DE112019007366B4 - Leistungshalbleitermodul und leistungswandler - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitermodul, Folgendes aufweisend:ein Halbleiterbauelement mit einer Vorderelektrode;mindestens einen Leiterdraht, der mit der Vorderelektrode in einem Bondbereich verbunden ist;ein erstes Harzelement;ein zweites Harzelement; undein drittes Harzelement, das das Halbleiterbauelement, das erste Harzelement und das zweite Harzelement abdichtet, wobeidas erste Harzelement sich entlang einer ersten Oberfläche der Vorderelektrode und einer zweiten Oberfläche des Leiterdrahtes erstreckt und an mindestens einem von zwei Endbereichen des Bondbereichs in einer Längsrichtung des Leiterdrahtes gebogen ist, die erste Oberfläche mit dem mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs verbunden ist und dem Leiterdraht zugewandt ist, die zweite Oberfläche mit dem mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs verbunden ist und der Vorderelektrode zugewandt ist,das erste Harzelement den mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs, die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche abdeckt,das zweite Harzelement einen Biegungsbereich des ersten Harzelements abdeckt,eine erste Bruchdehnung des ersten Harzelements größer ist als eine zweite Bruchdehnung des zweiten Harzelements,eine erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelementes größer ist als eine zweite Bruchfestigkeit des zweiten Harzelementes, undein zweiter Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements größer ist als ein erster Zugelastizitätsmodul des ersten Harzelements.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul und einen Leistungswandler.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2007- 12 831 A (Patentdokument 1) beschreibt ein Leistungshalbleiterbauelement mit einer Isolier-Schaltungsplatte, einem Halbleiterbauelement und einem Metalldraht. Der Metalldraht ist an das Halbleiterbauelement gebondet. Der Bondbereich zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Metalldraht ist mit einem isolierenden Harz überzogen. Bei dem isolierenden Harz handelt es sich um Polyamidharz oder Polyamid-Polyimidharz. Aus der US 2019 / 0 043 827 A1 (Patentdokument 2) ist ein Halbleitermodul bekannt, welches eine Halbleitervorrichtung mit einer vorderseitigen Elektrode, einen Bonddraht mit einem Bondabschnitt, der mit der vorderseitigen Elektrode verbunden ist, ein erstes Dichtungselement und ein zweites Dichtungselement aufweist. Das erste Dichtungselement dichtet einen Abschnitt ab, an dem die vorderseitige Elektrode und der Verbindungsdraht miteinander verbunden sind. Das zweite Dichtungselement bedeckt das erste Dichtungselement. Das erste Dichtungselement hat einen höheren Elastizitätsmodul als das zweite Dichtungselement.
  • STAND DER TECHNIK
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2007- 12 831 A und korrespondierende EP 1 739 740 A2
    • Patentdokument 2: US 2019 / 0 043 827 A1
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Aufgrund des Unterschieds zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterbauelements und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metalldrahts wird bei der Verwendung des Leistungshalbleiterbauelements wiederholt eine Spannung auf den Bondbereich zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Metalldraht ausgeübt.
  • Das in dem im Patentdokument 1 beschriebenen Leistungshalbleiterbauelement enthaltene Isolierharz kann nur schwer verhindern, dass im Haftbereich zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Metalldraht Risse entstehen. Daher ist das im Patentdokument 1 beschriebene Leistungshalbleiterbauelement wenig zuverlässig. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leistungshalbleitermodul und einen Leistungswandler mit verbesserter Zuverlässigkeit bereitzustellen.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Das Leistungshalbleitermodul der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Halbleiterbauelement, mindestens einen Leiterdraht, ein erstes Harzelement, ein zweites Harzelement und ein drittes Harzelement. Das Halbleiterbauelement ist mit einer Vorderelektrode versehen. Der mindestens eine Leiterdraht ist in einem Bondbereich mit der Vorderelektrode verbunden. Das drittes Harzelement versiegelt das Halbleiterbauelement, das erste Harzelement und das zweite Harzelement. Das erste Harzelement erstreckt sich entlang der ersten Oberfläche der Vorderelektrode und der zweiten Oberfläche des Leiterdrahtes und ist an mindestens einem von zwei Endbereichen des Bondbereiches in Längsrichtung des Leiterdrahtes gebogen. Die erste Oberfläche der Vorderelektrode ist mit mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs verbunden und dem Leiterdraht zugewandt. Die zweite Oberfläche des Leiterdrahtes ist mit mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereiches verbunden und der Vorderelektrode zugewandt. Das erste Harzelement überdeckt mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs, die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche. Das zweite Harzelement deckt den Biegungsbereich des ersten Harzelements ab. Die erste Bruchdehnung des ersten Harzelementes ist größer als die zweite Bruchdehnung des zweiten Harzelementes. Die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelementes ist größer als die zweite Bruchfestigkeit des zweiten Harzelementes. Der zweite Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements ist größer als der erste Zugelastizitätsmodul des ersten Harzelements.
  • Ein Leistungswandler der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Hauptwandlerschaltung und eine Steuerschaltung. Die Hauptwandlerschaltung beinhaltet das Leistungshalbleitermodul der vorliegenden Erfindung und ist so konfiguriert, dass sie eine Eingangsleistung umwandelt und die umgewandelte Leistung ausgibt. Die Steuerschaltung ist dazu ausgebildet, ein Steuersignal zur Steuerung der Hauptwandlerschaltung an die Hauptwandlerschaltung auszugeben.
  • Effekt der Erfindung
  • Die erste Bruchdehnung des ersten Harzelements ist größer als die zweite Bruchdehnung des zweiten Harzelements. Die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelementes ist größer als die zweite Bruchfestigkeit des zweiten Harzelementes. Daher kann das erste Harzelement auch dann, wenn das Leistungshalbleitermodul einem Wärmezyklus unterzogen wird, den Leiterdraht weiterhin an der Vorderelektrode des Halbleiterbauelements halten, ohne zu brechen. Der zweite Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements ist größer als der erste Zugelastizitätsmodul des ersten Harzelements. Daher kann das zweite Harzelement dann, wenn das Leistungshalbleitermodul einem Wärmezyklus unterzogen wird, den Bruch des ersten Harzelements in dem Biegungsbereich des ersten Harzelements verhindern, in dem es am ehesten bricht. Dadurch kann verhindert werden, dass im Bondbereich Risse entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls und des Leistungswandlers der vorliegenden Erfindung verbessert.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
    • 2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die das Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform in einem in 1 dargestellten Bereich II schematisch veranschaulicht, wobei es sich um eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht handelt, die das Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform schematisch entlang einer in 3 dargestellten Schnittlinie II-II veranschaulicht;
    • 3 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch das Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 5 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform entlang einer in 6 dargestellten Querschnittslinie V-V zeigt;
    • 6 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 7 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform entlang einer in 8 dargestellten Schnittlinie VII-VII zeigt;
    • 8 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer dritten Abwandlung der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 9 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform entlang einer in 10 dargestellten Schnittlinie IX-IX darstellt;
    • 10 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 11 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 12 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 13 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 14 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die das Leistungshalbleitermodul gemäß der zweiten Ausführungsform in einem in 13 dargestellten Bereich XIV schematisch veranschaulicht, wobei es sich um eine schematische, teilweise vergrößerte Querschnittsansicht handelt, die das Leistungshalbleitermodul gemäß der zweiten Ausführungsform entlang einer in 15 dargestellten Querschnittslinie XIV-XIV schematisch veranschaulicht;
    • 15 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die das Leistungshalbleitermodul gemäß der zweiten Ausführungsform schematisch darstellt;
    • 16 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 17 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Schritt im Anschluss an den in 16 dargestellten Schritt in dem Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 18 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Schritt veranschaulicht, der auf den in 17 dargestellten Schritt in dem Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform folgt;
    • 19 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 20 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform entlang einer in 21 dargestellten Querschnittslinie XX-XX darstellt;
    • 21 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 22 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 23 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Schritt im Anschluss an den in 22 dargestellten Schritt in dem Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls der zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 24 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Schritt veranschaulicht, der auf den in 23 dargestellten Schritt in dem Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls der zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform folgt;
    • 25 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer dritten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 26 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer vierten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 27 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer fünften Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 28 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
    • 29 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch das Leistungshalbleitermodul gemäß der dritten Ausführungsform in einem in 28 dargestellten Bereich XXIX zeigt;
    • 30 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform darstellt, und
    • 31 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform illustriert.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieselben Komponenten sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Ausführungsform 1
  • Ein Leistungshalbleitermodul 1 gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezug auf die 1 bis 12 beschrieben. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet das Leistungshalbleitermodul 1 im Wesentlichen eine Isolier-Schaltungsplatte 10, ein Halbleiterbauelement 15, mindestens einen Leiterdraht 20, ein erstes Harzelement 30, ein zweites Harzelement 33 und ein drittes Harzelement 40. Das Leistungshalbleitermodul 1 kann außerdem einen Kühlkörper 37 enthalten. Das Leistungshalbleitermodul 1 kann ferner eine Umhüllung 38 aufweisen.
