaterial und dem plattierten Element aufgebaut sein. Da das Basismaterial die Befestigungsoberfläche 24a bildet, kann die Verbindungsfähigkeit mit den Lötmitteln 26 und 30 verbessert werden.
Wie in einer vierten Modifikation von 15 gezeigt, kann die Legierungsschicht 24e die Wärmeableitungsoberfläche 24b bilden. Ferner kann die Legierungsschicht 16e die Wärmeableitungsoberfläche 16b bilden. Indem z. B. eine Schnittlinie in der Mitte der Legierungsschicht 24e vorgesehen wird, bildet die Legierungsschicht 24e die Wärmeableitungsoberfläche 24b. Außerdem bildet die Legierungsschicht 16e durch Vorsehen einer Schnittlinie in der Mitte der Legierungsschicht 16e die Wärmeableitungsoberfläche 16b. Da Cr in der maschinellen Bearbeitbarkeit Mo und Cu überlegen ist, kann durch Vorsehen von Schnittlinien in den Cr-haltigen Legierungsschichten 16e, 24e die maschinelle Bearbeitbarkeit beim Freilegen der Wärmeableitungsoberflächen 16b, 24b verbessert werden.
Obgleich nicht in den Zeichnungen gezeigt, kann die zweite Wärmesenke 24 so konfiguriert sein, dass die Legierungsschicht 24e die Befestigungsoberfläche 24a bildet. Ähnlich wie bei dem in 10 gezeigten Anschlusselement 20 kann die Wärmeableitung beispielsweise dadurch verbessert werden, dass die Anzahl der Cu-Schicht 24d größer ist als die Anzahl der Legierungsschicht 24e. Obgleich nicht in den Zeichnungen gezeigt, gilt das Gleiche für die erste Wärmesenke 16. D. h., der Leiterrahmen 40 einschließlich des plattierten Elements 42 kann so konfiguriert sein, dass die Legierungsschicht 16e die Befestigungsoberfläche 16a der ersten Wärmesenke 16 bildet.
Anstelle der Cr-haltigen Legierungsschichten 16e, 24e kann eine Cu- und Mo-haltige Legierungsschicht verwendet werden. Dadurch kann der lineare Ausdehnungskoeffizient der Wärmesenken 16, 24 reduziert werden.
Die Wärmesenken 16, 24 können nur aus dem plattierten Element bestehen, und Bereiche, die mit den Wärmesenken 16, 24 verbunden sind, wie der positive Elektrodenanschluss 32p und der erste Verbindungsteil 28a, können aus einer dünnen Platte bestehen, die Cu enthält. In diesem Fall können die dünne Platte und das plattierte Element durch Diffusionsschweißen, Laserschweißen, Crimpen oder dergleichen verbunden werden.
In einer Konfiguration, in der das plattierte Element nicht für das Anschlusselement 20 verwendet wird, z. B. wenn das Anschlusselement 20 aus Cu besteht, kann das plattierte Element für die zweite Wärmesenke 24 verwendet werden. In diesem Fall kann die maschinelle Bearbeitbarkeit auch durch die Verwendung der Legierungsschicht 24e als die Wärmeableitungsoberfläche 24b verbessert werden.
In einer Konfiguration, in der das plattierte Element nicht für das Anschlusselement 20 und die zweite Wärmesenke 24 verwendet wird, kann das plattierte Element für die erste Wärmesenke 16 verwendet werden. Die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zum Anschlusselement 20 kann reduziert werden, und die auf das Lötmittel 18 zwischen dem Halbleiterchip 12 und der ersten Wärmesenke 16 wirkende thermische Belastung kann verringert werden. Ferner kann, wenn die Legierungsschicht 16e die Wärmeableitungsoberfläche 16b bildet, die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessert werden.
(Vierte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform kann sich auf die vorhergehenden Ausführungsformen beziehen. Daher sind Teile gleich denjenigen der Halbleitervorrichtung 10 der vorhergehenden Ausführungsformen nicht wiederholt beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein nachstehend spezifiziertes bleifreies Lötmittel als mindestens eines der Lötmittel 18, 22 und 26 verwendet. Das bleifreie Lötmittel kann mit jeder der vorhergehenden Ausführungsformen und Modifikationen kombiniert werden.
