DE4418426A1 - Halbleiterleistungsmodul und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterleistungsmoduls - Google Patents

Halbleiterleistungsmodul und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterleistungsmoduls

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halblei­ terleistungsmodul und insbesondere auf eine Verbesserung bezüglich der Verhinderung der Deformation einer Schal­ tungsplatine infolge Temperaturveränderung.
Ein Halbleiterleistungsmodul ist eine Einheit, welche eine Schaltung zum Einstellen von Leistung aufweist, welche einer Last zugeführt wird, mit einem aktiven Halbleiterele­ ment zum Umschalten von Leistung, welches eine Schaltopera­ tion durchführt. Es ist ein Halbleiterleistungsmodul ent­ wickelt worden, das insbesondere "intelligentes Leistungs­ modul" genannt wird, welches des weiteren eine Steuerschal­ tung aufweist, die ein aktives Halbleiterelement zum Steu­ ern des Betriebs der vorher erwähnten Schaltung besitzt, welche als Hauptschaltung dient, durch Austauschen von Si­ gnalen mit der Hauptschaltung. Ein solches Halbleiterlei­ stungsmodul wird hauptsächlich als Inverter zum Steuern des Betriebs eines Motors oder von ähnlichem verwendet.
Schaltungsdiagramm einer konventionellen Einheit
Fig. 12 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm, welches einen prinzipiellen Teil einer Schaltung 110 dar­ stellt, der in einem konventionellen Halbleiterleistungsmo­ dul 100 vorgesehen ist. Diese Einheit 100 besitzt eine be­ messene Ausgangsspannung und einen maximalen Ausgangsstrom von 440 V bzw. 100 A. Des weiteren beträgt die Frequenz eines Betriebs zum Abschalten oder Anschalten des Ausgangsstroms 10 kHz.
Die Schaltung 110 besitzt zwei Schaltungsteile 120 und 130. Die Hauptschaltung 120 ist ein Schaltungsteil zum Aus­ geben von eingestellter Leistung an eine Last. Ein hohes Gleichstrompotential P und ein niedriges Gleichstrompoten­ tial N werden von einer (nicht gezeigten) externen Lei­ stungsquelle an zwei Leistungszufuhranschlüsse PS(P) bzw. PS(N) angelegt. Die Hauptschaltung 120 wird von der exter­ nen Leistungsquelle über die Leistungszufuhranschlüsse PS(P) und PS(N) mit Leistung versorgt. Die Hauptschaltung 120 umfaßt sechs IGBT-Elemente (insulated gate bipolar transi­ stors, Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) T1 bis T6, welche aktive Elemente zur Leistungssteuerung sind. Jedes IGBT-Element ist ein Halbleiterelement zur Leistungsum­ schaltung, welches jeweils einen Strom ab- und anschaltet, welcher einer Last zuzuführen ist. Diese IGBT-Elemente T1 bis T6 steuern die eingegebene Leistung entsprechend dreier Phasen U, V und W und geben die gesteuerte Leistung der Last über die Ausganganschlüsse OUT(U), OUT(V) und OUT(W) aus. Freilaufdioden D1 bis D6 sind parallel zu den IGBT- Elementen T1 bis T6 jeweils angeschlossen, um die IGBT-Ele­ mente T1 bis T6 vor daran angelegte invertierte Spannungen durch Umleiten der Lastströme zu schützen.
Die Steuerschaltung 130 ist ein Schaltungsteil zum Steuern der Operationen der IGBT-Elemente T1 bis T6. Diese Steuerschaltung 130 weist sechs aktive Halbleiterelemente IC1 bis IC6 auf. Diese Halbleiterelemente IC1 bis IC6 lei­ ten Gate-Spannungssignale VG1 bis VG6 an die Gates G der IGBT-Elemente T1 bis T6 als Antwort auf Eingangssignale VIN1 bis VIN6, welche über Signaleingangsanschlüsse IN1 bis IN6 jeweils eingegeben werden. Die IGBT-Elemente T1 bis T6 schalten Ströme über Kollektoren C und Emitter E als Ant­ wort auf die Gate-Spannungssignale VG1 bis VG6 ab und ein.
