DE112020000321T5

DE112020000321T5 - Halbleitermodul

Info

Publication number: DE112020000321T5
Application number: DE112020000321.3T
Authority: DE
Inventors: Takanori Sugiyama
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-11-04
Also published as: CN113366630A; JPWO2021024636A1; JP7092269B2; WO2021024636A1; US20210358827A1

Abstract

Ein Auftreten eines Risses oder eines freien Raums (eines Hohlraums) während des Harzformens eines Gehäuses eines Halbleitermoduls wird verhindert. In einem Halbleitermodul (1), das ein Halbleiterelement (3) enthält, besitzt das Halbleitermodul (1) ein Gehäuse (13), das das Halbleiterelement (3) aufnimmt, ist ein Befestigungsloch (17) zum Befestigen einer gedruckten Leiterplatte (4) an einer Oberseite des Gehäuses (13) mit einer Schneidschraube (18) durch Harzvergießen mit dem Gehäuse einteilig vorgesehen und besitzt das Befestigungsloch (17) insgesamt eine Säulenform und besitzt das Befestigungsloch (17) eine Spitze, die eine Halbkugelform aufweist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleitermodul, das ein Halbleiterelement enthält.
[Technischer Hintergrund]
Ein Halbleitermodul besitzt ein Substrat, auf dem ein Halbleiterelement wie z. B. ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Leistungs-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) und eine Freilaufdiode (FWD) vorgesehen sind und das z. B. in einer Wechselrichtervorrichtung verwendet wird.
Ein derartiges Halbleitermodul enthält ein Gehäuse zum Befestigen eines Schaltungssubstrats. Das Gehäuse wird durch Harzvergießen wie z. B. Spritzgießen geformt. Ein geschmolzenes Harz wird in einen Hohlraum, der in einem Chip gebildet ist, gefüllt und das Harz wird gehärtet, um ein Formerzeugnis zu bilden. Ein Befestigungsmittel zum Befestigen eines Schaltungssubstrats am Gehäuse einer Halbleitervorrichtung, die oben beschrieben ist, wobei Schraubenaufnahmen aus säulenförmigen Metallblöcken eingebettet sind, war bekannt (siehe z. B. Patentliteratur 1).
[Stand der Technik Dokument]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1]
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-36003
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
Allerdings erfordert das Gehäuse gemäß Patentliteratur 1 Metallschraubenaufnahmen, die vom Gehäuse getrennt sind, was Teilekosten und Zeit und Arbeit zum Befestigen der Schraubenaufnahmen erfordert. Wie in 5 gezeigt ist, wird dann, wenn ein Befestigungsloch 70 zum Befestigen einer gedruckten Leiterplatte 4 mit einer Schneidschraube 18 einteilig mit einem Gehäuse 50 harzvergossen wird, eine Ecke 70b bei einem Stirnteil 70a des Befestigungslochs gebildet. Somit kann dann, wenn das Befestigungsloch 70 während eines Harzvergießens des Gehäuses 50 mit dem Gehäuse 50 einteilig gebildet wird, das Harz um den Stirnteil 70a des Befestigungslochs 70 festgehalten werden. Darüber hinaus wird dann, wenn das Harzvergießen durchgeführt wird, zunächst eine Außenseite des Gehäuses 50 gekühlt und später wird seine Innenseite gekühlt. Als Ergebnis wird das Gehäuse 50 wegen der unterschiedlichen Schrumpfung zwischen der Außenseite und der Innenseite des Gehäuses 50 gezogen. Deshalb kann ein Riss 81 oder ein freier Raum (ein Hohlraum) 82 in einem Detail im Gehäuse 50 auftreten.
Wenn ein Riss 81 oder ein freier Raum 82 in der Nähe des Befestigungslochs 70 auftritt und wenn ein Gewindebohren mit der Schneidschraube 18 am Befestigungsloch 70 durchgeführt wird, tritt eine unzureichende Festigkeit auf und besteht die Möglichkeit, dass das Gehäuse beschädigt wird, wenn die Schneidschraube 18 befestigt wird. Wenn ein Riss 81 oder ein freier Raum 82 in der Nähe des Befestigungslochs 70 auftritt und wenn ein Gewindebohren mit der Schneidschraube 18 am Befestigungsloch 70 durchgeführt wird, besteht das Risiko, dass ein Gewinde, das mit einem Gewinde versehen wird, mit dem Gewindebohren zerfällt, ein Drehmomentverlust auftritt, bevor ein vorgegebenes Drehmoment erlangt wird, und die Schneidschraube 18 sich frei dreht.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick darauf gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Halbleitermodul zu schaffen, in dem ein Auftreten eines Risses oder eines freien Raums (eines Hohlraums) während des Harzformens eines Gehäuses des Halbleitermoduls verhindert werden kann.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Gemäß einem Aspekt besitzt in einem Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform, das ein Halbleiterelement enthält, das Halbleitermodul ein Gehäuse, das das Halbleiterelement aufnimmt, ist ein Befestigungsloch zum Befestigen einer gedruckten Leiterplatte an einer Oberseite des Gehäuses mit einer Schraube durch Harzvergießen mit dem Gehäuse einteilig vorgesehen und besitzt das Befestigungsloch insgesamt eine Säulenform und besitzt das Befestigungsloch eine Spitze, die eine Halbkugelform aufweist.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Halbleitermodul geschaffen werden, in dem das Auftreten eines Risses und eines freien Raums (eines Hohlraums) während des Harzvergießens eines Gehäuses einer Halbleitervorrichtung verhindert werden kann.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung, die ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform enthält, zeigt.