  • Die Isolier-Schaltungsplatte 10 beinhaltet eine Isolierplatte 11. Die Isolierplatte 11 erstreckt sich in einer ersten Richtung (x-Richtung) und in einer zweiten Richtung (y-Richtung), die senkrecht zur ersten Richtung verläuft. Die Isolierplatte 11 hat eine vordere Fläche und eine der vorderen Fläche gegenüberliegende hintere Fläche. Die Isolierplatte 11 kann aus einem anorganischen Material (Keramik) wie Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN) oder Siliziumnitrid (Si3N4) hergestellt sein. Die Isolier-Schaltungsplatte 10 beinhaltet ein leitendes Schaltungsmuster 12 und eine leitfähige Platte 13. Das leitende Schaltungsmuster 12 ist an der Vorderseite der Isolierplatte 11 angebracht. Die leitfähige Platte 13 befindet sich auf der Rückseite der Isolierplatte 11. Das leitende Schaltungsmuster 12 und die leitfähige Platte 13 können aus einem metallischen Material wie Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al) hergestellt sein.
  • Das Halbleiterbauelement 15 ist ein Leistungshalbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement 15 ist beispielsweise ein Schaltelement wie ein Bipolartransistor mit isolierter Steuerelektrode (IGBT) oder ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder ein Gleichrichterelement wie eine Schottky-Sperrschichtdiode. Das Halbleiterbauelement 15 kann aus Silizium oder einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke wie Siliziumkarbid, Galliumnitrid oder Diamant hergestellt werden.
  • Das Halbleiterbauelement 15 enthält eine Vorderelektrode 17. Das Halbleiterbauelement 15 kann ferner eine Rückelektrode 16 enthalten. Das Halbleiterbauelement 15 kann eine vertikale Struktur aufweisen. Die Vorderelektrode 17 und die Rückelektrode 16 können beispielsweise aus einer Si enthaltenden Al-Legierung hergestellt sein. Die Vorderelektrode 17 und die Rückelektrode 16 können jeweils mit einer Beschichtung (nicht dargestellt) versehen sein. Bei der Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine Nickelschicht (Ni), eine Goldschicht (Au) oder ein Laminat davon handeln.
  • Das Halbleiterbauelement 15 ist mit dem leitenden Schaltungsmuster 12 der Isolier-Schaltungsplatte 10 verbunden. Insbesondere wird die Rückelektrode 16 des Halbleiterbauelements 15 mit dem leitenden Schaltungsmuster 12 unter Verwendung eines Verbindungselements (nicht dargestellt), wie z.B. Lot oder einem gesinterten Körper aus feinen Metallpartikeln, verbunden. Die Vorderelektrode 17 beinhaltet eine erste Oberfläche 17a. Die erste Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 ist mit mindestens einem Endbereich von zwei Endbereichen 21p und 21q eines Bondbereichs 21 in der Längsrichtung (der ersten Richtung, d.h. der x-Richtung) des Leiterdrahtes 20 verbunden und liegt dem Leiterdraht 20 gegenüber.
  • Der Leiterdraht 20 ist im Bondbereich 21 mit der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 verbunden. Der Leiterdraht 20 ist mit dem leitenden Schaltungsmuster 12 verbunden. Der Leiterdraht 20 kann mit der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 und dem leitenden Schaltungsmuster 12 unter Verwendung eines Drahtbonders verbunden werden. Der Leiterdraht 20 kann aus einem metallischen Material wie Gold (Au), Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) hergestellt sein.
  • Wie in 2 dargestellt, beinhaltet der Leiterdraht 20 eine zweite Oberfläche 20a, eine dritte Oberfläche 20m und eine vierte Oberfläche 20n. Die zweite Oberfläche 20a des Leiterdrahtes 20 ist mit mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereiches 21 in Längsrichtung (der ersten Richtung, d.h. der x-Richtung) des Leiterdrahtes 20 verbunden und liegt der Vorderelektrode 17 gegenüber. Die vierte Oberfläche 20n des Leiterdrahtes 20 ist im Bondbereich 21 in Kontakt mit der Vorderelektrode 17. Die dritte Oberfläche 20m des Leiterdrahtes 20 liegt der vierten Oberfläche 20n des Leiterdrahtes 20 gegenüber.
  • Der Leiterdraht 20 hat ein Ende 20p proximal zum Bondbereich 21. Die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 in der Längsrichtung (der ersten Richtung, d.h. der x-Richtung) des Leiterdrahtes 20 sind ein Endbereich 21p proximal zum Ende 20p des Leiterdrahtes 20 und ein Endbereich 21q distal zum Ende 20p des Leiterdrahtes 20. Der Endbereich 21q des Bondbereichs 21 liegt dem Endbereich 21p des Bondbereichs 21 in der Längsrichtung (der ersten Richtung, d.h. der x-Richtung) des Leiterdrahts 20 gegenüber.
  • Wie in 2 dargestellt, erstreckt sich das erste Harzelement 30 entlang der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 und der zweiten Oberfläche 20a des Leiterdrahtes 20 und ist an mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereiches 21 in der Längsrichtung des Leiterdrahtes 20 gebogen. Der Abstand d zwischen mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 und dem Biegungsbereich 31 des ersten Harzelements 30 in der Längsrichtung des Leiterdrahtes 20 kann 150 µm oder weniger betragen. Der Abstand d kann 100 µm oder weniger betragen.
  • Das erste Harzelement 30 bedeckt mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21, die erste Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 und die zweite Oberfläche 20a des Leiterdrahts 20. Mindestens ein Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 können die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 sein. Das erste Harzelement 30 kann ferner die Seitenbereiche 21r und 21s des Bondbereichs 21 beinhalten, die die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 miteinander verbinden. Das erste Harzelement 30 kann die gesamte äußere Umfangsfläche des Bondbereichs 21 bedecken. Das erste Harzelement 30 kann außerdem die dritte Oberfläche 20m des Leiterdrahtes 20 bedecken. Das erste Harzelement 30 kann ferner das Ende 20p des Leiterdrahtes 20 abdecken. Wie in der ersten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 4 dargestellt, kann das Ende 20p des Leiterdrahtes 20 von dem ersten Harzelement 30 freigelegt/unbedeckt sein.
  • Wie in 2 dargestellt, kann ein Teil des ersten Harzelements 30 vom zweiten Harzelement 33 freigelegt/unbedeckt sein. Ein Teil des ersten Harzelements 30, der sich auf der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 erstreckt, kann von dem zweiten Harzelement 33 freigelegt sein. Wie in der ersten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 4 dargestellt, kann der gesamte Teil des ersten Harzelements 30, der sich auf der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 erstreckt, mit dem zweiten Harzelement 33 abgedeckt werden. Wie in 2 dargestellt, kann das erste Harzelement 30, das an dem Ende 20p des Leiterdrahtes 20 ausgebildet ist, von dem zweiten Harzelement 33 freigelegt sein. Die Dicke des ersten Harzelements 30 kann geringer sein als die maximale Dicke D2 des Leiterdrahts 20 im Bondbereich 21. Die Dicke des ersten Harzelements 30 kann kleiner sein als die Hälfte der maximalen Dicke D2 des auf dem Bondbereich 21 befindlichen Leiterdrahtes 20.
