DE212020000458U1

DE212020000458U1 - Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE212020000458U1
Application number: DE212020000458.7U
Authority: DE
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: JP2022133480A; WO2020241239A1

Abstract

Halbleiterbauteil aufweisend:
ein Trägerelement;
ein Metallelement mit einer ersten Vorderseite und einer ersten Rückseite, die in einer Dickenrichtung voneinander getrennt sind, wobei die erste Rückseite dem Trägerelement zugewandt ist und an das Trägerelement gebondet ist;
eine Bondschicht, die das Trägerelement und das Metallelement miteinander bondet;
ein Halbleiterelement, das der ersten Vorderseite zugewandt ist und mit dem Metallelement verbunden ist; und
ein Dichtungselement, das das Trägerelement, das Metallelement, die Bondschicht und das Halbleiterelement abdeckt,
wobei das Metallelement ein poröser Körper ist, in dem eine Vielzahl von feinen Löchern ausgebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Halbleiterbauteil, das mit einem Halbleiterelement ausgestattet ist.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren sind Halbleiterbauteile, die mit einem Halbleiterelement wie einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ausgestattet sind, bekannt geworden. Die Patentschrift 1 offenbart ein Beispiel für ein Halbleiterbauteil, das mit einem Halbleiterelement ausgestattet ist. Das in der Patentschrift 1 beschriebene Halbleiterbauteil weist ein Halbleiterelement, ein Trägerelement, eine Wärmediffusionsplatte und ein Dichtungselement auf. Das Halbleiterelement ist mit Lot auf die Wärmediffusionsplatte gebondet. Das Trägerelement weist ein leitfähiges Muster, eine Metallplatte und ein Isolierharz auf. In dem Trägerelement ist das Isolierharz (z.B. Keramik) auf der Metallplatte (z.B. ein Metall wie Aluminium oder Kupfer oder eine Legierung davon) und das leitfähige Muster (z.B. ein Metall wie Aluminium oder Kupfer oder eine Legierung davon) auf dem Isolierharz ausgebildet. Die Wärmediffusionsplatte ist ein plattenförmiges Element, das z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Die Wärmediffusionsplatte ist mit Lot an das leitfähige Muster des Trägers gebondet. Das Dichtungselement deckt das Halbleiterelement, einen Abschnitt des Trägers, die Wärmediffusionsplatte und das Lot ab.
TECHNISCHE REFERENZ
PATENTLITERATUR
Patentschrift 1: JP-A-2008-294390
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme:
Wenn das Halbleiterbauteil mit Strom versorgt wird, wird vom Halbleiterelement Wärme erzeugt. Wenn nun die Temperatur des Halbleiterelements aufgrund der erzeugten Wärme ansteigt, verursacht ein Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen den Komponenten eine thermische Spannung, z. B. an dem Lot, das die Wärmediffusionsplatte und den Träger bondet. Die thermische Spannung kann zu einem kohäsiven Versagen des Lots führen, was zu einem Produktfehler, wie z. B. einem Bonding-Fehler oder einem Leitungsfehler, führt.
Die vorliegende Offenbarung wurde unter den vorgenannten Umständen entwickelt und zielt darauf ab, ein Halbleiterbauteil mit verbesserter Zuverlässigkeit bereitzustellen, indem die thermische Belastung verringert wird, wenn das Halbleiterelement Wärme erzeugt.
Mittel zur Lösung der Probleme:
Ein Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Trägerelement, ein Metallelement, eine Bondschicht, ein Halbleiterelement und ein Dichtungselement auf. Das Metallelement hat eine erste Vorderseite und eine erste Rückseite, die in einer Dickenrichtung voneinander getrennt sind. Die erste Rückseite ist dem Trägerelement zugewandt und an dieses gebondet. Die Bondschicht verbindet das Trägerelement und das Metallelement. Das Halbleiterelement ist der ersten Vorderseite zugewandt und an das Metallelement gebondet. Das Dichtelement deckt das Trägerelement, das Metallelement, die Bondschicht und das Halbleiterelement ab. Das Metallelement ist ein poröser Körper, in dem eine Vielzahl von feinen Löchern ausgebildet ist.
Vorteile der Erfindung:
Das Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die thermische Belastung verringern, wenn das Halbleiterelement Wärme erzeugt. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils verbessert.
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 zeigt ein Dichtungselement in der Draufsicht von 2 mit einer imaginären Linie (Zweipunkt-Kettenlinie).
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 Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 3;
9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 3;
10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 3;
11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI in 3;
12 ist eine vergrößerte Teilansicht, die einen Teil von 3 zeigt;
13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in 12;
14 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts, der ein Metallelement gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
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 Querschnittsansicht entlang der Linie XVII-XVII in 16;
18 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Metallelement gemäß einer Variante zeigt;
19 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Metallelement gemäß einer Variante zeigt;
20 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Metallelement gemäß einer Variante zeigt;
21 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Metallelement gemäß einer Variante zeigt;
22 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Metallelement gemäß einer Variante zeigt;
23 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Metallelement gemäß einer Variante zeigt; und
24 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Metallelement gemäß einer Abwandlung zeigt.

MODUS BZW. AUSFÜHRUNGSFORM ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines Halbleiterbauteils gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und redundante Beschreibungen werden weggelassen.
1 bis 14 zeigen ein Halbleiterbauteil A1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Halbleiterbauteil A1 weist eine Vielzahl von Halbleiterelementen 10, ein Trägerelement 2, eine Vielzahl von Metallelementen 30, eine Vielzahl von ersten Bondschichten 41, eine Vielzahl von zweiten Bondschichten 42, ein Paar von Eingangs-Terminals 51, ein Paar von 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 zeigt das Dichtungselement 7 in der Draufsicht von 2 mit einer imaginären Linie (Zweipunkt-Kettenlinie). 4 ist eine Ansicht von unten (Bodenansicht), die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 5 ist eine Seitenansicht (Ansicht von rechts), die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 6 ist eine Seitenansicht (Ansicht von der linken Seite), die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 7 ist eine Vorderansicht, die das Halbleiterbauteil A1 zeigt. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 3. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 3. 10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 3. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI in 3. 12 ist eine vergrößerte Teilansicht, die einen Teil von 3 zeigt. 13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in 12. 14 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts durch eines der Metallelemente 30.
Der Einfachheit halber werden drei Richtungen, die senkrecht zueinander stehen, als x-Richtung, y-Richtung bzw. 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. Eine Seite der x-Richtung wird als x1-Richtung bezeichnet, und die andere Seite der x-Richtung wird als x2-Richtung bezeichnet. In ähnlicher Weise wird eine Seite der y-Richtung als y1-Richtung und die andere Seite der y-Richtung als y2-Richtung bezeichnet, eine Seite der z-Richtung wird als z1-Richtung und die andere Seite der z-Richtung als z2-Richtung bezeichnet. In der vorliegenden Offenlegung kann die z1-Richtung als abwärts und die z2-Richtung als aufwärts bezeichnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die x-Richtung der in den Ansprüchen genannten „ersten Richtung“, und die y-Richtung entspricht der in den Ansprüchen genannten „zweiten Richtung“.
Das Halbleiterbauteil A1 ist ein Leistungswandler (Leistungsmodul), der z.B. in der Antriebsquelle eines Motors, den Wechselrichtern verschiedener elektronischer Produkte und den DC/DC-Wandlern verschiedener elektronischer Produkte verwendet wird. Das Halbleiterbauteil A1 kann einen Halbbrücken-Schaltkreis darstellen.
Jedes der Vielzahl von Halbleiterelementen 10 ist z.B. ein MOSFET. Jedes der Halbleiterelemente 10 ist aber nicht auf einen MOSFET beschränkt und kann ein Schaltelement sein, wie beispielsweise ein Feldeffekttransistor, der einen Metall-Isolator-Halbleiter-FET (MISFET) aufweist, oder ein Bipolartransistor, der einen IGBT aufweist. Alternativ kann jedes der Halbleiterelemente 10 ein IC-Chip wie ein LSI, eine Diode oder ein Kondensator anstelle eines Schaltelements sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Halbleiterelemente 10 n-Kanal-MOSFETs; sie können jedoch auch p-Kanal-MOSFETs sein. Jedes der Halbleiterelemente 10 ist mit einem Halbleitermaterial ausgebildet, das hauptsächlich Siliziumkarbid (SiC) enthält. Das Halbleitermaterial ist nicht auf SiC beschränkt, sondern kann auch Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN) oder Galliumoxid (Ga₂O₃) sein.
Die Halbleiterelemente 10 sind mit den ersten Bondschichten 41 an die jeweiligen Metallelemente 30 gebondet. Jedes der Halbleiterelemente 10 hat eine rechteckige Form, z.B. in z-Richtung gesehen (im Folgenden auch als „in Draufsicht“ bezeichnet).
Wie in 13 gezeigt, weist jedes der Halbleiterelemente 10 eine Vorderseite 101 und eine Rückseite 102 auf. Die Vorderseite 101 und die Rückseite 102 sind in z-Richtung voneinander getrennt. Die Vorderseite 101 ist in z2-Richtung und die Rückseite 102 ist in z1-Richtung ausgerichtet. Die Rückseite 102 steht in Kontakt mit der ersten Bondschicht 41 und ist einem der Vielzahl von Metallelementen 30 zugewandt.
Wie in den 12 und 13 gezeigt, hat jedes der Halbleiterelemente 10 eine erste Elektrode 11, eine zweite Elektrode 12, eine dritte Elektrode 13 und einen Isolierfilm 14.
In jedem Halbleiterelement 10 ist die erste Elektrode 11 auf der Vorderseite 101 in z-Richtung angeordnet. Die erste Elektrode 11 ist an der Vorderseite 101 des Halbleiterelements 10 exponiert. Die erste Elektrode 11 ist z.B. eine Source-Elektrode, durch die ein Source-Strom fließt. Wie in 12 gezeigt, kann die erste Elektrode 11 in vier Abschnitte unterteilt sein.
In jedem Halbleiterelement 10 ist die zweite Elektrode 12 in z-Richtung auf der Rückseite 102 angeordnet. Die zweite Elektrode 12 ist an der Rückseite 102 des Halbleiterelements 10 freiliegend. Die zweite Elektrode 12 ist z.B. eine Drain-Elektrode, durch die ein Drain-Strom fließt.
In jedem Halbleiterelement 10 ist die dritte Elektrode 13 in z-Richtung an der Vorderseite 101 angeordnet. Die dritte Elektrode 13 ist an der Vorderseite 101 des Halbleiterelements 10 exponiert. Die dritte Elektrode 13 ist z.B. eine Gate-Elektrode, an die eine Gate-Spannung (Steuerspannung) zur Ansteuerung des Halbleiterelements 10 angelegt wird. In der Draufsicht ist die dritte Elektrode 13 kleiner als einer der vier Abschnitte der ersten Elektrode 11.