Vier (nicht gezeigte) unabhängige externe DC-Spannungs­ quellen sind an jeweilige Paare (positiver) Leistungszu­ fuhranschlüsse VCC1 bis VCC4 für hohes Potential und (negativer) Leistungszufuhranschlüsse VEE1 bis VEE4 für niedriges Potential angeschlossen, so daß durch diese Lei­ stungszufuhranschlüsse DC-Spannungen den Halbleiterelemen­ ten IC1 bis IC6 zugeführt werden. Die negativen Leistungs­ zufuhranschlüsse VEE1 bis VEE3 sind elektrisch mit den Emittern E der IGBT-Elemente T1 bis T3 jeweils verbunden, während der negative Leistungszufuhranschluß VEE4 an die Emitter 4 der IGBT-Elemente T4 bis T6 angeschlossen ist, welche sich auf den gemeinsamen Potentialen befinden.
Die Hauptschaltung 120, welcher ein relativ großer Strom zugeführt wird, ist derart ausgebildet, um resistent gegen einen hohen Strom und auf den hohen Strom folgende Hitzeerzeugung zu sein. Andererseits wird der Steuerschal­ tung 130, welche angepaßt ist, um Spannungssignale zu ver­ arbeiten, ein kleiner Strom zugeführt. Die Steuerschaltung 130 ist daher nicht entworfen, einen hohen Strom zu bewäl­ tigen.
Ausbildung der Einheit 100
Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche die Ausbildung der Einheit 100 darstellt. Die Einheit 100 um­ faßt ein Gehäuse 101, welches aus einem Isolator wie syn­ thetischem Harz gefertigt ist, und auf der oberen Oberflä­ che ist eine Abdeckung 102 vorgesehen. Anschlüsse 103 der Hauptschaltung 120 und Anschlüsse 104 der Steuerschaltung 130 sind nach außen bloßgelegt auf der oberen Oberfläche des Gehäuses 101 angeordnet. Bei diesen Anschlüssen 103 und 104 werden Teile, welche identisch denjenigen in dem Schal­ tungsdiagramm von Fig. 12 sind, durch dieselben Symbole be­ zeichnet.
Anordnung der Schaltungselemente der Hauptschaltung 120
Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf eine Schaltungspla­ tine 121 bezüglich der Hauptschaltung 120, welche in einer vorgeschriebenen Position des Gehäuses 101 aufgenommen ist. Die Schaltungsplatine 121 weist vier Schaltungsplatinenkör­ per 121a bis 121d auf. Diese Schaltungsplatinenkörper 121a bis 121d sind auf einer oberen Oberfläche einer Kupferbasis 122 eines Plattentyps angeordnet, welche die Grundoberflä­ che des Gehäuses 101 bildet. Die IGBT-Elemente T1 bis T6, die Freilaufdioden D1 bis D6, welche dazugehörige passive Schaltungselemente sind, und Verbindungsmuster sind auf den Schaltungsplatinenkörpern 121a und 121b vorgesehen. Die Verbindungsmuster P(P), P(N), P(U), P(V) und P(W) entspre­ chen jenen der Ausgänge des hohen Potentials P, des niedri­ gen Potentials N, einer U-Phase, einer V-Phase bzw. einer W-Phase. Diese Verbindungsmuster sind zum Durchlassen eines hohen Stroms hinreichend bezüglich ihrer Breite und Dicke ausgebildet. Die Verbindungsmuster sind jeweils an die ent­ sprechenden Leistungszufuhranschlüsse PS(P) und PS(N) und an die Ausgangsanschlüsse OUT(U), OUT(V) und OUT(W) in zu­ einander geneigten Teilen angeschlossen.