  • Das erste Harzelement 30 besteht zum Beispiel aus einem isolierenden Harz wie Polyimidharz. Das erste Harzelement 30 kann aus einem Polyimidharz mit einem Siloxangerüst hergestellt werden. Das Siloxangerüst ermöglicht dem ersten Harzelement 30 Flexibilität und Haftung an dem Leiterdraht 20 und der Vorderelektrode 17.
  • Wie in 2 dargestellt, bedeckt das zweite Harzelement 33 den Biegungsbereich 31 des ersten Harzelements 30. Mindestens ein Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 ist durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 doppelt abgedichtet. Die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 können durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 doppelt versiegelt werden. Die Seitenbereiche 21r und 21s des Bondbereichs 21 können durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 doppelt abgedichtet werden. Die gesamte äußere Umfangsfläche des Bondbereichs 21 kann durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 doppelt abgedichtet werden. Das zweite Harzelement 33 besteht aus einem isolierenden Harz wie z.B. Epoxidharz. Die Außenfläche des zweiten Harzelements 33 kann eine konvexe Form haben, die nach außen (d. h. zum dritten Harzelement 40 hin) vorsteht.
  • Eine minimale Höhe h1 eines Oberteils 33p des zweiten Harzelements 33, das sich zwischen der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 und der zweiten Oberfläche 20a des Leiterdrahtes 20 relativ zur ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 befindet, kann größer sein als die Hälfte der minimalen Dicke D1 des Leiterdrahtes 20, der sich im Bondbereich 21 befindet. Die maximale Dicke h2 des zweiten Harzelements 33, das sich auf der dritten Oberfläche 20m des Leiterdrahtes 20 befindet, ist gleich oder kleiner als das Doppelte der maximalen Dicke D2 des Leiterdrahtes 20, der sich auf dem Bondbereich 21 befindet. Die maximale Dicke h2 des zweiten Harzelements 33 kann gleich oder kleiner sein als das 1,5-fache der maximalen Dicke D2 des Leiterdrahtes 20. Die maximale Dicke h2 des zweiten Harzelements 33 kann gleich oder geringer sein als die maximale Dicke D2 des Leiterdrahtes 20. Wie in der zweiten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in den 5 und 6 dargestellt, kann die dritte Oberfläche 20m des Leiterdrahtes 20 von dem zweiten Harzelement 33 freigelegt sein. Die maximale Dicke h2 des zweiten Harzelements 33 kann Null sein.
  • Die erste Bruchdehnung des ersten Harzelements 30 ist größer als die zweite Bruchdehnung des zweiten Harzelements 33. Die erste Bruchdehnung des ersten Harzelements 30 beträgt zum Beispiel 20% oder mehr. Die erste Bruchdehnung des ersten Harzelements 30 kann 50 % oder mehr, oder 80 % oder mehr betragen. Die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 ist größer als die zweite Bruchfestigkeit des zweiten Harzelements 33. Die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 beträgt z.B. 100 MPa oder mehr. Die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 kann 150 MPa oder mehr betragen. Die erste Bruchdehnung und die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 werden gemäß ASTM D882 gemessen. Die zweite Bruchdehnung und die zweite Bruchfestigkeit des zweiten Harzelements 33 werden nach JIS K 7161-1 gemessen.
  • Der zweite Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 ist größer als der erste Zugelastizitätsmodul des ersten Harzelements 30. Der zweite Zug-Elastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 beträgt zum Beispiel 5 GPa oder mehr. Der zweite Zug-Elastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 kann z.B. 30 GPa oder weniger betragen. Der erste Zugelastizitätsmodul des ersten Harzelements 30 wird nach ASTM D882 gemessen. Der zweite Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 wird gemäß JIS K 7161-1 gemessen.
  • Das zweite Harzelement 33 enthält einen Füllstoff, dessen Konzentration höher ist als die des ersten Harzelements 30. Das erste Harzelement 30 kann z.B. einen ersten Füllstoff aus Metall oder Keramik enthalten. Das erste Harzelement 30 muss keinen Füllstoff enthalten. Das zweite Harzelement 33 kann einen zweiten Füllstoff wie Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid enthalten.
  • Da das erste Harzelement 30 keinen Füllstoff oder nur einen Füllstoff in geringer Konzentration enthält, ist es möglich, die erste Bruchdehnung und die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 zu erhöhen. Da das erste Harzelement 30 jedoch keinen Füllstoff oder nur einen Füllstoff in geringer Konzentration enthält, ist es schwierig, den ersten Zug-Elastizitätsmodul des ersten Harzelements 30 zu erhöhen. Wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird, ist es für das erste Harzelement 30 selbst schwierig, die Verformung des Leiterdrahtes 20, die durch den Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterbauelement 15, dem Leiterdraht 20 und dem drittes Harzelement 40 verursacht wird, ausreichend zu verhindern.
  • Da das zweite Harzelement 33 einen Füllstoff in einer höheren Konzentration als das erste Harzelement 30 enthält, kann der zweite Zug-Elastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 größer gemacht werden als der erste Zug-Elastizitätsmodul des ersten Harzelements 30. Wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird, kann das zweite Harzelement 33, dessen zweiter Zug-Elastizitätsmodul größer ist als der erste Zug-Elastizitätsmodul des ersten Harzelements 30, die Verformung des Leiterdrahtes 20 ausreichend verhindern. Das zweite Harzelement 33 kann das Brechen des ersten Harzelements 30 verhindern, das durch die Verformung des Leiterdrahtes 20 verursacht wird.
  • Sowohl das erste Harzelement 30 als auch das zweite Harzelement 33 können eine Glasübergangstemperatur aufweisen, die höher ist als die höchste Betriebstemperatur des Leistungshalbleitermoduls 1. Beispielsweise können sowohl das erste Harzelement 30 als auch das zweite Harzelement 33 eine Glasübergangstemperatur von 150°C oder höher aufweisen.
  • Das drittes Harzelement 40 versiegelt das Halbleiterbauelement 15, das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33. Das drittes Harzelement 40 versiegelt außerdem mindestens einen Teil des Leiterdrahtes 20. Das drittes Harzelement 40 kann den gesamten Bereich des Leiterdrahtes 20 abdichten. Das drittes Harzelement 40 besteht z.B. aus einem isolierenden Harz wie Silikongel.
  • Der dritte Zug-Elastizitätsmodul des drittes Harzelements 40 kann kleiner sein als der erste Zug-Elastizitätsmodul des ersten Harzelements 30 und der zweite Zug-Elastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33. Dadurch kann verhindert werden, dass sich das drittes Harzelement 40 aufgrund des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem drittes Harzelement 40 und dem Halbleiterbauelement 15 vom Halbleiterbauelement 15 ablöst. Der dritte Zug-Elastizitätsmodul des drittes Harzelementes 40 wird gemäß JIS K 6251 gemessen. Die dielektrische Durchschlagsfestigkeit des drittes Harzelementes 40 ist größer als die dielektrische Durchschlagsfestigkeit des ersten Harzelementes 30 und des zweiten Harzelementes 33. Beispielsweise kann das drittes Harzelement 40 eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit von 10 kV/mm oder mehr aufweisen.
  • Wie in 1 dargestellt, ist der Kühlkörper 37 an der Isolier-Schaltungsplatte 10 befestigt. Insbesondere ist die leitfähige Platte 13 der Isolier-Schaltungsplatte 10 mit der vorderen Oberfläche des Kühlkörpers 37 unter Verwendung eines Verbindungselements (nicht dargestellt) wie z.B. Wärmeleitfett verbunden. Die von dem Halbleiterbauelement 15 erzeugte Wärme wird über die Isolier-Schaltungsplatte 10 an den Kühlkörper 37 geleitet. Die Wärme wird vom Kühlkörper 37 an die Außenseite des Leistungshalbleitermoduls 1 abgeleitet. Der Kühlkörper 37 besteht beispielsweise aus einem Metallmaterial wie Aluminium (A1).