[2] 2 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Gehäuses des Halbleitermoduls gemäß der Ausführungsform zeigt.
[3] 3 ist eine Querschnittansicht des Gehäuses, das in 2 gezeigt ist, die bei einer Linie a-a' in einer Dickenrichtung aus einer Richtung, die durch Pfeile angegeben ist, gesehen genommen wurde.
[4] 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Querschnittansicht eines Befestigungslochs, das in 3 gezeigt ist.
[5] 5 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen harzvergossenen Gehäuses.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Eine Halbleitervorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, ist unten beschrieben. 1 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100, die ein Halbleitermodul 1 gemäß einer Ausführungsform enthält, zeigt. Die Halbleitervorrichtung, die unten beschrieben werden soll, ist lediglich ein Beispiel und ist nicht darauf beschränkt, sondern kann nach Bedarf geändert werden. Der Ausdruck „Draufsicht“ bezieht sich hier auf eine Ansicht der Halbleitervorrichtung aus einer Richtung senkrecht zu einem Isolationsschaltungssubstrat.
Die Halbleitervorrichtung 100 wird auf einen Leistungsumsetzer wie z. B. ein Leistungsmodul angewendet. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Isolationsschaltungssubstrat 2 am Halbleitermodul 1 angebracht. Das Halbleitermodul 1 enthält eine Grundplatte 12, die eine Wärmeabfuhrplatte ist, ein Halbleiterelement 3, das auf einer Oberseite des Isolationsschaltungssubstrats 2 angeordnet ist, und ein Gehäuse 13, das einen Umfang des Isolationsschaltungssubstrats 2 und des Halbleiterelements 3 umgibt. Das Isolationsschaltungssubstrat 2 ist auf einer Oberseite der Grundplatte 12 angeordnet. Das Halbleitermodul 1 ist an einer externen Vorrichtung 11 wie z. B. einem Kühler angebracht.
Die externe Vorrichtung 11 ist durch einen Kühler wie z. B. einen Kühlkörper, Wärmeabfuhrlamellen und einen Wasserkühlmantel konfiguriert und besitzt in einer Draufsicht eine quadratische Form. Die externe Vorrichtung 11 besitzt eine Oberseite, die eine glatte Bindefläche besitzt, mit der das Halbleitermodul 1 verbunden ist. Die externe Vorrichtung 11 ist aus einem Metall wie z. B. Kupfer oder Aluminium oder einer Legierung, die eine oder mehrere Arten davon enthält, gebildet und z. B. wird eine Plattierungsverarbeitung an der Oberfläche der externen Vorrichtung 11 durchgeführt. Während das Beispiel beschrieben ist, in dem die externe Vorrichtung 11 gemäß der Ausführungsform mit einem Kühler konfiguriert ist, sind Ausführungsformen nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die externe Vorrichtung 11 mit einer Einheit konfiguriert sein, die nicht gezeigt ist.
Die Grundplatte 12 wirkt als eine Wärmeabfuhrplatte, wird durch Durchführen einer Plattierungsverarbeitung an einer Oberfläche einer Metallplatte z. B. aus Kupfer gebildet und besitzt z. B. in einer Draufsicht eine Rechteckform. Die Grundplatte 12 besitzt eine Oberseite, die eine glatte Bindefläche besitzt, mit der das Isolationsschaltungssubstrat 2 verbunden ist.
Das Isolationsschaltungssubstrat 2 ist durch Stapeln einer Metallschicht und einer Isolationsschicht gebildet und besitzt eine Rechteckform in einer Draufsicht, die kleiner als die Oberseite der Grundplatte 12 ist. Insbesondere besitzt das Isolationsschaltungssubstrat 2 eine Isolationsplatte 20, die eine Oberseite (eine Oberfläche) und eine Unterseite (eine weitere Oberfläche) auf der der Oberseite gegenüberliegenden Seite besitzt, eine erste Metallschicht 21, die auf der Oberseite der Isolationsplatte 20 vorgesehen ist, und eine zweite Metallschicht 2, die auf der Unterseite der Isolationsplatte 20 vorgesehen ist. Die Dicken der Isolationsplatte 20, der ersten Metallschicht 21 und der zweiten Metallschicht 22 können gleich sein oder können verschieden sein.
