DE112020007570T5 - Halbleitervorrichtung, Leistungsumwandlungsvorrichtung und mobiler Körper - Google Patents

Halbleitervorrichtung, Leistungsumwandlungsvorrichtung und mobiler Körper Download PDF

Info

Publication number
DE112020007570T5
DE112020007570T5 DE112020007570.2T DE112020007570T DE112020007570T5 DE 112020007570 T5 DE112020007570 T5 DE 112020007570T5 DE 112020007570 T DE112020007570 T DE 112020007570T DE 112020007570 T5 DE112020007570 T5 DE 112020007570T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resin case
semiconductor device
resin
insulating substrate
electrode terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112020007570.2T
Other languages
English (en)
Inventor
Yoichi Hironaka
Tatsunori YANAGIMOTO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE112020007570T5 publication Critical patent/DE112020007570T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H01L23/18—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device
    • H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/049—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body the other leads being perpendicular to the base
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4803—Insulating or insulated parts, e.g. mountings, containers, diamond heatsinks
    • H01L21/4807—Ceramic parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4817—Conductive parts for containers, e.g. caps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/565—Moulds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/06—Containers; Seals characterised by the material of the container or its electrical properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/10—Containers; Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts, e.g. between cap and base of the container or between leads and walls of the container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3142—Sealing arrangements between parts, e.g. adhesion promotors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4846—Connecting portions with multiple bonds on the same bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Offenbarung wurde konzipiert, um solch ein Problem zu lösen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die eine Reduzierung der Kosten ermöglicht. Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Basisplatte; ein Isoliersubstrat, das über der Basisplatte angeordnet ist; einen Halbleiter-Chip, der über dem Isoliersubstrat angeordnet ist; ein erstes Harzgehäuse und ein zweites Harzgehäuse, die an der Basisplatte befestigt sind, um das Isoliersubstrat und den Halbleiter-Chip zu umschließen, und zusammengefügt sind; und ein Versiegelungsmaterial, um das Isoliersubstrat und den Halbleiter-Chip zu versiegeln, wobei das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse aus Harzmaterialien mit unterschiedlichen komparativen Tracking-Indizes gebildet sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, einen Leistungswandler, für den die Halbleitervorrichtung verwendet wird, und ein sich bewegendes bzw. fahrendes Fahrzeug, für das der Leistungswandler verwendet wird.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Mit dem jüngsten Fortschritt praktischer Implementierungen eines Halbleiters mit breiter Bandlücke wie etwa Siliziumcarbid (SiC) nimmt die Nachfrage nach einer höheren Wärmebeständigkeit einer Leistungs-Halbleitervorrichtung zu. Auf der anderen Seite erfordert eine in rauer Umgebung verwendete Leistungs-Halbleitervorrichtung für einen Teil, wo eine Isolierung auf einer Oberfläche der Leistungs-Halbleitervorrichtung sichergestellt wird, oft ein Material mit einem hohen komparativen Kriechstromindex bzw. komparativen Tracking-Index (CTI) basierend auf beispielweise einem in JIS C 60664-1 (IEC60664-1) geforderten Standard. Daher ist es wichtig, dass ein Harzmaterial, das für ein Einhausung verwendet wird, um die Leistungs-Halbleitervorrichtung zu bilden, sowohl eine hohe Wärmebeständigkeit als auch einen hohen komparativen Tracking-Index aufweist, während es mechanische Eigenschaften wie etwa mechanische Festigkeit aufweist, um das Innere der Leistungs-Halbleitervorrichtung zu schützen.
  • Ein Leistungs-Halbleiter, der aus einem gegossenen bzw. geformten Produkt aus Polyphenylensulfid-(PPS-)Harz mit hoher Wärmebeständigkeit, hoher mechanischer Festigkeit und einem ausgezeichneten Tracking-Widerstand bzw. einer ausgezeichneten Kriechstromfestigkeit gebildet wird, wurde vorgeschlagen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
  • DOKUMENTE NACH DEM STAND DER TECHNIK
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2019-147943
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Während es typischerweise notwendig ist, eine Glasübergangstemperatur (Tg) eines Harzmaterials zu erhöhen, um die Wärmebeständigkeit des Harzmaterials zu erhöhen, nimmt mit steigender Glasübergangstemperatur die Kriechstromfestigkeit ab. Das heißt, es gibt einen Zielkonflikt zwischen der Glasübergangstemperatur und der Kriechstromfestigkeit. Wenn beispielsweise die Anzahl an Vernetzungspunkten unter Ausnutzung von Vernetzungseinheiten eines aromatischen Systems erhöht wird, um die Glasübergangstemperatur zu erhöhen, nehmen aromatischen Ringe zu, was eine Karbonisierung erleichtert und die Kriechstromfestigkeit reduziert.
  • Die Zugabe von Magnesiumhydroxid, einem anderen Polymer und einem Additiv zum Harz, um die Rissbeständigkeit zu verbessern, wird ebenfalls in Betracht gezogen. Jedoch ist auch bekannt, dass ein hoher Gehalt an Magnesiumhydroxid erforderlich ist, um eine hohe Rissbeständigkeit zu erhalten, was an dem Nachteil leidet, dass beispielsweise die mechanische Festigkeit und andere Eigenschaften einer Harzzusammensetzung signifikant reduziert werden.
