DE112020003763T5 - Halbleiterbauteil - Google Patents

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Kaito Inoue
Akihiro Kimura
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires

Abstract

Das Halbleiterbauteil A1 weist ein Trägerelement 2, ein Metallteil 30 mit einer Vorderseite und einer Rückseite 301-302 auf, die in z-Richtung beabstandet sind, wobei die Rückseite 302 mit dem Trägerelement 2 verbunden ist, eine zweite Bondschicht 42, die das Trägerelement 2 und das Metallteil 30 verbindet, ein Halbleiterelement 10, das der Vorderseite 301 zugewandt ist und mit dem Metallteil 30 verbunden ist, und ein Dichtungselement 7, das das Trägerelement 2, das Metallteil 30, die zweite Bondschicht 42 und das Halbleiterelement 10 abdeckt. Das Metallteil 30 weist einen ersten Körper 31 aus einem ersten Material und einen zweiten Körper 32 aus einem zweiten Material auf, wobei eine Grenze zwischen den Körpern 31-32 besteht. Das zweite Material hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der kleiner ist als der des ersten Materials. Das Halbleiterbauteil wird in seiner Zuverlässigkeit verbessert, indem die thermische Belastung durch die Wärmeentwicklung des Halbleiterelements reduziert wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Halbleiterbauteile, die mit Halbleiterelementen ausgestattet sind.
  • STAND DER TECHNIK
  • Halbleiterbauteile mit montierten Halbleiterelementen sind bekannt, wie z.B. ein MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) oder ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) . Patentdokument 1 offenbart ein Beispiel für ein solches Halbleiterbauteil mit einem montierten Halbleiterelement. Das in der Patentschrift 1 offenbarte Halbleiterbauteil weist ein Halbleiterelement, ein Trägerelement, eine Wärmeableitungsplatte und ein Dichtungselement auf. Das Halbleiterelement ist mit der Wärmeableitungsplatte mit Lot verbunden. Das Trägerelement weist ein elektrisch leitfähiges Muster, eine Metallplatte und ein Isolierharz auf. In dem Trägerelement ist das Isolierharz (das ein keramisches Material enthalten kann) auf der oberen Seite der Metallplatte (die aus einem Metall wie Aluminium oder Kupfer oder einer Legierung solcher Metalle besteht) ausgebildet, und das leitfähige Muster (das aus einem Metall wie Aluminium oder Kupfer oder einer Legierung solcher Metalle besteht) ist auf dem Isolierharz ausgebildet. Die Wärmeableitungsplatte ist ein Plattenelement, das z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Die Wärmeableitungsplatte ist mit Lot auf das leitfähige Muster des Trägerelements gebondet. Das Dichtungselement deckt das Halbleiterelement, Abschnitte des Trägerelements, die Wärmeableitungsplatte und das Lot ab.
  • TECHNISCHE REFERENZ
  • PATENTLITERATUR
  • Patentschrift 1: JP-A-2008-294390
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme:
  • Wenn ein Halbleiterbauteil mit elektrischer Energie versorgt wird, wird Wärme von dem Halbleiterelement erzeugt. Mit dem Temperaturanstieg aufgrund der Wärmeerzeugung des Halbleiterelements dehnen sich die Bestandteile des Bauelements thermisch aus, wodurch eine thermische Spannung auf das Lot ausgeübt wird, das z.B. die Wärmeableitungsplatte und das Trägerelement bondet. Eine solche thermische Spannung kann ein kohäsives Versagen des Lots verursachen, was zu einem Produktversagen führen kann, wie z. B. eine schlechte Verbindung oder eine schlechte elektrische Leitung.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde unter den oben genannten Umständen entwickelt, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Halbleiterbauteil bereitzustellen, das eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist, indem die thermische Belastung während der Wärmeerzeugung durch das Halbleiterelement reduziert wird.
  • Mittel zur Lösung der Probleme:
  • Das Halbleiterbauteil der vorliegenden Offenbarung weist ein Trägerelement, ein Metallteil mit einer ersten Vorderseite und einer ersten Rückseite auf, die in einer Dickenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die erste Rückseite dem Trägerelement zugewandt und an das Trägerelement gebondet ist, eine Bondschicht, die das Trägerelement und das Metallteil verbindet, ein Halbleiterelement, das der ersten Vorderseite zugewandt und an das Metallteil gebondet ist, und ein Dichtungselement, das das Trägerelement, das Metallteil, die Bondschicht und das Halbleiterelement abdeckt. Das Metallteil weist einen ersten Metallkörper aus einem ersten Metallmaterial und einen zweiten Metallkörper aus einem zweiten Metallmaterial auf, wobei eine Grenze zwischen dem ersten Metallkörper und dem zweiten Metallkörper besteht. Das zweite Metallmaterial hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der kleiner ist als ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Metallmaterials.
  • Vorteile der Erfindung:
  • Das Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung reduziert die thermische Belastung während der Wärmeerzeugung durch ein Halbleiterelement. Dadurch weist das Halbleiterbauteil eine verbesserte Zuverlässigkeit auf.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Halbleiterbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
    • 2 ist eine Draufsicht, die das Halbleiterbauteil gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
    • 3 ist eine Ansicht, die der Draufsicht von 2 entspricht, wobei das Dichtungselement 7 durch imaginäre Linien (Zweipunktkettenlinien) angedeutet ist.
    • 4 ist eine Bodenansicht, die das Halbleiterbauteil gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
    • 5 ist eine Seitenansicht (Ansicht von der rechten Seite), die das Halbleiterbauteil gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
    • 6 ist eine Seitenansicht (Ansicht von der linken Seite), die das Halbleiterbauteil gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
    • 7 ist eine Vorderansicht, die das Halbleiterbauteil gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
    • 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in 3;
    • 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 3;
    • 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in 3;
    • 11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in 3;
    • 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 3;
    • 13 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie XIII-XIII in 12;
    • 14 ist eine schematische Ansicht eines Metallteils gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 15 ist eine Draufsicht, die ein Halbleiterbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
    • 16 ist eine Draufsicht, die ein Halbleiterbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
    • 17 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XVII-XVII in 16; und
    • 18 ist eine Teilschnittansicht, die ein Metallteil gemäß einer Variante zeigt.
  • MODUS BZW. AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es wird bemerkt, dass gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und Beschreibungen derselben weggelassen werden.
  • Die 1-14 zeigen ein Halbleiterbauteil A1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Halbleiterbauteil A1 weist eine Vielzahl von Halbleiterelementen 10, ein Trägerelement 2, eine Vielzahl von Metallteilen 30, eine Vielzahl von ersten Bondschichten 41, eine Vielzahl von zweiten Bondschichten 42, ein Paar Eingangs-Terminals 51, ein Paar Ausgangs-Terminals 52, eine Vielzahl von Steuer-Terminals 53, eine Vielzahl von Erfassungs-Terminals 54, eine Vielzahl von Verbindungselementen 6 und ein Dichtungselement 7 auf.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 3 ist eine Ansicht, die der Draufsicht von 2 entspricht, wobei das Dichtungselement 7 durch imaginäre Linien (Zweipunktkettenlinien) angedeutet ist. 4 ist eine Ansicht von unten (Bodenansicht), die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 5 ist eine Seitenansicht (Ansicht von der rechten Seite) des Halbleiterbauteils A1. 6 ist eine Seitenansicht (Ansicht von der linken Seite), die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 7 ist eine Frontansicht, die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in 3. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 3. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in 3. 11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in 3. 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 3. 13 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie XIII-XIII in 12. 14 ist eine schematische Ansicht des Metallteils 30 im Schnitt.
  • Zur Vereinfachung der Beschreibung werden die drei zueinander orthogonalen Richtungen jeweils als x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung definiert. Die z-Richtung ist die Dickenrichtung des Halbleiterbauteils A1. Die x-Richtung ist die horizontale Richtung in der Draufsicht (siehe 2) des Halbleiterbauteils A1. Die y-Richtung ist die vertikale Richtung in der Draufsicht (siehe 2) des Halbleiterbauteils A1. Außerdem wird eine Richtung der x-Richtung als „x1-Richtung“ bezeichnet, während die andere Richtung der x-Richtung als „x2-Richtung“ bezeichnet wird. In ähnlicher Weise wird eine Richtung der y-Richtung als „y1-Richtung“ bezeichnet, während die andere Richtung der y-Richtung als „y2-Richtung“ bezeichnet wird. Ebenso wird eine Richtung der z-Richtung als „z1-Richtung“ bezeichnet, während der andere Richtung der z-Richtung als „z2-Richtung“ bezeichnet wird. In der vorliegenden Offenlegung kann die z1-Richtung oder Richtung als „unten“ bezeichnet werden, während die z2-Richtung oder Richtung als „oben“ bezeichnet werden kann.
  • Das Halbleiterbauteil A1 ist ein Leistungswandler (Leistungsmodul), der z. B. für eine Antriebsquelle eines Motors, eine Wechselrichtereinrichtung für verschiedene Elektrogeräte und einen DC/DC-Wandler für verschiedene Elektrogeräte verwendet wird. Das Halbleiterbauteil A1 kann einen Halbbrücken-Schaltkreis bilden.
  • Jedes der Halbleiterelemente 10 kann z.B. ein MOSFET sein. Es wird bemerkt, dass jedes Halbleiterelement 10 nicht auf einen MOSFET beschränkt ist und ein Feldeffekttransistor, der einen MISFET (Metall-Isolator-Halbleiter-FET) aufweist, oder ein Schaltelement wie ein Bipolartransistor, der einen IGBT aufweist, sein kann. Alternativ kann jedes Halbleiterelement 10 ein IC-Chip wie ein LSI, eine Diode oder ein Kondensator und kein Schaltelement sein. Obwohl die vorliegende Ausführungsform den Fall zeigt, dass jedes Halbleiterelement 10 ein n-Kanal-MOSFET ist, kann jedes Halbleiterelement 10 ein p-Kanal-MOSFET sein. Jedes Halbleiterelement 10 ist aus einem Halbleitermaterial hergestellt, das hauptsächlich aus SiC (Siliziumkarbid) besteht. Das Halbleitermaterial ist nicht auf SiC beschränkt, sondern kann auch Si (Silizium), GaAs (Galliumarsenid), CaN (Galliumnitrid) oder Ga2O3 (Galliumoxid) sein.
  • Jedes Halbleiterelement 10 ist über eine erste Bondschicht 41 mit einem jeweiligen der Metallteile 30 verbunden. Jedes Halbleiterelement 10 ist in z-Richtung gesehen rechteckig (im Folgenden auch als „in der Draufsicht“ bezeichnet).
  • Wie in 13 gezeigt, weist jedes Halbleiterelement 10 eine Vorderseite 101 und eine Rückseite 102 auf. Die Vorderseite 101 und die Rückseite 102 sind in z-Richtung voneinander beabstandet. Die Vorderseite 101 ist in z2-Richtung ausgerichtet, während die Rückseite 102 in z1-Richtung ausgerichtet ist. Die Rückseite 102 steht in Kontakt mit der ersten Bondschicht 41 und ist dem Metallteil 30 zugewandt.