Die Isolationsplatte 20 ist durch einen Isolator z. B. aus Keramik gebildet und die erste Metallschicht 21 und die zweite Metallschicht 22 sind z. B. aus einer Kupferfolie gebildet. Die erste Metallschicht 21 konfiguriert eine Schaltungsschicht, die mit einem Halbleiterelement elektrisch verbunden ist. Die erste Metallschicht 21 besitzt eine ebene Fläche und wird durch Anordnen eines vorgegebenen Schaltungsmusters auf der Oberseite der Isolationsplatte 20 gebildet. Insbesondere ist ein Außenkantenteil der ersten Metallschicht 21 etwas weiter innen als ein Außenkantenteil der Isolationsplatte 20 positioniert.
Die zweite Metallschicht 22 besitzt eine ebene Fläche und besitzt in einer Draufsicht eine Rechteckform, die im Wesentlichen die gesamte Unterseite der Isolationsplatte 20 abdeckt. Insbesondere ist ein Außenkantenteil der zweiten Metallschicht 22 etwas weiter innen als der Außenkantenteil der Isolationsplatte 20 positioniert. Die Unterseite der zweiten Metallschicht 22 des Isolationsschaltungssubstrats 2 ist mit der Oberseite der Grundplatte 12 verbunden.
Das Isolationsschaltungssubstrat 2, das konfiguriert ist, wie oben beschrieben ist, ist z. B. durch ein Kupferdirektverbindungssubstrat (DCB-Substrat) oder ein Aktivmetallhartlötsubstrat (AMB-Substrat) gebildet. Die Isolationsplatte 20 ist z. B. durch ein Keramikmaterial wie z. B. Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) gebildet. Das Isolationsschaltungssubstrat 2 ist z. B. bei einem Mittelteil der Oberseite der Grundplatte 12 angeordnet.
Ein Halbleiterelement 3 ist auf der Oberseite der ersten Metallschicht 21 des Isolationsschaltungssubstrats 2 angeordnet. Das Halbleiterelement 3 ist durch ein Halbleitersubstrat z. B. aus Silizium (Si) oder Siliziumkarbid (SiC) gebildet. Das Halbleiterelement 3 besitzt z. B. in einer Draufsicht eine rechteckige (quadratische) Form. Drei Halbleiterelemente 3 sind im Wesentlichen bei einem Mittelteil an der ersten Metallschicht 21 angeordnet. Alle Halbleiterelemente 3 sind über ein Bindematerial wie z. B. ein Lot S an der ersten Metallschicht 21 angeordnet. Somit sind die Halbleiterelemente 3 mit der ersten Metallschicht 21 elektrisch verbunden. Die Anzahl und die Positionen der Halbleiterelemente 3 sind nicht darauf beschränkt, sondern können nach Bedarf geändert werden.
Als das Halbleiterelement 3 wird ein Schaltelement wie z. B. ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und ein Leistungs-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder eine Diode wie z. B. eine Freilaufdiode (FWD) verwendet. Alternativ kann ein rückwärts leitender IGBT (RC-IGBT), in dem ein IGBT und eine FWD integriert sind, ein rückwärts sperrender IGBT (RB-IGBT), der eine ausreichende Druckbeständigkeit gegen eine Sperrvorspannung besitzt, oder dergleichen als das Halbleiterelement 3 verwendet werden.
Das Gehäuse 13 ist ein Gehäuse, das das Isolationsschaltungssubstrat 2 und die Halbleiterelemente 3 aufnimmt. Das Gehäuse 13 ist durch ein Kunstharz, das durch Spritzgießen geformt ist und eine Außenumfangsseite des Isolationsschaltungssubstrats 2 umgibt, geformt. Das Gehäuse 13 und ein Deckelteil, der unten beschrieben ist, sind aus einem thermoplastischen Harz gebildet. Als ein derartiges Harz ist ein PPS-Harz, ein PBT-Harz, ein PBS-Harz, ein PA-Harz, ein ABS-Harz oder dergleichen verfügbar. Ein Füllstoff kann nach Bedarf zu diesen Harzen hinzugefügt werden. Das Gehäuse 13 besitzt eine Unterseite, die der Oberseite der Grundplatte 12 zugewandt ist und mit dem Isolationsschaltungssubstrat 2 mit einem Bindematerial (einem Klebstoff), der nicht gezeigt ist, verbunden ist.
Das Gehäuse 13 ist um das Isolationsschaltungssubstrat 2 und das Halbleiterelement 3 angeordnet und definiert einen Raum, in den ein Versiegelungsharz 15, das unten beschrieben ist, gefüllt wird. Das Gehäuse 13 besitzt in einer Draufsicht eine quadratische Ringform, die der äußeren Form der Grundplatte 12 entspricht und in einer Dickenrichtung (einer vertikalen Richtung) des Isolationsschaltungssubstrats 2 vorsteht. Externe Anschlüsse 14 sind in die Seiten, die die Quadratringform des Gehäuses 13 definieren, eingebettet. Jeder externe Anschluss 14 besitzt in einer Querschnittansicht eine L-Form und besitzt ein Ende, das von einer Innenwandfläche des Gehäuses 13 vorsteht, und ein weiteres Ende, das von der Oberseite des Gehäuses 13 vorsteht. Die externen Anschlüsse 14 sind z. B. durch Einspritzgießen in das Gehäuse 13 integriert. Details des Gehäuses 13 sind unten beschrieben.