Das bleifreie Lötmittel enthält 3,2 bis 3,8 Masse% Ag, 0,6 bis 0,8 Masse% Cu, 0,01 bis 0,2 Masse% Ni, und enthält ferner Sb und Bi.
Durch den Zusatz von Ag wird der Effekt erzielt, dass die Benetzbarkeit des Lötmittels verbessert und die Präzipitationsdispersion verstärkt wird. Andererseits steigt die Liquidustemperatur an. Unter Berücksichtigung der Hitzebeständigkeit des Halbleiterchips 12 (SiC) ist es vorteilhaft, die Temperatur während des Lötens auf 300 Grad Celsius oder weniger zu halten. Daher wird der Ag-Gehalt auf 3,2 bis 3,8 Masse% eingestellt, um die Liquidustemperatur unter Berücksichtigung der Schwankung auf 270 Grad Celsius oder weniger zu halten und gleichzeitig die Effekte der verbesserten Benetzbarkeit und Präzipitationsdispersion ausreichend zu erhalten.
Durch die Zugabe von Cu wird der Effekt erzielt, dass die Auflösung von Cu in Cu-Flächen verhindert und die Matrix durch Ablagern der feinen intermetallischen Verbindung Cu₆Sn₅ in der Lötmittelmatrix verstärkt wird. Eine übermäßige Zugabe von Cu führt zur Ausscheidung von intermetallischen Verbindungen an der Bondgrenzfläche und beschleunigt die Ausbreitung eines Risses. Daher wird der Gehalt an Cu auf 0,6 bis 0,8 Masse% festgelegt.
Die Zugabe von Ni erzielt den Effekt der Verstärkung der Bondgrenzfläche durch Verfeinerung der intermetallischen Verbindung, die sich an der Verbindungs- bzw. Bondgrenzfläche ausscheidet. Andererseits steigt die Liquidustemperatur an. Daher wird der Ni-Gehalt auf 0,01 bis 0,2 Massen% eingestellt, um die Liquidustemperatur auf 270 Grad Celsius oder weniger zu halten und gleichzeitig den Effekt der Verstärkung der Bondgrenzfläche ausreichend zu erhalten.
Die Zugabe von Sb erzielt den Effekt der Verstärkung der Mischkristallpräzipitation und der Verstärkung der Präzipitationsdispersion, und die Substitution von Sb in Bezug auf Sn verursacht eine Gitterdehnung, die den Effekt der Verstärkung der Sn-Matrix hat. Bi, dessen Atomradius größer ist als der von Sb, zeigt bei der Verstärkung der Sn-Matrix eine gleichwertige Wirkung wie Sb oder mehr. Andererseits führt ein zu hoher Anteil an Sb oder Bi zu einer Verschlechterung der Benetzbarkeit und der Verarbeitbarkeit zu Folien.
Die Kriechfestigkeit wird durch den Effekt der Verstärkung der Sn-Matrix durch die Zugabe von Sb und Bi erhöht. D. h., das Kriechen kann niedrig unterdrückt werden.
Ferner beträgt die Solidustemperatur bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung 10 vorzugsweise 200 Grad Celsius oder mehr, um die Verbindungssicherheit des Lötmittels beim Moldingprozess oder dergleichen nach dem Löten zu erhalten. Die zugegebenen Mengen an Sb und Bi werden unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Effekte angepasst.
Das bleifreie Lötmittel, das die obigen Anforderungen erfüllt, kann nicht nur die Lebensdauer eines mit dem bleifreien Lötmittel gebondeten Abschnitts erhöhen, während es die hohen Temperaturen der Betriebsumgebung aushält, sondern ebenso unnötige Spannungskonzentrationen auf einen Teil des Halbleiterchips aufgrund von Kriechen reduzieren. Daher ist das oben beschriebene bleifreie Lötmittel für den Halbleiterchip 12 geeignet, der aus SiC-Substrat aufgebaut ist, das bei hohen Temperaturen arbeiten kann und einen großen Elastizitätsmodul aufweist.
Insbesondere kann das oben beschriebene bleifreie Lötmittel für das Lötmittel 26 verwendet werden. Durch die Verwendung des in der vorhergehenden Ausführungsform gezeigten Anschlusselements 20 kann selbst dann, wenn die auf das Lötmittel 22 einwirkende thermische Belastung zunimmt, eine hohe Verbindungssicherheit aufrechterhalten werden.