  • Aus diesen Gründen ist es technisch schwierig, ein Harzmaterial mit sowohl hoher Wärmebeständigkeit als auch einem hohen komparativen Tracking-Index ohne Beeinträchtigung ursprünglicher mechanischer Eigenschaften des Harzes zu entwickeln, und ist ein entsprechendes Material teuer und weist eine extrem begrenzte Auswahl auf. Die Auswahl des begrenzten Harzmaterials (eines für die Einhausung verwendeten Harzmaterials) basierend auf der Marktnachfrage trägt somit zu einer Erhöhung der Kosten einer Halbleitervorrichtung bei.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde konzipiert, um solch ein Problem zu lösen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die eine Reduzierung der Kosten ermöglicht.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
  • Um das oben erwähnte Problem zu lösen, umfasst eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung: eine Basisplatte; ein Isoliersubstrat, das über der Basisplatte angeordnet ist; einen Halbleiter-Chip, der über dem Isoliersubstrat angeordnet ist; ein erstes Harzgehäuse und ein zweites Harzgehäuse, die an der Basisplatte befestigt sind, um das Isoliersubstrat und den Halbleiter-Chip zu umschließen, und zusammengefügt sind; und ein Versiegelungsmaterial, um das Isoliersubstrat und den Halbleiter-Chip zu versiegeln, wobei das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse aus Harzmaterialien mit unterschiedlichen komparativen Tracking-Indizes gebildet sind.
  • EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Halbleitervorrichtung das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse auf, die aus den Harzmaterialien mit unterschiedlichen komparativen Tracking-Indizes gebildet sind, so dass Kosten reduziert werden können.
  • Die Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlicher werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Prozesses zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 veranschaulicht.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 veranschaulicht.
    • 9 ist eine Darstellung, die eine Beispiel einer Konfiguration eines Leistungswandlers zeigt, für den die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsform 1 bis 5 verwendet werden.
    • 10 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines sich bewegenden Fahrzeugs veranschaulicht, für das der Leistungswandler gemäß der Ausführungsform 6 verwendet wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Ausführungsform 1>
  • <Konfiguration>
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Bespiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, ist ein Isoliersubstrat 3 über einer Basisplatte 1 angeordnet. Die Basisplatte 1 ist aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit wie etwa Kupfer (Cu), Aluminium (AI), einer Aluminium-Legierung, AlSiC und MgSiC gebildet.
  • Das Isoliersubstrat 3 umfasst ein Keramiksubstrat 4, eine Oberseiten-Elektrodenstruktur 5, die auf einer Oberseite (einer Oberfläche an einer oberen Seite der Veranschaulichung) des Keramiksubstrats 4 ausgebildet ist und eine Unterseiten-Elektrodenstruktur 6, die auf einer Unterseite (einer Oberfläche an einer unteren Seite der Veranschaulichung) des Keramiksubstrats 4 ausgebildet ist. Das Keramiksubstrat 4 ist aus Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und dergleichen gebildet. Die Oberseiten-Elektrodenstruktur 5 und die Unterseiten-Elektrodenstruktur 6 sind beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gebildet.
  • Die Basisplatte 1 und die Unterseiten-Elektrodenstruktur 6 des Isoliersubstrats 3 sind mittels eines Bonding-Materials 2 gebondet. Das Bonding-Material 2 besteht aus einem Lötmetall, einem Hartlötmaterial, gesintertem Silber, einem Flüssigphasen-Diffusionsmaterial und dergleichen.
  • Ein Halbleiter-Chip 8 und Elektrodenanschlüsse 10 und 11 sind über der Oberseiten-Elektrodenstruktur 5 des Isoliersubstrats 3 angeordnet. Der Halbleiter-Chip 8 ist über ein Bonding-Material 7 mit der Oberseiten-Elektrodenstruktur 5 elektrisch verbunden. Der Halbleiter-Chip 8 besteht aus einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einer Diode, einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einem rückwärts leitenden IGBT (RC-IGBT) und dergleichen. Das Bonding-Material 7 besteht aus einem Lötmetall, einem Hartlötmaterial, gesintertem Silber, einem Flüssigphasen-Diffusionsmaterial und dergleichen.
  • Die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 sind mit der Oberseiten-Elektrodenstruktur 5 elektrisch verbunden. Die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 sind beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gebildet.
  • Der Halbleiter-Chip 8 und die Oberseiten-Elektrodenstruktur 5 sind durch einen Metalldraht 9 elektrisch verbunden. Der Metalldraht 9 ist aus Aluminium, einer Aluminium-Legierung, Kupfer, einer Kupfer-Legierung und dergleichen gebildet.
  • Ein erstes Harzgehäuse 12 und ein zweites Harzgehäuse 13 sind an der Basisplatte 1 befestigt, um das Isoliersubstrat 3 und den Halbleiter-Chip 8 zu umschließen, und sind zusammengefügt. Insbesondere ist das zweite Harzgehäuse 13 an einem Ende der Basisplatte 1 angeordnet, um einen Teilbereich einer Seitenwand der Halbleitervorrichtung zu bilden. Das erste Harzgehäuse 12 ist so angeordnet, dass es zumindest eine seitliche Oberfläche und eine Oberseite bzw. obere Oberfläche des zweiten Harzgehäuses 13 bedeckt und das Innere der Halbleitervorrichtung insgesamt bedeckt. Die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 sind am ersten Harzgehäuse 12 befestigt, und Enden der Elektrodenanschlüsse 10 und 11 liegen vom ersten Harzgehäuse 12 nach außen hin frei.
  • Das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 sind aus unterschiedlichen Harzmaterialien geschaffen und sind aus Harzmaterialien wie etwa Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA), einem Flüssigkristallpolymer (LCP), Polyethersulfon (PES), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT) gebildet.
  • Das erste Harzgehäuse 12 weist einen höheren komparativen Tracking-Index als das zweite Harzgehäuse 13 auf. Der komparative Tracking-Index (CTI) von sowohl dem ersten Harzgehäuse 12 als auch dem zweiten Harzgehäuse 13 beträgt 100 oder mehr und erfüllt vorzugsweise eine Ungleichung 400 ≤ CTI < 600 und erfüllt bevorzugter eine Ungleichung 600 ≤ CTI.