Die drei Halbleiterelemente 3 sind durch ein Verdrahtungselement W elektrisch verbunden. Halbleiterteilelemente 3 sind mit den externen Anschlüssen 14 auf einer Seite durch ein Verdrahtungselement W, das oben beschrieben ist, elektrisch verbunden. Die externen Anschlüsse 14 sind andererseits mit der ersten Metallschicht 21 durch ein Verdrahtungselement W elektrisch verbunden.
Ein Leiterdraht wird für die Verdrahtungselemente W verwendet. Das Material des Leiterdrahts kann eines oder eine Kombination von Gold, Kupfer, Aluminium, einer Goldlegierung, einer Kupferlegierung und einer Aluminiumlegierung sein. Ein Element mit Ausnahme des Leiterdrahts kann als die Verdrahtungselemente verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Band oder ein Leiterrahmen als die Verdrahtungselemente verwendet werden.
Ein Innenraum des Gehäuses 13, der durch das Gehäuse 13 definiert ist, ist durch das Versiegelungsharz 15 abgedichtet. Insbesondere dichtet das Versiegelungsharz 15 das Isolationsschaltungssubstrat 2, die Halbleiterelemente 3, die Verdrahtungselemente W und die externen Anschlüsse 14 in der Innenseite des Gehäuses 13 teilweise ab. Als das Versiegelungsharz 15 kann ein Epoxidharz oder ein Silikongel verwendet werden. Das Versiegelungsharz 15 wird bis zu der Höhe in das Gehäuse 13 gefüllt, bei der die Verdrahtungselemente W, die oben beschrieben sind, bedeckt sind. Nachdem das Versiegelungsharz 15 eingefüllt wurde, wird ein Deckelteil 16 über dem Versiegelungsharz 15 angebracht. Der Deckelteil 16 schützt die Innenseite des Gehäuses 13 durch Abdecken des oberen Teils des Isolationsschaltungssubstrats 2 und der Halbleiterelemente 3.
2 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel des Gehäuses 13 des Halbleitermoduls 1 gemäß der Ausführungsform zeigt. 3 ist eine Querschnittansicht des Gehäuses, das in 2 gezeigt ist, die bei einer Linie a-a' in einer Dickenrichtung aus einer Richtung, die durch Pfeile angegeben ist, gesehen genommen wurde. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Querschnittansicht eines Befestigungslochs, das in 3 gezeigt ist.
Befestigungslöcher 17a, 17b, 17c und 17d zum Befestigen einer gedruckten Leiterplatte 4 mit Schrauben sind in einer Umgebung von Ecken einer Außenkante des Gehäuses 13 vorgesehen. Die Befestigungslöcher 17a, 17b, 17c und 17d sind bei Positionen vorgesehen, die Durchgangslöchern 28 der gedruckten Leiterplatte 4 entsprechen. Im Folgenden werden die Befestigungslöcher 17a, 17b, 17c und 17d als „Befestigungslöcher 17“ bezeichnet, wenn keine besondere Unterscheidung unter ihnen erforderlich ist. Die Befestigungslöcher 17 sind in das Gehäuse 13 integriert.
Die Befestigungslöcher 17 sind als Gewindelöcher für Schneidschrauben 18 vorgesehen. Die Schneidschrauben 18 werden mittels der Befestigungslöcher 17 durch die Durchgangslöcher 28 der gedruckten Leiterplatte 4 derart befestigt, dass die gedruckte Leiterplatte 4 am Gehäuse 13 befestigt ist. Jedes Befestigungsloch 17 besitzt als Ganzes eine Säulenform und besitzt in einer Draufsicht eine Kreisform. Die Säule enthält nicht nur eine Form, die eine Bodenfläche aufweist, die ein perfekter Kreis ist, sondern auch einen etwas geneigten Kegelstumpf. Der Innenteil des Befestigungslochs 17 ist nicht mit einem Gewinde versehen und besitzt kein Gewinde, bevor die gedruckte Leiterplatte 4 mit den Schneidschrauben 18 angebracht wird. Es wird kein Gewinde gebildet, bis der Innenteil des Befestigungslochs 17 durch die Schneidschraube 18 mit einem Gewinde versehen wird, um die gedruckte Leiterplatte 4 mit den Schneidschrauben 18 zu befestigen. Jedes Befestigungsloch 17 besitzt einen Durchmesser d1, der gleich oder größer als 1,0 mm und gleich oder kleiner als 5,0 mm ist. Bevorzugt ist der Durchmesser d1 gleich oder größer als 2,0 mm und gleich oder kleiner als 3,0 mm.