  • Wie in den 12 und 13 gezeigt, hat jedes Halbleiterelement 10 eine erste Elektrode 11, eine zweite Elektrode 12, eine dritte Elektrode 13 und einen Isolierfilm 14.
  • Die erste Elektrode 11 ist in der Nähe der Vorderseite 101 eines jeden Halbleiterelements 10 in z-Richtung angeordnet. Die erste Elektrode 11 ist auf der Vorderseite 101 des Halbleiterelements 10 freiliegend. Die erste Elektrode 11 kann eine Source-Elektrode sein, durch die ein Source-Strom fließt. Wie in 12 gezeigt, kann die erste Elektrode 11 in vier Abschnitte unterteilt sein.
  • Die zweite Elektrode 12 ist in der Nähe der Rückseite 102 jedes Halbleiterelements 10 in z-Richtung angeordnet. Die zweite Elektrode 12 ist auf der Rückseite 102 des Halbleiterelements 10 freigelegt. Die zweite Elektrode 12 kann eine Drain-Elektrode sein, durch die Drain-Strom fließt.
  • Die dritte Elektrode 13 ist in der Nähe der Vorderseite 101 jedes Halbleiterelements 10 in z-Richtung angeordnet. Die dritte Elektrode 13 ist auf der Vo9rderseite 101 des Halbleiterelements 10 freiliegend. Die dritte Elektrode 13 kann eine Gate-Elektrode sein, über die eine Gate-Spannung (Steuerspannung) zur Ansteuerung des Halbleiterelements 10 angelegt wird. In der Draufsicht ist die dritte Elektrode 13 kleiner als jeder der vier Abschnitte der ersten Elektrode 11.
  • Der Isolierfilm 14 ist in der Nähe der Vorderseite 101 jedes Halbleiterelements 10 in z-Richtung angeordnet. Der Isolierfilm 14 ist auf der Vorderseite 101 des Halbleiterelements 10 freigelegt. Der Isolierfilm 14 umgibt die erste Elektrode 11 und die dritte Elektrode 13, in der Draufsicht gesehen. Der Isolierfilm 14 isoliert die erste Elektrode 11 und die dritte Elektrode 13 voneinander. Der Isolierfilm 14 kann aus einer SiO2-Schicht (Siliziumdioxid), einer SiN4-Schicht (Siliziumnitrid) und einer Polybenzoxazol-Schicht bestehen, die in der genannten Reihenfolge abgeschieden werden, wobei die Polybenzoxazol-Schicht die äußerste Schicht auf der Vorderseite 101 des Halbleiterelements 10 bildet. In dem Isolierfilm 14 kann die Polybenzoxazol-Schicht durch eine Polyimid-Schicht ersetzt sein.
  • Die Halbleiterelemente 10 weisen eine Vielzahl von ersten Elementen 10A und eine Vielzahl von zweiten Elementen 10B auf. Wie zuvor beschrieben, bildet das Halbleiterbauteil A1 einen Schalter vom Halbbrückentyp. Die ersten Elemente 10A bilden eine obere Armschaltung im Schaltkreis. Die zweiten Elemente 10B bilden eine Unterarmschaltung im Schaltkreis. Wie in 3 dargestellt, weist das Halbleiterbauteil A1 zwei (oder ein Paar von) ersten Elementen 10A und zwei (oder ein Paar von) zweiten Elementen 10B auf. Es wird bemerkt, dass die Anzahl der Halbleiterelemente 10 nicht darauf beschränkt ist und gemäß der für das Halbleiterbauteil A1 erforderlichen Funktion variieren kann.
  • Das Trägerelement 2 trägt die Halbleiterelemente 10 über die Metallteile 30. Das Trägerelement 2 weist ein Isoliersubstrat 21 und eine Vielzahl von Verdrahtungsschichten 22 auf.
  • Die Verdrahtungsschichten 22 sind auf dem Isoliersubstrat 21 angeordnet. Das Isoliersubstrat 21 ist elektrisch isolierend. Das Isoliersubstrat 21 besteht z.B. aus einem keramischen Material, das eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist. Beispiele für ein solches keramisches Material schließen AlN (Aluminiumnitrid), SiN (Siliziumnitrid) und Al2O3 (Aluminiumoxid) ein. Das Isoliersubstrat 21 hat die Form einer flachen Platte. Wie in 3 dargestellt, ist das Isoliersubstrat 21 in der Draufsicht rechteckig. Die Dicke (d.h. die Abmessung in z-Richtung) des Isoliersubstrats 21 beträgt nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 1,0 mm (z.B. 0,5 mm).
  • Wie in den 8-11 gezeigt, hat das Isoliersubstrat 21 eine Vorderseite 211 und eine Rückseite 212. Die Vorderseite 211 und die Rückseite 212 sind in z-Richtung voneinander beabstandet. Die Vorderseite 211 ist in z2-Richtung ausgerichtet, während die Rückseite 212 in z1-Richtung ausgerichtet ist. Die Rückseite 212 ist gegenüber dem Dichtungselement 7 freiliegend. Die Rückseite 212 kann z. B. mit einem Kühlkörper (nicht dargestellt) verbunden sein. Die Ausgestaltung des Isoliersubstrats 21 ist nicht auf die des dargestellten Beispiels beschränkt, und für jede der Verdrahtungsschichten 22 kann individuell ein Isoliersubstrat vorgesehen werden. Die Vorderseite 211 kann der „zweiten Vorderseite“ und die Rückseite 212 der „zweiten Rückweist“ entsprechen, die in den Ansprüchen definiert sind.
  • Die Verdrahtungsschichten 22 sind auf der Vorderseite 211 Isoliersubstrats 21 ausgebildet. Die Verdrahtungsschichten 22 sind voneinander beabstandet. Jede Verdrahtungsschicht 22 besteht aus einem Metall, das z.B. Silber enthält. Das Material für jede Verdrahtungsschicht 22 ist nicht auf ein silberhaltiges Metall beschränkt. Das Material kann z. B. ein kupferhaltiges Metall sein. Eine solche kupferhaltige Metallschicht kann mit Silber beschichtet werden. Anstelle einer solchen Versilberungsschicht kann eine Vielzahl von Arten von Metallüberzugsschichten, die eine Aluminiumschicht, eine Nickelschicht und eine Silberschicht aufweisen, in der genannten Reihenfolge aufgebracht werden. In der Draufsicht sind alle Verdrahtungsschichten 22 innerhalb des Umfangs des Isoliersubstrats 21 angeordnet. Jede Verdrahtungsschicht 22 ist in der Draufsicht rechteckig. Jede Verdrahtungsschicht 22 ist mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Dicke (d. h. die Abmessung in z-Richtung) jeder Verdrahtungsschicht 22 beträgt mindestens 5 µm und nicht mehr als 80 µm.
  • Wie in 3 dargestellt, weisen die Verdrahtungsschichten 22 ein Paar erster Verdrahtungsschichten 22A, ein Paar zweiter Verdrahtungsschichten 22B und eine dritte Verdrahtungsschicht 22C auf. Die ersten Verdrahtungsschichten 22A, die zweiten Verdrahtungsschichten 22B und die dritte Verdrahtungsschicht 22C sind in der Draufsicht voneinander beabstandet.
  • Die ersten Verdrahtungsschichten 22A sind in x1-Richtung versetzt auf dem Isoliersubstrat 21 angeordnet. Die ersten Verdrahtungsschichten 22A sind in y-Richtung voneinander beabstandet.
  • Die zweiten Verdrahtungsschichten 22B sind in x2-Richtung auf dem Isoliersubstrat 21 versetzt angeordnet. Die zweiten Verdrahtungsschichten 22B sind in y-Richtung voneinander beabstandet. Die zweiten Verdrahtungsschichten 22B sind in x-Richtung neben den ersten Verdrahtungsschichten 22A angeordnet.
  • Die dritte Verdrahtungsschicht 22C ist in x1 -Richtung versetzt auf dem Isoliersubstrat 21 angeordnet. Die dritte Verdrahtungsschicht 22C ist zwischen den ersten Verdrahtungsschichten 22A angeordnet.
  • Jede der Verdrahtungsschichten 22 (die ersten Verdrahtungsschichten 22A, die zweiten Verdrahtungsschichten 22B und die Verdrahtungsschicht 22C) hat eine Vorderseite 221 und eine Rückseite 222. Die Vorderseite 221 und die Rückseite 222 sind in z-Richtung voneinander beabstandet. Die Vorderseite 221 ist in z2-Richtung ausgerichtet, während die Rückseite 222 in z1-Richtung ausgerichtet ist. Bei jeder Verdrahtungsschicht 22, die auf das Isoliersubstrat 21 gebondet ist, weist die Rückseite 222 zur Vorderseite 211 des Isoliersubstrats 21. Die Vorderseite 221 kann der „dritten Vorderseite“ und die Rückseite 222 der „dritten Rückseite“ entsprechen, die in den Ansprüchen definiert sind.
  • Jedes der Metallteile 30 ist auf jeweils einer der Verdrahtungsschichten 22 angeordnet. Jedes Metallteil 30 ist mit einer zweiten Bondschicht 42 an die Verdrahtungsschicht 22 (Trägerelement 2) gebondet. Die Halbleiterelemente 10 sind mit den ersten Bondschichten 41 an die Metallteile 30 gebondet. Die Dicke (d.h. die Abmessung in z-Richtung) jedes Metallteils 30 beträgt nicht weniger als 0,5 mm und nicht mehr als 5,0 mm (vorzugsweise nicht weniger als 1,0 mm und nicht mehr als 3,0 mm).
  • Wie in 3 gezeigt, weisen die Metallteile 30 ein Paar von ersten Metallteilen 30A, ein Paar von zweiten Metallteilen 30B und ein drittes Metallteil 30C auf. Die ersten Metallteile 30A, die zweiten Metallteile 30B und das dritte Metallteil 30C sind, in der Draufsicht gesehen, voneinander beabstandet.
  • Wie in 3 und 10 gezeigt, sind die ersten Metallteile 30A auf den ersten Verdrahtungsschichten 22A angeordnet. Auf jedem der ersten Metallteile 30A ist jeweils eines der ersten Elemente 10A gebondet.
  • Wie in den 3, 8 und 9 gezeigt, sind die zweiten Metallteile 30B auf den zweiten Verdrahtungsschichten 22B angeordnet. Auf jedem der zweiten Metallteile 30B ist jeweils eines der zweiten Elemente 10B gebondet.
  • Wie in den 3, 9 und 10 gezeigt, ist das dritte Metallteil 30C auf der dritten Verdrahtungsschicht 22C angeordnet. Keines der Halbleiterelemente 10 ist an das dritte Metallteil 30C gebondet. Daher kann das Halbleiterbauteil A1 das dritte Metallteil 30C nicht aufweisen.
  • Wie in den 8-11 und 13 gezeigt, hat jedes der Metallteile 30 (das erste Metallteil 30A, das zweite Metallteil 30B und das dritte Metallteil 30C) eine Vorderseite 301, eine Rückseite 302 und eine Vielzahl von Seitenflächen 303.