Weiterhin kann das oben beschriebene bleifreie Lötmittel für das Lötmittel 18 verwendet werden. Das Lötmittel 18 kann eine hohe Verbindungssicherheit beibehalten, auch wenn es aufgrund eines Unterschieds im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterchip 12 und der ersten Wärmesenke 16 thermisch belastet wird.
Da außerdem der Elastizitätsmodul des Halbleiterchips 12 groß ist, kriechen die Lötmittel 18, 22 um den Halbleiterchip 12 herum, wenn ein Leistungs- bzw. Energiezyklus-Test durchgeführt wird. Mit zunehmender Anzahl von Zyklen besteht die Sorge vor Lötmittelrissen oder dergleichen. Demgegenüber kann durch die Verwendung des oben beschriebenen bleifreien Lötmittels das Kriechen der Lötmittel 18, 22 unterdrückt werden.
Das oben beschriebene bleifreie Lötmittel hat Eigenschaften wie z. B. eine ausgezeichnete Kriechfestigkeit und ist daher wirksam bei der Erhöhung der Lebensdauer der gesamten Halbleitervorrichtung 10, unabhängig von den Konfigurationen des Anschlusselements 20 und der Wärmesenken 16, 24. Aus diesem Grund kann in einer Konfiguration, in der das plattierte Element nicht für jede Komponente verwendet wird, das bleifreie Lötmittel für mindestens eines der Lötmittel 18, 22 und 26 verwendet werden.
16 zeigt Lötmittelbeanspruchungssimulationsergebnisse. 16 zeigt die Ergebnisse der Konfiguration, bei der das plattierte Element nicht für das Anschlusselement 20 und die Wärmesenken 16, 24 verwendet wird. „Unter-Element“ bezieht sich auf das Lötmittel 18 direkt unter dem Halbleiterchip 12, „Über-Element“ bezieht sich auf das Lötmittel 22 direkt auf dem Halbleiterchip 12, und „Über-TML“ bezieht sich auf das Lötmittel 26 auf dem Anschlusselement 20. Vergleichsbeispiel 1 (CE1 in 16) zeigt das Ergebnis der Verwendung von Lötmittel einer herkömmlichen Konfiguration, bei der ein Halbleiterchip aus einem Si-Substrat aufgebaut ist. Vergleichsbeispiel 2 (CE2 in 16) zeigt das Ergebnis einer Konfiguration, bei der das Si-Substrat des Vergleichsbeispiels 1 durch das SiC-Substrat ersetzt ist. Das vorliegende Beispiel (PE in 16) zeigt das Ergebnis einer Konfiguration, bei der das Lötmittel des Vergleichsbeispiels 2 durch das oben beschriebene bleifreie Lötmittel ersetzt ist.
Wie in 16 gezeigt, nimmt die Lötmittelbeanspruchung der Lötmittel 18, 22 um den Halbleiterchip 12 zu, wenn Si durch SiC mit einem höheren E-Modul als Si ersetzt wird. Wenn das oben beschriebene bleifreie Lötmittel verwendet wird, kann die Lötmittelbeanspruchung der beiden Lötmittel 18, 22 reduziert werden. Wie oben beschrieben, ist das bleifreie Lötmittel auch in einer Konfiguration geeignet, in der das plattierte Element nicht für das Anschlusselement 20 und die Wärmesenken 16, 24 verwendet wird.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die beispielhaft gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Die Offenbarung umfasst die beispielhaft gezeigten Ausführungsformen sowie darauf basierende Modifikationen aus Sicht des Fachmanns. Zum Beispiel ist die Offenbarung nicht auf die in den Ausführungsformen beschriebenen Kombinationen der Elemente beschränkt. Die Offenbarung ist in verschiedenen Kombinationen realisierbar. Der offenbarte technische Umfang ist nicht auf die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt. Der Schutzumfang richtet sich nach den Ansprüchen und sollte derart verstanden werden, dass alle Modifikationen im Sinne und Umfang der Ansprüche umfasst sind.