In jedem Halbleiterelement 10 ist die Isolierschicht 14 in z-Richtung auf der Vorderseite 101 angeordnet. Die dritte Elektrode 13 ist an der Vorderseite 101 des Halbleiterelements 10 freigelegt. In der Draufsicht umgibt der Isolierfilm 14 die erste Elektrode 11 und die dritte Elektrode 13. Der Isolierfilm 14 isoliert die erste Elektrode 11 und die dritte Elektrode 13 gegeneinander. Der Isolierfilm 14 wird durch Stapeln einer Siliziumdioxid (SiO₂)-Schicht, einer Siliziumnitrid (SiN₄)-Schicht und einer Polybenzoxazol-Schicht in der angegebenen Reihenfolge gebildet, und die Polybenzoxazol-Schicht ist die Oberflächenschicht auf der Vorderseite 101 des Halbleiterelements 10. Der Isolierfilm 14 kann anstelle der Polybenzoxazolschicht eine Polyimidschicht aufweisen.
Die Vielzahl von Halbleiterelementen 10 weist eine Vielzahl von ersten Elementen 10A und eine Vielzahl von zweiten Elementen 10B auf. Wie oben beschrieben, stellt das Halbleiterbauteil A1 einen Halbbrücken-Schaltkreis dar. Die Vielzahl der ersten Elemente 10A bilden obere Armschaltungen in dem Schaltkreis. Die Vielzahl der zweiten Elemente 10B bilden untere Armschaltungen in dem Schaltkreis. Wie in 3 dargestellt, weist das Halbleiterbauteil A1 zwei (ein Paar von) ersten Elementen 10A und zwei (ein Paar von) zweiten Elementen 10B auf. Es wird bemerkt, dass die Anzahl der Halbleiterelemente 10 je nach der erforderlichen Leistung des Halbleiterbauteils A1 frei gewählt werden kann.
Das Trägerelement 2 trägt die Vielzahl von Halbleiterelementen 10 über die Vielzahl von Metallelementen 30. Das Trägerelement 2 weist ein Isoliersubstrat 21 und eine Vielzahl von Verdrahtungsschichten 22 auf.
Die Vielzahl der Verdrahtungsschichten 22 sind auf dem Isoliersubstrat 21 angeordnet. Das Isoliersubstrat 21 weist eine elektrische Isolierung auf. Das Isoliersubstrat 21 besteht beispielsweise aus einer Keramik, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Beispiele für eine solche Keramik schließen Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (SiN) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit ein. Das Isoliersubstrat 21 hat eine flache, plattenartige Form. Wie in 3 gezeigt, ist das Isoliersubstrat 21 in der Draufsicht rechteckig. Das Isoliersubstrat 21 hat eine Dicke (Abmessung in z-Richtung) von 0,2 mm bis einschließlich 1,0 mm (z.B. 0,5 mm).
Wie in den 8 bis 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 und die Rückseite 212 ist in z1-Richtung ausgerichtet. Die Rückseite 212 ist gegenüber dem Dichtungselement 7 freiliegend. Die Rückseite 212 kann mit einem Kühlkörper (nicht dargestellt) verbunden sein. Das Isoliersubstrat 21 ist nicht darauf beschränkt, die gezeigte Struktur zu besitzen. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Isoliersubstraten 21 individuell für die Vielzahl von Verdrahtungsschichten 22 vorgesehen sein.
Die Vielzahl der Verdrahtungsschichten 22 sind auf der Vorderseite 211 des Isoliersubstrats 21 ausgebildet. Die Vielzahl der Verdrahtungsschichten 22 sind voneinander getrennt. Jede der Verdrahtungsschichten 22 besteht aus einer z. B. silberhaltigen Legierung. Das Material der Verdrahtungsschichten 22 ist nicht auf eine silberhaltige Legierung beschränkt. Das Material der Verdrahtungsschichten 22 kann z. B. eine kupferhaltige Legierung sein, oder die kupferhaltige Legierung kann mit Silber beschichtet sein. Alternativ kann die Silberbeschichtung durch eine Metallbeschichtung ersetzt sein, die eine Aluminiumschicht, eine Nickelschicht und eine Silberschicht aufweist, die in der angegebenen Reihenfolge gestapelt sind. Die Vielzahl der Verdrahtungsschichten 22 sind in der Draufsicht innerhalb des Umfangs des Isoliersubstrats 21 angeordnet. Jede der Verdrahtungsschichten 22 ist in der Draufsicht rechteckig. Die Verdrahtungsschichten 22 sind mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Jede der Verdrahtungsschichten 22 hat eine Dicke (Abmessung in z-Richtung) von z.B. 5 µm bis 80 pm.
Wie in 3 gezeigt, weist die Vielzahl von Verdrahtungsschichten 22 ein Paar von ersten Verdrahtungsschichten 22A, ein Paar von zweiten Verdrahtungsschichten 22B und eine dritte Verdrahtungsschicht 22C auf. Das Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A, das Paar der zweiten Verdrahtungsschichten 22B und die dritte Verdrahtungsschicht 22C sind in der Draufsicht voneinander getrennt.
Das Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A ist entlang der x1-Richtung auf dem Isoliersubstrat 21 verschoben. Das Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A ist in der y-Richtung voneinander beabstandet.
Das Paar der zweiten Verdrahtungsschichten 22B ist entlang der x2-Richtung auf dem Isoliersubstrat 21 verschoben. Das Paar der zweiten Verdrahtungsschichten 22B ist in der y-Richtung voneinander getrennt. Das Paar der zweiten Verdrahtungsschichten 22B liegt in der x-Richtung neben dem Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A.
Die dritte Verdrahtungsschicht 22C ist entlang der x1-Richtung auf dem Isoliersubstrat 21 verschoben. Die dritte Verdrahtungsschicht 22C ist zwischen dem Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A angeordnet.
Jede der Vielzahl von Verdrahtungsschichten 22 (das Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A, das Paar der zweiten Verdrahtungsschichten 22B und die dritte Verdrahtungsschicht 22C) hat eine Vorderseite 221 und eine Rückseite 222. Die Vorderseite 221 und die Rückseite 222 sind in z-Richtung voneinander getrennt. Die Vorderseite 221 ist in z2-Richtung und die Rückseite 222 ist in z1-Richtung ausgerichtet. Die Rückseite 222 ist der Vorderseite 211 des Isoliersubstrats 21 zugewandt, wenn die Verdrahtungsschicht 22 mit dem Isoliersubstrat 21 gebondet ist. Die Vorderseite 221 entspricht der in den Ansprüchen genannten „zweiten Vorderseite“, und die Rückseite 222 entspricht der in den Ansprüchen genannten „zweiten Rückseite“.
Die Vielzahl der Metallelemente 30 sind jeweils einzeln auf den Verdrahtungsschichten 22 angeordnet. Die Metallelemente 30 sind mit den zweiten Bondschichten 42 an die jeweiligen Verdrahtungsschichten 22 gebondet. Die Vielzahl der Halbleiterelemente 10 sind mit den ersten Bondschichten 41 an die Vielzahl der Metallelemente 30 gebondet. Jedes der Metallelemente 30 hat eine Dicke (Abmessung in z-Richtung) von 0,5 mm bis einschließlich 5 mm (vorzugsweise 1, 0 mm bis einschließlich 3 mm) .
Wie in 3 gezeigt, weist die Vielzahl von Metallelementen 30 ein Paar von ersten Metallelementen 30A, ein Paar von zweiten Metallelementen 30B und ein drittes Metallelement 30C auf. Das Paar der ersten Metallelemente 30A, das Paar der zweiten Metallelemente 30B und das dritte Metallelement 30C sind in der Draufsicht voneinander getrennt.
Wie in den 3 und 10 gezeigt, ist das Paar der ersten Metallelemente 30A jeweils auf dem Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A angeordnet. Die ersten Elemente 10A sind mit den jeweiligen ersten Metallelementen 30A gebondet.
Wie in den 3, 8 und 9 gezeigt, ist das Paar der zweiten Metallelemente 30B jeweils auf dem Paar der zweiten Verdrahtungsschichten 22B angeordnet. Die zweiten Elemente 10B sind mit den jeweiligen zweiten Metallelementen 30B gebondet.
Wie in den 3, 9 und 10 gezeigt, ist das dritte Metallelement 30C auf der dritten Verdrahtungsschicht 22C angeordnet. Keines der Vielzahl von Halbleiterelementen 10 ist an das dritte Metallelement 30C gebondet. Da keines der Vielzahl von Halbleiterelementen 10 an das dritte Metallelement 30C gebondet ist, kann das Halbleiterbauteil A1 das dritte Metallelement 30C auch nicht aufweisen.
Wie in 8 bis 11 und 13 gezeigt, hat jedes der Vielzahl von Metallelementen 30 (das Paar von ersten Metallelementen 30A, das Paar von zweiten Metallelementen 30B und das dritte Metallelement 30C) eine Vorderseite 301, eine Rückseite 302, ein Paar von Seitenflächen 303 und ein Paar von Seitenflächen 304.
Die Vorderseite 301 und die Rückseite 302 sind in z-Richtung voneinander beabstandet. Die Vorderseite 301 weist in die z2-Richtung, und die Rückseite 302 weist in die z1-Richtung. Die Vorderseite 301 ist der Vorderseite 101 des Halbleiterelements 10 zugewandt, wenn das Halbleiterelement an das Metallelement 30 gebondet ist. Die Rückseite 302 ist der Vorderseite 221 der Verdrahtungsschicht 22 zugewandt, wenn das Metallelement 30 an die Verdrahtungsschicht 22 gebondet ist. Die Vorderseite 301 entspricht der in den Ansprüchen genannten „ersten Vorderseite“, und die Rückseite 302 entspricht der in den Ansprüchen genannten „ersten Rückseite“.
Das Paar von Seitenflächen 303 ist in z-Richtung mit der Vorderseite 301 und der Rückseite 302 verbunden und zwischen diesen angeordnet. Das Paar der Seitenflachen 303 ist in x-Richtung voneinander getrennt und weist in entgegengesetzte Richtungen. Das Paar der beiden Seitenflächen 304 ist mit der Vorderseite 301 und der Rückseite 302 verbunden und liegt in z-Richtung dazwischen. Das Paar der Seitenflächen 304 ist in y-Richtung voneinander getrennt und weist in entgegengesetzte Richtungen. Die Seitenflächen 303 entsprechen den in den Ansprüchen genannten „ersten Seitenflächen“, und die Seitenflächen 304 entsprechen den in den Ansprüchen genannten „zweiten Seitenflächen“.
Wie in 14 gezeigt, ist jedes der Vielzahl von Metallelementen 30 (das Paar von ersten Metallelementen 30A, das Paar von zweiten Metallelementen 30B und das dritte Metallelement 30C) ein poröser Körper mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten feinen Löchern 31. Die Belegungsrate der Vielzahl feiner Löcher 31 in jedem der Metallelemente 30 beträgt beispielsweise 10 % bis einschließlich 70 %. Jedes der Metallelemente 30 ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt.