  • Die Vorderseite 301 und die Rückseite 302 sind in z-Richtung voneinander beabstandet. Die Vorderseite 301 ist in z2-Richtung ausgerichtet, während die Rückseite 302 in z1-Richtung ausgerichtet ist. Bei jedem Halbleiterelement 10, das an ein entsprechendes Metallteil 30 gebondet ist, weist die Vorderseite 301 auf die Rückseite 102 des Halbleiterelements 10. Bei jedem Metallteil 30, das an eine entsprechende Verdrahtungsschicht 22 gebondet ist, weist die Rückseite 302 auf die Vorderseite 221 der Verdrahtungsschicht 22. Die Vorderseite 301 kann der „ersten Vorderseite“ und die Rückseite 302 der „ersten Rückseite“ entsprechen, die in den Ansprüchen definiert sind.
  • Die Seitenflächen 303 sind in z-Richtung zwischen der Vorderseite 301 und der Rückseite 302 angeordnet und mit diesen beiden Flächen verbunden. Jedes Metallteil 30 weist insgesamt vier Seitenflächen 303 auf: ein Paar von Seitenflächen 303, die voneinander beabstandet sind und in x-Richtung voneinander wegweisen, und ein Paar von Seitenflächen 303, die voneinander beabstandet sind und in y-Richtung voneinander wegweisen.
  • Wie in den 13 und 14 gezeigt, hat jedes der Metallteile 30 (die ersten Metallteile 30A, die zweiten Metallteile 30B und das dritte Metallteil 30C) einen ersten Metallkörper 31 und einen zweiten Metallkörper 32. Der erste Metallkörper 31 besteht aus einem ersten Metallmaterial, und der zweite Metallkörper 32 besteht aus einem zweiten Metallmaterial. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials ist kleiner als der des ersten Metallmaterials. Das heißt, der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallkörpers 32 ist kleiner als der des ersten Metallkörpers 31. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials ist näher an dem des Isoliersubstrats 21 (Trägerelement 2) als der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Metallmaterials . Das erste Metallmaterial kann ein Metall sein, das Cu (Kupfer) enthält, während das zweite Metallmaterial z. B. ein Metall sein kann, das Mo (Molybdän) enthält. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Cu beträgt ca. 16 ppm/K und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Mo ca. 5,1 ppm/K. Der zweite Metallkörper 32 macht nicht weniger als 10 % und nicht mehr als 40 % (vorzugsweise 30 %) eines jeden Metallteils 30 aus. Das zweite Metallmaterial ist nicht auf ein Mohaltiges Metall beschränkt und kann z.B. ein W-haltiges Metall (Wolfram) sein.
  • In jedem Metallteil 30 weist der erste Metallkörper 31 eine Vielzahl von ersten Metallschichten 311 auf, und der zweite Metallkörper 32 weist eine Vielzahl von zweiten Metallschichten 321 auf. In dem in 13 dargestellten Beispiel weist der erste Metallkörper 31 sieben erste Metallschichten 311 auf, und der zweite Metallkörper 32 weist sechs zweite Metallschichten 321 auf. Jedes Metallteil 30 hat eine Laminatstruktur, in der die ersten Metallschichten 311 und die zweite Metallschicht 321 in z-Richtung abwechselnd angeordnet sind. Wie in 13 gezeigt, weisen die ersten Metallschichten 311 in jedem Metallteil 30 die äußerste Schicht auf der Vorderseite 301 und die äußerste Schicht auf der Rückseite 302 auf. Das heißt, die obere Schicht und die untere Schicht in der Laminatstruktur jedes Metallteils 30 werden durch die ersten Metallschichten 311 gebildet. Die Dicke jeder ersten Metallschicht 311 ist größer als die jeder zweiten Metallschicht 321. Zum Beispiel beträgt die Dicke jeder ersten Metallschicht 311 nicht weniger als 0,1 mm und nicht mehr als 0,8 mm (vorzugsweise nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 0,4 mm), und die Dicke jeder zweiten Metallschicht 321 beträgt nicht weniger als 0,1 mm und nicht mehr als 0,5 mm (vorzugsweise 0,1 mm). Die Anzahl der ersten Metallschichten 311 und der zweiten Metallschichten 321 ist nicht besonders begrenzt. Damit jedoch die äußersten Schichten sowohl auf der Vorderseite 301 als auch auf der Rückseite 302 durch die ersten Metallschichten 311 bereitgestellt werden, muss die Anzahl der ersten Metallschichten 311 größer sein als die der zweiten Metallschichten 321.
  • Wie in 13 und 14 gezeigt, weist jedes Metallteil 30 eine Vielzahl von Grenzflächen 33 auf. Jede Grenzfläche 33 ist die Grenzfläche zwischen einer der ersten Metallschichten 311 und einer der zweiten Metallschichten 321, die aneinander angrenzen. Jedes Metallteil 30 hat einen Riss 34, der sich von einer der Seitenflächen 303 in das Metallteil hinein erstreckt, in der Draufsicht gesehen. Der Riss 34 erstreckt sich nicht weniger als 10 µm und nicht mehr als 100 µm (vorzugsweise nicht weniger als 20 µm und nicht mehr als 40 µm) von der Seitenfläche 303. Der Riss 34 entsteht durch eine teilweise Ablösung an der Grenzfläche 33. Somit weist die durch eine erste Metallschicht 311 und eine zweite Metallschicht 321 gebildete Grenzfläche 33 Abschnitte auf, in denen diese Metallschichten miteinander in Kontakt sind, und Abschnitte, in denen diese Metallschichten nicht miteinander in Kontakt sind. Der Riss 34 muss nicht an allen Grenzflächen 33 ausgebildet sein, es ist nur erforderlich, dass der Riss 34 an einer oder mehreren Grenzflächen 33 ausgebildet ist. Auch muss sich der Riss 34 nicht von allen Seitenflächen 303 aus erstrecken, es ist nur erforderlich, dass sich der Riss 34 von einer oder mehreren der Seitenflächen 303 aus erstreckt. Wie in 14 dargestellt, ist der Riss 34 mit dem Dichtungselement 7 gefüllt. Es wird bemerkt, dass nicht jedes Metallteil 30 mit einem Riss 34 ausgebildet sein muss.
  • Wie zuvor beschrieben, weist jedes Metallteil 30 erste Metallschichten 311 aus einem ersten Metallmaterial (z.B. Cu) und zweite Metallschichten 321 aus einem zweiten Metallmaterial (z.B. Mo) auf. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials ist kleiner als der des ersten Metallmaterials. Somit ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient jedes Metallteils 30 kleiner als in dem Fall, in dem das Metallteil nur aus dem ersten Metallmaterial besteht. In dem Halbleiterbauteil A1 beträgt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient jedes Metallteils 30 insgesamt nicht weniger als 3 ppm/K und nicht mehr als 14 ppm/K (vorzugsweise nicht weniger als 7 ppm/K und nicht mehr als 11 ppm/K) .
  • Die ersten Bondschichten 41 sind zwischen den Halbleiterelementen 10 und den Metallteilen 30 angeordnet, um diese miteinander zu bonden. Die ersten Bondschichten 41 können z.B. aus Lot bestehen. Das Lot kann bleihaltig oder bleifrei sein. Die ersten Bondschichten 41 sind nicht auf Lot beschränkt und können auch aus anderen leitfähigen Schichten bestehen, z. B. aus Sintermetall. Die ersten Bondschichten 41 können dem in den Ansprüchen genannten „leitfähigen Bondmaterial“ entsprechen.
  • Die zweiten Bondschichten 42 sind zwischen den Metallteilen 30 und den Verdrahtungsschichten 22 eingefügt, um diese miteinander zu bonden. Die zweiten Bondschichten 42 können z.B. aus Lot bestehen. Das Lot kann bleihaltig oder bleifrei sein. Die zweiten Bondschichten 41 sind nicht auf Lot beschränkt und können auch aus anderen leitfähigen Schichten bestehen, z. B. aus Sintermetall oder isolierenden Bondschichten (Klebstoff). Die zweite Bondschicht 42 kann der in den Ansprüchen definierten „Bondschicht“ entsprechen.
  • Die Eingangs-Terminals 51, die Ausgangs-Terminals 52, die Steuer-Terminals 53 und die Erfassungs-Terminals 54 sind aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Die Eingangs-Terminals 51, die Ausgangs-Terminals 52, die Steuer-Terminals 53 und die Erfassungs-Terminals 54 sind aus einem gemeinsamen Leadframe gefertigt.
  • Wie in den 1-4 gezeigt, sind die Eingangs-Terminals 51 im Halbleiterbauteil A1 in x1-Richtung versetzt. Die Eingangs-Terminals 51 sind in der y-Richtung voneinander beabstandet. Die Eingangs-Terminals 51 sind mit einer externen Gleichspannungsversorgung verbunden. An den Eingangs-Terminals 51 liegt eine Gleichspannung an. Jeder der Eingangs-Terminals 51 ist teilweise mit dem Dichtelement 7 abgedeckt und wird somit von dem Dichtelement 7 getragen.
  • Die Eingangs-Terminals 51 weisen ein erstes Eingangs-Terminal 51A und ein zweites Eingangs-Terminal 51B auf. Das erste Eingangs-Terminal 51A ist eine positive Elektrode (P-Terminal), während das zweite Eingangs-Terminal 51B eine negative Elektrode (N-Terminal) ist. Jedes des ersten Eingangs-Terminals 51A und des zweiten Eingangs-Terminals 51B (gepaarte Eingangs-Terminals 51) weist einen Pad-Abschnitt 511 und einen Terminal-Abschnitt 512 auf.
  • Die Pad-Abschnitte 511 sind an der Außenseite des Umfangsrandes des Trägerelements 2 in Draufsicht angeordnet und in z-Richtung vom Trägerelement 2 beabstandet. Die Pad-Abschnitte 511 sind mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Oberflächen der Pad-Abschnitte 511 können z.B. mit Silber beschichtet sein.
  • Die Terminal-Abschnitte 512 sind mit den Pad-Abschnitten 511 verbunden und vom Dichtungselement 7 freigelegt. Die Terminal-Abschnitte 512 werden bei der Montage des Halbleiterbauteils A1 auf einer Leiterplatte verwendet. Jeder Terminal-Abschnitt 512 ist, in y-Richtung gesehen, L-förmig. Die Oberflächen der Terminal-Abschnitte 512 können z.B. mit Nickel beschichtet sein.
  • Jeder Terminal-Abschnitt 512 hat ein Basisteil 513 und ein aufrechtes Teil 514. Die Basisteile 513 sind mit den Pad-Abschnitten 511 verbunden und erstrecken sich von dem Dichtungselement 7 (Seitenfläche 731, später beschrieben) in x-Richtung. Jedes aufrechte Teil 514 erstreckt sich in der z2-Richtung vom Ende des Basisteils 513 in der x-Richtung.