Obwohl vorstehend die 2-in-1-Paketstruktur mit dem Halbleiterchip 12H des oberen Arms und dem Halbleiterchip 12L des unteren Arms als Beispiel für die Halbleitervorrichtung 10 beschrieben ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine solche Struktur beschränkt. Die Halbleitervorrichtung 10 kann sowohl auf die 1-in-1-Paketstruktur mit einem Halbleiterchip 12, der einen Arm bildet, als auch die 6-in-1-Paketstruktur mit sechs Halbleiterchips 12, die obere und untere Arme für drei Phasen bilden, angewandt werden.
Obgleich vorstehend das Beispiel beschrieben ist, bei dem die Wärmeableitungsoberflächen 16b, 24b der Wärmesenken 16, 24 vom Versiegelungsharzkörper 14 freiliegen, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Mindestens eine der Ableitungsoberflächen 16b, 24b kann mit dem Versiegelungsharzkörper 14 bedeckt sein.
Obwohl der MOSFET 6 als Beispiel für ein im Halbleiterchip 12 gebildetes Element beschrieben ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Das Element kann ein vertikales Element sein, das auf eine Energiewandlungsvorrichtung angewandt wird. Es kann z. B. auf einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder eine Schottky-Diode (SBD) angewandt werden. Im Falle des IGBT können der IGBT und eine Freilaufdiode (FWD) in demselben Chip oder in separaten Chips gebildet sein.
Obwohl das Beispiel des Auftragens des Polyamidharzes zur Verbesserung der Haftung am Versiegelungsharzkörper 14 beschrieben ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Sie ist auf eine Konfiguration anwendbar, bei der das Polyamidharz nicht aufgetragen wird. Weiterhin kann anstelle des Polyamidharzes die Haftung durch Aufrauen der Oberfläche mittels Laserbearbeitung erhöht werden. In diesem Fall kann z. B. im Schritt der Vorbereitung der jeweiligen Elemente die Oberfläche aufgeraut werden, indem die jeweiligen Elemente mit einem Laserstrahl bestrahlt werden.
Das SiC-Substrat ist als Beispiel für ein Halbleitersubstrat beschrieben, das den Halbleiterchip 12 bildet. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch auch auf ein Halbleitersubstrat verschieden von SiC angewandt werden, das einen höheren E-Modul als Si aufweist.
Ein Film zur Verbesserung der Benetzbarkeit mit Lötmittel kann durch Plattieren, Sputtern oder dergleichen auf der Befestigungsoberfläche 16a der ersten Wärmesenke 16, der Lötmittelverbindungsoberfläche (Bondfläche) des Anschlusselements 20 oder der Befestigungsoberfläche 24a der zweiten Wärmesenke 24 gebildet sein. Ein Dünnfilm auf Ni-Basis, wie beispielsweise ein NiP-Plattierungsfilm, kann vorgesehen sein. Des Weiteren kann die Benetzbarkeit des Lötmittels durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl teilweise reduziert werden, nachdem ein Dünnfilm auf Ni-Basis auf der gesamten Oberfläche des Anschlusselements 20 aufgebracht wurde. Ein Oxidfilm, der Ni als Hauptkomponente enthält und feine Unebenheiten auf der Oberfläche aufweist, wird durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl gebildet. Die Benetzbarkeit kann durch den Oxidfilm reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018194377 [0001]
JP 2013 [0004]
JP 10000228 A [0004]

Claims

Halbleitervorrichtung, aufweisend: - einen Halbleiterchip (12) mit einem SiC-Substrat, das mit einem Element ausgebildet ist, wobei der Halbleiterchip Hauptelektroden auf einer Oberfläche und eine Rückfläche gegenüber der einen Oberfläche in Plattendickenrichtung aufweist; - eine erste Wärmesenke (16) und eine zweite Wärmesenke (24) als ein Paar von Wärmesenken, die angeordnet sind, um den Halbleiterchip in Plattendickenrichtung zwischen sich angeordnet aufzuweisen, wobei die erste Wärmesenke an die eine Oberfläche des Halbleiterchips angrenzt und die zweite Wärmesenke an die Rückfläche des Halbleiterchips angrenzt; - ein Anschlusselement (20), das zwischen der zweiten Wärmesenke und dem Halbleiterchip angeordnet ist, wobei das Anschlusselement die zweite Wärmesenke und die Hauptelektrode auf der Rückfläche elektrisch miteinander verbindet; und - mehrere Bondelemente (18, 22, 26), die zwischen der Hauptelektrode auf der einen Oberfläche und der ersten Wärmesenke, zwischen der Hauptelektrode auf der Rückfläche und dem Anschlusselement und zwischen dem Anschlusselement und der zweiten Wärmesenke angeordnet sind, wobei - das Anschlusselement durch mehrere Typen von Metallschichten (20a, 20b, 20c, 20d) bereitgestellt ist, die in Plattendickenrichtung gestapelt sind, - das Anschlusselement als Ganzes einen linearen Ausdehnungskoeffizienten zumindest in einer Richtung orthogonal zur Plattendickenrichtung in einem Bereich aufweist, der größer als der des Halbleiterchips und kleiner als der der zweiten Wärmesenke ist, und - die mehreren Typen von Metallschichten des Anschlusselements symmetrisch in Plattendickenrichtung angeordnet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei - die mehreren Typen von Metallschichten eine Cu-Schicht und eine Cu-haltige Legierungsschicht umfassen; und - das Anschlusselement ein plattiertes Element ist, in dem die Cu-Schicht und die Legierungsschicht in drei oder mehr Schichten hintereinander geschichtet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Anschlusselement die Cu-Schicht in einer Oberflächenschicht in Plattendickenrichtung aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Anschlusselement die Legierungsschicht in einer Oberflächenschicht in Plattendickenrichtung aufweist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Legierungsschicht Cr enthält.
Halbleitervorrichtung, aufweisend: - einen Halbleiterchip (12) mit einem SiC-Substrat, das mit einem Element ausgebildet ist, wobei der Halbleiterchip Hauptelektroden auf einer Oberfläche und eine Rückfläche gegenüber der einen Oberfläche in Plattendickenrichtung aufweist; - eine erste Wärmesenke (16) und eine zweite Wärmesenke (24) als ein Paar von Wärmesenken, die angeordnet sind, um den Halbleiterchip in Plattendickenrichtung zwischen sich angeordnet aufzuweisen, wobei die erste Wärmesenke an die eine Oberfläche des Halbleiterchips angrenzt und die zweite Wärmesenke an die Rückfläche des Halbleiterchips angrenzt; - ein Anschlusselement (20), das zwischen der zweiten Wärmesenke und dem Halbleiterchip angeordnet ist, wobei das Anschlusselement die zweite Wärmesenke und die Hauptelektrode auf der Rückfläche elektrisch miteinander verbindet; und - mehrere Bondelemente (18, 22, 26), die zwischen der Hauptelektrode auf der einen Oberfläche und der ersten Wärmesenke, zwischen der Hauptelektrode auf der Rückfläche und dem Anschlusselement und zwischen dem Anschlusselement und der zweiten Wärmesenke angeordnet sind, wobei - das Anschlusselement durch ein plattiertes Element mit drei oder mehr in Plattendickenrichtung geschichteten Schichten bereitgestellt ist, - die drei oder mehr Schichten eine Cu-Schicht (20a, 20c) und eine Cu und Cr enthaltende Legierungsschicht (20b) umfassen, und - die Cu-Schicht und die Legierungsschicht in Plattendickenrichtung symmetrisch angeordnet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei - wenigstens entweder die erste Wärmesenke oder die zweite Wärmesenke ein plattiertes Element mit drei oder mehr Schichten aufweist; und - die drei oder mehr Schichten eine Cu-Schicht (16d, 24d) und eine Cu-haltige Legierungsschicht (16e, 24e) umfassen, die nacheinander geschichtet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, ferner aufweisend: - einen Versiegelungsharzkörper, der den Halbleiterchip, das Anschlusselement, die Bondelemente, die erste Wärmesenke und die zweite Wärmesenke integral versiegelt, wobei - die Legierungsschicht der mindestens einen der ersten Wärmesenke und der zweiten Wärmesenke Cr enthält und von dem Versiegelungsharzkörper freiliegt, um eine Oberfläche aufzuweisen, die koplanar mit einer Oberfläche des Versiegelungsharzkörpers ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens eines der mehreren Bondelemente ein bleifreies Lötmittel enthält, das 3,2 bis 3,8 Massen% Ag, 0,6 bis 0,8 Massen% Cu und 0,01 bis 0,2 Massen% Ni sowie Sb und Bi enthält.