Wie in den 13 und 14 gezeigt, ist die Vielzahl der feinen Löcher 31 unregelmäßig angeordnet. Die Vielzahl der feinen Löcher 31 weist feine Löcher auf, die auf der Vorderseite 301, auf der Rückseite 302, auf den Seitenflächen 303 und auf den Seitenflächen 304 auftreten. Die feinen Löcher 31, die mit dem Abschnitt der Vorderseite 301 verbunden sind, der in Kontakt mit dem Dichtungselement 7 steht, und die feinen Löcher 31, die mit der Rückseite 302 und den Seitenflächen 303 und 304 verbunden sind, sind mit dem Dichtungselement 7 gefüllt. 14 zeigt beispielsweise, dass die feinen Löcher 31 auf der Vorderseite 301 mit dem Dichtungselement 7 ausgefüllt sind. Einige der Vielzahl von feinen Löchern 31 sind im Inneren der Metallelemente 30 ausgebildet. Die feinen Löcher 31 in den Metallelementen 30 sind Poren, die mit Gas (z.B. Luft) gefüllt sind.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht jedes der feinen Löcher 31, die auf der Vorderseite 301 erscheinen, jedes der feinen Löcher 31, die auf den Seitenflächen 303 auftreten, und jedes der feinen Löcher 31, die auf den Seitenflächen 304 auftreten, jeweils dem „ersten feinen Loch“, dem „zweiten feinen Loch“ bzw. dem „dritten feinen Loch“, die in den Ansprüchen aufgeführt sind.
Die Vielzahl der ersten Bondschichten 41 ist zwischen den Halbleiterelementen 10 und den Metallelementen 30 angeordnet, um diese miteinander zu bonden. Jede der ersten Bondschichten 41 ist z.B. Lot. Das Lot kann Blei enthalten oder auch nicht. Jede der ersten Bondschichten 41 ist nicht auf Lot beschränkt und kann auch aus einem anderen leitfähigen Bondmaterial bestehen, wie z. B. Sintermetall. Jede der ersten Bondschichten 41 entspricht dem in den Ansprüchen genannten „leitfähigen Bondmaterial“.
Die Vielzahl der zweiten Bondschichten 42 ist zwischen den Metallelementen 30 und den Verdrahtungsschichten 22 angeordnet, um diese zu bonden. Jede der zweiten Bondschichten 42 ist z.B. Lot. Das Lot kann Blei enthalten oder auch nicht. Jede der zweiten Bondschichten 42 ist nicht auf Lot beschränkt und kann aus einem anderen leitfähigen Bondmaterial, wie z. B. Sintermetall, oder aus einem isolierenden Bondmaterial (Klebstoff) bestehen. Jede der zweiten Bondschichten 42 entspricht der in den Ansprüchen genannten „Bondschicht“.
Jedes des Paars von Eingangs-Terminals 51, des Paars von Ausgangs-Terminals 52, der Vielzahl von Steuer-Terminals 53 und der Vielzahl von Erfassungs-Terminals 54 ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Das Paar der Eingangs-Terminals 51, das Paar der Ausgangs-Terminals 52, die Vielzahl der Steuer-Terminals 53 und die Vielzahl der Erfassungs-Terminals 54 sind aus demselben Leadframe gefertigt.
Wie in den 1 bis 4 gezeigt, ist das Paar der Eingangs-Terminals 51 des Halbleiterbauteils A1 in x1-Richtung verschoben. Das Paar der Eingangs-Terminals 51 ist in y-Richtung voneinander getrennt. Das Paar der Eingangs-Terminals 51 ist mit einer externen Gleichspannungsversorgung verbunden. An eine der beiden Eingangs-Terminals 51 wird z. B. eine Gleichspannung angelegt, um eine Potentialdifferenz zwischen diesen zu erzeugen. Jede der beiden Eingangs-Terminals 51 ist teilweise mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt und wird dadurch von dem Dichtungselement 7 getragen.
Das Paar von Eingangs-Terminals 51 weist ein erstes Eingangs-Terminal 51A und ein zweites Eingangs-Terminal 51B auf. Das erste Eingangs-Terminal 51A ist eine positive Elektrode (P-Terminal), und das zweite Eingangs-Terminal 51B ist eine negative Elektrode (N-Terminal) . Jedes von dem ersten Eingangs-Terminal 51A und dem zweiten Eingangs-Terminal 51B (das Paar von Eingangs-Terminals 51) weist einen Pad-Abschnitt 511 und einen Terminal-Abschnitt 512 auf.
Der Pad-Abschnitt 511 ist in der Draufsicht außerhalb des Umfangs des Trägers 2 positioniert und ist in z-Richtung vom Trägerelement 2 beabstandet. Der Pad-Abschnitt 511 ist mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Oberfläche des Pad-Abschnitts 511 kann versilbert sein.
Der Terminal-Abschnitt 512 ist mit dem Pad-Abschnitt 511 verbunden und vom Dichtungselement 7 freigelegt. Der Terminal-Abschnitt 512 wird eingesetzt, wenn das Halbleiterbauteil A1 auf einer Verdrahtungsplatte montiert wird. Der Terminal-Abschnitt 512 hat, in y-Richtung gesehen, eine L-Form. Die Fläche des Terminal-Abschnitts 512 kann mit Nickel beschichtet sein.
Der Terminal-Abschnitt 512 weist einen Basisabschnitt 513 und einen aufrechten Abschnitt 514 auf. Der Basisabschnitt 513 ist mit dem Pad-Abschnitt 511 verbunden und erstreckt sich von dem Dichtungselement 7 (Seitenfläche 731, die unten beschrieben wird) in x-Richtung. Der aufrechte Abschnitt 514 erstreckt sich in der z2-Richtung von dem Ende des Basisabschnitts 513 in der x-Richtung.
Wie in 1 bis 4 gezeigt, ist das Paar von Ausgangs-Terminals 52 des Halbleiterbauteils A1 in der x2-Richtung verschoben. Wie in 1 bis 4 gezeigt, ist das Paar von Ausgangs-Terminals 52 in y-Richtung voneinander getrennt. Das Paar Ausgangs-Terminal 52 gibt Wechselstrom (Wechselspannung) aus, der von der Vielzahl der Halbleiterelemente 10 gewandelt wird. Jedes des Paares von Ausgangs-Terminals 52 ist teilweise mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt und wird dadurch von dem Dichtungselement 7 getragen. Jedes des Paares von Ausgangs-Terminals 52 weist einen Pad-Abschnitt 521 und einen Terminal-Abschnitt 522 auf.
Der Pad-Abschnitt 521 ist in der Draufsicht außerhalb des Umfangs des Trägers 2 positioniert und in z-Richtung vom Trägerelement 2 beabstandet. Der Pad-Abschnitt 521 ist mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Oberfläche des Pad-Abschnitts 521 kann mit Silber beschichtet sein.
Der Terminal-Abschnitt 522 ist mit dem Pad-Abschnitt 521 verbunden und ist von dem Dichtungselement 7 freigelegt. Der Terminal-Abschnitt 522 wird eingesetzt, wenn das Halbleiterbauteil A1 auf einer Verdrahtungsplatte montiert ist. Der Terminal-Abschnitt 522 hat, in y-Richtung gesehen, eine L-Form. Der Terminal-Abschnitt 522 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie der Terminal-Abschnitt 512 jedes Eingangs-Terminals 51. Die Fläche des Terminal-Abschnitts 522 kann mit Nickel beschichtet sein.
Der Terminal-Abschnitt 522 weist einen Basisabschnitt 523 und einen aufrechten Abschnitt 524 auf. Der Basisabschnitt 523 ist mit dem Pad-Abschnitt 521 verbunden und erstreckt sich von dem Dichtungselement 7 (Seitenfläche 732, die unten beschrieben wird) in x-Richtung. Der aufrechte Abschnitt 524 erstreckt sich in der z2-Richtung von dem Ende des Basisabschnitts 523 in der x-Richtung.
Wie in den 1 bis 4 gezeigt, ist die Vielzahl von Steuer-Terminals 53 auf beiden Seiten des Halbleiterbauteils A1 in x-Richtung angeordnet. Die Vielzahl von Steuer-Terminals 53 auf der Seite in x1-Richtung ist zwischen dem Paar von Eingangs-Terminals 51 in y-Richtung positioniert. Die Vielzahl von Steuer-Terminals 53 auf der Seite in x2-Richtung ist zwischen dem Paar von Ausgangs-Terminals 52 in y-Richtung positioniert. Die Anzahl der Steuer-Terminals 53 entspricht der Anzahl der Halbleiterelemente 10. Entsprechend weist das Halbleiterbauteil A1 vier Steuer-Terminals 53 auf. An den Steuer-Terminals 53 wird eine Steuerspannung (Gate-Spannung) zur Ansteuerung der Halbleiterelemente 10 angelegt. Jedes der Steuer-Terminals 53 ist teilweise mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt und wird dadurch von dem Dichtungselement 7 getragen. Jedes der Steuer-Terminals 53 weist einen Pad-Abschnitt 531 und einen Terminal-Abschnitt 532 auf.
Der Pad-Abschnitt 531 liegt in der Draufsicht außerhalb des Umfangs des Trägers 2 und ist in z-Richtung vom Trägerelement 2 beabstandet. Der Pad-Abschnitt 531 ist mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Fläche des Pad-Abschnitts 531 kann mit Silber beschichtet sein.
Der Terminal-Abschnitt 532 ist mit dem Pad-Abschnitt 531 verbunden und vom Dichtungselement 7 freigelegt. Der Terminal-Abschnitt 532 wird eingesetzt, wenn das Halbleiterbauteil A1 auf einer Verdrahtungsplatte montiert ist. Der Terminal-Abschnitt 532 hat, in y-Richtung gesehen, eine L-Form. Die Fläche des Terminal-Abschnitts 532 kann mit Nickel beschichtet sein.
Der Terminal-Abschnitt 532 weist einen Basisabschnitt 533 und einen aufrechten Abschnitt 534 auf. Der Basisabschnitt 533 ist mit dem Pad-Abschnitt 531 verbunden und erstreckt sich von dem Dichtungselement 7 (entweder der Seitenfläche 731 oder 732, die unten beschrieben wird) in x-Richtung. Die Abmessung des Basisabschnitts 533 in x-Richtung ist kleiner als die Abmessung des Basisabschnitts 513 jedes der beiden Eingangs-Terminal-Paare 51 in x-Richtung und ist kleiner als die Abmessung des Basisabschnitts 523 jedes der beiden Ausgangs-Terminal-Paare 52 in x-Richtung. Der aufrechte Abschnitt 534 erstreckt sich in der z2-Richtung von dem Ende des Basisabschnitts 533 in der x-Richtung.