  • Eine Glasübergangstemperatur (Tg) von sowohl dem ersten Harzgehäuse 12 als auch dem zweiten Harzgehäuse 13 beträgt 100°C oder mehr und erfüllt vorzugsweise eine Ungleichung 150 °C ≤ Tg und erfüllt bevorzugter eine Ungleichung 175 °C ≤ Tg.
  • Eine Kriechstrecke und Luftstrecke (engl.: creepage distance and clearance), die für eine Oberflächenisolierung der Halbleitervorrichtung erforderlich sind, werden nur vom ersten Harzgehäuse 12 erfüllt bzw. eingehalten. Das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 können mit einem Klebstoff verklebt werden, können in einer Schnappverbindung gebondet werden oder können mittels einer Zweifarben-Formung (engl.: finio-color molding) gebildet werden.
  • Ein Versiegelungsmaterial 14 versiegelt den Halbleiter-Chip 8, das Isoliersubstrat 3 und den Metalldraht 9 im Innern der Halbleitervorrichtung, das von dem ersten Harzgehäuse 12, dem zweiten Harzgehäuse 13 und der Basisplatte 1 umgeben ist. Das Versiegelungsmaterial 14 besteht aus einem Isoliermaterial wie etwa einem Silikongel und Epoxidharz.
  • <Herstellungsverfahren>
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Prozesses zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
  • In Schritt S1 wird das Isoliersubstrat 3 mittels des Bonding-Materials 2 an die Basisplatte 1 gebondet. Der Halbleiter-Chip 8 wird mittels des Bonding-Materials 7 an das Isoliersubstrat 3 gebondet.
  • In Schritt S2 werden der Halbleiter-Chip 8 und die Oberseiten-Elektrodenstruktur 5 des Isoliersubstrats 3 durch den Metalldraht 9 drahtgebondet.
  • In Schritt S3 wird das zweite Harzgehäuse 13 am Ende der Basisplatte 1 befestigt.
  • In Schritt S4 werden die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 an die Oberseiten-Elektrodenstruktur 5 des Isoliersubstrats 3 gebondet.
  • In Schritt S5 wird das erste Harzgehäuse 12 am zweiten Harzgehäuse 13 angebracht.
  • In Schritt S6 wird das Innere der Halbleitervorrichtung, das von dem ersten Harzgehäuse 12, dem zweiten Harzgehäuse 13 und der Basisplatte 1 umgeben ist, mit dem Versiegelungsmaterial 14 gefüllt, um den Halbleiter-Chip 8, das Isoliersubstrat 3 und den Metalldraht 9 zu versiegeln.
  • <Effekte>
  • Eine in rauer Umgebung beispielsweise für die Fotovoltaik-Erzeugung, die Windenergieerzeugung und Eisenbahnanwendungen verwendete Halbleitervorrichtung muss an einem Teil, wo eine Isolierung auf einer Oberfläche der Halbleitervorrichtung sichergestellt werden muss, einer einzuhaltenden minimalen Kriechstrecke und minimalen Luftstrecke genügen, die durch die komparativen Tracking-Indizes von Materialien, eine zu verwendende Spannungs-RMS und einen Grad an Verunreinigung in einer Nutzungsumgebung basierend beispielsweise auf einem in JIS C 60664-1 (IEC60664-1) erforderlichen Standard bestimmt werden.
  • In der Ausführungsform 1 wird teures Harzmaterial mit sowohl einem hohen komparativen Tracking-Index als auch hoher Wärmebeständigkeit für nur einen minimalen notwendigen Teil (das erste Harzgehäuse 12) verwendet, um die Kriechstrecke und die Luftstrecke sicherzustellen, so dass kostengünstiges Harzmaterial für das zweite Harzgehäuse 13 ausgewählt werden kann, da das Material ungeachtet eines numerischen Werts des komparativen Tracking-Index ausgewählt werden kann. Die Kosten der Materialien für die Halbleitervorrichtung können dadurch reduziert werden.
  • Eine Konfiguration, bei der das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 in einer Schnappverbindung bzw. durch Einrasten verbunden sind, eliminiert die Notwendigkeit, das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 mit einem Klebstoff und dergleichen zu verkleben. Dies verbessert den Durchsatz bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung und der Gehäuse.
  • Die Ausbildung des ersten Harzgehäuses 12 und des zweiten Harzgehäuses 13 mittels Zweifarben-Formung eliminiert die Notwendigkeit eines Prozesses zum Zusammenbauen des ersten Harzgehäuses 12 und des zweiten Harzgehäuses 13. Dies kann den Durchsatz bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung und der Gehäuse verbessern und führt zu einer weiteren Reduzierung der Kosten von Materialien.
  • Das Material für das zweite Harzgehäuse 13 kann ungeachtet des numerischen Werts des komparativen Tracking-Index ausgewählt werden, so dass ein Material, das Funktionen wie etwa Wärmebeständigkeit, Haftung an einem anderen Material und mechanische Festigkeit weiter verbessern kann, ausgewählt werden kann. Dies kann die Flexibilität beim Gehäusedesign und die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung weiter erhöhen.
  • Eine Änderung allein einer Struktur des ersten Harzgehäuses 12, während dasselbe Bauteil wie das zweite Harzgehäuse 13 verwendet wird, ermöglicht eine flexible Reaktion selbst in einem Fall, in dem eine geforderte isolierende Durchbruchspannung variiert. Wie in 3 veranschaulicht ist, kann beispielsweise die Kriechstrecke vergrößert werden, indem in einer seitlichen Oberfläche des ersten Harzgehäuses 12 Unregelmäßigkeiten ausgebildet werden. Wie oben beschrieben wurde, ermöglichen eine Reduzierung und Standardisierung der Mannstunden bzw. Arbeitszeit beim Design der Halbleitervorrichtung eine Reduzierung der Kosten der Halbleitervorrichtung.