  • Wie in 1 dargestellt, kann die Umhüllung 38 an einer peripheren Kante der Vorderfläche des Kühlkörpers 37 angebracht sein. Der Kühlkörper 37 und die Umhüllung 38 bilden ein Gehäuse 36. Das Leistungshalbleitermodul 1 ist ein Gehäusemodul. Die Umhüllung 38 besteht z.B. aus einem isolierenden Harz wie Polyphenylensulfid (PPS) oder Polybutylenterephthalat (PBT). Zumindest ein Bereich des Innenraums des Gehäuses 36 ist mit dem drittes Harzelement 40 gefüllt. Das Leistungshalbleitermodul 1 kann ein Guss-Modul sein, das keine Umhüllung 38 enthält.
  • Wie in der dritten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in den 7 und 8 dargestellt, kann das erste Harzelement 30 selektiv die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 abdecken. Die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 können durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 selektiv doppelt abgedichtet werden. Ein Teil der Seitenbereiche 21r und 21s des Bondbereichs 21, die die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 miteinander verbinden, kann von dem ersten Harzelement 30 freigelegt/unbedeckt sein. Ein Teil der äußeren Umfangsfläche des Bondbereichs 21 kann gegenüber dem ersten Harzelement 30 freiliegen.
  • Wie in der vierten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in den 9 und 10 dargestellt, kann mindestens ein Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21, der mit dem ersten Harzelement 30 abgedeckt ist, einer der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 sein. In der vierten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform deckt das erste Harzelement 30 selektiv einen Endbereich 21p der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 ab. Der Endbereich 21p des Bondbereichs 21 kann durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 selektiv doppelt versiegelt werden. Der Endbereich 21p des Bondbereichs 21 wird vom ersten Harzelement 30 freigelegt. Das erste Harzelement 30 kann den Endbereich 21q der Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 selektiv abdecken. Der Endbereich 21q des Bondbereichs 21 kann durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 selektiv doppelt abgedichtet werden.
  • Wie in der fünften Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 11 und in der sechsten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 12 dargestellt, kann mindestens ein Leiterdraht 20 eine Vielzahl von Leiterdrähten 20 sein. Das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 können über die Vielzahl von Leiterdrähten 20 ausgebildet sein. Das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 können über eine Vielzahl von Bondbereichen 21 gebildet werden, die zwischen der Vielzahl von Leiterdrähten 20 und der Vorderelektrode 17 gebildet werden. Die Vielzahl der Bondbereiche 21 kann durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 als eine Einheit doppelt abgedichtet werden.
  • Wie in der sechsten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 12 dargestellt, kann das erste Harzelement 30 selektiv die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 abdecken. Der Endbereich 21p der Vielzahl von Bondbereichen 21 kann durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 selektiv doppelt abgedichtet werden. Der Endbereich 21q der Vielzahl von Bondbereichen 21 kann selektiv durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 doppelt versiegelt werden. Ein Teil der Seitenbereiche 21r und 21s des Bondbereichs 21, die die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 miteinander verbinden, kann von dem ersten Harzelement 30 freigelegt/unbedeckt sein. Ein Teil der äußeren Umfangsfläche des Bondbereichs 21 kann von dem ersten Harzelement 30 freigelegt sein.
  • Nun wird ein Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Bondingschritt S 1, einen ersten Siegelschritt S2, einen zweiten Siegelschritt S3 und einen dritten Siegel schritt S4.
  • In dem Bondingschritt S1 wird das Halbleiterbauelement 15 mit der Isolier-Schaltungsplatte 10 verbunden. Beispielsweise wird die Rückelektrode 16 des Halbleiterbauelements 15 mit dem leitenden Schaltungsmuster 12 unter Verwendung eines Bondingelements (nicht dargestellt) wie Lot oder eines Sinterkörpers aus Metallfeinpartikeln verbunden. Der Leiterdraht 20 ist mit der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 im Bondbereich 21 verbunden. Der Leiterdraht 20 wird beispielsweise mit Hilfe eines Drahtbonders mit der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 und dem leitenden Schaltungsmuster 12 verbunden. Die Isolier-Schaltungsplatte 10 wird mit dem Kühlkörper 37 verbunden. Beispielsweise wird die leitfähige Platte 13 der Isolier-Schaltungsplatte 10 mit der vorderen Oberfläche des Kühlkörpers 37 unter Verwendung eines Verbindungselements (nicht abgebildet) wie Wärmeleitfett verbunden. Ferner kann die Umhüllung 38 mit dem Kühlkörper 37 verbunden werden.
  • In dem ersten Versiegelungsschritt S2 wird das erste Harzelement 30 gebildet. Beispielsweise wird eine durch Dispergieren eines Harzmaterials in einem Lösungsmittel erhaltene Lösung auf den Leiterdraht 20 und die erste Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 aufgetragen. Der Leiterdraht 20 und die mit der Lösung beschichtete Vorderelektrode 17 werden erhitzt, um das Lösungsmittel zu verdampfen und das Harzmaterial auszuhärten. Auf diese Weise wird das erste Harzelement 30 auf der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 und der zweiten Oberfläche 20a des Leiterdrahtes 20 gebildet. Das Harzmaterial, aus dem das erste Harzelement 30 besteht, kann mit Hilfe eines Dispensers oder durch elektrostatische Beschichtung oder galvanische Beschichtung aufgetragen werden. Die Beschichtung des Harzmaterials mit Hilfe eines Dispensers ist wirtschaftlich. Die elektrostatische Beschichtung oder die Beschichtung durch Elektroabscheidung kann das Harzmaterial leicht auf einen schmalen Bereich auftragen.
  • Im zweiten Versiegelungsschritt S3 wird das zweite Harzelement 33 gebildet. Zum Beispiel wird ein flüssiges Harzmaterial auf das erste Harzelement 30 aufgetragen. Nach dem Aushärten des flüssigen Harzmaterials wird das zweite Harzelement 33 geformt. Im dritten Versiegelungsschritt S4 wird das dritte Harzelement 40 geformt. Beispielsweise werden das erste Harzelement 30, das zweite Harzelement 33, mindestens ein Teil des Leiterdrahtes 20, das Halbleiterbauelement 15 und die Isolier-Schaltungsplatte 10 mit einem flüssigen Harz beschichtet. Nach dem Aushärten des flüssigen Harzmaterials wird das dritte Harzelement 40 gebildet. So erhält man das Leistungshalbleitermodul 1.
  • Nachfolgend werden Wirkungen des Leistungshalbleitermoduls 1 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Das Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet ein Halbleiterbauelement 15, mindestens einen Leiterdraht 20, ein erstes Harzelement 30, ein zweites Harzelement 33 und ein drittes Harzelement 40. Das Halbleiterbauelement 15 beinhaltet eine Vorderelektrode 17. Der mindestens eine Leiterdraht 20 ist im Bondbereich 21 mit der Vorderelektrode 17 verbunden. Das dritte Harzelement 40 versiegelt das Halbleiterbauelement 15, das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33. Das erste Harzelement 30 erstreckt sich entlang der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 und der zweiten Oberfläche 20a des Leiterdrahtes 20 und ist an mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 in Längsrichtung des Leiterdrahtes 20 gebogen. Die erste Oberfläche 17a ist mit mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 verbunden und ist dem Leiterdraht 20 zugewandt. Die zweite Oberfläche 20a ist mit mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 verbunden und ist der Vorderelektrode 17 zugewandt. Das erste Harzelement 30 überdeckt mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21, die erste Oberfläche 17a und die zweite Oberfläche 20a. Das zweite Harzelement 33 überdeckt den Biegungsbereich 31 des ersten Harzelements 30. Die erste Bruchdehnung des ersten Harzelements 30 ist größer als die zweite Bruchdehnung des zweiten Harzelements 33. Die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 ist größer als die zweite Bruchfestigkeit des zweiten Harzelements 33. Der zweite Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 ist größer als der erste Zugelastizitätsmodul des ersten Harzelements 30.