Wie in den 1 bis 4 gezeigt, ist die Vielzahl der Erfassungs-Terminals 54 auf beiden Seiten des Halbleiterbauteils A1 in x-Richtung angeordnet. Die Vielzahl von Erfassungs-Terminals 54 auf der Seite in x1-Richtung ist zwischen dem Paar von Eingangs-Terminals 51 in y-Richtung positioniert. Die Vielzahl von Erfassungs-Terminals 54 auf der Seite in x2-Richtung ist zwischen dem Paar von Ausgangs-Terminals 52 in y-Richtung positioniert. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Anzahl der Erfassungs-Terminals 54 der Anzahl der Halbleiterelemente 10. Dementsprechend weist das Halbleiterbauteil A1 vier Erfassungs-Terminals 54 auf. An jedem Erfassungs-Terminal 54 wird eine Spannung angelegt, die dem Strom entspricht, der durch die erste Elektrode 11 (Source-Elektrode) jedes Halbleiterelements 10 fließt. Jeder der Erfassungs-Terminals 54 weist einen Pad-Abschnitt 541 und einen Terminal-Abschnitt 542 auf.
Der Pad-Abschnitt 541 befindet sich in Draufsicht außerhalb des Umfangs des Trägers 2 und ist in z-Richtung von dem Trägerelement 2 beabstandet. Der Pad-Abschnitt 541 ist mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Die Fläche des Pad-Abschnitts 541 kann mit Silber beschichtet sein.
Der Terminal-Abschnitt 542 ist mit dem Pad-Abschnitt 541 verbunden und ist vom Dichtungselement 7 freigelegt. Der Terminal-Abschnitt 542 wird eingesetzt, wenn das Halbleiterbauteil A1 auf einer Verdrahtungsplatte montiert ist. Der Terminal-Abschnitt 542 hat, in y-Richtung gesehen, eine L-Form. Die Fläche des Terminal-Abschnitts 542 kann mit Nickel beschichtet sein.
Der Terminal-Abschnitt 542 weist einen Basisabschnitt 543 und einen aufrechten Abschnitt 544 auf. Der Basisabschnitt 533 ist mit dem Pad-Abschnitt 531 verbunden und erstreckt sich von dem Dichtungselement 7 (entweder der Seitenfläche 731 oder 732, die unten beschrieben wird) in x-Richtung. Die Abmessung des Basisabschnitts 543 in der x-Richtung ist im Wesentlichen die gleiche wie die Abmessung des Basisabschnitts 533 jedes der Steuer-Terminals 53, ist kleiner als die Abmessung des Basisabschnitts 513 jedes des Paars von Eingangs-Terminals 51 in der x-Richtung und ist kleiner als die Abmessung des Basisabschnitts 523 jedes des Paars von Ausgangs-Terminals 52 in der x-Richtung. Der aufrechte Abschnitt 544 erstreckt sich in der z2-Richtung von dem Ende des Basisabschnitts 543 in der x-Richtung.
Jedes der Vielzahl von Verbindungselementen 6 verbindet elektrisch zwei voneinander beabstandete Elemente. Wie in 3 gezeigt, weist die Vielzahl von Verbindungselementen 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 leitfähiges Element 621 und ein zweites leitfähiges Element 622, ein drittes leitfähiges Element 623 und ein Paar von vierten leitfähigen Elementen 624 auf.
Die Vielzahl der ersten Drähte 611 sind mit den jeweiligen ersten Elektroden 11 des Paares der ersten Elemente 10A und mit den jeweiligen Vorderseiten 301 des Paares der zweiten Metallelemente 30B gebondet. Folglich sind die zweiten Metallelemente 30B (die zweiten Verdrahtungsschichten 22B) über die ersten Drähte 611 elektrisch mit den ersten Elektroden 11 der ersten Elemente 10A verbunden. Jeder der ersten Drähte 611 ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt.
Die Vielzahl der zweiten Drähte 612 sind mit den jeweiligen ersten Elektroden 11 des Paares von zweiten Elementen 10B und mit der Vorderseite 301 des dritten Metallelements 30C verbunden. Folglich ist das dritte Metallelement 30C (dritte Verdrahtungsschicht 22C) über die zweiten Drähte 612 elektrisch mit den ersten Elektroden 11 der zweiten Elemente 10B verbunden. Jeder der zweiten Drähte 612 ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt.
Die Vielzahl von dritten Drähten 613 ist mit den jeweiligen dritten Elektroden 13 der Vielzahl von Halbleiterelementen 10 und mit den jeweiligen Pad-Abschnitten 531 der Vielzahl von Steuer-Terminals 53 verbunden. Folglich sind die Steuer-Terminals 53 über die dritten Drähte 613 elektrisch mit den dritten Elektroden 13 der Halbleiterelemente 10 verbunden. Jeder der dritten Drähte 613 ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt.
Die Vielzahl von vierten Drähten 614 ist mit den jeweiligen ersten Elektroden 11 der Vielzahl von Halbleiterelementen 10 und mit den jeweiligen Pad-Abschnitten 541 der Vielzahl von Erfassungs-Terminals 54 verbunden. Somit sind die Erfassungs-Terminals 54 über die vierten Drähte 614 elektrisch mit den ersten Elektroden 11 der Halbleiterelemente 10 verbunden. Jeder der vierten Drähte 614 besteht z.B. aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall.
Wie in den 3 und 10 gezeigt, ist das erste leitfähige Element 621 mit beiden der Vorderseiten 301 der ersten Metallelemente 30A verbunden. Infolgedessen ist das Paar der ersten Metallelemente 30A (das Paar der ersten Verdrahtungsschichten 22A) elektrisch miteinander verbunden. Das erste leitfähige Element 621 erstreckt sich in y-Richtung und geht in der Draufsicht über die dritte Verdrahtungsschicht 22C. Wie in 3 dargestellt, kann das erste leitfähige Element 621 eine Vielzahl von Bonddrähten aufweisen. Jeder der Bonddrähte ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt.
Wie in 3 und 8 gezeigt, ist das zweite leitfähige Element 622 mit dem Pad-Abschnitt 511 des ersten Eingangs-Terminals 51A und der Vorderseite 301 eines der ersten Metallelemente 30A verbunden. Dadurch ist das erste Eingangs-Terminal 51A über das zweite leitfähige Element 622 elektrisch mit dem einen der ersten Metallelemente 30A (eine der ersten Verdrahtungsschichten 22A) verbunden. Dementsprechend ist das erste Eingangs-Terminal 51A über das zweite leitfähige Element 622 und das eine der ersten Metallelemente 30A (eine der ersten Verdrahtungsschichten 22A) elektrisch mit der zweiten Elektrode 12 eines der ersten Elemente 10A verbunden. Wie in 3 dargestellt, kann das zweite leitfähige Element 622 eine Vielzahl von Bonddrähten aufweisen. Jeder der Bonddrähte ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt.
Wie in 3 gezeigt, ist das dritte leitfähige Element 623 mit dem Pad-Abschnitt 511 des zweiten Eingangs-Terminals 51B und der Vorderseite 221 der dritten Verdrahtungsschicht 22C verbunden. Folglich ist das zweite Eingangs-Terminal 51B über das dritte leitfähige Element 623, das dritte Metallelement 30C (dritte Verdrahtungsschicht 22C) und die Vielzahl der zweiten Drähte 612 elektrisch mit der ersten Elektrode 11 jedes der zweiten Elemente 10B verbunden. Wie in 3 dargestellt, kann das dritte leitfähige Element 623 eine Vielzahl von Bonddrähten aufweisen. Jeder der Bonddrähte ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt.
Wie in den 3 und 8 gezeigt, ist das Paar von vierten leitfähigen Elementen 624 an die jeweiligen Pad-Abschnitte 521 des Paars von Ausgangs-Terminals 52 und an die jeweiligen Vorderseiten 301 des Paars von zweiten Metallelementen 30B gebondet. Folglich ist das Paar von Ausgangs-Terminals 52 elektrisch mit der zweiten Elektrode 12 jedes der zweiten Elemente 10B über das Paar von vierten leitfähigen Elementen 624 und das Paar von zweiten Metallelementen 30B (das Paar von zweiten Verdrahtungsschichten 22B) verbunden. Das Paar von Ausgangs-Terminals 52 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 11 jedes der ersten Elemente 10A über das Paar von vierten leitfähige Elementen 624, das Paar von zweiten Metallelementen 30B (das Paar von zweiten Verdrahtungsschichten 22B) und die Vielzahl von ersten Drähten 611 verbunden. Wie in 3 gezeigt, kann jedes des Paares von vierten leitfähigen Elementen 624 eine Vielzahl von Bonddrähten aufweisen. Jeder der Bonddrähte ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Metall, einem kupferhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall hergestellt.
Jedes des ersten leitfähigen Elements 621, des zweiten leitfähigen Elements 622, des dritten leitfähigen Elements 623 und des Paars von vierten leitfähigen Elementen 624 kann anstelle einer Vielzahl von Bonddrähten ein Metallleiter oder ein Bondband sein. Der Metallleiter oder das Bondband besteht z. B. aus einem kupferhaltigen Metall, einem aluminiumhaltigen Metall oder einem goldhaltigen Metall.
Das Dichtungselement 7 ist ein Halbleitergehäuse für das Halbleiterbauteil A1. Wie in den 1 bis 11 dargestellt, deckt das Dichtungselement 7 die Komponenten des Halbleiterbauteils A1 ab. Es ist zu bemerken, dass das Trägerelement 2, das Paar Eingangs-Terminal 51, das Paar Ausgangs-Terminal 52, die Vielzahl von Steuer-Terminals 53 und die Vielzahl von Erfassungs-Terminal 54 teilweise mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt sind. Das Dichtungselement 7 besteht z. B. aus Epoxidharz. Das Dichtungselement 7 kann eine Abmessung von 20 mm bis einschließlich 120 mm (vorzugsweise 25 mm bis einschließlich 60 mm) in der x-Richtung, eine Abmessung von 20 mm bis einschließlich 120 mm (vorzugsweise 40 mm bis einschließlich 70 mm) in der y-Richtung und eine Abmessung von 5 mm bis einschließlich 10 mm (vorzugsweise 7 mm) in der z-Richtung aufweisen. Das Dichtungselement 7 hat eine Vorderseite 71, eine Rückseite 72, eine Vielzahl von Seitenflächen 731 bis 734 und ein Paar von Befestigungslöchern 74.
Wie in den 5 bis 7 dargestellt, sind die Vorderseite 71 und die Rückseite 72 in z-Richtung voneinander getrennt. Die Vorderseite 71 weist in z2-Richtung und die Rückseite 72 in z1-Richtung. Wie in 4 gezeigt, hat die Rückseite 72 eine Rahmenform, die die Rückseite 212 des Isoliersubstrats 21 in der Draufsicht umgibt. Die Rückseite 212 des Isoliersubstrats 21 ist von der Rückseite 72 freigelegt. Die Vielzahl der Seitenflächen 731 bis 734 ist in z-Richtung zwischen der Vorderseite 71 und der Rückseite 72 angeordnet und ist sowohl mit der Vorderseite 71 als auch mit der Rückseite 72 verbunden. Wie in 3 dargestellt, sind die Seitenflächen 731, 732 in x-Richtung voneinander getrennt. Die Seitenfläche 731 ist in x1-Richtung und die Seitenfläche 732 in x2-Richtung ausgerichtet. Wie in 3 dargestellt, sind die Seitenflächen 733, 734 in y-Richtung voneinander getrennt. Die Seitenfläche 733 weist in y1-Richtung und die Seitenfläche 734 weist in y2-Richtung.