  • Formen des ersten Harzgehäuses 12 und des zweiten Harzgehäuses 13 sind nicht auf jene beschränkt, die in 1 und 3 veranschaulicht sind. Das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 können beispielsweise so geformt sein, dass das erste Harzgehäuse 12 das zweite Harzgehäuse 13 bedeckt, wie in 1 und 2 veranschaulicht ist, können so geformt sein, dass das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 als separate obere und untere Teile wie in 4 veranschaulicht zusammengefügt sind, oder können andere Formen aufweisen.
  • <Ausführungsform 2>
  • <Konfiguration>
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht. Wie in 5 veranschaulicht ist, ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 mittels einer Aussparungs- und Vorsprungsstruktur zusammengefügt sind. Die übrige Konfiguration ist der Konfiguration der Halbleitervorrichtung ähnlich, die in der Ausführungsform 1 beschrieben wurde, so dass deren detaillierte Beschreibung hierin weggelassen wird.
  • Das erste Harzgehäuse 12 weist eine Aussparung auf, das zweite Harzgehäuse 13 weist einen Vorsprung auf, und das erste Harzgehäuse 12 ist am zweiten Harzgehäuse 13 so angebracht, dass es das zweite Harzgehäuse 13 bedeckt. Eine Konfiguration, bei der das erste Harzgehäuse 12 einen Vorsprung aufweist und das zweite Harzgehäuse 13 eine Aussparung aufweist, kann verwendet werden.
  • Das Versiegelungsmaterial 14 wird bis zu einer Höhe eines Teilbereichs eingefüllt, wo das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 zusammengefügt sind, und füllt einen Teilbereich eines Spalts zwischen der Aussparung und dem Vorsprung, die zusammengefügt sind. Damit werden das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 mit dem Versiegelungsmaterial 14 miteinander verklebt. Das Versiegelungsmaterial 14 kann den gesamten Spalt zwischen der Aussparung und dem Vorsprung füllen.
  • <Effekte>
  • Typischerweise ist es notwendig, Harzgehäuse mit einem Klebstoff miteinander zu verkleben, um die Harzgehäuse miteinander zu verbinden. Gemäß der Ausführungsform 2 können jedoch das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 ohne Hinzufügen eines neuen Prozesses (eines Klebeprozesses mit einem Klebstoff) miteinander verklebt werden, um eine Reduzierung der für eine Verklebung erforderlichen Bearbeitung und Materialkosten zu ermöglichen.
  • <Ausführungsform 3>
  • <Konfiguration>
  • 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht. Wie in 6 veranschaulicht ist, ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Harzgehäuse ein erstes Harzgehäuse 15 (einen vorbestimmten ersten Teil, der Positionen einschließt, wo die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 befestigt sind), das einem Teil um die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 herum entspricht, und ein erstes Harzgehäuse 16 (einen zweiten Teil), der dem anderen Teil entspricht, umfasst und das erste Harzgehäuse 15 und das erste Harzgehäuse 16 aus unterschiedlichen Harzmaterialien gebildet sind. Die übrige Konfiguration ist ähnlich jener in der Ausführungsform 1, so dass deren detaillierte Beschreibung hierin weggelassen wird.
  • Im ersten Harzgehäuse 12 weist das erste Harzgehäuse 15 eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) als das erste Harzgehäuse 16 auf. Die Kriechstrecke und die Luftstrecke, die für eine Oberflächenisolierung der Halbleitervorrichtung erforderlich sind, werden allein vom ersten Harzgehäuse 16 erfüllt bzw. eingehalten.
  • Das erste Harzgehäuse 15 und das erste Harzgehäuse 16 können mittels Zweifarben-Formung mit unterschiedlichen Harzmaterialien gebildet werden. Das erste Harzgehäuse 16 und das zweite Harzgehäuse 13 können mittels Zweifarben-Formung mit unterschiedlichen Harzmaterialien gebildet werden. Eine oder beide dieser zwei Arten einer Zweifarben-Ausbildung können durchgeführt werden.
  • Während oben ein Fall, in dem das erste Harzgehäuse das erste Harzgehäuse 15 und das erste Harzgehäuse 16 umfasst, beschrieben wurde, ist die Konfiguration nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Eine Konfiguration, bei der das zweite Harzgehäuse 13 einen Teil um die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 herum und den anderen Teil (einen zweiten Teil) umfasst, kann verwendet werden.
  • <Effekte>
  • Die Verwendung von Harz mit hoher Wärmebeständigkeit für allein den Teil um die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 herum, der eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen muss, kann die Kosten der Materialien für die Halbleitervorrichtung weiter reduzieren. Die Verwendung einer Zweifarben-Ausbildung kann den Durchsatz bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung und der Gehäuse verbessern.
  • Die Auswahl eines Harzmaterials mit hoher Robustheit und hoher Festigkeit für den Teil um die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 herum kann die Widerstandsfähigkeit gegen ein Biegen der Elektrodenanschlüsse 10 und 11 und eine Belastung verbessern, die verursacht werden, wenn eine Strom- bzw. Sammelschiene an den Elektrodenanschlüssen 10 und 11 befestigt wird, um die Gefahr eines Bruches der Gehäuse zu reduzieren. Der Durchsatz bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung und der Gehäuse kann ebenfalls verbessert werden.