  • Die erste Bruchdehnung des ersten Harzelements 30 ist größer als die zweite Bruchdehnung des zweiten Harzelements 33. Die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 ist größer als die zweite Bruchfestigkeit des zweiten Harzelements 33. Daher kann das erste Harzelement 30 den Leiterdraht 20 weiterhin an der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 befestigen, ohne zu brechen, selbst wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird. Der zweite Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 ist größer als der erste Zugelastizitätsmodul des ersten Harzelements 30. Wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird, kann das zweite Harzelement 33 daher die Verformung des Leiterdrahtes 20 verhindern, die durch den Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterbauelement 15 und dem Leiterdraht 20 verursacht wird. Das zweite Harzelement 33 kann verhindern, dass das erste Harzelement 30 durch die Verformung des Leiterdrahtes 20 im Biegungsbereich 31 des ersten Harzelementes 30, wo es am ehesten bricht, gebrochen wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass im Bondbereich 21 Risse entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • In dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der dritte Zug-Elastizitätsmodul des dritten Harzelements 40 kleiner als der erste Zug-Elastizitätsmodul des ersten Harzelements 30 und der zweite Zug-Elastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33. Wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird, ist es daher möglich, das Lösen des Leiterdrahtes 20 zu verhindern. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • In dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform beträgt die erste Bruchdehnung des ersten Harzelements 30 20 % oder mehr, und die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 beträgt 100 MPa oder mehr. Somit kann das erste Harzelement 30 selbst dann, wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird, den Leiterdraht 20 weiterhin an der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 befestigen, ohne zu brechen. Dadurch kann verhindert werden, dass Risse im Bondbereich 21 entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • In dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform beträgt der zweite Zug-Elastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 5 GPa oder mehr. Wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird, kann das zweite Harzelement 33 daher die Verformung des Leiterdrahtes 20, die durch den Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterbauelement 15 und dem Leiterdraht 20 verursacht wird, verringern. Das zweite Harzelement 33 kann das Brechen des ersten Harzelements 30 verhindern, das durch die Verformung des Leiterdrahtes 20 verursacht wird. Dadurch kann das Auftreten von Rissen im Bondbereich 21 verhindert werden. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • Im Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform enthält das zweite Harzelement 33 einen Füllstoff in einer höheren Konzentration als das erste Harzelement 30. Dadurch ist es möglich, die erste Bruchdehnung und die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 30 sowie den zweiten Zug-Elastizitätsmodul des zweiten Harzelements 33 zu erhöhen. Dadurch kann das Auftreten von Rissen im Bondbereich 21 verhindert werden. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Abstand d zwischen mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 und dem Biegungsbereich 31 des ersten Harzelements 30 in der Längsrichtung (der ersten Richtung, d.h. der x-Richtung) des Leiterdrahtes 20 150 µm oder weniger. Daher kann das Lösungsmittel während der Bildung des ersten Harzelements 30 leicht verdampfen, so dass kein Lösungsmittel im ersten Harzelement 30 verbleibt. Infolgedessen wird verhindert, dass das erste Harzelement 30 spröde wird. Wenn das erste Harzelement 30 durch Aushärten des Harzmaterials gebildet wird, ist es außerdem möglich, die Spannung im ersten Harzelement 30 zu verringern. Daher kann das erste Harzelement 30 den Leiterdraht 20 weiterhin an der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 befestigen, ohne zu brechen, selbst wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird. Dadurch kann verhindert werden, dass Risse im Bondbereich 21 entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform ist mindestens ein Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 einer der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21. Da die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 durch das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 doppelt abgedichtet sind, kann verhindert werden, dass Risse im Bondbereich 21 entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform deckt das erste Harzelement 30 selektiv die beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 ab. Dadurch ist es möglich, die Menge des zu verwendenden ersten Harzelements 30 zu reduzieren, wodurch die Kosten des Leistungshalbleitermoduls 1 gesenkt werden können.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform ist die minimale Höhe h1 des Oberteils 33p des zweiten Harzelements 33, das sich zwischen der ersten Oberfläche 17a und der zweiten Oberfläche 20a befindet, relativ zur ersten Oberfläche 17a größer als die Hälfte der minimalen Dicke D1 des Leiterdrahtes 20, der sich im Bondbereich 21 befindet. Wenn das Leistungshalbleitermodul 1 einem Wärmezyklus unterzogen wird, ist es daher möglich, dass das zweite Harzelement 33 die Verformung des Leiterdrahtes 20 verhindert, die durch den Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterbauelement 15 und dem Leiterdraht 20 verursacht wird. Das zweite Harzelement 33 verhindert das Brechen des ersten Harzelements 30, das durch die Verformung des Leiterdrahtes 20 verursacht wird. Dadurch kann verhindert werden, dass Risse im Bondbereich 21 entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform ist die maximale Dicke h2 des zweiten Harzelements 33, das sich auf der dritten Oberfläche 20m des Leiterdrahtes 20 befindet, gleich oder kleiner als das Doppelte der maximalen Dicke D2 des Leiterdrahtes 20, der sich im Bondbereich 21 befindet. Die dritte Oberfläche 20m befindet sich gegenüber der vierten Oberfläche 20n des Leiterdrahtes 20 in Kontakt mit der Vorderelektrode 17 im Bondbereich 21. Da das zweite Harzelement 33 nicht übermäßig dick ausgebildet ist, kann bei einem Wärmezyklus des Leistungshalbleitermoduls 1 ein Lösen des Leiterdrahtes 20 aufgrund des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterbauelement 15, dem Leiterdraht 20 und dem zweiten Harzelement 33 verhindert werden. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • In dem Leistungshalbleitermodul 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der mindestens eine Leiterdraht 20 eine Vielzahl von Leiterdrähten 20. Das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 sind quer zu der Vielzahl von Leiterdrähten 20 ausgebildet. Die Kontaktfläche zwischen dem ersten Harzelement 30 und der Vorderelektrode 17 wird vergrößert, und dadurch wird das erste Harzelement 30 stärker an der Vorderelektrode 17 angeheftet. Dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass sich das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 von der Vorderelektrode 17 und mindestens einem Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 ablösen. Dadurch kann verhindert werden, dass Risse im Bondbereich 21 entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1 verbessert.
  • Ausführungsform 2
  • Nun wird ein Leistungshalbleitermodul 1b gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezug auf die 13 bis 15, 19 bis 21 und 25 bis 27 beschrieben. Das Leistungshalbleitermodul 1b der vorliegenden Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration wie das Leistungshalbleitermodul 1 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber hauptsächlich in den folgenden Punkten.
  • Wie in den 13 bis 15 dargestellt, ist bei dem Leistungshalbleitermodul 1b die Vorderelektrode 17 mit einer Ausnehmung 42 um die Verbindungsstelle 21 herum ausgebildet. Die Ausnehmung 42 ist an der Vorderelektrode 17 ausgebildet. Die Ausnehmung 42 kann an der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 ausgebildet sein. Die Ausnehmung 42 ist mit dem ersten Harzelement 30 gefüllt. Wie in 15 dargestellt, ist die Ausnehmung 42 um den Bondbereich 21 herum ausgebildet. Insbesondere kann in einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 die Ausnehmung 42 so ausgebildet sein, dass sie den Bondbereich 21 umgibt. Insbesondere kann in einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 die Ausnehmung 42 so ausgebildet sein, dass sie den Bondbereich 21 durchgehend umgibt.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1b der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 16 bis 18 beschrieben. Das Beispielverfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1b der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet dieselben Schritte wie das Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich aber im Wesentlichen dadurch, dass es ferner einen Schritt S5 zur Bildung einer Ausnehmung beinhaltet.