Wie in 3 gezeigt, sind die Terminal-Abschnitte 512 des Paares von Eingangs-Terminals 51 sowie die Terminal-Abschnitte 532 des Paares von Steuer-Terminals 53 und die Terminal-Abschnitte 542 des Paares von Erfassungs-Terminals 54, die so angeordnet sind, dass sie dem Paar von zweiten Elementen 10B entsprechen, von der Seitenfläche 731 freigelegt. Außerdem liegen, wie in 3 gezeigt, die Terminal-Abschnitte 522 des Paars von Ausgangs-Terminals 52 sowie die Terminal-Abschnitte 532 des Paars von Steuer-Terminals 53 und die Terminal-Abschnitte 542 des Paars von Erfassungs-Terminals 54, die so angeordnet sind, dass sie dem Paar von ersten Elementen 10A entsprechen, von der Seitenfläche 732 aus frei.
Wie in 5 bis 7 und 10 gezeigt, setzt sich das Paar von Befestigungslöchern 74 von der Vorderseite 71 zur Rückseite 72 in z-Richtung fort und durchdringt das Dichtungselement 7. Wie in den 2 bis 4 gezeigt, hat jedes der beiden Befestigungslöcher 74 in der Draufsicht beispielsweise eine kreisförmige Form. Das Paar von Befestigungslöchern 74 ist auf beiden Seiten des Isoliersubstrats 21 in y-Richtung angeordnet. Der Abstand zwischen dem Paar Befestigungslöcher 74 in y-Richtung beträgt z.B. 15 mm bis einschließlich 100 mm (vorzugsweise 30 mm bis einschließlich 70 mm) . Das Paar von Befestigungslöchern 74 kann eingesetzt werden, wenn das Halbleiterbauteil A1 an einem Kühlkörper befestigt ist.
Das Halbleiterbauteil A1, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, hat die folgenden Vorteile.
Das Halbleiterbauteil A1 weist die Halbleiterelemente 10, das Trägerelement 2 und die Metallelemente 30 auf. Die Halbleiterelemente 10 sind mit den ersten Bondschichten 41 an die Metallelemente 30 gebondet, und die Metallelemente 30 sind mit den zweiten Bondschichten 42 an das Trägerelement 2 gebondet. Die Metallelemente 30 sind poröse Körper, in denen jeweils eine Vielzahl von feinen Löchern 31 ausgebildet ist. Wenn sich die Metallelemente 30 aufgrund der Wärme der Halbleiterelemente 10 thermisch ausdehnen, tritt gemäß dieser Struktur eine thermische Belastung in der Nähe der Vielzahl der feinen Löcher 31 auf. Dadurch wird die thermische Spannung in der Nähe der Vielzahl der feinen Löcher 31 lokal gemildert. Da die thermische Spannung, die durch die thermische Ausdehnung der Metallelemente 30 verursacht wird, gemildert werden kann, ist es beispielsweise möglich, die thermische Spannung an den zweiten Bondschichten 42, die in Kontakt mit den Metallelementen 30 sind, zu mildern und kohäsive Ausfälle der zweiten Bondschichten 42 zu unterdrücken. Das heißt, das Halbleiterbauteil A1 hat eine verbesserte Zuverlässigkeit, indem das Auftreten eines Produktfehlers, wie z. B. eines Bonddefekts oder eines Leitungsdefekts, unterdrückt wird. Darüber hinaus kann das Halbleiterbauteil A1 auch die thermische Belastung der ersten Bondschichten 41, die in Kontakt mit den Metallelementen 30 sind, verringern, um dadurch kohäsive Ausfälle der ersten Bondschichten 41 zu unterdrücken.
Gemäß dem Halbleiterbauteil A1 hat jedes der Metallelemente 30 eine Dicke von 0,5 mm bis einschließlich 5 mm (vorzugsweise 1,0 mm bis einschließlich 3 mm), die größer ist als die Dicke des Trägerelements 2. Es ist beispielsweise möglich, die thermische Belastung eines Halbleiterbauteils, das sich von dem Halbleiterbauteil A1 der vorliegenden Offenbarung unterscheidet, zu verringern, indem die Dicke der Metallelemente des Halbleiterbauteils so verringert wird, dass sie kleiner ist als die der Metallelemente 30, um die Steifigkeit der Metallelemente zu verringern. Dieser Ansatz (Ausdünnen der Metallelemente) kann jedoch zu einer Verformung der Metallelemente führen, so dass das Dichtungselement 7 zwischen die Metallelemente und das Trägerelement 2 eindringen kann, was zu einer Beschädigung (Rissbildung) des Trägerelements 2 führen kann. Darüber hinaus kann das Ausdünnen der Metallelemente die Wärmeableitungseffizienz der Metallelemente verringern. Andererseits sind die Metallelemente 30 in dem Halbleiterbauteil A1 poröse Körper, in denen die Vielzahl von feinen Löchern 31 ausgebildet ist, und als solche ist die Steifigkeit der Metallelemente 30 reduziert. Dementsprechend kann das Halbleiterbauteil A1 die thermische Belastung der zweiten Bondschichten 42 vermindern und gleichzeitig Beschädigungen des Trägerelements 2 und eine Abnahme der Wärmeableitungseffizienz des Trägerelements 2 unterdrücken.
Gemäß dem Halbleiterbauteil A1 beträgt die Belegungsrate der Vielzahl von Feinlöchern 31 zu jedem der Metallelemente 30 10 % bis einschließlich 70 %. Wenn beispielsweise die Belegungsrate größer als 70% ist (der maximale Wert innerhalb des oben erwähnten Bereichs der Belegungsrate), werden die ersten Bondschichten 41 und die zweiten Bondschichten 42 von der Vielzahl der feinen Löcher 31 absorbiert, was dazu führt, dass das Bonding zwischen den Halbleiterelementen 10 und den Metallelementen 30 unzureichend ist. Andererseits kann, wenn die Belegungsrate kleiner als 10 % ist (der Mindestwert innerhalb des oben erwähnten Bereichs der Belegungsrate) , die thermische Spannung in der Nähe der zahlreichen feinen Löcher 31 nicht ausreichend und angemessen gemildert werden. Dementsprechend kann die Einstellung der Belegungsrate auf 10 % bis einschließlich 70 % die Haftfestigkeit zwischen den Halbleiterelementen 10 und den Metallelementen 30 sowie die Haftfestigkeit zwischen dem Trägerelement 2 (Verdrahtungsschichten 22) und den Metallelementen 30 sicherstellen und auch die durch die Metallelemente 30 verursachten thermischen Spannungen in angemessener Weise abmildern.
Gemäß dem Halbleiterbauteil A1 sind einige der Vielzahl von feinen Löchern 31 mit dem Dichtungselement 7 gefüllt. Insbesondere sind in jedem der Metallelemente 30 die Vielzahl der feinen Löcher 31, die in dem Bereich der Vorderseite 301 auftreten, der nicht in Kontakt mit den ersten Bondschichten 41 ist, und die Vielzahl der feinen Löcher 31, die in den gesamten Bereichen der Seitenflächen 303, 304 auftreten, mit dem Dichtungselement 7 gefüllt. Diese Struktur kann die Haftfestigkeit zwischen den Metallelementen 30 und dem Dichtungselement 7 durch einen Ankereffekt verbessern. Es wird bemerkt, dass die Wärmespannung in der Umgebung der mit dem Dichtungselement 7 gefüllten feinen Löcher 31 größer sein kann als in der Umgebung der mit Luft gefüllten feinen Löcher 31; die Wärmespannung in der Umgebung der mit dem Dichtungselement 7 gefüllten feinen Löcher 31 ist jedoch kleiner als die Wärmespannung in dem Bereich, der keine feinen Löcher 31 aufweist. Mit anderen Worten, die thermische Spannung kann qualitativ gemindert werden, selbst wenn einige der feinen Löcher 31 mit dem Dichtungselement 7 gefüllt sind. Dementsprechend kann das Halbleiterbauteil A1 die Haftfestigkeit des Dichtungselements 7 verbessern und gleichzeitig die thermischen Spannungen verringern.
Gemäß dem Halbleiterbauteil A1 weist das Trägerelement 2 das Isoliersubstrat 21 auf. Das Isoliersubstrat 21 ist aus Keramik mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Bei diesem Aufbau wird die von den Halbleiterelementen 10 erzeugte Wärme durch die Metallelemente 30 diffundiert und auf das Isoliersubstrat 21 übertragen. Somit wird gemäß dem Halbleiterbauteil A1 die Wärme von den Halbleiterelementen 10 zu den Metallelementen 30 und dem Isoliersubstrat 21 diffundiert, wodurch die Wärmeableitungseffizienz der Halbleiterelemente 10 verbessert wird. Außerdem ist die Rückseite 212 des Isoliersubstrats 21 gegenüber dem Dichtungselement 7 freiliegend. Entsprechend diesem Aufbau wird die auf das Isoliersubstrat 21 übertragene Wärme von der Rückseite 212 nach außen abgegeben. Wenn ein Kühlkörper an dem Halbleiterbauteil A1 angebracht ist, wird die Wärme von der Rückseite 212 an den Kühlkörper übertragen. So kann das Halbleiterbauteil A1 die in den Halbleiterelementen 10 erzeugte Wärme effizient abführen.
15 zeigt ein Halbleiterbauteil A2 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 15 ist eine Draufsicht auf das Halbleiterbauteil A2, wobei das Dichtelement 7 durch eine gedachte Linie (Zweipunkt-Kettenlinie) angedeutet ist. Das Halbleiterbauteil A2 unterscheidet sich von dem Halbleiterbauteil A1 vor allem durch den Aufbau der Vielzahl von Verdrahtungsschichten 22 des Trägerelements 2. Dementsprechend ist auch die Anordnung der Komponenten, wie die Vielzahl von Halbleiterelementen 10, die Vielzahl von Metallelementen 30, das Paar von Eingangs-Terminales 51, das Paar von Ausgangs-Terminals 52, die Vielzahl von Steuer-Terminals 53, die Vielzahl von Erfassungs-Terminals 54 und die Vielzahl von Verbindungselementen 6 in dem Halbleiterbauteil A2 unterschiedlich.
Wie in 15 gezeigt, weist die Vielzahl von Verdrahtungsschichten 22 des Trägerelements 2 eine erste Verdrahtungsschicht 22A, ein Paar von zweiten Verdrahtungsschichten 22B, eine dritte Verdrahtungsschicht 22C und eine vierte Verdrahtungsschicht 22D auf. Dementsprechend weist das Halbleiterbauteil A2 im Gegensatz zu dem Halbleiterbauteil A1 nur eine erste Verdrahtungsschicht 22A auf und weist ferner die vierte Verdrahtungsschicht 22D auf.