  • <Ausführungsform 4>
  • <Konfiguration>
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 veranschaulicht. Wie in 7 veranschaulicht ist, ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 mittels Spritzguss bzw. Insert-Molding am zweiten Harzgehäuse 13 befestigt werden. Die übrige Konfiguration ist ähnlich jener in der Ausführungsform 1, so dass deren detaillierte Beschreibung hierin weggelassen wird.
  • Während die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 im Beispiel von 7 mittels Insert-Molding am zweiten Harzgehäuse 13 befestigt werden, ist die Konfiguration nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise können die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 mittels Insert-Molding am ersten Harzgehäuse 12 befestigt werden.
  • Der Halbleiter-Chip 8 ist aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke wie etwa SiC und GaN gebildet. Der Halbleiter-Chip 8 kann eine Kombination aus irgendeinem des IGBT, des MOSFET, der Diode und dergleichen sein.
  • Die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 können mittels Ultraschall-Bonding an die Oberseiten-Elektrodenstruktur 5 des Isoliersubstrats 3 gebondet (mittels Ultraschall geschweißt) werden.
  • <Effekte>
  • Durch Einbinden, mittels Insert-Molding, der Elektrodenanschlüsse 10 und 11 in das zweite Harzgehäuse 13 können die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 und das Isoliersubstrat 3 vorher befestigt werden. Positionsschwankungen können dadurch im Vergleich mit einem Fall, in dem die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 und das Isoliersubstrat 3 separat kombiniert werden, reduziert werden.
  • Es ist wichtig, die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 und das Isoliersubstrat 3 präzise auszurichten, wenn Ultraschall-Bonden (Ultraschallschweißen) als Verfahren zum Bonden der Elektrodenanschlüsse 10 und 11 und des Isoliersubstrats 3 verwendet wird, und ein Positionierungsprozess unter Verwendung einer Befestigungsspannvorrichtung ist erforderlich, wenn die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 und das Isoliersubstrat 3 separat kombiniert werden. Gemäß der Ausführungsform 4 können die Positionen der Elektrodenanschlüsse 10 und 11 während eines Prozesses zum Herstellen der Halbleitervorrichtung durch das zweite Harzgehäuse 13 sichergestellt werden und ist keine Positionierung unter Verwendung des Spannwerkzeugs erforderlich. Das Ultraschall-Bonden kann dadurch ohne zusätzliche Arbeitszeit im Prozess zum Herstellen der Halbleitervorrichtung genutzt werden.
  • Während vorwiegend ein Bonden mit Lötmetall als das Verfahren zum Bonden der Elektrodenanschlüsse und des Isoliersubstrats verwendet wurde, weist das Ultraschall-Bonden im Vergleich mit einem Bonden mit Lötmetall viele Vorteile wie in (A) bis (D) unten gezeigt auf.
    • (A) Es wird kein Material mit niedrigem Schmelzpunkt wie etwa ein Lötmetall verwendet, so dass Teilbereiche, wo die Elektrodenanschlüsse und das Isoliersubstrat gebondet werden, eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen.
    • (B) Ultraschall-Bonden ist ein Festphasen-Diffusionsbonden von Metallen, so dass die Verbundfestigkeit hoch ist und die Zuverlässigkeit und Qualität der Bonding-Teilbereiche verbessert werden können.
    • (C) Mit einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der Bonding-Teilbereiche kann die zum Bonden erforderliche Fläche reduziert werden. Dies verbessert die Flexibilität beim Design der Halbleitervorrichtung.
    • (D) Beim Bonden mit Lötmetall ist ein Reinigungsprozess nach dem Bonden erforderlich, um Flussmittelreste zu entfernen. Auf der anderen Seite ist beim Ultraschall-Bonden ein Reinigen der Bonding-Teilbereiche nicht erforderlich und wird der Durchsatz bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung verbessert.
  • Die Verwendung eines Chips aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke, der viel Wärme abgibt, als der Halbleiter-Chip 8 ermöglicht einen Betrieb bei hohem Strom und hoher Temperatur der Halbleitervorrichtung, um zur Energieeinsparung der Halbleitervorrichtung beizutragen. Die Verwendung des ersten Harzgehäuses 12 und des zweiten Harzgehäuses 13 mit einer hohen Wärmebeständigkeit, die eine Ungleichung Tg ≥ 100 °C (bevorzugter 175 °C) erfüllen, und die Verwendung von Ultraschall-Bonden, um die Elektrodenanschlüsse 10 und 11 und das Isoliersubstrat 3 zu verbinden bzw. zu bonden, verbessern die Wärmebeständigkeit der Halbleitervorrichtung und ermöglichen einen Hochtemperaturbetrieb bei höherem Strom und eine Energieeinsparung der Halbleitervorrichtung.
  • <Ausführungsform 5>
  • <Konfiguration>
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 veranschaulicht. Wie in 8 veranschaulicht ist, ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Harzgehäuse 12 und das zweite Harzgehäuse 13 mit einem isolierenden Klebstoff befestigt sind. Die übrige Konfiguration ist jener in der Ausführungsform 1 ähnlich, so dass deren detaillierte Beschreibung hierin weggelassen wird.
  • <Effekte>
  • Selbst mit einer Struktur, bei der das zweite Harzgehäuse 13 den kürzesten Pfad der Kriechstrecke für eine Oberflächenisolierung der Halbleitervorrichtung im Design bilden kann, kann eine Isolierung sichergestellt werden, indem ein Isoliermaterial entlang dem Pfad eingefügt wird. Die Flexibilität beim Gehäusedesign kann dadurch weiter verbessert werden.