Ein Stirnteil 19 jedes Befestigungslochs 17 besitzt eine Halbkugelform. Bevorzugt besitzt der Stirnteil 19 eine R-Form, die einem Radius des Lochdurchmessers entspricht. Die Halbkugelform enthält nicht nur eine Form, die in einer Ebene zugeschnitten ist, die durch das Zentrum einer Kugel verläuft, sondern auch eine Form, die in einer Ebene zugeschnitten ist, die nicht durch das Zentrum einer Kugel verläuft. Die Kugel enthält nicht nur eine Form eines perfekten Kreises, sondern auch eine Form eines Ellipsoids. Der Ausdruck „R-Form, die einem Radius des Lochdurchmessers entspricht“ bezieht sich auf eine Raumform, die durch eine Ausdehnung eines Radius r des Befestigungslochs 17 bei jedem Stirnteil 19 der Befestigungslöcher 17 gebildet ist. Die Ausdehnung des Radius r des Befestigungslochs 17 wird auf der Grundlage des Durchmessers d1 des Befestigungslochs 17 berechnet. Somit können, weil ein Harzmaterial während eines Harzvergießens problemlos entlang der abgerundeten Stirnteile 19 strömt, selbst dann, wenn die Befestigungslöcher 17 mit dem Gehäuse 13 einteilig geformt werden, ein Auftreten eines Risses 81 (siehe 5) und ein freier Raum (ein Hohlraum) 82 (siehe 5) im Gehäuse 13 verhindert werden. Darüber hinaus kann der abgerundete Stirnteil 19 eine Konzentration einer Beanspruchung auf den Stirnteil 19 verhindern und ein Auftreten eines Risses 81 und ein freier Raum 82 im Gehäuse 13 können verhindert werden.
Außerdem können ein Auftreten eines Risses 81 und ein freier Raum 82 insbesondere in einer Umgebung der Befestigungslöcher 17 im Gehäuse 13 verhindert werden. Somit kann selbst dann, wenn ein Gewindebohren mit den Schneidschrauben 18 an den Befestigungslöchern 17 durchgeführt wird, ein Zerfallen von Gewinden, die durch das Gewindebohren mit einem Gewinde versehen werden, aufgrund einer unzureichenden Festigkeit, die durch den Riss 81 oder den freien Raum 82 verursacht wird, verhindert werden. Deshalb kann ein Auftreten eines Drehmomentverlusts verhindert werden und kann ein freies Drehen der Schneidschraube 18 verhindert werden. Als Ergebnis kann ein Beschädigen des Gehäuses 13, wenn die Schneidschrauben 18 befestigt werden, verhindert werden.
Die Befestigungslöcher 17a, 17b, 17c und 17d sind in Befestigungslochaufnahmen 23a, 23b, 23c bzw. 23d angeordnet. Im Folgenden werden die Befestigungslochaufnahmen 23a, 23b, 23c und 23d als „Befestigungslochaufnahmen 23“ bezeichnet, wenn keine besondere Unterscheidung unter ihnen erforderlich ist.
Jede Befestigungslochaufnahme 23 besitzt einen Vorsprungsteil 30, der in Bezug auf eine Gehäuseoberseite 29 um die Befestigungslochaufnahme 23 nach oben vorsteht. Der Vorsprungsteil 30 besitzt eine Umfangsabmessung d2, die gleich oder größer als 0,5 mm und gleich oder kleiner als 4,0 mm ist und das Befestigungsloch 17 umgibt. Bevorzugt ist die Umfangsabmessung d2 gleich oder größer als 1,0 mm und gleich oder kleiner als 2,0 mm. Eine Höhenabmessung d3 von der Gehäuseoberseite 29 zum oberen Ende des Vorsprungsteils 30 ist gleich oder größer als 1,0 mm und gleich oder kleiner als 4,0 mm. Bevorzugt ist die Höhenabmessung d3 gleich oder größer als 1,5 mm und gleich oder kleiner als 2,0 mm. Die Unterseite der gedruckten Leiterplatte 4 ist in Kontakt mit der Oberseite des Vorsprungsteils 30 derart in der Befestigungslochaufnahme 23 vorgesehen, dass die gedruckte Leiterplatte 4 am Gehäuse 13 befestigt ist.
Wie in 4 gezeigt ist, ist eine Längsabmessung d4 des Befestigungslochs 17 von der Befestigungslochaufnahme 23, d. h. dem oberen Ende des Vorsprungsteils 30, zum Stirnteil 19 größer als eine Längsabmessung d5 der Schneidschraube 18. Eine Dickenabmessung d6 des Gehäuses 13 vom Stirnteil 19 des Befestigungslochs 17 zu einem unteren Ende 13a des Gehäuses 13 ist gleich oder größer als eine vorgegebene erste Abmessung. Zum Beispiel ist die Dickenabmessung d6 gleich oder größer als 1,0 mm und gleich oder kleiner als 6,00 mm. Bevorzugt ist die Dickenabmessung d6 gleich oder größer als 1,5 mm und gleich oder kleiner als 4,0 mm. Bevorzugt ist die Dickenabmessung d6 gleich oder größer als 2,0 mm und gleich oder kleiner als 3,0 mm.