Die erste Verdrahtungsschicht 22A ist entlang der x2-Richtung und der y2-Richtung auf dem isolierenden Substrat 21 verschoben. Das Paar der zweiten Verdrahtungsschichten 22B ist entlang der x1-Richtung und der y1-Richtung auf dem Isoliersubstrat 21 verschoben. Das Paar der zweiten Verdrahtungsschichten 22B liegt in y-Richtung nebeneinander. Die dritte Verdrahtungsschicht 22C ist entlang der x2-Richtung und der y1-Richtung verschoben. Die dritte Verdrahtungsschicht 22C liegt in der y-Richtung neben der ersten Verdrahtungsschicht 22A. Die dritte Verdrahtungsschicht 22C und die erste Verdrahtungsschicht 22A haben ungefähr die gleiche Form. Die vierte Verdrahtungsschicht 22D ist entlang der x1-Richtung und der y2-Richtung verschoben. Die vierte Verdrahtungsschicht 22D liegt in der x-Richtung neben der ersten Verdrahtungsschicht 22A. Die vierte Verdrahtungsschicht 22D und eine des Paares der zweiten Verdrahtungsschichten 22B haben ungefähr die gleiche Form.
Wie in 15 gezeigt, weist die Vielzahl von Metallelementen 30 ein erstes Metallelement 30A, ein Paar von zweiten Metallelementen 30B, ein drittes Metallelement 30C und ein viertes Metallelement 30D auf. Dementsprechend hat das Halbleiterbauteil A2 im Gegensatz zum Halbleiterbauteil A1 nur ein erstes Metallelement 30A und weist ferner das vierte Metallelement 30D auf.
Das erste Metallelement 30A ist durch eine zweite Bondschicht 42 an die erste Verdrahtungsschicht 22A gebondet. Zwei erste Elemente 10A sind über erste Bondschichten 41 mit dem ersten Metallelement 30A verbunden. Dementsprechend sind in der vorliegenden Ausführungsform zwei Halbleiterelemente 10 (erste Elemente 10A) an ein Metallelement 30 (erstes Metallelement 30A) gebondet.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist ein Paar von zweiten Elementen 10B mit den ersten Bondschichten 41 an das Paar von zweiten Metallelementen 30B gebondet. Keines der Vielzahl von Halbleiterelementen 10 ist an das vierte Metallelement 30D gebondet. Eine Vielzahl von ersten Drähten 611 und ein erstes leitfähiges Element 621 sind mit dem vierten Metallelement 30D verbunden.
In dem Halbleiterbauteil A2 ist das erste leitfähige Element 621 an das vierte Metallelement 30D und eines des Paares von zweiten Metallelementen 30B gebondet, um sie elektrisch zu verbinden.
Wie in 15 gezeigt, ist das Paar von Eingangs-Terminals 51 des Halbleiterbauteils A2 in der x2-Richtung verschoben. Das Paar von Eingangs-Terminals 51 ist in der y-Richtung voneinander getrennt, wobei ein erster Eingangs-Terminal 51A in der y2-Richtung verschoben ist und ein zweiter Eingangs-Terminal 51B in der y1-Richtung verschoben ist.
In dem Halbleiterbauteil A2 ist das erste Eingangs-Terminal 51A elektrisch mit den zweiten Elektroden 12 der ersten Elemente 10A über ein zweites leitfähiges Element 622 und das erste Metallelement 30A verbunden. Das zweite Eingangs-Terminal 51B ist über ein drittes leitfähiges Element 623, das dritte Metallelement 30C und eine Vielzahl von zweiten Drähten 612 mit den ersten Elektroden 11 der zweiten Elemente 10B elektrisch verbunden.
Wie in 15 gezeigt, ist das Paar von Ausgangs-Terminals 52 des Halbleiterbauteils A2 in der x1-Richtung verschoben. In dem Halbleiterbauteil A2 ist das in der y1-Richtung verschobene Ausgangs-Terminal 52 über ein viertes leitfägies Element 624 und das zweite Metallelement 30B elektrisch mit der zweiten Elektrode 12 eines des Paares von zweiten Elementen 10B verbunden und ist über das vierte leitfähige Element 624, das zweite Metallelement 30B, das erste leitende Element 621, das vierte Metallelement 30D und die Vielzahl von ersten Drähten 611 elektrisch mit der ersten Elektrode eines des Paares von ersten Elementen 10A verbunden. Das in y2-Richtung verschobene Ausgangs-Terminal 52 ist über ein viertes leitfähiges Element 624 und das zweite Metallelement 30B elektrisch mit der zweiten Elektrode 12 des anderen des Paares der zweiten Elemente 10B verbunden, und ist über das vierte leitfähige Element 624, das zweite Metallelement 30B und die Vielzahl der ersten Drähte 611 elektrisch mit den ersten Elektroden 11 des anderen des Paares der ersten Elemente 10A verbunden.
Das Halbleiterbauteil A2 weist ein Steuer-Terminal 53 auf, das teilweise aus der Seitenfläche 731 herausragt, und ein Steuer-Terminal 53, das teilweise aus der Seitenfläche 732 herausragt. Das Steuer-Terminal 53, das teilweise aus der Seitenfläche 731 herausragt, ist elektrisch mit der dritten Elektrode 13 jedes der ersten Elemente 10A über eine Vielzahl von dritten Drähten 613 verbunden. Die Steuer-Terminal 53, das teilweise aus der Seitenfläche 732 herausragt, ist über eine Vielzahl von dritten Drähten 613 elektrisch mit der dritten Elektrode 13 jedes der zweiten Elemente 10B verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Steuer-Terminals 53 vorgesehen, von denen eines für das Paar der ersten Elemente 10A und das andere für das Paar der zweiten Elemente 10B gemeinsam ist. Sie ist jedoch nicht auf solche beschränkt. Beispielsweise können, wie im Fall des Halbleiterbauteils A1, vier Steuer-Terminals vorgesehen sein, die jeweils einem anderen der Vielzahl von Halbleiterelementen 10 (dem Paar erster Elemente 10A und dem Paar zweiter Elemente 10B) entsprechen.
Das Halbleiterbauteil A2 weist ein Erfassungs-Terminal 54 auf, das teilweise aus der Seitenfläche 731 herausragt, und ein Erfassungs-Terminal 54, das teilweise aus der Seitenfläche 732 herausragt. Das Erfassungs-Terminal 54, das teilweise aus der Seitenfläche 732 herausragt, ist über einen vierten Draht 614 elektrisch mit der ersten Elektrode 11 eines des Paares der ersten Elemente 10A verbunden. Das Erfassungs-Terminal 54, das teilweise aus der Seitenfläche 731 herausragt, ist über einen vierten Draht 614 elektrisch mit der ersten Elektrode 11 eines des Paares der zweiten Elemente 10B verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Erfassungs-Terminal 54 vorgesehen, von denen eines elektrisch mit einem des Paares von ersten Elementen 10A und das andere mit einem des Paares von zweiten Elementen 10B verbunden ist. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können, wie im Fall des Halbleiterbauteils A1, vier Erfassungs-Terminals 54 vorgesehen sein, die jeweils einem anderen der Vielzahl von Halbleiterelementen 10 (dem Paar erster Elemente 10A und dem Paar zweiter Elemente 10B) entsprechen.
Das Halbleiterbauteil A2, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, hat die folgenden Vorteile.
Das Halbleiterbauteil A2 weist die Halbleiterelemente 10, das Trägerelement 2 und die Metallelemente 30 auf. Die Halbleiterelemente 10 sind mit den ersten Bondschichten 41 an die Metallelemente 30 gebondet, und die Metallelemente 30 sind mit den zweiten Bondschichten 42 an das Trägerelement 2 gebondet. Die Metallelemente 30 sind poröse Körper, in denen jeweils eine Vielzahl von feinen Löchern 31 ausgebildet ist. Gemäß dem Fall des Halbleiterbauteils A1 kann das Halbleiterbauteil A2 die thermische Belastung der zweiten Bondschichten 42, die in Kontakt mit den Metallelementen 30 sind, verringern und dadurch kohäsive Ausfälle der zweiten Bondschichten 42 unterdrücken. Das heißt, das Halbleiterbauteil A2 hat eine verbesserte Zuverlässigkeit, indem es das Auftreten eines Produktfehlers, wie z. B. eines Bonddefekts oder eines Leitungsdefekts, unterdrückt.
Das Halbleiterbauteil A2 kann die gleichen Vorteile aufweisen wie das Halbleiterbauteil A1 mit anderen identischen oder ähnlichen Ausgestaltungen wie das Halbleiterbauteil A1.
In der ersten Ausführungsform und in der zweiten Ausführungsform sind die Metallelemente 30 mit den zweiten Bondschichten 42 an die jeweiligen Verdrahtungsschichten 22 gebondet. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Beispielsweise können die Metallelemente 30 mit der zweiten Bondschicht 42 auf das Isoliersubstrat 21 gebondet werden. Mit anderen Worten, das Trägerelement 2 kann nicht die Vielzahl von Verdrahtungsschichten 22 aufweisen. Auch in einem solchen Fall kann die thermische Belastung der zweiten Bondschichten 42, die mit den Metallelementen 30 in Kontakt sind, gemildert werden.
In der ersten Ausführungsform und in der zweiten Ausführungsform ist das erste Eingangs-Terminal 51A über das zweite leitfägie Element 622 elektrisch mit dem ersten Metallelement 30A verbunden. Das erste Eingangs-Terminal 51A kann jedoch auch direkt mit dem ersten Metallelement 30A verbunden sein und mit diesem elektrisch verbunden sein. In ähnlicher Weise kann das zweite Eingangs-Terminal 51B, obwohl es über das dritte leitfähige Element 623 mit dem dritten Metallelement 30C elektrisch verbunden ist, direkt mit dem dritten Metallelement 30C verbunden sein und mit diesem elektrisch verbunden sein. Darüber hinaus können die Ausgangs-Terminal 52, obwohl sie über die vierten leitfähigen Elemente 624 mit den jeweiligen zweiten Metallelementen 30B elektrisch verbunden sind, direkt mit den jeweiligen zweiten Metallelementen 30B verbunden sein und mit diesen elektrisch verbunden sein.
16 und 17 zeigen ein Halbleiterbauteil A3 gemäß einer dritten Ausführungsform. 16 ist eine Draufsicht auf das Halbleiterbauteil A3, wobei das Dichtelement 7 durch eine gedachte Linie (Zweipunkt-Kettenlinie) angedeutet ist. 17 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVII-XVII in 16. Das Halbleiterbauteil A3 ist von einem sogenannten Transistor Outline (TO)-Gehäuse-Typ.
Ein Trägerelement 2 ist ein sogenannter Leadframe. Das Trägerelement 2 ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Wie in den 16 und 17 gezeigt, weist das Trägerelement 2 einen Die-Pad-Abschnitt 251, eine Vielzahl von inneren Anschluss-Abschnitten 252 und eine Vielzahl von äußeren Anschluss-Abschnitten 253 auf.