  • <Ausführungsform 6>
  • In einer Ausführungsform 6 werden die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5, die oben beschrieben wurden, für einen Leistungswandler verwendet. Obwohl eine Anwendung der Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 nicht auf einen bestimmten Leistungswandler beschränkt ist, wird im Folgenden ein Fall beschrieben, in dem die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 für einen Dreiphasen-Inverter verwendet werden.
  • 9 ist eine Blockdarstellung, die eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems zeigt, für das der Leistungswandler gemäß der Ausführungsform 6 verwendet wird.
  • Das in 9 gezeigte Leistungsumwandlungssystem umfasst eine Stromversorgung 100, einen Leistungswandler 200 und eine Last 300. Die Stromversorgung 100 ist eine DC-Stromversorgung und stellt dem Leistungswandler 200 DC-Leistung bereit. Die Stromversorgung 100 kann von verschiedenen Stromversorgungen gebildet werden und kann beispielsweise von einem DC-System, einer Solarzelle und einer Speicherbatterie gebildet werden oder kann von einer Gleichrichterschaltung oder einem AC/DC-Wandler gebildet werden, der mit einem AC-System verbunden ist. Die Stromversorgung 100 kann von einem DC/DC-Wandler gebildet werden, um vom DC-System abgegebene DC-Leistung in eine vorbestimmte Leistung umzuwandeln.
  • Der Leistungswandler 200 ist ein Dreiphasen-Inverter, der zwischen die Stromversorgung 100 und die Last 300 geschaltet ist, und wandelt die von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt der Last 300 die AC-Leistung bereit. Wie in 9 gezeigt ist, enthält der Leistungswandler 200 eine Hauptumwandlungsschaltung 201, um die DC-Leistung in die AC-Leistung zur Abgabe umzuwandeln, eine Ansteuerungsschaltung 203, um ein Ansteuerungssignal, um jedes von Schaltelementen der Hauptumwandlungsschaltung 201 anzusteuern, abzugeben, und eine Steuerungsschaltung 204, um an die Ansteuerungsschaltung 203 ein Steuerungssignal abzugeben, um die Ansteuerungsschaltung 203 zu steuern. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält eine Halbleitervorrichtung 202. Die Halbleitervorrichtung 202 entspricht den Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5.
  • Die Last 300 ist ein Dreiphasen-Motor, der durch die vom Leistungswandler 200 bereitgestellte AC-Leistung angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht auf diese für eine bestimmte Anwendung beschränkt, ist ein an verschiedenen Arten eines elektrischen Geräts montierter Motor und wird beispielsweise als Motor für Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Lifteinrichtungen oder eine Klimaanlage verwendet.
  • Im Folgenden wird der Leistungswandler 200 im Detail beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält die Schaltelemente und Freilaufdioden und wandelt die von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in die AC-Leistung um und stellt der Last 300 durch Umschalten der Schaltelemente die AC-Leistung bereit. Obwohl die Hauptumwandlungsschaltung 201 verschiedene spezifische Schaltungskonfigurationen aufweisen kann, handelt es sich bei der Hauptumwandlungsschaltung 201 gemäß der Ausführungsform 6 um eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus und kann sie sechs Schaltelemente und sechs Freilaufdioden enthalten, die mit den jeweiligen Schaltelementen antiparallel verbunden sind. Die Halbleitervorrichtung gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 5, die oben beschrieben wurden, wird für jedes der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 verwendet. Je zwei Schaltelemente unter den sechs Schaltelementen sind miteinander in Reihe geschaltet, um Paare oberer und unterer Arme zu bilden, und die Paare oberer und unterer Arme bilden jeweilige Phasen (eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Paare oberer und unterer Arme, das heißt drei Ausgangsanschlüsse, der Hauptumwandlungsschaltung 201 sind mit der Last 300 verbunden.
  • Die Ansteuerungsschaltung 203 erzeugt das Ansteuerungssignal, um jedes der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 anzusteuern, und stellt einer Steuerungselektrode von jedem der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 das Ansteuerungssignal bereit. Konkret werden an die Steuerungselektrode von jedem der Schaltelemente ein Ansteuerungssignal, um das Schaltelement in einen Ein-Zustand zu schalten, und ein Ansteuerungssignal, um das Schaltelement in einen Aus-Zustand zu schalten, entsprechend dem Steuerungssignal von der Steuerungsschaltung 204, die unten beschrieben wird, abgegeben. Das Ansteuerungssignal ist ein Spannungssignal (ein Ein-Signal), das gleich einer oder größer als eine Schwellenspannung des Schaltelements ist, wenn das Schaltelement im Ein-Zustand gehalten wird, und ist ein Spannungssignal (ein Aus-Signal), das gleich der oder geringer als die Schwellenspannung des Schaltelements ist, wenn das Schaltelement im Aus-Zustand gehalten wird.
  • Die Steuerungsschaltung 204 steuert die Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201, so dass der Last 300 eine gewünschte Leistung bereitgestellt wird. Konkret wird eine Zeit (Ein-Zeit), während der jedes der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 im Ein-Zustand sein soll, basierend auf der der Last 300 bereitzustellenden Leistung berechnet. Beispielsweise kann die Hauptumwandlungsschaltung 201 durch eine PWM-Steuerung gesteuert werden, um die Ein-Zeit von jedem der Schaltelemente gemäß einer abzugebenden Spannung zu modulieren. Ein Steuerungsbefehl (das Steuerungssignal) wird an die Ansteuerungsschaltung 203 abgegeben, so dass zu jedem Zeitpunkt das Ein-Signal an ein Schaltelement abgegeben wird, das im Ein-Zustand sein soll, und das Aus-Signal an ein Schaltelement abgegeben wird, das im Aus-Zustand sein soll. Die Ansteuerungsschaltung 203 gibt als das Ansteuerungssignal das Ein-Signal oder das Aus-Signal entsprechend dem Steuerungssignal an die Steuerungselektrode jedes der Schaltelemente ab.