Ähnlich ist, wie in 2 gezeigt ist, eine Dickenabmessung d7 des Gehäuses 13 vom Befestigungsloch 17 zu einem Seitenende 13b des Gehäuses 13 gleich oder größer als eine vorgegebene zweite Abmessung. Zum Beispiel ist die Dickenabmessung d7 gleich oder größer als 0,5 mm und gleich oder kleiner als 4,0 mm. Bevorzugt ist die Dickenabmessung d7 gleich oder größer als 0,5 mm und gleich oder kleiner als 2,0 mm. Stärker bevorzugt ist die Dickenabmessung d7 gleich oder größer als 0,5 mm und gleich oder kleiner als 1,5 mm. Somit kann eine Zurückbehaltung eines Harzes in einer Umgebung des Stirnteils 19 des Befestigungslochs 17 während eines Harzvergießens des Gehäuses 13 verhindert werden und ein Auftreten eines Risses 81 oder eines freien Raums 82 in einem Detail im Gehäuse 13 kann verhindert werden. Darüber hinaus kann die Festigkeit des Gehäuses 13 selbst erhöht werden und kann ein Zerfall des Gewindes, das durch das Gewindebohren mit einem Gewinde versehen wird, verhindert werden. Deshalb kann ein Auftreten eines Drehmomentverlusts verhindert werden und kann ein freies Drehen der Schneidschraube 18 verhindert werden. Als Ergebnis kann ein Beschädigen des Gehäuses 13, wenn die Schneidschraube 18 befestigt wird, verhindert werden.
Das Gehäuse 13 besitzt bei seinen Außenumfangsecken Vorrichtungslöcher 24a, 24b, 24c und 24d zum Befestigen der externen Vorrichtung 11. Im Folgenden werden die Vorrichtungslöcher 24a, 24b, 24c und 24d als „Vorrichtungslöcher 24“ bezeichnet, wenn keine besondere Unterscheidung unter ihnen erforderlich ist. Verbindungselemente wie z. B. Bolzen werden über die Vorrichtungslöcher 24a, 24b, 24c und 24d derart an die externe Vorrichtung 11 geschraubt, dass die externe Vorrichtung 11 an der Unterseite des Halbleitermoduls 1 angebracht ist.
Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Anguss G an einem Ende 27a des Gehäuses 13 vorgesehen. Bevorzugt sind Angüsse G bei Positionen auf beiden Seiten des einen Endes 27a des Gehäuses 13, d. h. bei Positionen, die den Vorrichtungslochaufnahmen 25c und 25d entsprechen, vorgesehen. Das Gehäuse 13 wird mit einem Harzmaterial, das von dem einen Ende 27a des Gehäuses 13 über die Angüsse G eingespeist wird, harzvergossen. In diesem Fall besitzt ein weiteres Ende 27b des Gehäuses 13 die Befestigungslöcher 17a und 17b. Das eine Ende 27a des Gehäuses 13 besitzt die Befestigungslöcher 17c und 17d. Wenn während des Harzvergießens ein Harzmaterial strömt, tendiert das Harz dazu, um die Befestigungslöcher 17c und 17d in der Nähe der Angüsse G gleichförmig zu strömen. Andererseits strömt das Harz in Bereiche in der Nähe der Befestigungslöcher 17a und 17b, die von den Angüssen G entfernt sind, während es die Luft einfängt, und ein freier Raum oder ein Hohlraum tendiert dazu, leicht aufzutreten. Selbst dann, wenn die Befestigungslöcher 17a und 17b entfernt von den Angüssen G vorgesehen sind, kann, weil das Harzmaterial während eines Harzvergießens problemlos entlang der abgerundeten Stirnteile 19 strömt, ein Auftreten eines freien Raums oder eines Hohlraums im Gehäuse 13 verhindert werden. Darüber hinaus sind die Angüsse G bei Positionen auf beiden Seiten des einen Endes 27a des Gehäuses 13 vorgesehen. Deshalb kann das Harzmaterial problemlos geradlinig entlang des Rahmens des Gehäuses 13 zum weiteren Ende 27b strömen und kann ein Auftreten eines freien Raums oder eines Hohlraums im Gehäuse 13 verhindert werden.