  • Wie in den 1-4 gezeigt, sind die Ausgangs-Terminals 52 im Halbleiterbauteil A1 in x2-Richtung versetzt angeordnet. Wie in den 1-4 gezeigt, sind die Ausgangs-Terminals 52 in y-Richtung voneinander beabstandet. An den Ausgangs-Terminals 32 wird die von den Halbleiterelementen 10 gewandelte Wechselstromleistung (Wechselspannung) ausgegeben. Jedes der Ausgangs-Terminals 52 ist teilweise mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt und wird somit von dem Dichtungselement 7 getragen. Jedes der Ausgangs-Terminals 52 weist einen Pad-Abschnitt 521 und einen Terminal-Abschnitt 522 auf.
  • Die Pad-Abschnitte 521 sind in der Draufsicht an der Außenseite des Umfangsrandes des Trägerelements 2 angeordnet und in z-Richtung von dem Trägerelement 2 beabstandet. Die Pad-Abschnitte 521 sind mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Oberflächen der Pad-Abschnitte 521 können z.B. mit Silber beschichtet sein.
  • Die Terminal-Abschnitte 522 sind mit den Pad-Abschnitten 521 verbunden und sind vom Dichtungselement 7 freigelegt. Die Terminal-Abschnitte 522 werden bei der Montage des Halbleiterbauteils A1 auf einer Leiterplatte verwendet. Jeder Terminal-Abschnitt 522 ist, in y-Richtung gesehen, L-förmig. Die Form der Terminal-Abschnitte 522 ist im Allgemeinen die gleiche wie die des Terminal-Abschnitts 512 jedes Eingangs-Terminals 51. Die Oberflächen der Terminal-Abschnitte 522 können z.B. mit Nickel beschichtet sein.
  • Jeder Terminal-Abschnitt522 hat ein Basisteil 523 und ein aufrechtes Teil 524. Die Basisteile 523 sind mit den Pad-Abschnitten 521 verbunden und erstrecken sich von dem Dichtungselement 7 (Seitenflächen 732, später beschrieben) in x-Richtung. Jedes aufrechte Teil 524 erstreckt sich in z2-Richtung vom Ende des Basisteils 523 in x-Richtung.
  • Wie in den 1-4 gezeigt, befinden sich die Steuer-Terminals 53 auf jeder Seite des Halbleiterbauteils A1 in x-Richtung. Die Steuer-Terminals 53 auf der x1-Seite sind zwischen den Eingangs-Terminals 51 in y-Richtung angeordnet. Die Steuer-Terminals 53 auf der x2-Seite sind in y-Richtung zwischen den Ausgangs-Terminals 52 angeordnet. Die Anzahl der Steuer-Terminals 53 entspricht der Anzahl der Halbleiterelemente 10. Das Halbleiterbauteil A1 hat also vier Steuer-Terminals 53. An jedem der Steuer-Terminals 53 liegt eine Steuerspannung (Gate-Spannung) zur Ansteuerung eines entsprechenden Halbleiterelements 10 an. Jedes Steuer-Terminal 53 ist teilweise mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt und wird somit von dem Dichtungselement 7 getragen. Jedes Steuer-Terminal 53 weist einen Pad-Abschnitt 531 und einen Terminal-Abschnitt 532 auf.
  • Die Pad-Abschnitte 531 sind in der Draufsicht an der Außenseite des Umfangsrandes des Trägerelements 2 angeordnet und in z-Richtung von dem Trägerelement 2 beabstandet. Die Pad-Abschnitte 531 sind mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Oberflächen der Pad-Abschnitte 531 können z.B. mit Silber beschichtet sein.
  • Die Terminal-Abschnitte 532 sind mit den Pad-Abschnitten 531 verbunden und sind von dem Dichtungselement 7 freigelegt. Die Terminal-Abschnitte 532 werden bei der Montage des Halbleiterbauteils A1 auf einer Leiterplatte verwendet. Jeder Terminal-Abschnitt 532 ist, in y-Richtung gesehen, L-förmig. Die Oberflächen der Terminal-Abschnitte 532 können z.B. mit Nickel beschichtet sein.
  • Jeder Terminal-Abschnitt 532 hat ein Basisteil 533 und ein aufrechtes Teil 534. Die Basisteile 533 sind mit den Pad-Abschnitten 531 verbunden und erstrecken sich von dem Dichtungselement 7 (später beschriebene Seitenflächen 731 oder 732) in x-Richtung. Die Abmessung jedes Basisteils 533 in x-Richtung ist kleiner als die Abmessung des Basisteils 513 jedes Eingangs-Terminals 51 und die Abmessung des Basisteils 523 jedes Ausgangs-Terminals 52 in x-Richtung. Jedes aufrechte Teil 534 erstreckt sich in der z2-Richtung vom Ende des Basisteils 533 in der x-Richtung.
  • Wie in den 1-4 gezeigt, befinden sich die Erfassungs-Terminals 54 auf jeder Seite des Halbleiterbauteils A1 in x-Richtung. Die Erfassungs-Terminals 54 auf der x1-Seite sind in y-Richtung zwischen den Eingangs-Terminals 51 angeordnet. Die Erfassungs-Terminals 54 auf der x2-Seite sind zwischen den Ausgangs-Terminals 52 in y-Richtung angeordnet. Die Anzahl der Erfassungs-Terminals 54 entspricht der Anzahl der Halbleiterelemente 10. Das Halbleiterbauteil A1 hat also vier Erfassungs-Terminals 54. An einem entsprechenden Erfassungs-Terminal 54 liegt eine Spannung an, die dem Strom (Source-Strom) entspricht, der durch die erste Elektrode 11 jedes Halbleiterelements 10 fließt. Jeder der Erfassungs-Terminals 54 weist einen Pad-Abschnitt 541 und einen Terminal-Abschnitt 542 auf.
  • Die Pad-Abschnitte 541 sind an der Außenseite des Umfangsrandes des Trägerelements 2 in der Draufsicht angeordnet und in z-Richtung von dem Trägerelement 2 beabstandet. Die Pad-Abschnitte 541 sind mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Oberflächen der Pad-Abschnitte 541 können z.B. mit Silber beschichtet sein.
  • Die Terminal-Abschnitte 542 sind mit den Pad-Abschnitten 541 verbunden und von dem Dichtungselement 7 freigelegt. Die Terminal-Abschnitte 542 werden bei der Montage des Halbleiterbauteils A1 auf einer Leiterplatte verwendet. Jeder Terminal-Abschnitt 542 ist, in y-Richtung gesehen, L-förmig. Die Oberflächen der Terminal-Abschnitte 542 können z.B. mit Nickel beschichtet sein.
  • Jeder Terminal-Abschnitt 542 hat ein Basisteil 543 und ein aufrechtes Teil 544. Die Basisteile 543 sind mit den Pad-Abschnitten 541 verbunden und erstrecken sich in x-Richtung aus dem Dichtungselement 7 (später beschriebene Seitenfläche 731 oder 732) . Die Abmessung jedes Basisteils 543 in der x-Richtung ist im Allgemeinen die gleiche wie die Abmessung des Basisteils 533 jedes Steuer-Terminals 53 in der x-Richtung und kleiner als die Abmessung des Basisteils 513 jedes Eingangs-Terminals 51 und die Abmessung des Basisteils 523 jedes Ausgangs-Terminals 52 in der x-Richtung. Jedes aufrechte Teil 544 erstreckt sich in z2-Richtung vom Ende des Basisteils 543 in x-Richtung.
  • Jedes der Verbindungselemente 6 verbindet zwei voneinander beabstandete Elemente elektrisch miteinander. Wie in 3 gezeigt, weisen die Verbindungselemente 6 eine Vielzahl von ersten Drähten 611, eine Vielzahl von zweiten Drähten 612, eine Vielzahl von dritten Drähten 613, eine Vielzahl von vierten Drähten 614, ein erstes Leitungselement 621, ein zweites Leitungselement 622, ein drittes Leitungselement 623 und vierte Leitungselemente 624 auf.
  • Die ersten Drähte 611 sind mit den ersten Elektroden 11 der ersten Elemente 10A und den Vorderseiten 301 der zweiten Metallteile 30B verbunden. Somit ist jedes der zweiten Metallteile 30B (jede zweite Verdrahtungsschicht 22B) über die ersten Drähte 611 elektrisch mit der ersten Elektrode 11 eines jeweiligen ersten Elements 10A verbunden. Die ersten Drähte 611 können z. B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt sein.
  • Die zweiten Drähte 612 sind mit den ersten Elektroden 11 der zweiten Elemente 10B und der Vorderseite 301 des dritten Metallteils 30C verbunden. Somit ist das dritte Metallteil 30C (dritte Verdrahtungsschicht 22C) über die zweiten Drähte 612 elektrisch mit den ersten Elektroden 11 der zweiten Elemente 10B verbunden. Die zweiten Drähte 612 können z. B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt sein.
  • Jeder der dritten Drähte 613 ist mit der dritten Elektrode 13 eines jeweiligen der Halbleiterelemente 10 und dem Pad-Abschnitt 531 eines jeweiligen der Steuer-Terminals 53 verbunden. Somit ist jedes Steuer-Terminal 53 über einen der dritten Drähte 613 elektrisch mit der dritten Elektrode 13 des entsprechenden Halbleiterelements 10 verbunden. Die dritten Drähte 613 können z.B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt sein.
  • Jeder der vierten Drähte 614 ist mit der ersten Elektrode 11 eines jeweiligen der Halbleiterelemente 10 und dem Pad-Abschnitt 541 eines jeweiligen der Erfassungs-Terminals 54 verbunden. Somit ist jedes Erfassungs-Terminal 54 über einen der vierten Drähte 614 elektrisch mit der ersten Elektrode 11 des entsprechenden Halbleiterelements 10 verbunden. Die vierten Drähte 614 können z.B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt sein.
  • Wie in den 3 und 10 gezeigt, ist das erste Leitungselement 621 mit der Vorderseite 301 eines der ersten Metallteile 30A und der Vorderseite 301 des anderen der ersten Metallteile 30A verbunden. Somit sind die ersten Metallteile 30A (das Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A) elektrisch miteinander verbunden. In der Draufsicht erstreckt sich das erste Leitungselement 621 in y-Richtung über die dritte Verdrahtungsschicht 22C. Wie in 3 gezeigt, kann das erste Leitungselement 621 aus einer Vielzahl von Bonddrähten bestehen. Diese Bonddrähte können z.B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall bestehen.
  • Wie in den 3 und 8 gezeigt, ist das zweite Leitungselement 622 mit dem Pad-Abschnitt 511 des ersten Eingangs-Terminals 51A und der Vorderseite 301 eines der ersten Metallteile 30A verbunden. Somit ist das erste Eingangs-Terminal 51A durch das zweite Leitungselement 622 elektrisch mit dem einen der ersten Metallteile 30A (einer der ersten Verdrahtungsschichten 22A) verbunden. Auf diese Weise ist das erste Eingangs-Terminal 51A über das zweite Leitungselement 622 und eines der ersten Metallteile 30A (eine der ersten Verdrahtungsschichten 22A) elektrisch mit der zweiten Elektrode 12 eines der ersten Elemente 10A verbunden. Wie in 3 gezeigt, kann das zweite Leitungselement 622 aus einer Vielzahl von Bonddrähten gebildet sein. Diese Bonddrähte können z.B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt sein.