Die Schaltungsplatinenkörper 121c und 121d sind Körper­ teile der Schaltungsplatine 121, welche die IGBT-Elemente T1 bis T6 und die Steuerschaltung 130 miteinander verbin­ den. Unter jenen, welche auf diesen Schaltungsplatinenkör­ pern 121c und 121d gebildet sind, sind die Verbindungsmu­ ster P(E1) bis P(E6) jeweils an die Emitter E der IGBT-Ele­ mente T1 bis T5 angeschlossen, während die Verbindungsmu­ ster P(61) bis P(66) jeweils an die Gates G der IGBT-Ele­ mente T1 bis T6 angeschlossen sind. Jedes der IGBT-Elemente T1 bis T6 weist eine Erfassungsschaltung auf, welche einen Stromwert (Kollektorstrom) erfaßt, der in einen Kollektor C jedes Elementes fließt, zum Übertragen eines Spannungssi­ gnals entsprechend dem Kollektorstrom. Verbindungsmuster P(S1) bis P(S6) sind an die Erfassungsschaltungen ange­ schlossen, welche jeweils in den IGBT-Elementen T1 bis T6 vorgesehen sind, um die Erfassungssignale bezüglich der Kollektorströme zu übertragen. Verbindungsmuster P(EX) sind angepaßt, andere Signale zu übertragen.
Diese Verbindungsmuster sind an die Enden einer Mehr­ zahl von (später beschriebenen) Leiterstiften angeschlos­ sen, welche in zueinander geneigten Teilen jeweils an die Steuerschaltung 130 angeschlossen sind. Diese Verbindungs­ muster sind elektrisch mit der Steuerschaltung 130 über die Leiterstifte verbunden. Eine Zahl von Leitungsdrähten w stellt geeignete elektrische Verbindungen bezüglich der vorher erwähnten Elemente untereinander und zu den Verbin­ dungsmustern her.
Anordnung der Schaltungselemente der Steuerschaltung 130
Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf eine Schaltungspla­ tine 131 der Steuerschaltung 130. Die Steuerschaltung 130 ist auf der Platine entwickelt, welche unterschiedlich ge­ genüber derjenigen der Hauptschaltung 120 ist, welche große Hitze erzeugt. Die aktiven Halbleiterelemente IC1 bis IC7, verschiedene dazugehörige passive Schaltungselemente EL und Verbindungsmuster sind auf der Schaltungsplatine 131 vorge­ sehen. Das Halbleiterelement IC7 ist mit einem Gegenstand versehen, welcher sich zu jenen der Halbleiterelemente IC1 bis IC6 unterscheidet.
Die Schaltungsplatine 131 ist mit Durchgangslöchern TH versehen, welche mit den Verbindungsmustern verbunden sind, und andere Enden der vorher erwähnten Leiterstifte sind an diese Durchgangslöcher TH angeschlossen. Die Durchgangslö­ cher TH(E1) bis TH(E6), TH(G1) bis TH(G6), TH(S1) bis TH(S6) und TH(EX) sind an die vorher erwähnten Verbindungs­ muster P(E1) bis P(E6), P(G1) bis P(G6), P(S1) bis P(S6) bzw. P(EX) angeschlossen. Die Schaltungsplatine 131 ist mit den Anschlüssen 104 versehen, welche an die Verbindungsmu­ ster ebenso wie an die vorher erwähnte externe Leistungs­ quelle und ähnliches angeschlossen sind.
Querschnittsstruktur der Einheit 100
Fig. 16 zeigt eine vordere Querschnittsansicht der Ein­ heit 100. Die Schaltungsplatinen 131 und 121 sind auf den oberen und unteren Teilen der Einheit 100 entgegengesetzt zueinander angeordnet. Die Schaltungen, welche auf den Schaltungsplatinen 121 und 131 vorgesehen sind, sind geeig­ net elektrisch miteinander über die vorher erwähnte Mehr­ zahl von Leiterstiften PI verbunden. Die Schaltungsplati­ nenkörper 121a und 121b, welche mit den IGBT-Elementen T1 bis T6 versehen sind, die der Erzeugung von großer Hitze unterworfen sind, sind aus Keramik wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Aluminiumnitrid (AlN) gefertigt, das Hitzebe­ ständigkeit und elektrisches Isolationsvermögen besitzt, während die Grundoberflächen vollständig mit dünnen Kupfer­ platten CF bedeckt sind. Die Oberflächen dieser dünnen Kup­ ferplatten CF sind auf eine obere Oberfläche der Kupferba­ sis 122 gelötet, um die Schaltungsplatinenkörper 121a und 121b auf der Kupferbasis 122 zu befestigen. Kupferverbin­ dungsmuster so wie die Verbindungsmuster P(N), P(W) und ähnliche sind auf der oberen Oberfläche der Schaltungspla­ tine 121 gebildet, während die Schaltungselemente wie die IGBT-Elemente T3, T6 und ähnliches auf die oberen Oberflä­ chen davon gelötet sind. Die Verbindungsmuster und die dün­ nen Kupferplatten CF sind metallisch an die Schaltungspla­ tinenkörper 121a und 121b gebondet. Diese Substrate, welche durch Metallisierungsbonden gebildet sind, werden DBC- Substrate genannt. In den DBC-Substraten betragen die Dicken der isolierenden Schaltungsplatinenkörper 121a und 121b, der dünnen Kupferplatten CF und der Verbindungsmuster beispielsweise 0,635 mm; 0,2 mm bzw. 0,3 mm.