Die Vorrichtungslöcher 24a, 24b, 24c und 24d sind in Vorrichtungslochaufnahmen 25a, 25b, 25c und 25d angeordnet. Im Folgenden werden die Vorrichtungslochaufnahmen 25a, 25b, 25c und 25d als „Vorrichtungslochaufnahmen 25“ bezeichnet, wenn keine besondere Unterscheidung unter ihnen erforderlich ist. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine Dickenabmessung d8 des Gehäuses 13 von jeder Vorrichtungslochaufnahme 25 zum Seitenende 13b des Gehäuses 13 gleich der Dickenabmessung d7 des Gehäuses 13 vom entsprechenden Befestigungsloch 17 zum Seitenende 13b des Gehäuses 13. Wie in 4 gezeigt ist, ist das untere Ende (der Stirnteil) 19 des Befestigungslochs 17 bei einer tieferen Position als eine Oberseite der Vorrichtungslochaufnahme 25 vorgesehen. Wie in 2 gezeigt ist, sind die Befestigungslöcher 17 in einer Draufsicht in der Längsrichtung des Gehäuses 13 weiter innen als die Vorrichtungslochaufnahmen 25 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Vorrichtungslochaufnahmen 25 in einer Draufsicht in der Längsrichtung des Gehäuses 13 näher bei den Stirnteilen (einem Ende 27a und dem weiteren Ende 27b) als die Befestigungslöcher 17 angeordnet.
Eine Dickenabmessung d9 jeder Vorrichtungslochaufnahme 25 ist größer als die Dickenabmessung d6 des Gehäuses 13 vom Stirnteil 19 des Befestigungslochs 17 zum unteren Ende 13a des Gehäuses 13. Die Dickenabmessung d9 der Vorrichtungslochaufnahme 25 ist gleich oder größer als 2,0 mm und gleich oder kleiner als 8,0 mm. Bevorzugt ist die Dickenabmessung d9 gleich oder größer als 3,0 mm und gleich oder kleiner als 6,0 mm.
Nun wird eine Situation beschrieben, in der ein Anguss G an der Vorrichtungslochaufnahme 25 beim einen Ende 27a des Gehäuses 13 vorgesehen ist. Zunächst wird eine Situation beschrieben, in der ein Anguss G auf der rechten Seite R des Gehäuses 13 in 4 vorgesehen ist und ein Harzmaterial aus dem Anguss G, der auf der rechten Seite R vorgesehen ist, strömt, d. h. eine Situation, in der sich das Befestigungsloch 17 in der Nähe des Angusses G befindet. Das Harzmaterial, das aus dem Anguss G, der auf der rechten Seite R vorgesehen ist, strömt, durchläuft die Vorrichtungslochaufnahme 25, wobei der Strömungsweg, über den das Harzmaterial strömt, schmal ist, und kollidiert mit einer hohen Geschwindigkeit mit dem Stirnteil 19 des Befestigungslochs 17. Hier kollidiert dann, wenn der Stirnteil 19 des Befestigungslochs 17 nicht abgerundet ist, das Harzmaterial mit einer hohen Geschwindigkeit mit dem Stirnteil 19, was in einer turbulenten Strömung des Harzmaterials resultiert und leicht einen Hohlraum bewirkt. Andererseits kann gemäß dieser Ausführungsform ein Auftreten eines freien Raums oder eines Hohlraums verhindert werden, weil ein Harzmaterial problemlos entlang des abgerundeten Stirnteils 19 aus dem Anguss G strömt.
Es wird eine Situation beschrieben, in der ein Anguss G auf der linken Seite L des Gehäuses 13 in 4 vorgesehen ist und ein Harzmaterial aus dem Anguss G, der auf der linken Seite L vorgesehen ist, strömt, d. h. eine Situation, in der das Befestigungsloch 17 vom Anguss G weit entfernt ist. Weil ein Harzmaterial, das aus dem Anguss G, der auf der linken Seite L vorgesehen ist, strömt, vom Anguss G in einer Umgebung des Befestigungslochs 17 weit entfernt ist, erhöht sich die Viskosität des Harzes, während das Harzmaterial vom Anguss G zum Befestigungsloch 17 strömt. Hier nimmt ferner dann, wenn der Stirnteil 19 des Befestigungslochs 17 nicht abgerundet ist, die Geschwindigkeit des Stroms des Harzmaterials in einer Umgebung des Stirnteils 19 ab und ein freier Raum oder ein Hohlraum treten in der nachfolgenden Vorrichtungslochaufnahme 25 leicht auf. Andererseits kann gemäß dieser Ausführungsform die Abnahme der Harzgeschwindigkeit niedergehalten werden, weil ein Harzmaterial problemlos entlang des abgerundeten Stirnteils 19 strömt, und ein Auftreten eines freien Raums oder eines Hohlraums kann verhindert werden.
Wie in 4 gezeigt ist, ist der Innendurchmesser d1 des Befestigungslochs 17 auf der Seite des Stirnteils 19 etwas kleiner als ein Durchmesser d10 der Schneidschraube 18. Ein Innendurchmesser d11 eines Eingangs 26 des Befestigungslochs 17 ist größer als der Innendurchmesser d1 des Befestigungslochs 17 auf der Seite des Stirnteils 19. Somit kann dann, wenn die Schneidschraube 18 in das Befestigungsloch 17 eingesetzt ist, ein Arbeiter die Schneidschraube 18 einfach in das Befestigungsloch 17 einsetzen. Deshalb kann die Arbeitseffizient zum Herstellen des Halbleitermoduls 1 erhöht werden.