  • Wie in 3 gezeigt, ist das dritte Leitungselement 623 mit dem Pad-Abschnitt 511 des zweiten Eingangs-Terminals 51B und der Vorderseite 221 der dritten Verdrahtungsschicht 22C verbunden. Somit ist das zweite Eingangs-Terminal 51B über das dritte Leitungselement 623, das dritte Metallteil 30C (die dritte Verdrahtungsschicht 22C) und die zweiten Drähte 612 elektrisch mit der ersten Elektrode 11 des jeweiligen zweiten Elements 10B verbunden. Wie in 3 gezeigt, kann das dritte Leitungselement 623 aus einer Vielzahl von Bonddrähten gebildet sein. Diese Bonddrähte können z.B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall bestehen.
  • Wie in den 3 und 8 gezeigt, sind die gepaarten vierten Leitungselemente 624 mit den Pad-Abschnitten 521 der Ausgangs-Terminals 52 und den Vorderseiten 301 der zweiten Metallteile 30B verbunden. Somit sind die Ausgangs-Terminals 52 über die vierten Leitungselemente 624 und die zweiten Metallteile 30B (die zweiten Verdrahtungsschichten 22B) elektrisch mit den zweiten Elektroden 12 der jeweiligen zweiten Elemente 10B verbunden. Die Ausgangs-Terminal 52 sind ebenfalls über die vierten Leitungsglieder 624, die zweiten Metallteile 30B (zweite Verdrahtungsschichten 22B) und die ersten Drähte 611 mit den ersten Elektroden 11 der jeweiligen ersten Elemente 10A elektrisch verbunden. Wie in 3 gezeigt, kann jedes der vierten Leitungselemente 624 aus einer Vielzahl von Bonddrähten gebildet sein. Diese Bonddrähte können z.B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall bestehen.
  • Es wird bemerkt, dass das erste Leitelement 621, das zweite Leitelement 622, das dritte Leitelement 623 und das vierte Leitelement 624 nicht aus einer Vielzahl von Bonddrähten bestehen müssen, sondern aus Metallleitungen oder Bondbändern bestehen können. Solche Metallleitungen oder Bondbänder können z.B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt sein.
  • Das Dichtelement 7 ist ein Gehäuse des Halbleiterbauteils A1. Wie in den 1-11 gezeigt, deckt das Dichtungselement 7 die Bauelemente des Halbleiterbauteils A1 ab. Es wird bemerkt, dass das Trägerelement 2, die Eingangs-Terminals 51, die Ausgangs-Terminals 52, die Steuer-Terminals 53 und die Erfassungs-Terminals 54 nicht vollständig, sondern nur teilweise mit dem Dichtungselement abgedeckt sind. Das Dichtungselement 7 kann z. B. aus Epoxidharz hergestellt sein. Das Dichtungselement 7 kann in der Abmessung in x-Richtung nicht weniger als 20 mm und nicht mehr als 120 mm (vorzugsweise nicht weniger als 25 mm und nicht mehr als 60 mm), in der Abmessung in y-Richtung nicht weniger als 20 mm und nicht mehr als 120 mm (vorzugsweise nicht weniger als 40 mm und nicht mehr als 70 mm) und in der Abmessung in z-Richtung nicht weniger als 5 mm und nicht mehr als 10 mm (vorzugsweise 7 mm) betragen. Das Dichtungselement 7 hat eine Vorderseite 71, eine Rückseite 72, eine Vielzahl von Seitenflächen 731-734 und ein Paar von Befestigungslöchern 74.
  • Wie in den 5-7 gezeigt, sind die Vorderseite 71 und die Rückseite 72 in z-Richtung voneinander beabstandet. Die Vorderseite 71 weist in z2-Richtung, während die Rückseite 72 in z1-Richtung weist. Wie in 4 gezeigt, hat die Rückseite 72 die Form eines Rahmens, der die Rückseite 212 des Isoliersubstrats 21 in der Draufsicht umgibt. Die Rückseite 212 des Isoliersubstrats 21 ist von der Rückseite 72 freigelegt. Die Seitenflächen 731-734 sind in z-Richtung zwischen der Vorderseite 71 und der Rückseite 72 angeordnet und mit diesen beiden Oberflächen verbunden. Wie in 3 dargestellt, sind die Seitenflächen 731 und 732 in x-Richtung voneinander beabstandet. Die Seitenfläche 731 weist in xl-Richtung, während die Seitenfläche 732 in x2-Richtung weist. Wie in 3 dargestellt, sind die Seitenflächen 733 und 734 in y-Richtung voneinander beabstandet. Die Seitenfläche 733 weist in y1-Richtung, während die Seitenfläche 734 in y2-Richtung weist.
  • Wie in 3 gezeigt, sind die Terminal-Abschnitte 512 der Eingangs-Terminals 51 und die Terminal-Abschnitte 532 und 542 der Steuer-Terminals 53 und Erfassungs-Terminals 54, die entsprechend den zweiten Elementen 10B angeordnet sind, von der Seitenfläche 731 freigelegt. Außerdem sind, wie in 3 gezeigt, die Terminal-Abschnitte 522 der Ausgangs-Terminals 52 und die Terminal-Abschnitte 532 und 542 der Steuer-Terminals 53 und Erfassungs-Terminals 54, die entsprechend den ersten Elementen 10A angeordnet sind, von der Seitenfläche 732 freigelegt.
  • Wie in den 5-7 und 10 gezeigt, erstrecken sich die Befestigungslöcher 74 von der Vorderseite 71 zur Rückseite 72 in z-Richtung und durchdringen das Dichtungselement 7. Wie in den 2-4 gezeigt, ist jedes der Befestigungslöcher 74 in der Draufsicht z.B. kreisförmig. Die Befestigungslöcher 64 sind auf jeder Seite des Isoliersubstrats 21 in y-Richtung angeordnet. Die Befestigungslöcher 74 sind in y-Richtung um nicht weniger als 15 mm und nicht mehr als 100 mm (vorzugsweise nicht weniger als 30 mm und nicht mehr als 70 mm) voneinander beabstandet. Die Befestigungslöcher 74 können für die Befestigung des Halbleiterbauteils A1 an einem Kühlkörper verwendet werden.
  • Die Vorteile des Halbleiterbauteils A1 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung werden im Folgenden beschrieben.
  • Das Halbleiterbauteil A1 ist mit den Halbleiterelementen 10, dem Trägerelement 2 und den Metallteilen 30 ausgestattet. Die Halbleiterelemente 10 sind mit den ersten Bondschichten 41 an die Metallteile 30 gebondet, und die Metallteile 30 sind mit den zweiten Bondschichten 42 an das Trägerelement 2 gebondet. Jedes der Metallteile 30 umfasst einen ersten Metallkörper 31 aus einem ersten Metallmaterial und einen zweiten Metallkörper 32 aus einem zweiten Metallmaterial, und zwischen dem ersten Metallkörper 31 und dem zweiten Metallkörper 32 gibt es eine Grenze (entsprechend der Grenzfläche 33). Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials ist kleiner als der des ersten Metallmaterials. Bei einer solchen Ausgestaltung kommt es bei der thermischen Ausdehnung des Metallteils 30 durch die Wärme des Halbleiterelements 10 zu einer thermischen Belastung in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem ersten Metallkörper 31 und dem zweiten Metallkörper 32, wodurch die thermische Belastung in der Nähe der Grenzfläche reduziert wird. Somit kann die thermische Spannung aufgrund der thermischen Ausdehnung des Metallteils 30 im Vergleich zu dem Fall, in dem das Metallteil 30 nur aus dem ersten Metallmaterial besteht, reduziert werden. Infolgedessen wird weniger thermische Spannung auf die zweite Bondschicht 42 ausgeübt, die an das Metallteil 30 angrenzt, was ein kohäsives Versagen der zweiten Bondschicht 42 verhindert. Dies führt zu einer Reduzierung von Produktfehlern, wie z. B. schlechtes Bonden oder schlechtes elektrisches Leiten, so dass das Halbleiterbauteil A1 eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist. Das Halbleiterbauteil A1 kann auch die auf die erste Bondschicht 41, die an das Metallteil 30 angrenzt, ausgeübte thermische Spannung reduzieren, was ebenfalls ein kohäsives Versagen der ersten Bondschicht 41 verhindert.
  • In dem Halbleiterbauteil A1 ist die Dicke jedes Metallteils 30 größer als die des Trägerelements 2 und nicht kleiner als 0,5 mm und nicht größer als 5 mm (vorzugsweise nicht kleiner als 1,0 mm und nicht größer als 3 mm) . In einem Halbleiterbauteil, das sich von dem Halbleiterbauteil A1 der vorliegenden Offenbarung unterscheidet, ist es möglich, die thermische Spannung zu reduzieren, indem die Dicke jedes Metallteils kleiner als die der Metallteile 30 gemacht wird und dadurch die Steifigkeit jedes Metallteils reduziert wird. Ein solcher Ansatz (d. h. die Metallteile dünner zu machen) kann jedoch zu einer Durchbiegung der Metallteile führen, was dazu führt, dass das Dichtungselement 7 zwischen die Metallteile und das Trägerelement 2 eindringt, was zu einem Bruch (Riss) des Trägerelements 2 führen kann. Außerdem kann die Verdünnung der Metallteile die Effizienz der Wärmediffusion durch die Metallteile verringern. Im Gegensatz dazu verwendet das Halbleiterbauteil A1 Metallteile 30, die jeweils einen ersten Metallkörper 31 und einen zweiten Metallkörper 32 aufweisen, so dass die thermische Belastung durch die Metallteile 30, wie zuvor beschrieben, reduziert wird. Auf diese Weise reduziert das Halbleiterbauteil A1 die auf die zweite Bondschicht 42 ausgeübte thermische Spannung und verhindert gleichzeitig ein Brechen des Trägerelements 2 und eine Verringerung der Effizienz der Wärmediffusion.
  • In jedem der Metallteile 30 des Halbleiterbauteils A1 weist der erste Metallkörper 31 eine Vielzahl von ersten Metallschichten 311 auf, und der zweite Metallkörper 32 weist eine Vielzahl von zweiten Metallschichten 321 auf. Die ersten Metallschichten 311 und die zweiten Metallschichten 321 sind abwechselnd in der z-Richtung angeordnet. Somit weist jedes Metallteil 30 eine Laminatstruktur auf, die aus den ersten Metallschichten 311 und der zweiten Metallschicht 321 besteht. Eine solche Ausgestaltung verbessert die Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung z im Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei der jedes Metallteil 30 aus einer Legierung (Mischkristall, „solid solution“) aus dem ersten Metallmaterial und dem zweiten Metallmaterial besteht.
  • In dem Halbleiterbauteil A1 ist die Dicke (d.h., die Abmessung in z-Richtung) jeder zweiten Metallschicht 321 kleiner als die Dicke (d.h., die Abmessung in z-Richtung) jeder ersten Metallschicht 311. Die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Metallmaterials ist geringer als die des ersten Metallmaterials, so dass die Effizienz der Wärmediffusion im Vergleich zu dem Fall, in dem jedes Metallteil 30 nur aus dem ersten Metallmaterial besteht, reduziert sein kann. In dem Halbleiterbauteil A1 werden die zweiten Metallschichten 321 mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit dünner gemacht, so dass die Verringerung der Wärmediffusionseffizienz im Vergleich zu dem Fall unterdrückt wird, in dem die ersten Metallschichten 311 und die zweiten Metallschichten 321 die gleiche Dicke haben.