Die Kupferbasis 122, welche im wesentlichen vollständig die Bodenoberfläche der Einheit 100 einnimmt, ist weitge­ hend angepaßt, Hitze abzustrahlen. Die Einheit 100 ist näm­ lich derart angebracht, daß sich die Kupferbasis 122 in Kontakt mit einer extern vorgesehenen Hitzeschleuder (heat slinger) oder ähnlichem befindet zum Abführen eines Hitze­ verlustes, welcher in der Hauptschaltung 120 hervorgerufen wird, an einen externen Hitzeabstrahlungsmechanismus wie die Hitzeschleuder, wodurch verhindert wird, daß die Tempe­ ratur der Hauptschaltung 120 und der Steuerschaltung 130 übermäßig ansteigt.
Der Körper der Abdeckung 102 ist aus einem elektrischen Isolator wie synthetischem Harz gebildet, und eine Kupfer­ platte 105 ist im wesentlichen vollständig an der unteren Oberfläche davon befestigt. Ein innerer Raum 109, welcher durch die Kupferbasis 122, das Gehäuse 101 und die Ab­ deckung 102 gebildet wird, ist mit Siliziumharz und Epoxyd­ harz zum Schutz der Schaltungselemente aufgefüllt. Insbe­ sondere sind die Teile, welche sich nahe den DBC-Substraten und den s-förmig gebogenen Teilen so wie den Leistungszu­ fuhranschlüssen PS(P) und PS(N) und den Leiterstiften PI befinden, mit Siliziumharz aufgefüllt, während andere Teile des inneren Raums mit Epoxydharz aufgefüllt sind.
Probleme, die bei der konventionellen Einheit auftreten
In dem konventionellen Halbleiterleistungsmodul sind die DBC-Substrate, die mit den Schaltungselementen versehen sind, die mit der Erzeugung von Hitze in Verbindung stehen, wie die IGBT-Elemente T1 bis T6, an die Kupferbasis 122 ge­ lötet, wie oben beschrieben ist. Die thermischen Expansi­ onskoeffizienten von Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid be­ tragen 7,3 µm pro Grad bzw. 4,7 µm pro Grad, während der von der Kupferbasis 122 16,6 µm pro Grad beträgt. Der Isolati­ onssubstratkörper, welcher bezüglich der thermischen Expan­ sion der DBC-Substrate vorherrscht, und die Kupferbasis 122 unterscheiden sich bezüglich ihrer thermischen Expansions­ koeffizienten wesentlich voneinander. Diese Elemente sind bei einer Temperatur, die beim Verlöten untereinander auf­ tritt, keiner thermischen Verzerrung unterworfen, d. h. bei der Schmelztemperatur des Lötmetalls. Wenn sich die Tempe­ ratur jedoch nach Abschluß des Lötens auf Raumtemperatur reduziert, werden die Elemente durch den sogenannten Bime­ talleffekt thermisch verzerrt, welcher durch die oben er­ wähnte Differenz bezüglich der thermischen Expansionskoef­ fizienten hervorgerufen wird. Als Ergebnis wird eine Krüm­ mungsdeformation in den DBC-Substraten und der Kupferbasis 122 bei Raumtemperatur hervorgerufen. Eine solche Krüm­ mungsdeformation erhöht sich, wenn die Einheit 100 bei ei­ ner niedrigen Temperatur verwendet wird, während sie sich verringert, wenn die Einheit 100 bei einer hohen Temperatur verwendet wird. Darüber hinaus verändern sich im allgemei­ nen die Aufheizwerte der IGBT-Elemente T1 bis T6 usw. in­ folge der Verwendung der Einheit 100, wobei sich die Tempe­ ratur als Antwort darauf ebenso verändert, um die Beträge der Krümmungsdeformation zu variieren. Die Verschiebung bei jedem Teil der DBC-Substrate und der Kupferbasis 122, wel­ che durch die Beträge der Krümmungsdeformation hervorgeru­ fen wird, erreicht das Maximum bei etwa 300 µm.