Ein Metallelement 30 ist mit dem Die-Pad-Abschnitt 251 verbunden, und ein Halbleiterelement 10 ist auf dem Metallelement 30 montiert. Wie in den 16 und 17 gezeigt, ist der Die-Pad-Abschnitt 251 mit einem Dichtungselement 7 abgedeckt, mit Ausnahme der Fläche des Die-Pad-Abschnitts 251, der in die z1-Richtung weist. Das heißt, die Fläche des Die-Pad-Abschnitts 251, die in die z1-Richtung weist, ist von dem Dichtungselement 7 freigelegt.
Die Vielzahl der inneren Anschlussabschnitte 252 ist von dem Die-Pad-Abschnitt 251 getrennt und mit dem Dichtungselement 7 abgedeckt. Jeder der inneren Anschluss-Abschnitte 252 ist mit einem Ende eines jeden der Verbindungselemente 6 verbunden. Das Trägerelement 2 des Halbleiterbauteils A3 weist zwei innere Anschluss-Abschnitte 252 auf.
Die Vielzahl von äußeren Anschluss-Abschnitten 253 sind mit den jeweiligen inneren Anschluss-Abschnitten 252 verbunden und liegen gegenüber dem Dichtungselement 7 frei. Die Vielzahl der äußeren Anschluss-Abschnitte 253 sind Anschlüsse des Halbleiterbauteils A3 und können mit einer Verdrahtungsplatine, z. B. eines elektronischen Produkts, verbunden werden.
Die Vielzahl der Verbindungselemente 6 sind Bonddrähte. Anstelle der Bonddrähte kann jedes der Verbindungselemente 6 eine Metallanschluss oder ein Bondband sein. Wie in 16 dargestellt, weist das Halbleiterbauteil A3 zwei Verbindungselemente 6 auf. Die Anzahl der Anschlusselemente 6 ist nicht besonders begrenzt. Wie in 16 gezeigt, ist eines der beiden Verbindungselemente 6 mit der dritten Elektrode 13 des Halbleiterelements 10 und einem der beiden inneren Anschluss-Abschnitte 252 verbunden, um diese elektrisch zu verbinden. Das andere der beiden Anschlusselemente 6 ist mit der ersten Elektrode 11 des Halbleiterelements 10 und dem anderen der beiden inneren Anschluss-Abschnitte 252 verbunden, um diese elektrisch zu verbinden.
Das Halbleiterbauteil A3, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, hat die folgenden Vorteile.
Das Halbleiterbauteil A3 weist das Halbleiterelement 10, das Trägerelement 2 und das Metallelement 30 auf. Das Halbleiterelement 10 ist mit einer ersten Bondschicht 41 an das Metallelement 30 gebondet, und das Metallelement 30 ist mit einer zweiten Bondschicht 42 an das Trägerelement 2 gebondet. Das Metallelement 30 ist ein poröser Körper, in dem eine Vielzahl von feinen Löchern 31 ausgebildet ist. Entsprechend dem Halbleiterbauteil A1 kann das Halbleiterbauteil A3 die thermische Belastung der zweiten Bondschicht 42, die in Kontakt mit dem Metallelement 30 steht, verringern und dadurch ein kohäsives Versagen der zweiten Bondschicht 42 unterdrücken. Das heißt, das Halbleiterbauteil A3 hat eine verbesserte Zuverlässigkeit, indem es das Auftreten eines Produktfehlers, wie z. B. eines Bonddefekts oder eines Leitungsdefekts, unterdrückt.
Das Halbleiterbauteil A3 kann die gleichen Vorteile wie das Halbleiterbauteil A1 (A2) mit anderen gleichen oder ähnlichen Ausgestaltungen wie das Halbleiterbauteil A1 (A2) aufweisen.
In der dritten Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil A3 von einem sogenannten TO-Gehäusetyp. Das Halbleiterbauteil A3 ist jedoch auf verschiedene Arten von Halbleitergehäusen anwendbar, wie z. B. ein Small Outline Package (SOP), ein Non-Lead Package oder ein Ball Grid Array Package (BGA).
In der dritten Ausführungsform ist das Trägerelement 2 ein Leadframe. Es ist jedoch nicht darauf beschränkt, und das Trägerelement 2 kann stattdessen ein Interposer, eine Leiterplatte, ein direkt gebondetes Kupfer- (DBC) Substrat oder ein direkt gebondetes Aluminium- (DBA) Substrat sein.
Die 18 bis 24 zeigen Varianten des Metallelements 30. Die in den 18 bis 24 gezeigten Metallelemente 30 können anstelle der Metallelemente 30 in den Halbleiterbauteilen A1 bis A3 verwendet werden.
In dem in 18 gezeigten Metallelement 30 weist die Vielzahl von feinen Löchern 31 eine Vielzahl von ersten Durchgangslöchern 31A, eine Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B und eine Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C auf.
Die Vielzahl der ersten Durchgangslöcher 31A setzt sich von der Vorderseite 301 zur Rückseite 302 fort. Die Vielzahl der ersten Durchgangslöcher 31A (einige der Vielzahl der feinen Löcher 31) treten auf der Vorderseite 301 und der Rückseite 302 auf. Die Durchdringungsrichtung jedes der ersten Durchgangslöcher 31A ist nicht darauf beschränkt, linear entlang der z-Richtung zu sein, und kann gebogen, gekrümmt oder geneigt sein. Außerdem können die Durchdringungsrichtungen der ersten Durchgangslöcher 31A gleich sein oder auch nicht. Die Vielzahl der ersten Durchgangslöcher 31A kann in der Draufsicht willkürlich angeordnet sein. Alternativ kann die Vielzahl der ersten Durchgangslöcher 31A regelmäßig angeordnet sein, z. B. in einem quadratischen Gittermuster, einem rechteckigen Gittermuster, einem dreieckigen Gittermuster, einem sechseckigen Gittermuster oder einem ortho-rhombischen Gittermuster. Jedes der ersten Durchgangslöcher 31A entspricht dem in den Ansprüchen definierten „ersten Loch“.
Die Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B setzt sich von einer des Paars von Seitenflächen 303 zur anderen in x-Richtung fort. Die Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B (einige der Vielzahl von feinen Löchern 31) treten auf jeder der beiden Seitenflächen 303 auf. Die Durchdringungsrichtung jedes der zweiten Durchgangslöcher 31B ist nicht darauf beschränkt, linear entlang der x-Richtung zu sein, und kann gebogen, gekrümmt oder relativ zur x-Richtung geneigt sein. Außerdem können die Durchdringungsrichtungen der zweiten Durchgangslöcher 31B gleich sein oder auch nicht. Die Vielzahl der zweiten Durchgangslöcher 31B kann in x-Richtung gesehen zufällig angeordnet sein. Alternativ kann die Vielzahl der zweiten Durchgangslöcher 31B regelmäßig angeordnet sein, wie z. B. in einem quadratischen Gittermuster, einem rechteckigen Gittermuster, einem dreieckigen Gittermuster, einem sechseckigen Gittermuster oder einem ortho-rhombischen Gittermuster. Jedes der zweiten Durchgangslöcher 31B entspricht dem in den Ansprüchen definierten „zweiten Loch“.
Die Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C setzt sich von einer des Paars von Seitenflächen 304 zur anderen in y-Richtung fort. Die Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C (einige der Vielzahl von feinen Löchern 31) tritt auf jeder des Paars von Seitenflächen 304 auf. Die Durchdringungsrichtung jedes der dritten Durchgangslöcher 31C ist nicht darauf beschränkt, linear entlang der y-Richtung zu sein, und kann gebogen, gekrümmt oder relativ zur y-Richtung geneigt sein. Außerdem können die Durchdringungsrichtungen der dritten Durchgangslöcher 31C gleich sein oder auch nicht. Die Vielzahl der dritten Durchgangslöcher 31C kann in y-Richtung gesehen zufällig angeordnet sein. Alternativ kann die Vielzahl der dritten Durchgangslöcher 31C regelmäßig angeordnet sein, wie z. B. in einem quadratischen Gittermuster, einem rechteckigen Gittermuster, einem dreieckigen Gittermuster, einem sechseckigen Gittermuster oder einem ortho-rhombischen Gittermuster. Jedes der dritten Durchgangslöcher 31C entspricht dem in den Ansprüchen definierten „dritten Loch“.
In dem in 19 gezeigten Metallelement 30 weist die Vielzahl von feinen Löchern 31 weder eine Vielzahl von ersten Durchgangslöchern 31A noch eine Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B auf, sondern eine Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C. Es ist zu bemerken, dass die Vielzahl der feinen Löcher 31 eine Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B aufweisen kann, anstelle der Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C, wie in 19 gezeigt.
In dem in 20 gezeigten Metallelement 30 weist die Vielzahl der feinen Löcher 31 nicht eine Vielzahl von ersten Durchgangslöchern 31A auf, sondern eine Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B und eine Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C.
In dem in 21 gezeigten Metallelement 30 weist die Vielzahl der feinen Löcher 31 nicht eine Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B oder eine Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C auf, sondern eine Vielzahl von ersten Durchgangslöchern 31A.
In dem in 22 gezeigten Metallelement 30 ist die Vielzahl von ersten Durchgangslöchern 31A nicht in einem Bereich der Vorderseite 301 des Metallelements 30 vorgesehen, an den das Halbleiterelement 10 gebondet werden soll (d.h. der Bereich, der in der Draufsicht mit dem Halbleiterelement 10 überlappt). 22 zeigt ein Beispiel, bei dem das in 21 gezeigte Metallelement 30 mit einem Bereich versehen ist, in dem die Vielzahl der ersten Durchgangslöcher 31A nicht ausgebildet ist. In gleicher Weise kann das in 18 gezeigte Metallelement 30 auch mit einem Bereich versehen sein, in dem die Vielzahl der ersten Durchgangslöcher 31A nicht ausgebildet ist.
Die Belegungsrate der Vielzahl von feinen Löchern 31 für jedes der in den 18 bis 22 gezeigten Metallelemente 30 beträgt beispielsweise ebenfalls 10 % bis einschließlich 70 %.
Auch bei der Verwendung jedes der in den 18 bis 22 gezeigten Metallelemente 30 kommt es in der Umgebung der Vielzahl von feinen Löchern 31 (der Vielzahl von ersten Durchgangslöchern 31A, der Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B und der Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C) zu einer thermischen Belastung aufgrund der von den Halbleiterelementen 10 erzeugten Wärme. Dadurch wird die thermische Spannung in der Nähe der feinen Löcher 31 gemindert. Da die thermische Spannung, die durch die thermische Ausdehnung jedes der Metallelemente 30 verursacht wird, verringert werden kann, ist es möglich, die thermische Spannung auf die zweite Bondschicht 42 zum Bonden des Metallelements 30 an die Verdrahtungsschicht 22 zu verringern, und auch möglich, ein kohäsives Versagen der zweiten Bondschicht 42 zu unterdrücken. Somit kann das Halbleiterbauteil, das eines der Metallelemente 30 in 18 bis 22 verwendet, auch eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen, indem das Auftreten eines Produktfehlers, wie z. B. eines Bonddefekts oder eines Leitungsdefekts, unterdrückt wird.