  • In dem Halbleiterbauteil A1 ist jedes Metallteil 30 mit einem Riss 34 an der Grenzfläche 33 zwischen der ersten Metallschicht 311 und der zweiten Metallschicht 321 ausgebildet. Der Riss 34 ist eine teilweise Ablösung an der Grenzfläche 33. Bei einer solchen Ausgestaltung wird die thermische Belastung durch das Metallteil 30 in dem Abschnitt reduziert, in dem ein solcher Riss 34 zwischen der ersten Metallschicht 311 und der zweiten Metallschicht 321 besteht. Somit hat das Halbleiterbauteil A1 eine verbesserte Zuverlässigkeit gegenüber thermischer Belastung. Da ein solcher Riss 34 mit dem Dichtungselement 7 gefüllt ist, wird außerdem die Haftfestigkeit zwischen dem Metallteil 30 und dem Dichtungselement 7 durch den Verankerungseffekt verbessert. Somit erhöht das Halbleiterbauteil A1 die Haftfestigkeit des Dichtungselements 7 und reduziert gleichzeitig die thermische Belastung.
  • In dem Halbleiterbauteil A1 weisen die ersten Metallschichten 311 in jedem Metallteil 30 die äußerste Schicht auf der Vorderseite 301 und die äußerste Schicht auf der Rückseite 302 auf. Mit anderen Worten, die gegenüberliegenden Oberflächen jedes Metallteils 30 in z-Richtung sind beide mit den ersten Metallschichten 311 versehen. Eine solche Ausgestaltung verbessert die Wärmeableitung aus dem Halbleiterelement 10 in einem Anfangsstadium. Außerdem haben die erste Bondschicht 41 und die zweite Bondschicht 42 eine geringere Adhäsionskraft an den zweiten Metallschichten 321 als an den ersten Metallschichten 311. Da die beiden gegenüberliegenden Oberflächen jedes Metallteils 30 in z-Richtung durch die ersten Metallschichten 311 bereitgestellt werden, haften die ersten Bondschichten 41 und die zweiten Bondschichten 42 zuverlässig an dem Metallteil 30.
  • In dem Halbleiterbauteil A1 weist jedes Metallteil 30 den ersten Metallkörper 31 aus dem ersten Metallmaterial und den zweiten Metallkörper 32 aus dem zweiten Metallmaterial auf. Außerdem ist in jedem Metallteil 30 der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials näher am linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Isoliersubstrats 21 als der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Metallmaterials. Durch eine solche Ausgestaltung liegt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient jedes Metallteils 30 näher an dem des Isoliersubstrats 21 als in dem Fall, in dem jedes Metallteil 30 allein aus dem ersten Metallmaterial besteht. Da der Unterschied zwischen dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten jedes Metallteils 30 und dem des Isoliersubstrats 21 klein ist, wird die auf die zweite Bondschicht 42 ausgeübte thermische Spannung reduziert.
  • In dem Halbleiterbauteil A1 weist das Trägerelement 2 das Isoliersubstrat 21 auf. Das Isoliersubstrat 21 besteht aus einem keramischen Material, das eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung wird die von dem Halbleiterelement 10 erzeugte Wärme durch die Metallteile 30 diffundiert und zu dem Isoliersubstrat 21 geleitet. Da das Halbleiterbauteil A1 die Wärme vom Halbleiterelement 10 zu den Metallteilen 30 und dem Isoliersubstrat 21 diffundiert, hat das Halbleiterelement 10 eine verbesserte Wärmediffusionseffizienz. Außerdem ist die Rückseite 212 des Isoliersubstrats 21 vom Dichtungselement 7 freigelegt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es, dass die zum Isoliersubstrat 21 geleitete Wärme über die Rückseite 212 nach außen abgeleitet wird. Wenn das Halbleiterbauteil A1 mit einem Kühlkörper versehen ist, wird die Wärme von der Rückseite 212 zum Kühlkörper geleitet. So führt das Halbleiterbauteil A1 die Wärme der Halbleiterelemente 10 effizient ab.
  • 15 zeigt ein Halbleiterbauteil A2 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 15 ist eine Draufsicht auf das Halbleiterbauteil A2, wobei das Dichtungselement 7 durch imaginäre Linien (Zweipunktkettenlinien) angedeutet ist. Das Halbleiterbauteil A2 unterscheidet sich von dem Halbleiterbauteil A1 hauptsächlich in der Ausgestaltung der Verdrahtungsschichten 22 des Trägerelements 2 und dementsprechend auch in der Anordnung der Halbleiterelemente 10, der Metallteile 30, der Eingangs-Terminals 51, der Ausgangs-Terminals 52, der Steuer-Terminals 53, der Erfassungs-Terminals 54 und der Verbindungselemente 6.
  • Wie in 15 dargestellt, weisen die Verdrahtungsschichten 22 des Trägerelements 2 eine erste Verdrahtungsschicht 22A, ein Paar zweiter Verdrahtungsschichten 22B, eine dritte Verdrahtungsschicht 22C und eine vierte Verdrahtungsschicht 22D auf. Auf diese Weise hat das Halbleiterbauteil A2 im Gegensatz zum Halbleiterbauteil A1 eine einzige erste Verdrahtungsschicht 22A und weist zusätzlich eine vierte Verdrahtungsschicht 22D auf.
  • Die erste Verdrahtungsschicht 22A ist in der x2-Richtung und in der y2-Richtung auf dem Isoliersubstrat 21 versetzt. Die zweiten Verdrahtungsschichten 22B sind in x1-Richtung und in y1-Richtung auf dem Isoliersubstrat 21 versetzt. Die zweiten Verdrahtungsschichten 22B sind in y-Richtung nebeneinander angeordnet. Die dritte Verdrahtungsschicht 22C ist in x2-Richtung und in y1-Richtung versetzt. Die dritte Verdrahtungsschicht 22C ist in y-Richtung neben der ersten Verdrahtungsschicht 22A angeordnet. Die dritte Verdrahtungsschicht 22C und die erste Verdrahtungsschicht 22A haben im Allgemeinen die gleiche Form. Die vierte Verdrahtungsschicht 22D ist in x1-Richtung und in y2-Richtung versetzt. Die vierte Verdrahtungsschicht 22D ist in x-Richtung neben der ersten Verdrahtungsschicht 22A angeordnet. Die vierte Verdrahtungsschicht 22D hat im Allgemeinen die gleiche Form wie eine der zweiten Verdrahtungsschichten 22B.
  • Wie in 15 gezeigt, weisen die Metallteile 30 ein erstes Metallteil 30A, ein Paar von zweiten Metallteilen 30B, ein drittes Metallteil 30C und ein viertes Metallteil 30D auf. Auf diese Weise hat das Halbleiterbauteil A2 im Gegensatz zum Halbleiterbauteil A1 ein einziges erstes Metallteil 30A und weist zusätzlich ein viertes Metallteil 30D auf.
  • Das erste Metallteil 30A ist mit einer zweiten Bondschicht 42 an die erste Verdrahtungsschicht 22A gebondet. An das erste Metallteil 30A sind zwei erste Elemente 10A mit ersten Bondschichten 41 gebondet. Das heißt, in dieser Ausführungsform sind zwei Halbleiterelemente 10 (erste Elemente 10A) an ein einziges Metallteil 30 (erstes Metallteil 30A) gebondet.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform sind die zweiten Elemente 10B mit den ersten Bondschichten 41 an die zweiten Metallteile 30B gebondet. Keines der Halbleiterelemente 10 ist mit dem vierten Metallteil 30D gebondet. An das vierte Metallteil 30D sind eine Vielzahl von ersten Drähten 611 und ein erstes Leitungselement 621 gebondet.
  • In dem Halbleiterbauteil A2 ist das erste Leitungselement 621 mit dem vierten Metallteil 30D und einem der zweiten Metallteile 30B verbunden, um diese Elemente elektrisch miteinander zu verbinden.
  • In dem Halbleiterbauteil A2 sind die Eingangs-Terminals 51 in x2-Richtung versetzt, wie in 15 gezeigt. Die Eingangs-Terminals 51 sind in der y-Richtung voneinander beabstandet, wobei das erste Eingangs-Terminal 51A in der y2-Richtung und das zweite Eingangs-Terminal 51B in der y1-Richtung versetzt ist.
  • In dem Halbleiterbauteil A2 ist das erste Eingangs-Terminal 51A elektrisch mit der zweiten Elektrode 12 jedes ersten Elements 10A über das zweite Leitungselement 622 und das erste Metallteil 30A verbunden. Das zweite Eingangs-Terminal 51B ist über das dritte Leitungselement 623, das dritte Metallteil 30C und die zweiten Drähte 612 mit der ersten Elektrode 11 jedes zweiten Elements 10B elektrisch verbunden.
  • In dem Halbleiterbauteil A2 sind die Ausgangs-Terminal 52 in x1-Richtung versetzt, wie in 15 gezeigt. In dem Halbleiterbauteil A2 ist das in y1-Richtung versetzte Ausgangs-Terminal 52 über das vierte Leitungselement 624 und eines der zweiten Metallteile 30B mit der zweiten Elektrode 12 eines der zweiten Elemente 10B elektrisch verbunden und über das vierte Leitungselement 624, das zweite Metallteil 30B, das erste Leitungselement 621, das vierte Metallteil 30D und die ersten Drähte 611 auch mit der ersten Elektrode 11 eines der ersten Elemente 10A elektrisch verbunden. Das in y2-Richtung versetzte Ausgangs-Terminal 52 ist über das vierte Leitungselement 624 und das andere der zweiten Metallteile 30B mit der zweiten Elektrode 12 des anderen der zweiten Elemente 10B elektrisch verbunden und ist ebenfalls über das vierte Leitungselement 624, das zweite Metallteil 30B und die ersten Drähte 611 mit der ersten Elektrode 11 des anderen der ersten Elemente 10A elektrisch verbunden.
  • Das Halbleiterbauteil A2 weist ein Steuer-Terminal 53 auf, das teilweise von der Seitenfläche 731 vorsteht, und ein Steuer-Terminal 53, der teilweise von der Seitenfläche 732 vorsteht. Das Steuer-Terminal 53, das teilweise von der Seitenfläche 731 vorsteht, ist durch dritte Drähte 613 elektrisch mit der dritten Elektrode 13 jedes zweiten Elements 10B verbunden. Das Steuer-Terminal 53, das teilweise aus der Seitenfläche 732 herausragt, ist über dritte Drähte 613 elektrisch mit der dritten Elektrode 13 jedes ersten Elements 10A verbunden. Auf diese Weise sind in der vorliegenden Ausführungsform zwei Steuer-Terminals 53 vorgesehen, und eines der Steuer-Terminals 53 ist für die ersten Elemente 10A und das andere Steuer-Terminal 53 ist für die zweiten Elemente 10B gemeinsam. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf eine solche Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise können, wie beim Halbleiterbauteil A1, vier Steuer-Terminals 53 vorgesehen sein, die den Halbleiterelementen 10 entsprechen (ein Paar erster Elemente 10A und ein Paar zweiter Elemente 10B).