Die DBC-Substrate können infolge der Krümmungsdeforma­ tion durch den internen Druck, welcher eine Bruchstärke überschreitet, gebrochen werden. Des weiteren können die DBC-Substrate einen Ermüdungsbruch infolge wiederholten Drucks hervorrufen, welcher im Inneren durch wiederholte Temperaturänderung verursacht wird. Somit können die DBC- Substrate durch den Bimetalleffekt in der konventionellen Einheit gebrochen werden.
Darüber hinaus können die Halbleiterelemente IC1 bis IC7, welche die Steuerschaltung 130 bilden, nicht auf stark verschobenen DBC-Substraten oder den Substraten, welche auf der Kupferbasis 122 befestigt sind, angeordnet werden, da diesbezüglich eine hohe Betriebszuverlässigkeit erfordert wird. Wie in Fig. 16 gezeigt, ist das Schaltungssubstrat 131, welches mit den Halbleiterelementen IC1 bis IC7 usw. versehen ist, räumlich von der Schaltungsplatine 121 ge­ trennt, welche auf die Kupferbasis 122 gelötet ist, so daß diese Substrate sich aus diesem Grund in einer "Doppeldeck"-Struktur befinden. Somit besitzt die konven­ tionelle Einheit eine unvorteilhaft komplizierte Struktur, wodurch hohe Herstellungskosten hervorgerufen werden.
Darüber hinaus besitzen die Leiterstifte PI und die An­ schlüsse so wie die Leistungszufuhranschlüsse PS(P) und PS(N), welche an die Hauptschaltung 120 angeschlossen sind, s-förmig gebogene Strukturen, um geeignet für die folgende Verschiebung der Schaltungsplatine 121 zu sein. Solche s-för­ mig gebogenen Strukturen dürfen nicht bezüglich einer Deformation durch den Füllstoff gehindert werden, welcher sich damit in Kontakt befindet. Es ist somit nötig, den Rand der s-förmig gebogenen Strukturen mit dem weichen Si­ liziumharz zu schützen, das Druck absorbieren kann, wie oben beschrieben ist. Dies beinhaltet jedoch ebenso die Probleme der komplizierten Struktur und der hohen Herstel­ lungskosten bezüglich der Einheit.
In den letzten Jahren sind die IGBT-Elemente T1 bis T6 zunehmend verbessert worden, und es sind Elemente entwickelt worden, welche für einen Betrieb bei einer hohen Fre­ quenz von 50 kHz geeignet sind. Bei der konventionellen Ein­ heit werden jedoch Hochgeschwindigkeitsschaltoperationen der IGBT-Elemente T1 bis T6 durch hohe Reaktanzen der An­ schlüsse verhindert, welche s-förmig gebogene Strukturen besitzen, die mit der Hauptschaltung 120 verbunden sind.