  • Wie in 16 dargestellt, wird der Schritt S5 zum Bilden einer Ausnehmung vor dem Bondingschritt S1 durchgeführt. In dem Schritt S5 des Bildens einer Ausnehmung wird eine Ausnehmung 42 an der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 gebildet. Konkret wird die Ausnehmung 42 durch Bestrahlung der Vorderelektrode 17 mit einem Laserstrahl 46 aus einer Laserquelle 45 gebildet. Der Laserstrahl 46 wird auf einen Bereich um die Vorderelektrode 17, d.h. den Bondbereich 21, gerichtet. Die Laserquelle 45 ist z.B. ein Kohlendioxidlaser.
  • Wie in 17 dargestellt, wird der Bondingschritt S 1 nach dem Schritt S5 des Ausbildens einer Ausnehmung durchgeführt. Beispielsweise wird nach dem Schritt S5 des Ausbildens einer Ausnehmung der Schritt des Verbindens des Leiterdrahtes 20 mit der Vorderelektrode 17 durchgeführt. Wie in 18 dargestellt, werden nach dem Bondingschritt S1 der erste Versiegelungsschritt S2 und der zweite Versiegelungsschritt S3 durchgeführt. Anschließend wird der dritte Versiegelungsschritt S4 durchgeführt. So erhält man das in den 13 bis 15 dargestellte Leistungshalbleitermodul 1b.
  • Wie in der ersten Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform in 19 und der zweiten Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform in 20 und 21 dargestellt, kann die Ausnehmung 42 in einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 aus mehreren separaten Teilen gebildet sein. In einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 können die Ausnehmungen 42 so ausgebildet sein, dass sie den Bondbereich 21 diskret umgeben.
  • Wie in der zweiten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 21 dargestellt, kann die Ausnehmung 42 nicht an einem Bereich um den Bondbereich 21 herum ausgebildet sein. Die Ausnehmung 42 muss nicht so ausgebildet sein, dass sie den gesamten Bondbereich 21 umgibt. In der zweiten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausnehmung 42 nicht an einem Bereich der Vorderelektrode 17 gegenüber dem Endbereich 21q des Bondbereichs 21 ausgebildet.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1b gemäß der zweiten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 22 bis 24 beschrieben. Das beispielhafte Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1b der zweiten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die gleichen Schritte wie das in den 16 bis 18 dargestellte beispielhafte Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1b der vorliegenden Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch im Wesentlichen in den folgenden Punkten.
  • In dem Beispielsverfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1b gemäß der zweiten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform wird der Schritt S5 des Ausbildens einer Ausnehmung zumindest nach dem Verbinden des Leiterdrahtes 20 mit der Vorderelektrode 17 in dem Verbindungsschritt S1 durchgeführt. Der Schritt S5 zur Bildung einer Ausnehmung kann nach Abschluss des gesamten Bondingschrittes S1 durchgeführt werden. Wie in 22 dargestellt, wird der Leiterdraht 20 auf die Vorderelektrode 17 gebondet. Dann wird, wie in 23 dargestellt, der Schritt S5 zur Bildung einer Ausnehmung durchgeführt. Die Ausnehmung 42 wird insbesondere dadurch gebildet, dass der Laserstrahl 46 von der Laserquelle 45 auf einen Bereich der Vorderelektrode 17 um den Bondbereich 21 herum gerichtet wird. Wie in 24 dargestellt, werden der erste Versiegelungsschritt S2 und der zweite Versiegelungsschritt S3 durchgeführt. Anschließend wird der dritte Versiegelungsschritt S4 durchgeführt. So erhält man das Leistungshalbleitermodul 1b gemäß der zweiten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie in der dritten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 25 dargestellt, kann in einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 die Ausnehmung 42 so ausgebildet sein, dass sie den Bondbereich 21 mehrfach umgibt. Wie in der vierten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 26 dargestellt, kann mindestens ein Endbereich der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21, der mit dem ersten Harzelement 30 abgedeckt ist, einer der beiden Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 sein. In der vierten Modifikation der vorliegenden Ausführungsform deckt das erste Harzelement 30 selektiv den Endbereich 21p der Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 ab. Das erste Harzelement 30 kann selektiv den Endbereich 21q der Endbereiche 21p und 21q des Bondbereichs 21 abdecken.
  • Wie in der fünften Modifikation der vorliegenden Ausführungsform in 27 dargestellt, kann mindestens ein Leiterdraht 20 als Vielzahl von Leiterdrähten 20 ausgebildet sein. Das erste Harzelement 30 und das zweite Harzelement 33 können über der Vielzahl von Leiterdrähten 20 ausgebildet sein. Die Ausnehmung 42 ist um jeden der Vielzahl von Bondbereichen 21 herum ausgebildet. Die um jeden der Vielzahl von Bondbereichen 21 gebildeten Ausnehmungen 42 können miteinander verbunden sein.
  • Das Leistungshalbleitermodul 1b der vorliegenden Ausführungsform hat zusätzlich zu den Wirkungen des Leistungshalbleitermoduls 1 der ersten Ausführungsform die folgenden Wirkungen.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1b der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorderelektrode 17 mit einer Ausnehmung 42 um den Bondbereich 21 herum ausgebildet. Die Ausnehmung 42 ist mit dem ersten Harzelement 30 gefüllt.
  • Wenn das Leistungshalbleitermodul 1b einem Wärmezyklus unterzogen wird, kann aufgrund des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Leiterdraht 20 und dem Halbleiterbauelement 15 die Ablösung des ersten Harzelements 30 von der Vorderelektrode 17 vom Endbereich des ersten Harzelements 30 in Richtung des Bondbereichs 21 voranschreiten. Da die Ausnehmung 42 mit dem ersten Harzelement 30 gefüllt ist, wird die Richtung der Ablösung des ersten Harzelements 30 von der Vorderelektrode 17 durch die Ausnehmung 42 geändert und zum Boden der Ausnehmung 42 hin gerichtet. Dadurch kann verhindert werden, dass die Ablösung des ersten Harzelements 30 von der Vorderelektrode 17 den Bondbereich 21 erreicht. Auch wenn das Leistungshalbleitermodul 1b einem Wärmezyklus unterzogen wird, kann das erste Harzelement 30 den Leiterdraht 20 weiterhin an der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 fixieren. Dadurch kann verhindert werden, dass Risse im Bondbereich 21 entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1b verbessert.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1b der vorliegenden Ausführungsform ist die Ausnehmung 42 so ausgebildet, dass sie den Bondbereich 21 in einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 umgibt. Dadurch kann weiterhin verhindert werden, dass das Ablösen des ersten Harzelements 30 von der Vorderelektrode 17 den Bondbereich 21 erreicht. Selbst wenn das Leistungshalbleitermodul 1b einem Wärmezyklus unterzogen wird, kann das erste Harzelement 30 weiterhin den Leiterdraht 20 an der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 fixieren. Dadurch kann verhindert werden, dass Risse im Bondbereich 21 entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1b verbessert.
  • Ausführungsform 3
  • Das Leistungshalbleitermodul 1c gemäß einer dritten Ausführungsform wird nun unter Bezug auf die 28 und 29 beschrieben. Das Leistungshalbleitermodul 1c der vorliegenden Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie das Leistungshalbleitermodul 1b der zweiten Ausführungsform, unterscheidet sich aber im Wesentlichen durch die Form der Ausnehmung 42.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1c weist die Ausnehmung 42 eine Öffnung 42c, einen Boden 42d und eine Seitenfläche 42e auf, die die Öffnung 42c und den Boden 42d verbindet. Die Ausnehmung 42 erstreckt sich in einer Richtung, die in Bezug auf die Normale zur ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 geneigt ist. Mindestens ein Teil der Seitenfläche 42e der Ausnehmung 42 ist in Bezug auf die normale Richtung der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 geneigt. Die gesamte Seitenfläche 42e der Ausnehmung 42 kann in Bezug auf die normale Richtung der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 geneigt sein. Der geneigte Teil der Seitenfläche 42e der Ausnehmung 42 kann mit der Öffnung 42c der Ausnehmung 42 verbunden sein. In einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 ist zumindest ein Teil des Bodens 42d oder der Seitenfläche 42e weiter von dem Bondbereich 21 entfernt als die Öffnung 42c. In einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 ist die Ausnehmung 42 gegenüber der Normalenrichtung der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 so geneigt, dass der Abstand zwischen dem Boden 42d der Ausnehmung 42 und dem Bondbereich 21 größer ist als der Abstand zwischen der Öffnung 42c der Ausnehmung 42 und dem Bondbereich 21.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1c gemäß der dritten Ausführungsform wird unter Bezug auf 30 beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1c gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die gleichen Schritte wie das Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1b gemäß der zweiten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch im Wesentlichen im Schritt S5 zur Ausbildung einer Ausnehmung.