  • Das Halbleiterbauteil A2 weist ein Erfassungs-Terminal 54 auf, das teilweise von der Seitenfläche 731 vorsteht, und ein Erfassungs-Terminal 54, das teilweise von der Seitenfläche 732 vorsteht. Das Erfassungs-Terminal 54, das teilweise von der Seitenfläche 732 vorsteht, ist elektrisch mit der ersten Elektrode 11 eines der ersten Elemente 10A durch einen vierten Draht 614 verbunden. Das Erfassungs-Terminal 54, das teilweise aus der Seitenfläche 731 herausragt, ist über eine vierte Leitung 614 mit der ersten Elektrode 11 eines der zweiten Elemente 10B elektrisch verbunden. Auf diese Weise sind in der vorliegenden Ausführungsform zwei Erfassungs-Terminals 54 vorgesehen, wobei eines der Erfassungs-Terminals 54 elektrisch mit einem der ersten Elemente 10A und das andere Erfassungs-Terminal 54 elektrisch mit einem der zweiten Elemente 10B verbunden ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf eine solche Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise können, ähnlich wie beim Halbleiterbauteil A1, vier Erfassungs-Terminal 54 vorgesehen sein, die den Halbleiterelementen 10 entsprechen (ein Paar erster Elemente 10A und ein Paar zweiter Elemente 10B).
  • Die Vorteile des Halbleiterbauteils A2 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung werden im Folgenden beschrieben.
  • Das Halbleiterbauteil A2 ist mit den Halbleiterelementen 10, dem Trägerelement 2 und den Metallteilen 30 ausgestattet. Die Halbleiterelemente 10 sind mit den ersten Bondschichten 41 an die Metallteile 30 gebondet, und die Metallteile 30 sind mit den zweiten Bondschichten 42 an das Trägerteil 2 gebondet. Jedes der Metallteile 30 weist einen ersten Metallkörper 31 und einen zweiten Metallkörper 32 auf, und zwischen dem ersten Metallkörper 31 und dem zweiten Metallkörper 32 gibt es eine Grenze (entsprechend der Grenzfläche 33). Der erste Metallkörper 31 besteht aus einem ersten Metallmaterial, während der zweite Metallkörper 32 aus einem zweiten Metallmaterial hergestellt ist, und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials ist kleiner als der des ersten Metallmaterials. Wie beim Halbleiterbauteil A1 wird also auch beim Halbleiterbauteil A2 die thermische Belastung der an das Metallteil 30 angrenzenden zweiten Bondschicht 42 reduziert, so dass ein kohäsives Versagen der zweiten Bondschichten 42 verhindert wird. Dies führt zu einer Reduzierung von Produktfehlern, wie z. B. schlechtes Bonden oder schlechtes elektrisches Leiten, so dass das Halbleiterbauteil A2 eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist.
  • Das Halbleiterbauteil A2 bietet aufgrund der gleichen oder ähnlichen Ausgestaltung wie das Halbleiterbauteil A1 die gleichen Vorteile wie das Halbleiterbauteil A1.
  • In der ersten und der zweiten Ausführungsform sind die Metallteile 30 mit den zweiten Bondschichten 42 an die Verdrahtungsschichten 22 gebondet. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise kann das Metallteil 30 mit den zweiten Bondschichten 42 auf das isolierende Substrat 21 gebondet werden. Das heißt, das Trägerelement 2 kann die Verdrahtungsschichten 22 nicht aufweisen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht auch eine Reduzierung der thermischen Belastung der zweiten Bondschichten 42, die an die Metallteile 30 angrenzen.
  • Die erste und die zweite Ausführungsform zeigen den Fall, dass das erste Eingangs-Terminal 51A über das zweite Leitungselement 622 elektrisch mit dem ersten Metallteil 30A verbunden ist. Das erste Eingangs-Terminal 51A kann jedoch auch elektrisch mit dem ersten Metallteil 30A durch direktes Bonden mit dem ersten Metallteil verbunden sein. In ähnlicher Weise kann das zweite Eingangs-Terminal 51B mit dem dritten Metallteil 30C durch direktes Bonden mit dem dritten Metallteil elektrisch verbunden sein, obwohl der Fall dargestellt ist, in dem das zweite Eingangs-Terminal 51B über das dritte Leitungselement 623 mit dem dritten Metallteil 30C elektrisch verbunden ist. Ferner können die Ausgangs-Terminals 52, obwohl der Fall gezeigt ist, bei dem die Ausgangs-Terminals 52 über die vierten Leitungselemente 624 mit den jeweiligen zweiten Metallteilen 30B elektrisch verbunden sind, durch direktes Bonden mit den zweiten Metallteilen elektrisch verbunden sein.
  • Die 16 und 17 zeigen ein Halbleiterbauteil A3 gemäß einer dritten Ausführungsform. 16 ist eine Draufsicht auf das Halbleiterbauteil A3, wobei das Dichtungselement 7 durch imaginäre Linien (Zweipunktkettenlinien) angedeutet ist. 17 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie XVII-XVII in 16. Das Halbleiterbauteil A3 ist von einem TO-Gehäusetyp (Transistor Outline).
  • Das Trägerelement 2 ist ein Leadframe. Das Trägerelement 2 kann z.B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sein. Wie in den 16 und 17 gezeigt, weist das Trägerelement 2 ein Die-Pad 251, eine Vielzahl von inneren Anschlüssen 252 und eine Vielzahl von äußeren Anschlüssen 253 auf.
  • An das Die-Pad 251 ist ein Metallteil 30 geklebt, und ein Halbleiterelement 10 ist über das Metallteil 30 montiert. Wie in den 16 und 17 gezeigt, ist ein Abschnitt der Oberfläche des Die-Pads 251, der in z1-Richtung zeigt, vom Dichtungselement 7 freigelegt. Mit Ausnahme dieses Abschnitts der Oberfläche ist das Die-Pad 251 mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt.
  • Die inneren Anschlüsse 252 sind von dem Die-Pad 251 beabstandet und mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Ein Ende eines Verbindungselements 6 ist mit jedem der inneren Anschlüsse 252 verbunden. Das Trägerelement 2 des Halbleiterbauteils A3 hat zwei Innenanschlüsse 252.
  • Jede der äußeren Anschlüsse 253 ist mit einer der inneren Anschlüsse 252 verbunden und ist vom Dichtelement 7 freigelegt. Die äußeren Anschlüsse 253 sind die Anschlüsse des Halbleiterbauteils A3 und können z.B. mit einer Leiterplatte von Elektrogeräten verbunden werden.
  • Die Verbindungselemente 6 sind Bonddrähte. Die Verbindungselemente 6 müssen nicht unbedingt Bonddrähte sein und können auch Metallleitungen oder Bondbänder sein. Wie in 16 gezeigt, hat das Halbleiterbauteil A3 zwei Verbindungselemente 6. Die Anzahl der Verbindungselemente 6 ist nicht besonders begrenzt. Wie in 16 gezeigt, ist eines der beiden Verbindungselemente 6 mit der dritten Elektrode 13 des Halbleiterelements 10 und einer der beiden inneren Anschlüsse 252 verbunden, um diese elektrisch miteinander zu verbinden. Das andere der beiden Verbindungselemente 6 ist mit der ersten Elektrode 11 des Halbleiterelements 10 und der anderen der inneren Anschlüsse 252 verbunden, um diese elektrisch miteinander zu verbinden.
  • Die Vorteile des Halbleiterbauteils A3 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung werden im Folgenden beschrieben.
  • Das Halbleiterbauteil A3 ist mit dem Halbleiterelement 10, dem Trägerelement 2 und dem Metallteil 30 ausgestattet. Das Halbleiterelement 10 ist mit der ersten Bondschicht 41 an das Metallteil 30 gebondet, und das Metallteil 30 ist mit der zweiten Bondschicht 42 an den Trägerelement 2 gebondet. Das Metallteil 30 weist einen ersten Metallkörper 31 und einen zweiten Metallkörper 32 auf, und zwischen dem ersten Metallkörper 31 und dem zweiten Metallkörper 32 gibt es eine Grenze (entsprechend der Grenzfläche 33). Der erste Metallkörper 31 besteht aus einem ersten Metallmaterial, während der zweite Metallkörper 32 aus einem zweiten Metallmaterial hergestellt ist, und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials ist kleiner als der des ersten Metallmaterials. Somit reduziert das Halbleiterbauteil A3 wie das Halbleiterbauteil A1 die auf die zweite Bondschicht 42, die an das Metallteil 30 angrenzt, ausgeübte thermische Spannung, so dass ein kohäsives Versagen der zweiten Bondschicht 42 verhindert wird. Dies führt zu einer Reduzierung von Produktfehlern, wie z. B. schlechtes Bonden oder schlechtes elektrisches Leiten, so dass das Halbleiterbauteil A3 eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist.
  • Das Halbleiterbauteil A3 bietet aufgrund der gleichen oder ähnlichen Ausgestaltung wie das Halbleiterbauteil A1 (oder A2) die gleichen Vorteile wie das Halbleiterbauteil A1 (oder A2).
  • Die dritte Ausführungsform zeigt den Fall, in dem das Halbleiterbauteil A3 von einem TO-Gehäusetyp ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auf verschiedene Arten von Halbleitergehäusen angewandt werden, wie z. B. ein SOP (Small Outline Package), ein Nicht-Bleigehäuse oder ein BGA (Ball Grid Array).
  • Die dritte Ausführungsform zeigt den Fall, in dem das Trägerelement 2 ein Leadframe ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und das Trägerelement 2 kann z. B. ein Interposer, eine Leiterplatte, ein DBC-Substrat (Direct Bonded Copper) oder ein DBA-Substrat (Direct Bonded Aluminum) sein.
  • 18 zeigt eine Variante eines Metallteils 30. 18 ist eine Schnittdarstellung des Metallteils 30 gemäß der Variante und entspricht 13 des Halbleiterbauteils A1. Das in 18 gezeigte Metallteil 30 kann anstelle jedes Metallteils 30 der Halbleiterbauteile A1-A3 verwendet werden.
  • Wie in 18 gezeigt, hat das Metallteil 30 gemäß dieser Variante einen zweiten Metallkörper 32, der ein poröser Körper mit einer Vielzahl von winzigen Poren ist, die mit dem ersten Metallkörper 31 gefüllt sind. Somit ist das Metallteil 30 gemäß dieser Variante ein Verbundmaterial und weist keine Laminatstruktur auf. Der zweite Metallkörper 32 macht nicht weniger als 10 % und nicht mehr als 40 % (vorzugsweise 30 %) des jeweiligen Metallteils 30 aus. In dem in 18 gezeigten Beispiel kommunizieren alle winzigen Poren mit der Außenseite des zweiten Metallkörpers 32 an in 18 nicht gezeigten Abschnitten, so dass alle diese Poren mit dem ersten Metallkörper 31 gefüllt sind. Alternativ können auch nicht alle winzigen Poren des zweiten Metallkörpers 32 mit dem ersten Metallkörper 31 gefüllt sein, und es kann Poren geben, die mit Luft gefüllt sind, und Poren, die mit dem ersten Metallkörper 31 gefüllt sind. Wenn der zweite Metallkörper 32 beispielsweise winzige Poren hat, die nicht mit der Außenseite des zweiten Metallkörpers 32 kommunizieren, sind solche winzigen Poren nicht mit dem ersten Metallkörper 31 gefüllt.