Jedem der in den 19 bis 22 gezeigten Metallelemente 30 fehlt die Vielzahl von ersten Durchgangslöchern 31A, die Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern 31B oder die Vielzahl von dritten Durchgangslöchern 31C im Vergleich zu den in 18 gezeigten Metallelementen 30. Dadurch ist die Fläche für die Wärmeableitung relativ groß, was bei der Verbesserung der Wärmeableitungsfähigkeit von Vorteil ist. Die in den 19 bis 22 gezeigten Metallelemente können die Wärmespannung im Vergleich zu einem Metallelement, das nicht mit der Vielzahl von feinen Löchern 31 ausgebildet ist, verringern, aber die Verringerung kann im Vergleich zu dem in 18 gezeigten Metallelement 30 weniger effektiv sein.
Jedes der in den 23 und 24 gezeigten Metallelemente 30 wird durch Zusammendrücken eines Metalldrahtes, z.B. mit einer vorgegebenen Form, und durch kompliziertes Biegen des Drahtes zu einem Klumpen erhalten. Der Metalldraht kann aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sein. Jedes der Metallelemente 30 kann aus einem einzelnen Metalldraht oder aus einer Vielzahl von Metalldrähten hergestellt sein. 23 zeigt einen rechteckigen, quaderförmigen Drahtklumpen, und 24 zeigt einen ringförmigen Drahtklumpen. Das Metallelement 30 gemäß der vorliegenden Variante ist nicht darauf beschränkt, eine rechteckige Parallelepipedform oder eine ringförmige Form zu haben, und kann auch eine andere Form haben, wie z.B. eine kubische Form oder eine zylindrische Form. Jedes der Metallelemente 30 weist eine Vielzahl von Lücken zwischen den kompliziert verschlungenen Metalldrähten auf. Jedes der Metallelemente 30 mit einer solchen Struktur ist ein poröser Körper mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten feinen Löchern 31.
Auch bei der Verwendung jedes der in den 23 und 24 gezeigten Metallelemente 30 tritt die thermische Belastung des Metallelements 30 aufgrund der durch das Halbleiterelement 10 erzeugten Wärme auf, wodurch die thermische Spannung in der Nähe der Lücken gemildert wird. Da die thermische Spannung, die durch die thermische Ausdehnung jedes der Metallelemente 30 verursacht wird, gemildert werden kann, ist es möglich, die thermische Spannung der zweiten Bondschicht 42 zum Verbinden des Metallelements 30 mit der Verdrahtungsschicht 22 zu mildern, und es ist auch möglich, ein kohäsives Versagen der zweiten Bondschicht 42 zu unterdrücken. Somit kann das Halbleiterbauteil, das eines der Metallelemente 30 in 23 und 24 verwendet, auch eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen, indem das Auftreten eines Produktfehlers, wie z. B. eines Bonddefekts oder eines Leitungsdefekts, unterdrückt wird.
Das Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen beschränkt. An den spezifischen Ausgestaltungen der jeweiligen Teile des Halbleiterbauteils der vorliegenden Offenbarung können verschiedene konstruktive Änderungen vorgenommen werden.
Das Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Ausführungsform auf, die sich auf die folgenden Klauseln bezieht.
Klausel 1.
Ein Halbleiterbauteil aufweisend:

ein Trägerelement;
ein Metallelement mit einer ersten Vorderseite und einer ersten Rückseite, die in einer Dickenrichtung voneinander getrennt sind, wobei die erste Rückseite dem Trägerelement zugewandt ist und an das Trägerelement gebondet ist;
eine Bondschicht, die das Trägerelement und das Metallelement miteinander bondet;
ein Halbleiterelement, das der ersten Vorderseite zugewandt ist und an das Metallelement gebondet ist; und
ein Dichtungselement, das das Trägerelement, das Metallelement, die Bondschicht und das Halbleiterelement abdeckt,
wobei das Metallelement ein poröser Körper ist, in dem eine Vielzahl von feinen Löchern ausgebildet ist.

Klausel 2.
Das Halbleiterbauteil nach Klausel 1, wobei die Vielzahl der feinen Löcher zufällig angeordnet ist.
Klausel 3.
Das Halbleiterbauteil nach Klausel 1 oder 2, wobei die Vielzahl der feinen Löcher ein erstes Loch aufweist, das auf der ersten Vorderseite auftritt.
Klausel 4.
Das Halbleiterbauteil nach Klausel 3, wobei das erste Loch ein Durchgangsloch ist, das sich von der ersten Vorderseite zu der ersten Rückseite in Dickenrichtung fortsetzt.
Klausel 5.
Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1 bis 4, wobei das Metallelement ein Paar von ersten Seitenflächen aufweist, die in einer ersten Richtung voneinander getrennt sind, wobei die erste Richtung senkrecht zur Dickenrichtung verläuft, und
die Vielzahl von feinen Löchern ein zweites Loch aufweist, das auf mindestens einer des Paars von ersten Seitenflächen auftritt.
Klausel 6.
Das Halbleiterbauteil nach Klausel 5, wobei das zweite Loch ein Durchgangsloch ist, das sich von einer des Paars der ersten Seitenflächen zur anderen in der ersten Richtung fortsetzt.
Klausel 7.
Das Halbleiterbauteil nach Klausel 5 oder 6,
wobei das Metallelement ein Paar von zweiten Seitenflächen aufweist, die in einer zweiten Richtung voneinander getrennt sind, wobei die zweite Richtung sowohl zur Dickenrichtung als auch zur ersten Richtung senkrecht ist, und
die Vielzahl von feinen Löchern ein drittes Loch aufweist, das auf mindestens einer des Paars von zweiten Seitenflächen auftritt.
Klausel 8.
Das Halbleiterbauteil nach Klausel 7, wobei das dritte Loch ein Durchgangsloch ist, das sich von einer des Paares der zweiten Seitenflächen zur anderen in der zweiten Richtung fortsetzt.
Klausel 9.
Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1 bis 8, wobei eine Belegungsrate der Vielzahl von feinen Löchern für das Metallelement 10% bis einschließlich 70% beträgt.
Klausel 10.
Das Halbleiterbauteil gemäß einer der Klauseln 1 bis 9,
wobei das Trägerelement ein Isoliersubstrat und eine Verdrahtungsschicht aufweist,
die Verdrahtungsschicht eine zweite Vorderseite und eine zweite Rückseite aufweist, die in der Dickenrichtung voneinander getrennt sind, wobei die zweite Rückseite an das Isoliersubstrat gebondet ist, und
das Metallelement mit der Verdrahtungsschicht verbunden ist, wobei die erste Rückseite der zweiten Vorderseite zugewandt ist.
Klausel 11.
Das Halbleiterbauteil nach Klausel 10, wobei eine Rückseite des Isoliersubstrats von dem Dichtungselement freigelegt ist.
Klausel 12.
Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1 bis 11, wobei die Bondschicht aus Lot besteht.
Klausel 13.
Das Halbleiterbauteil gemäß einem der Klauseln 1 bis 12, wobei das Halbleiterelement mit einem leitfähigen Bondmaterial an das Metallelement gebondet ist.
Klausel 14.
Das Halbleiterbauteil gemäß einem der Klauseln 1 bis 13, wobei einige der Vielzahl von feinen Löchern mit dem Dichtungselement gefüllt sind.
Klausel 15.
Das Halbleiterbauteil gemäß Klausel 14, wobei die Vielzahl der feinen Löcher Poren sind, mit Ausnahme der mit dem Dichtungselement gefüllten feinen Löcher.
Klausel 16.
Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1 bis 15, wobei das Metallelement aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
Klausel 17.
Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1 bis 16, wobei das Metallelement dicker ist als das Trägerelement.
Klausel 18.
Das Halbleiterbauteil nach einem der Klauseln 1 bis 17, wobei das Metallelement eine Dicke von 0,5 mm bis einschließlich 5 mm aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008294390 A [0003]

Claims

Halbleiterbauteil aufweisend: ein Trägerelement; ein Metallelement mit einer ersten Vorderseite und einer ersten Rückseite, die in einer Dickenrichtung voneinander getrennt sind, wobei die erste Rückseite dem Trägerelement zugewandt ist und an das Trägerelement gebondet ist; eine Bondschicht, die das Trägerelement und das Metallelement miteinander bondet; ein Halbleiterelement, das der ersten Vorderseite zugewandt ist und mit dem Metallelement verbunden ist; und ein Dichtungselement, das das Trägerelement, das Metallelement, die Bondschicht und das Halbleiterelement abdeckt, wobei das Metallelement ein poröser Körper ist, in dem eine Vielzahl von feinen Löchern ausgebildet ist.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der feinen Löcher zufällig angeordnet ist.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl der feinen Löcher ein erstes Loch aufweist, das auf der ersten Vorderseite auftritt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 3, wobei das erste Loch ein Durchgangsloch ist, das sich in Dickenrichtung von der ersten Vorderseite zu der ersten Rückseite fortsetzt.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Metallelement ein Paar von ersten Seitenflächen aufweist, die in einer ersten Richtung voneinander getrennt sind, wobei die erste Richtung senkrecht zur Dickenrichtung ist, und die Vielzahl von feinen Löchern ein zweites Loch aufweist, das auf mindestens einer des Paars von ersten Seitenflächen auftritt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 5, wobei das zweite Loch ein Durchgangsloch ist, das sich von einer des Paars der ersten Seitenflächen zur anderen in der ersten Richtung fortsetzt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Metallelement ein Paar von zweiten Seitenflächen aufweist, die in einer zweiten Richtung voneinander getrennt sind, wobei die zweite Richtung sowohl zur Dickenrichtung als auch zur ersten Richtung senkrecht ist, und die Vielzahl von feinen Löchern ein drittes Loch aufweist, das auf mindestens einer des Paars von zweiten Seitenflächen auftritt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 7, wobei das dritte Loch ein Durchgangsloch ist, das sich von einer des Paares der zweiten Seitenflächen zur anderen in der zweiten Richtung fortsetzt.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Belegungsrate der Vielzahl von feinen Löchern für das Metallelement 10 % bis einschließlich 70 % beträgt.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Trägerelement ein Isoliersubstrat und eine Verdrahtungsschicht aufweist, die Verdrahtungsschicht eine zweite Vorderseite und eine zweite Rückseite aufweist, die in der Dickenrichtung voneinander getrennt sind, wobei die zweite Rückseite an das Isoliersubstrat gebondet ist, und das Metallelement mit der Verdrahtungsschicht gebondet ist, wobei die erste Rückseite der zweiten Vorderseite gegenüberliegt.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 10, wobei eine Rückseite des Isoliersubstrats von dem Dichtungselement freigelegt ist.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Bondschicht aus Lot besteht.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Halbleiterelement mit einem leitfähigen Bondmaterial an das Metallelement gebondet ist.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei einige der Vielzahl von feinen Löchern mit dem Dichtungselement gefüllt sind.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl der feinen Löcher Poren sind, mit Ausnahme der mit dem Dichtungselement gefüllten feinen Löcher.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Metallelement aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Metallelement dicker ist als das Trägerelement.
Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Metallelement eine Dicke von 0,5 mm bis einschließlich 5 mm aufweist.