  • In dem Schritt S5 des Bildens einer Ausnehmung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausnehmung 42 so gebildet, dass sie in Bezug auf die normale Richtung der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 geneigt ist. Die geneigte Ausnehmung 42 wird durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl 46 in einer Richtung gebildet, die in Bezug auf die normale Richtung der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 um einen Bereich der Vorderelektrode 17, d. h. den Bondbereich 21, geneigt ist. Beispielsweise durch Neigung der Laserquelle 45 gegenüber der Normalenrichtung der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 wird die erste Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 mit dem Laserstrahl 46 aus einer gegenüber der Normalenrichtung der ersten Oberfläche 17a der Vorderelektrode 17 geneigten Richtung bestrahlt.
  • Das Leistungshalbleitermodul 1c der vorliegenden Ausführungsform hat zusätzlich zu den Wirkungen des Leistungshalbleitermoduls 1b der zweiten Ausführungsform die folgenden Wirkungen.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 1c der vorliegenden Ausführungsform weist die Ausnehmung 42 eine Öffnung 42c, einen Boden 42d und eine Seitenfläche 42e auf, die die Öffnung 42c und den Boden 42d verbindet. In einer Draufsicht auf die Vorderelektrode 17 ist zumindest ein Teil des Bodens 42d oder der Seitenfläche 42e weiter vom Bondbereich 21 entfernt als die Öffnung 42c. Die Richtung des Abziehens des ersten Harzelements 30 von der Vorderelektrode 17 wird durch die schräge Ausnehmung 42 stärker verändert.
  • Dadurch kann verhindert werden, dass das Ablösen des ersten Harzelements 30 von der Vorderelektrode 17 den Bondbereich 21 erreicht. Auch wenn das Leistungshalbleitermodul 1c einem Wärmezyklus unterzogen wird, kann das erste Harzelement 30 den Leiterdraht 20 weiterhin an der Vorderelektrode 17 des Halbleiterbauelements 15 fixieren. Dadurch kann verhindert werden, dass Risse im Bondbereich 21 entstehen. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls 1c verbessert.
  • Ausführungsform 4
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird eines der Leistungshalbleitermodule 1, 1b, und 1c gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform auf einen Leistungswandler angewendet. Ein Leistungswandler 200 der vorliegenden Ausführungsform ist nicht besonders beschränkt, und dennoch wird der Leistungswandler 200 im Folgenden als dreiphasiger Wechselrichter beschrieben.
  • Ein in 31 dargestelltes Energieumwandlungssystem beinhaltet eine Stromversorgung 100, einen Leistungswandler 200 und eine Last 300. Die Stromquelle 100 ist eine Gleichstromquelle und liefert Gleichstrom an den Leistungswandler 200. Die Stromquelle 100 ist nicht besonders begrenzt und kann beispielsweise ein Gleichstromsystem, eine Solarzelle oder ein Akkumulator sein, oder sie kann eine Gleichrichterschaltung oder ein AC/DC-Wandler sein, der an ein Wechselstromsystem angeschlossen ist. Bei der Stromversorgung 100 kann es sich um einen DC/DC-Wandler handeln, der die von einem Gleichstromsystem abgegebene Gleichstromleistung in eine andere Gleichstromleistung umwandelt.
  • Der Leistungswandler 200 ist ein dreiphasiger Wechselrichter, der zwischen die Stromversorgung 100 und die Last 300 geschaltet ist und so konfiguriert ist, dass er die von der Stromversorgung 100 gelieferte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt und die Wechselstromleistung an die Last 300 liefert. Wie in 31 dargestellt, beinhaltet der Leistungswandler 200 eine Hauptwandlerschaltung 201, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom ausgibt, und eine Steuerschaltung 203, die ein Steuersignal zur Steuerung der Hauptwandlerschaltung 201 an die Hauptwandlerschaltung 201 ausgibt.
  • Die Last 300 ist ein dreiphasiger Elektromotor, der durch die vom Leistungswandler 200 gelieferte Wechselstromleistung angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht besonders begrenzt und kann ein Elektromotor sein, der an verschiedenen elektrischen Geräten angebracht ist, wie beispielsweise ein Elektromotor, der in einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem Aufzug oder einer Klimaanlage verwendet wird.
  • Nachfolgend wird der Leistungswandler 200 im Detail beschrieben. Die Hauptwandlerschaltung 201 enthält ein Schaltelement (nicht dargestellt) und eine Rücklaufdiode (nicht dargestellt). Wenn das Schaltelement die von der Stromversorgung 100 gelieferte Spannung umschaltet, wandelt die Hauptwandlerschaltung 201 die von der Stromversorgung 100 gelieferte Gleichspannung in Wechselspannung um und liefert die Wechselspannung an die Last 300. Obwohl die Hauptwandlerschaltung 201 verschiedene spezifische Schaltungskonfigurationen aufweisen kann, handelt es sich bei der Hauptwandlerschaltung 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine zweistufige dreiphasige Vollbrückenschaltung, die aus sechs Schaltelementen bzw. sechs antiparallel zu den Schaltelementen geschalteten Freilaufdioden bestehen kann. An mindestens einem Endbereich der Schaltelemente und der Freilaufdioden der Hauptwandlerschaltung 201 kann jedes der Leistungshalbleitermodule 1, 1b und 1c gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform verwendet werden. Je zwei Schaltelemente der sechs Schaltelemente sind in Reihe geschaltet, um einen oberen und einen unteren Zweig zu bilden, und jeder der oberen und unteren Zweige bildet jede Phase (U-Phase, V-Phase und W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Die Ausgangsklemmen des oberen und unteren Zweigs, d. h. die drei Ausgangsklemmen der Hauptwandlerschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
  • Die Hauptwandlerschaltung 201 beinhaltet eine Treiberschaltung (nicht dargestellt) zur Ansteuerung der einzelnen Schaltelemente. Die Ansteuerschaltung kann in das Halbleitermodul 202 eingebaut sein oder separat vom Halbleitermodul 202 bereitgestellt werden. Die Ansteuerschaltung erzeugt ein Ansteuersignal zur Ansteuerung der in der Hauptwandlerschaltung 201 vorgesehenen Schaltelemente und liefert das Ansteuersignal an die Steuerelektroden der Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 201. Insbesondere wird in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von der Steuerschaltung 203 ein Ansteuersignal zum Einschalten jedes Schaltelements und ein Ansteuersignal zum Ausschalten jedes Schaltelements an die Steuerelektrode jedes Schaltelements ausgegeben. Falls das Schaltelement im EIN-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal), das gleich oder größer als die Schwellenspannung des Schaltelements ist, und falls das Schaltelement im AUS-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal), das gleich oder kleiner als die Schwellenspannung des Schaltelements ist.