  • Im Leistungswandler gemäß der Ausführungsform 6 werden die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 als die Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 verwendet, um eine Reduzierung der Kosten und Energieeinsparung des Leistungswandlers zu ermöglichen.
  • Während ein Beispiel, in dem die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 für den Dreiphasen-Inverter mit zwei Niveaus verwendet werden, in der Ausführungsform 6 beschrieben wurde, ist die Anwendung der Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 nicht auf diese Anwendung beschränkt und können die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 für verschiedene Leistungswandler verwendet werden. Während als ein Beispiel in der Ausführungsform 6 ein Leistungswandler mit zwei Niveaus beschrieben wurde, kann der Leistungswandler ein Leistungswandler mit drei Niveaus oder mehr Niveaus sein und können die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 für einen einphasigen Inverter verwendet werden, wenn einer einphasigen Last Leistung bereitgestellt wird. Die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 sind für einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler, wenn einer DC-Last Leistung bereitgestellt wird, oder dergleichen verwendbar.
  • Der Leistungswandler, für den die Halbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 5 verwendet werden, ist nicht auf jenen im oben beschriebenen Fall beschränkt, in dem es sich bei der Last um den Motor handelt, und kann beispielsweise als Stromversorgungsvorrichtung einer Elektroerodiermaschine, einer Lasermaschine, einer Induktionskocheinrichtung oder eines berührungslosen Stromversorgungssystems verwendet werden und kann ferner als Leistungskonditionierer eines Systems zur Fotovoltaik-Erzeugung, eines Speichersystems und dergleichen verwendet werden.
  • <Ausführungsform 7>
  • 10 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines sich bewegenden bzw. fahrenden Fahrzeugs veranschaulicht, für das der Leistungswandler gemäß der Ausführungsform 6 verwendet wird. Wie in 10 veranschaulicht ist, ist der in der Ausführungsform 6 beschriebene Leistungswandler 200 am sich bewegenden Fahrzeug 400 montiert.
  • Gemäß der Ausführungsform 7 können eine Kostenreduzierung und Energieeinsparung des sich bewegenden Fahrzeugs erzielt werden.
  • Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung können Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden und können wie jeweils geeignet modifiziert oder weggelassen werden.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung im Detail beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich, dass zahlreiche, nicht veranschaulichte Modifikationen konzipiert werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Basisplatte,
    2
    Bonding-Material,
    3
    Isoliersubstrat,
    4
    Keramiksubstrat,
    5
    OberseitenElektrodenstruktur,
    6
    Unterseiten-Elektrodenstruktur,
    7
    Bonding-Material,
    8
    Halbleiter-Chip,
    9
    Metalldraht,
    10
    Elektrodenanschluss,
    11
    Elektrodenanschluss,
    12
    erstes Harzgehäuse,
    13
    zweites Harzgehäuse,
    14
    Versiegelungsmaterial,
    15
    erstes Harzgehäuse,
    16
    erstes Harzgehäuse
    17
    isolierender Klebstoff,
    100
    Stromversorgung,
    200
    Leistungswandler,
    201,
    Hauptumwandlungsschaltung,
    202
    Halbleitervorrichtung,
    203
    Ansteuerungsschaltung,
    204
    Steuerungsschaltung,
    300
    Last,
    400
    sich bewegendes Fahrzeug.
  • 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 2019147943 [0004]

Claims (14)

  1. Halbleitervorrichtung, aufweisend: eine Basisplatte; ein Isoliersubstrat, das über der Basisplatte angeordnet ist; einen Halbleiter-Chip, der über dem Isoliersubstrat angeordnet ist; ein erstes Harzgehäuse und ein zweites Harzgehäuse, die an der Basisplatte befestigt sind, um das Isoliersubstrat und den Halbleiter-Chip zu umschließen, und zusammengefügt sind; und ein Versiegelungsmaterial, um das Isoliersubstrat und den Halbleiter-Chip zu versiegeln, wobei das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse aus Harzmaterialien mit unterschiedlichen komparativen Tracking-Indizes gebildet sind.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse mittels einer Aussparungs- und Vorsprungsstruktur zusammengefügt sind und das Versiegelungsmaterial zumindest einen Teilbereich der Aussparungs- und Vorsprungsstruktur füllt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Elektrodenanschluss, der über dem Isoliersubstrat angeordnet ist, wobei der Elektrodenanschluss an einem des ersten Harzgehäuses und des zweiten Harzgehäuses befestigt ist und eine Kriechstrecke und Luftstrecke, die für eine Oberflächenisolierung des ersten Harzgehäuses und/oder des zweiten Harzgehäuses erforderlich sind, nur von dem einen des ersten Harzgehäuses und des zweiten Harzgehäuses, an dem der Elektrodenanschluss befestigt ist, erfüllt werden.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei das eine des ersten Harzgehäuses und des zweiten Harzgehäuses, an dem der Elektrodenanschluss befestigt ist, einen vorbestimmten ersten Teil, der eine Position aufweist, wo der Elektrodenanschluss befestigt ist, und einen vom ersten Teil verschiedenen zweiten Teil aufweist und der erste Teil und der zweite Teil aus unterschiedlichen Harzmaterialien gebildet sind.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Elektrodenanschluss an dem einen des ersten Harzgehäuses und des zweiten Harzgehäuses mittels Insert-Molding befestigt ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Isoliersubstrat und der Elektrodenanschluss mittels Ultraschall gebondet sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse mit einem isolierenden Klebstoff befestigt sind.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse aus Harzmaterialien mit einer Glasübergangstemperatur von 100°C oder mehr gebildet sind.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, ferner aufweisend einen Elektrodenanschluss, der über dem Isoliersubstrat angeordnet ist, wobei das Isoliersubstrat und der Elektrodenanschluss mittels Ultraschall gebondet sind.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse in einer Schnappverbindung zusammengefügt sind.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Harzgehäuse und das zweite Harzgehäuse mittels Zweifarben-Formung gebildet sind.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Halbleiter-Chip aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke gebildet ist.