Wie in 2 gezeigt ist, enthalten die externen Anschlüsse 14 mindestens einen P(+)-Eingangsanschluss 14a, einen N(-)-Eingangsanschluss 14b, einen UVW-Ausgangsanschluss 14c, einen Steueranschluss 14d für das Halbleitermodul 1 und einen Emitteranschluss 14e zur Temperaturerfassung im Gehäuse 13. Wie in 2 gezeigt ist, ist der P(+)-Eingangsanschluss 14a beim einen Ende 27a des Gehäuses 13 angeordnet, ist der N(-)-Eingangsanschluss 14b beim anderen Ende 27b des Gehäuses 13 angeordnet, ist der UVW-Ausgangsanschluss 14c auf der Unterseite des Gehäuses 13 in einer Draufsicht angeordnet, ist der Steueranschluss 14d auf der Oberseite des Gehäuses 13 in einer Draufsicht angeordnet und ist der Emitteranschluss 14e bei einer oberen rechten Fläche des Gehäuses 13 in einer Draufsicht angeordnet. Jeder des Eingangsanschlusses 14a, des Eingangsanschlusses 14b, des Ausgangsanschlusses 14c, des Steueranschlusses 14d und des Emitteranschlusses 14e, der in den externen Anschlüssen 14 enthalten ist, besitzt ein Ende, das von der Innenwandfläche des Gehäuses 13 vorsteht, und ein weiteres Ende, das von der Oberseite des Gehäuses 13 vorsteht.
Es ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt ist, sondern verschiedene Änderungen daran vorgenommen werden können. Die Größen, Formen und Funktionen der Bestandteile, die in den beigefügten Zeichnungen gemäß der oben erwähnten Ausführungsform gezeigt sind, sind nicht darauf beschränkt, sondern können nach Bedarf geändert werden, ohne von dem Umfang, den die Wirkung der vorliegenden Erfindung hat, abzuweichen. Zusätzlich können Änderungen daran vorgenommen werden, ohne vom Umfang des Gegenstands der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Nachdem beschrieben wurde, dass vier Befestigungslöcher 17 im Halbleitermodul 1 gemäß der oben erwähnten Ausführungsform geformt werden, kann mindestens ein Befestigungsloch 17 geformt sein, ohne darauf zu beschränken. Obwohl die Vorrichtungslöcher 24 im Halbleitermodul 1 gemäß der oben erwähnten Ausführungsform einteilig mit dem Gehäuse 13 harzvergossen werden, können die Vorrichtungslöcher 24 in einem vom Gehäuse 13 getrennten Körper geformt sein.
[Industrielle Verwendbarkeit]
Wie oben beschrieben ist, besitzt die vorliegende Erfindung die Wirkung, dass ein Auftreten eines Risses oder eines freien Raums während eines Harzvergießens eines Gehäuses eines Halbleitermoduls verhindert werden kann, und ist insbesondere für ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls nützlich.
Die vorliegende Anmeldung verwendet die japanische Patentanmeldung Nr. 2019-144576 , eingereicht am 6. August 2019, die hier vollständig mit aufgenommen ist, als Grundlage.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019144576 [0043]

Claims

Halbleitermodul, das ein Halbleiterelement umfasst, wobei das Halbleitermodul ein Gehäuse besitzt, das das Halbleiterelement aufnimmt, ein Befestigungsloch zum Befestigen einer gedruckten Leiterplatte an einer Oberseite des Gehäuses mit einer Schraube durch Harzvergießen mit dem Gehäuse einteilig vorgesehen ist und das Befestigungsloch insgesamt eine Säulenform besitzt und das Befestigungsloch eine Spitze besitzt, die eine Halbkugelform aufweist.
Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das Befestigungsloch ein Schraubenloch für eine Schneidschraube ist.
Halbleitermodul nach Anspruch 2, wobei eine Längsabmessung des Befestigungslochs größer als eine Längsabmessung der Schneidschraube ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse an einem Ende des Gehäuses einen Anguss besitzt und mit einem Harzmaterial, das aus dem Anguss eingespeist wird, harzvergossen wird und das Befestigungsloch an einem weiteren Ende des Gehäuses angeordnet ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Halbleitermodul eine Vorrichtungslochaufnahme für ein Schraubenloch zum Befestigen einer externen Vorrichtung besitzt und das Befestigungsloch in einer Draufsicht weiter innen als die Vorrichtungslochaufnahme in der Längsrichtung des Gehäuses angeordnet ist und das Befestigungsloch ein unteres Ende besitzt, das an einer tieferen Position als eine Unterseite der Vorrichtungslochaufnahme vorgesehen ist.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die gedruckte Leiterplatte mit der Schneidschraube durch das Befestigungsloch am Gehäuse angebracht ist.