  • Die Steuerschaltung 203 steuert die Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 201, um eine gewünschte Leistung an die Last 300 zu liefern. Insbesondere wird eine Zeit (EIN-Zeit) zum Einschalten jedes Schaltelements der Hauptwandlerschaltung 201 auf der Grundlage der an die Last 300 zu liefernden Leistung berechnet. Die Hauptwandlerschaltung 201 kann beispielsweise durch eine Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) gesteuert werden, die die Einschaltzeit des Schaltelements in Abhängigkeit von der auszugebenden Spannung moduliert. Dann wird ein Steuerbefehl (Steuersignal) an die in der Hauptwandlerschaltung 201 enthaltene Ansteuerungsschaltung ausgegeben, so dass an jedes Schaltelement, das zu jedem Zeitpunkt eingeschaltet werden soll, ein EIN-Signal oder an jedes Schaltelement, das zu jedem Zeitpunkt ausgeschaltet werden soll, ein AUS-Signal ausgegeben wird. Die Ansteuerschaltung gibt als Ansteuersignal entsprechend dem Steuersignal ein EIN-Signal oder ein AUS-Signal an die Steuerelektrode jedes Schaltelements aus.
  • In dem Leistungswandler 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eines der Leistungshalbleitermodule 1, 1b und 1c gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform als Halbleitermodul 202 in der Hauptwandlerschaltung 201 eingesetzt. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Leistungswandlers 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbessert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird als Beispiel beschrieben, dass die vorliegende Erfindung auf einen zweistufigen, dreiphasigen Wechselrichter angewendet wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Leistungswandler angewendet werden. Obwohl der Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein zweistufiger Leistungswandler ist, kann der Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein dreistufiger Leistungswandler oder ein mehrstufiger Leistungswandler sein. Wenn der Leistungswandler eine einphasige Last mit Strom versorgt, kann die vorliegende Erfindung auf einen einphasigen Wechselrichter angewendet werden. Wenn der Leistungswandler einen Gleichstrom-Last o.ä. mit Strom versorgt, kann die vorliegende Erfindung auf einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler angewandt werden.
  • Der Leistungswandler, an den die vorliegende Erfindung angelegt wird, ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Last ein Elektromotor ist, und kann beispielsweise in eine Stromversorgung für eine Funkenerosionsmaschine oder eine Lasermaschine oder eine Stromversorgung für einen Induktionsherd oder ein berührungsloses Stromversorgungssystem eingebaut sein. Der Leistungswandler, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, kann als Leistungswandler für ein Solarstromerzeugungssystem, ein Stromspeichersystem oder dergleichen verwendet werden.
  • Es sollte verstanden werden, dass die hier beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen in jeder Hinsicht illustrativ sind. Mindestens zwei der hierin beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen können kombiniert werden, soweit sie nicht miteinander unvereinbar sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll alle Änderungen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung einschließen, die den verwendeten Begriffen entsprechen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1b, 1c
    Leistungshalbleitermodul
    10
    Isolier-Schaltungsplatte
    11
    Isolierplatte
    12
    leitendes Schaltungsmuster
    13
    leitfähige Platte
    15
    Halbleiterbauelement
    16
    Rückelektrode
    17
    Vorderelektrode
    17a
    erste Oberfläche
    20
    Leitdraht
    20a
    zweite Oberfläche
    20m
    dritte Oberfläche
    20n
    vierte Oberfläche
    20p
    Ende
    21
    Bondbereich
    21p, 21q
    Endbereich
    21r, 21s
    Seitenbereich
    30
    erstes Harzelement
    31
    Biegungsbereich
    33
    zweites Harzelement
    33p
    Oberteil
    36
    Gehäuse
    37
    Kühlkörper
    38
    Umhüllung
    40
    drittes Kunststoffelement
    42c
    Öffnung
    42d
    Boden
    42e
    Seitenfläche
    45
    Laserquelle
    46
    Laserstrahl
    100
    Stromversorgung
    200
    Leistungswandler
    201
    Hauptwandlerschaltung
    202
    Halbleitermodul
    203
    Steuerschaltung
    300
    Last

Claims (15)

  1. Leistungshalbleitermodul, Folgendes aufweisend: ein Halbleiterbauelement mit einer Vorderelektrode; mindestens einen Leiterdraht, der mit der Vorderelektrode in einem Bondbereich verbunden ist; ein erstes Harzelement; ein zweites Harzelement; und ein drittes Harzelement, das das Halbleiterbauelement, das erste Harzelement und das zweite Harzelement abdichtet, wobei das erste Harzelement sich entlang einer ersten Oberfläche der Vorderelektrode und einer zweiten Oberfläche des Leiterdrahtes erstreckt und an mindestens einem von zwei Endbereichen des Bondbereichs in einer Längsrichtung des Leiterdrahtes gebogen ist, die erste Oberfläche mit dem mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs verbunden ist und dem Leiterdraht zugewandt ist, die zweite Oberfläche mit dem mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs verbunden ist und der Vorderelektrode zugewandt ist, das erste Harzelement den mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs, die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche abdeckt, das zweite Harzelement einen Biegungsbereich des ersten Harzelements abdeckt, eine erste Bruchdehnung des ersten Harzelements größer ist als eine zweite Bruchdehnung des zweiten Harzelements, eine erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelementes größer ist als eine zweite Bruchfestigkeit des zweiten Harzelementes, und ein zweiter Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements größer ist als ein erster Zugelastizitätsmodul des ersten Harzelements.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei ein drittes Zug-Elastizitätsmodul des dritten Harzelements kleiner ist als das erste Zug-Elastizitätsmodul des ersten Harzelements und das zweite Zug-Elastizitätsmodul des zweiten Harzelements.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste Bruchdehnung des ersten Harzelements 20% oder mehr beträgt, und die erste Bruchfestigkeit des ersten Harzelements 100 MPa oder mehr beträgt.
  4. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Harzelement einen Füllstoff in einer höheren Konzentration als das erste Harzelement enthält.
  5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Zugelastizitätsmodul des zweiten Harzelements 5 GPa oder mehr beträgt.
  6. Das Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Abstand zwischen dem mindestens einen Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs und dem Biegungsbereich des ersten Harzelements in der Längsrichtung des Leiterdrahtes 150 µm oder weniger beträgt.
  7. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine Endbereich der beiden Endbereiche des Bondbereichs die beiden Endbereiche des Bondbereichs ist.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7, wobei das erste Harzelement selektiv die beiden Endbereiche des Bondbereichs abdeckt.
  9. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die minimale Höhe eines Oberteils des zweiten Harzelements, das sich zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche befindet, in Bezug auf die erste Oberfläche größer ist als die Hälfte der minimalen Dicke des Leiterdrahtes, der sich auf dem Bondbereich befindet.
  10. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die maximale Dicke des zweiten Harzelements auf einer dritten Oberfläche des Leiterdrahtes gleich oder kleiner ist als das Doppelte der maximalen Dicke des Leiterdrahtes, der sich auf dem Bondbereich befindet, und die dritte Oberfläche der vierten Oberfläche des Leiterdrahtes gegenüber liegt und die Vorderelektrode im Bondbereich berührt.
  11. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der mindestens eine Leiterdraht eine Vielzahl von Leiterdrähten ist, und das erste Harzelement und das zweite Harzelement über der Vielzahl von Leiterdrähten ausgebildet sind.
  12. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorderelektrode mit einer Ausnehmung um den Bondbereich herum ausgebildet ist, und die Ausnehmung mit dem ersten Harzelement gefüllt ist.
  13. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 12, wobei die Ausnehmung so ausgebildet ist, dass sie den Bondbereich in einer Draufsicht auf die Vorderelektrode umgibt.
  14. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 12, wobei die Ausnehmung eine Öffnung, einen Boden und eine die Öffnung und den Boden verbindende Seitenfläche aufweist, und in einer Draufsicht auf die Vorderelektrode zumindest ein Teil des Bodens oder der Seitenfläche weiter von dem Bondbereich entfernt ist als die Öffnung.
  15. Leistungswandler, der Folgendes aufweist: eine Hauptwandlerschaltung, die das Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14 enthält und eine Eingangsleistung umwandelt und die umgewandelte Leistung ausgibt; und eine Steuerschaltung, die ein Steuersignal zur Steuerung der Hauptwandlerschaltung an die Hauptwandlerschaltung ausgibt.
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