  13. Leistungswandler, aufweisend: eine Hauptumwandlungsschaltung, um eingespeiste Leistung zur Abgabe umzuwandeln, wobei die Hauptumwandlungsschaltung die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 enthält; eine Ansteuerungsschaltung, um an die Halbleitervorrichtung ein Ansteuerungssignal abzugeben, um die Halbleitervorrichtung anzusteuern; und eine Steuerungsschaltung, um an die Ansteuerungsschaltung ein Steuerungssignal abzugeben, um die Ansteuerungsschaltung zu steuern.
  14. Fahrendes Fahrzeug, aufweisend den Leistungswandler nach Anspruch 13.
DE112020007570.2T 2020-09-02 2020-09-02 Halbleitervorrichtung, Leistungsumwandlungsvorrichtung und mobiler Körper Pending DE112020007570T5 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/033217 WO2022049660A1 (ja) 2020-09-02 2020-09-02 半導体装置、電力変換装置、および移動体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112020007570T5 true DE112020007570T5 (de) 2023-06-15

Family

ID=80490734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112020007570.2T Pending DE112020007570T5 (de) 2020-09-02 2020-09-02 Halbleitervorrichtung, Leistungsumwandlungsvorrichtung und mobiler Körper

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230268239A1 (de)
JP (1) JP7403671B2 (de)
CN (1) CN115885386A (de)
DE (1) DE112020007570T5 (de)
WO (1) WO2022049660A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117766470B (zh) * 2024-02-20 2024-05-14 北京怀柔实验室 半导体器件的封装结构和封装方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019147943A (ja) 2018-02-27 2019-09-05 東レ株式会社 ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物および成形品

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001177053A (ja) * 1999-12-16 2001-06-29 Toshiba Corp 半導体装置
JP2003068979A (ja) 2001-08-28 2003-03-07 Hitachi Ltd 半導体装置
JP2005243713A (ja) 2004-02-24 2005-09-08 Toshiba Corp パワーモジュール及び実装基板
JP2012129344A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Koito Mfg Co Ltd 電子回路装置および電子回路装置の製造方法
JP6750416B2 (ja) * 2016-09-14 2020-09-02 富士電機株式会社 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法
JP6848802B2 (ja) * 2017-10-11 2021-03-24 三菱電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019147943A (ja) 2018-02-27 2019-09-05 東レ株式会社 ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物および成形品

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022049660A1 (ja) 2022-03-10
US20230268239A1 (en) 2023-08-24
JPWO2022049660A1 (de) 2022-03-10
CN115885386A (zh) 2023-03-31
JP7403671B2 (ja) 2023-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015219852A1 (de) Leistungsmodul mit zweiseitiger Kühlung und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102020126810A1 (de) Halbleitermodul und Leistungsumwandlungseinrichtung
DE102019202038B4 (de) Halbleitergerät, Verfahren für dessen Herstellung und elektrische Leistungswandlervorrichtung
DE102018210721A1 (de) Semiconductor module, method for manufacturing the same and electric power conversion device
DE102019211221B4 (de) Leistungs-Halbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren und Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE112017007415T5 (de) Halbleiterbauelement, Verfahren zur Herstellung desselben und Leistungswandlervorrichtung
DE112020007745T5 (de) Halbleitergehäuse, halbleitervorrichtung und leistungswandlervorrichtung
DE112019007349T5 (de) Halbleiteranordnung, leistungswandler und verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung
DE112020006116T5 (de) Körper einer elektrischen schaltung, leistungsumsetzungsvorrichtung und herstellungsverfahren für körper einer elektrischen schaltung
DE102018211826A1 (de) Halbleitermodul, Verfahren zu dessen Herstellung und Leistungswandlervorrichtung
DE112018007723T5 (de) Leistungshalbleitermodul und leistungswandlervorrichtung
DE112020007570T5 (de) Halbleitervorrichtung, Leistungsumwandlungsvorrichtung und mobiler Körper
DE112018008233T5 (de) Halbleiteranordnung, verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung und leistungswandler
DE112018004816T5 (de) Leistungsmodul, verfahren zur herstellung desselben und leistungswandler
DE102019218322B4 (de) Halbleitervorrichtung und Leistungswandler
DE102008018841A1 (de) Verfahren zur Herstellung und Aufbau eines Leistungsmoduls
DE112017007960T5 (de) Halbleitermodul und Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE102019212727B4 (de) Halbleitervorrichtung und elektrische Leistungsumwandlungseinrichtung
DE102019218672A1 (de) Halbleitervorrichtung und Leistungsumwandlungseinrichtung
DE112019007175T5 (de) Leistungshalbleitermodul und leistungswandlergerät
DE112019006927T5 (de) Halbleitervorrichtung, herstellungsverfahren für eine halbleitervorrichtung sowie leistungswandler
DE112019002851T5 (de) Halbleiterbauelement und leistungswandlervorrichtung
DE112019007415T5 (de) Halbleitermodul und stromwandler
DE112019006795T5 (de) Halbleiterbauelement und leistungswandlervorrichtung
DE112020006549T5 (de) Leistungsmodul und leistungswandler

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R084 Declaration of willingness to licence