  • Das Metallteil 30 gemäß dieser Variante kann wie folgt ausgebildet sein. Zunächst wird ein zweiter Metallkörper 32, der ein poröser Körper mit einer Vielzahl von winzigen Poren ist, hergestellt. In diesem Stadium werden die Poren mit Luft gefüllt. Die winzigen Poren machen nicht weniger als 10% und nicht mehr als 70% (vorzugsweise 30%) des zweiten Metallkörpers 32 aus. Der Schmelzpunkt des ersten Metallmaterials ist niedriger als der des zweiten Metallmaterials. So ist es möglich, die Poren des zweiten Metallkörpers 32 in einer festen Phase mit dem ersten Metallkörper 31 in einer flüssigen Phase zu imprägnieren. Auf diese Weise erhält man das Metallteil 30, in dem winzige Löcher des zweiten Metallkörpers 32 mit dem ersten Metallkörper 31 gefüllt sind.
  • In dem in 18 wieder dargestellten Metallteil 30 tritt in der Nähe der Grenze zwischen dem ersten Metallkörper 31 und dem zweiten Metallkörper 32 eine thermische Belastung des Metallteils 30 durch die Wärme des Halbleiterelements 10 auf, wodurch die thermische Spannung in der Nähe der Grenze reduziert wird. Da die thermische Spannung aufgrund der thermischen Ausdehnung des Metallteils 30 auf diese Weise reduziert wird, wird die thermische Spannung, die auf die zweite Bondschicht 42 ausgeübt wird, die an das Metallteil 30 angrenzt, reduziert, was ein kohäsives Versagen der zweiten Bondschicht 42 verhindert. Somit werden in dem Halbleiterbauteil, das das in 18 gezeigte Metallteil 30 verwendet, wiederum Produktausfälle wie schlechtes Bonden oder schlechtes elektrisches Leiten reduziert, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit führt.
  • Das Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen beschränkt. Die spezifische Ausgestaltung der einzelnen Teile des Halbleiterbauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in vielfältiger Weise konstruktiv variiert werden.
  • Das Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Ausführungsformen der folgenden Klauseln auf.
    Klausel 1. Ein Halbleiterbauteil aufweisend:
    • ein Trägerelement;
    • ein Metallteil mit einer ersten Vorderseite und einer ersten Rückseite, die in einer Dickenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die erste Rückseite dem Trägerelement zugewandt ist und an das Trägerelement gebondet ist,
    • eine Bondschicht, die das Trägerelement und das Metallteil miteinander verbindet,
    • ein Halbleiterelement, das der ersten Rückseite zugewandt und mit dem Metallteil verbunden ist; und
    • ein Dichtungselement, das das Trägerelement, das Metallteil, die Bondschicht und das Halbleiterelement abdeckt,
    • wobei das Metallteil einen ersten Metallkörper aus einem ersten Metallmaterial und einen zweiten Metallkörper aus einem zweiten Metallmaterial aufweist, wobei eine Grenze zwischen dem ersten Metallkörper und dem zweiten Metallkörper ausgebildet ist, und
    • das zweite Metallmaterial einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Metallmaterials.
  • Klausel 2. Das Halbleiterbauteil nach Klausel 1, wobei der erste Metallkörper eine Vielzahl von ersten Metallschichten aufweist,
    der zweite Metallkörper eine Vielzahl von zweiten Metallschichten aufweist,
    das Metallteil eine Laminatstruktur aufweist, in der die ersten Metallschichten und die zweite Metallschicht in Dickenrichtung abwechselnd angeordnet sind.
  • Klausel 3. Halbleiterbauteil nach Klausel 2, wobei die ersten Metallschichten eine äußerste Schicht auf einer ersten Vorderseite und eine äußerste Schicht auf einer ersten Rückseite des Metallteils aufweisen.
  • Klausel 4. Das Halbleiterbauteil nach Klausel 2 oder 3, wobei eine Dicke jeder der ersten Metallschichten größer ist als eine Dicke jeder der zweiten Metallschichten.
  • Klausel 5. Das Halbleiterbauteil gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Metallteil eine Seitenfläche aufweist, die zwischen der ersten Vorderseite und der ersten Rückseite angeordnet und mit der ersten Vorderseite und der ersten Rückseite verbunden ist, wobei das Metallteil mit einem Riss ausgebildet ist, der sich von der Seitenfläche in das Metallteil erstreckt.
  • Klausel 6. Das Halbleiterbauteil nach Klausel 5, wobei der Riss durch partielles Ablösen einer der ersten Metallschichten und einer der zweiten Metallschichten, die aneinander angrenzen, gebildet ist.
  • Klausel 7. Das Halbleiterbauteil nach Klausel 5 oder 6, wobei der Riss mit dem Dichtungselement gefüllt ist.
  • Klausel 8. Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1 bis 7, wobei das erste Metallmaterial Kupfer enthält.
  • Klausel 9. Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1 bis 8, wobei das zweite Metallmaterial Molybdän enthält.
  • Klausel 10. Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1-9, wobei das Trägerelement ein Isoliersubstrat aufweist, und
    das Isoliersubstrat eine zweite Vorderseite und eine zweite Rückseite aufweist, die in der Dickenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die zweite Vorderseite dem Metallteil zugewandt ist.
  • Klausel 11. Das Halbleiterbauteil nach Klausel 10, wobei das Trägerelement ferner eine Verdrahtungsschicht aufweist,
    die Verdrahtungsschicht eine dritte Vorderseite und eine dritte Rückseite aufweist, die in Dickenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die dritte Rückseite an das Isoliersubstrat gebondet ist, und
    das Metallteil an die Verdrahtungsschicht gebondet ist, wobei die erste Rückseite der dritten Vorderseite zugewandt ist.
  • Klausel 12. Das Halbleiterbauteil nach Klausel 10 oder 11, wobei der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials näher an einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Isoliersubstrats liegt als der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Metallmaterials.
  • Klausel 13. Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 10-12, wobei das Isoliersubstrat aus einem keramischen Material hergestellt ist.
  • Klausel 14. Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 10-13, wobei die zweite Rückseite des Isoliersubstrat von dem Dichtungselement freigelegt ist.
  • Klausel 15. Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1-14, wobei die Bondschicht aus Lot besteht.
  • Klausel 16. Das Halbleiterbauteil gemäß einem der Klauseln 1-15, wobei das Halbleiterelement mit einem leitfähigen Bondmaterial an das Metallteil gebondet ist.
  • Klausel 17. Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1-16, wobei das Metallteil eine größere Dicke als die des Trägers aufweist.
  • Klausel 18. Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1-17, wobei die Dicke des Metallteils nicht weniger als 0, 5 mm und nicht mehr als 5 mm beträgt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008294390 A [0003]

Claims (18)

  1. Halbleiterbauteil aufweisend: ein Trägerelement; ein Metallteil mit einer ersten Vorderseite und einer ersten Rückseite, die in einer Dickenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die erste Rückseite dem Trägerelement zugewandt ist und an das Trägerelement gebondet ist, eine Bondschicht, die das Trägerelement und das Metallteil miteinander bondet, ein Halbleiterelement, das der ersten Vorderseite zugewandt und mit dem Metallteil verbunden ist; und ein Dichtungselement, das das Trägerelement, das Metallteil, die Bondschicht und das Halbleiterelement abdeckt, wobei das Metallteil einen ersten Metallkörper aus einem ersten Metallmaterial und einen zweiten Metallkörper aus einem zweiten Metallmaterial aufweist, wobei eine Grenze zwischen dem ersten Metallkörper und dem zweiten Metallkörper ausgebildet ist, und das zweite Metallmaterial einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist als ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Metallmaterials.
  2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, wobei der erste Metallkörper eine Vielzahl von ersten Metallschichten aufweist, der zweite Metallkörper eine Vielzahl von zweiten Metallschichten aufweist, das Metallteil eine Laminatstruktur aufweist, in der die ersten Metallschichten und die zweite Metallschicht in Dickenrichtung abwechselnd angeordnet sind.
  3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, wobei die ersten Metallschichten eine äußerste Schicht auf einer ersten Vorderseite und eine äußerste Schicht auf einer Rückseite des Metallteils aufweisen.
  4. Halbleiterbauteil nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Dicke jeder der ersten Metallschichten größer ist als eine Dicke jeder der zweiten Metallschichten.
  5. Halbleiterbauteil gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Metallteil eine Seitenfläche aufweist, die zwischen der ersten Vorderseite und der ersten Rückseite angeordnet und mit der ersten Vorderseite und der ersten Rückseite verbunden ist, wobei das Metallteil mit einem Riss ausgebildet ist, der sich von der Seitenfläche in das Metallteil erstreckt.
  6. Halbleiterbauteil nach Anspruch 5, wobei der Riss durch teilweises Ablösen einer der ersten Metallschichten und einer der zweiten Metallschichten, die aneinander angrenzen, gebildet ist.
  7. Halbleiterbauteil nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Riss mit dem Dichtungselement gefüllt ist.
  8. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Metallmaterial Kupfer enthält.
  9. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das zweite Metallmaterial Molybdän enthält.
  10. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1-9, wobei der Träger ein Isoliersubstrat aufweist, und das Isoliersubstrat eine zweite Vorderseite und eine zweite Rückseite aufweist, die in der Dickenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die zweite Vorderseite dem Metallteil zugewandt ist.
  11. Halbleiterbauteil nach Anspruch 10, wobei das Trägerelement ferner eine Verdrahtungsschicht aufweist, die Verdrahtungsschicht eine dritte Vorderseite und eine dritte Rückseite aufweist, die in der Dickenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die dritte Rückseite an das Isoliersubstrat gebondet ist, und das Metallteil an die Verdrahtungsschicht gebondet ist, wobei die erste Rückseite der dritten Vorderseite zugewandt ist.
  12. Halbleiterbauteil nach Anspruch 10 oder 11, wobei der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Metallmaterials näher an einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Isoliersubstrats liegt als der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Metallmaterials.
  13. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 10-12, wobei das Isoliersubstrat aus einem keramischen Material hergestellt ist.
  14. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 10-13, wobei die zweite Rückseite des Isoliersubstrats von dem Dichtungselement freigelegt ist.
  15. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1-14, wobei die Bondschicht Lot ist.
  16. Halbleiterbauteil gemäß einem der Ansprüche 1-15, wobei das Halbleiterelement mit einem leitfähigen Bondmaterial an das Metallteil gebondet ist.
  17. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1-16, wobei das Metallteil eine Dicke aufweist, die größer ist als die des Trägerelements.
  18. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1-17, wobei die Dicke des Metallteils nicht weniger als 0,5 mm und nicht mehr als 5 mm beträgt.
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