Des weiteren ist es bei der konventionellen Einheit nö­ tig, den Abstand zwischen den Schaltungsplatinen 121 und 131 infolge der s-förmig gebogenen Strukturen über einen bestimmten Grad hinaus zu erhöhen, und daher muß die Höhe der Einheit unvermeidlich einen bestimmten Betrag über­ schreiten. Mit anderen Worten, die konventionelle Einheit verhindert die Implementierung der Miniaturisierung, welche eine starke Anforderung des Marktes darstellt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist ein Halb­ leiterleistungsmodul eine schachtelförmige Umhüllung auf, welche ein leistungschaltendes Halbleiterelement aufgenom­ men hat, welches wiederholt einen Strom aus- und einschal­ tet, der als Antwort auf ein Steuersignal einer Last zuge­ führt werden soll, und ein Bodenteil der Hülle weist ein Leistungssubstrat auf, welches integriert mit einem Lei­ stungssubstratkörper versehen ist, der ein hitzebeständiges Isolierungsmaterial beinhaltet, ein thermisch und elek­ trisch leitendes Verbindungsmuster, welches auf eine obere Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers gebondet bzw. darauf angeordnet ist, um mit dem Halbleiterelement zum Leistungumschalten verbunden zu sein, und eine thermisch leitende Platte, welche auf eine untere Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers gebondet ist bzw. darauf angeord­ net ist, während die Platte ein Material besitzt, welches im wesentlichen identisch demjenigen des Leistungsverbin­ dungsmusters ist, welches auf einer unteren Oberfläche der Hülle bloßgelegt ist.
Vorzugsweise weist die Hülle ein bodenloses Gehäuse auf, welches auf den Bodenteil durch ein Klebemittel zum Bedecken eines oberen Raums des Bodenteils gebondet ist.
Vorzugsweise besteht das hitzebeständige Isolierungsma­ terial aus Keramik, das Leistungsverbindungsmuster besteht im wesentlichen aus einem Kupfermaterial und ist auf der oberen Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers durch Metallisierungsbonden angeordnet, und die Platte besteht im wesentlichen aus einem Kupfermaterial und ist auf der unte­ ren Oberfläche des Leistungssubstratkörpers durch Metalli­ sierungsbonden angeordnet.
Vorzugsweise weist das Bodenteil der Hülle ein Steuer­ substrat auf, welches einen Steuersubstratkörper besitzt, der im wesentlichen aus einem Isolator besteht, aus einem elektrisch leitenden Steuerverbindungsmuster, welches auf einer oberen Hauptoberfläche des Steuersubstratkörpers an­ geordnet ist und mit einem Steuerschaltungselement zum Er­ zeugen des Steuersignals und Zuführen desselben dem Halb­ leiterelement zum Leistungsumschalten verbunden ist, und aus einem plattenförmigen Druckteil, welches eine Festig­ keit besitzt, wodurch eine Vielschichtstruktur mit dem Steuersubstratkörper gebildet wird, während das Steuer­ substrat um das Leistungssubstrat angeordnet ist und sich im Eingriff mit einem Randteil des Leistungssubstrats be­ findet.
Vorzugsweise weist das Bodenteil der Hülle des weiteren eine plattenförmige Trenneinrichtung auf, welche einen in­ neren Umfangsrand besitzt, der um das Leistungssubstrat herum vorgesehen ist, um mit einem äußeren Umfangsrand des Leistungssubstrats in Kontakt zu sein, wobei sich die plat­ tenförmige Trenneinrichtung in Kontakt mit einer unteren Hauptoberfläche des Steuersubstrats befindet.
Das Verhältnis der Dicke des Leistungsverbindungsmu­ sters zu derjenigen der Platte ist vorzugsweise derart be­ stimmt, daß das Leistungssubstrat auf eine Temperaturverän­ derung folgend sich nicht verzieht.
Die Trenneinrichtung besitzt vorzugsweise Elastizität, und eine untere Oberfläche der Trenneinrichtung schließt im wesentlichen bündig mit derjenigen der Platte ab.
Die Trenneinrichtung besitzt vorzugsweise Elastizität, und die untere Hauptoberfläche der Trenneinrichtung springt nach unten über diejenige der Platte hinaus.
Eine untere Hauptoberfläche der Platte springt vorzugs­ weise nach unten über diejenige der Trenneinrichtung hin­ aus.
Das Leistungssubstrat weist des weiteren vorzugsweise ein Kontaktteil auf, welches auf einem oberen Rand der obe­ ren Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers angeordnet ist, um mit dem Steuersubstrat in Kontakt zu sein, wobei das Kontaktteil im wesentlichen aus einem Metall besteht.
Das Druckteil umfaßt vorzugsweise eine Metallplatte.
Das Steuersubstrat ist vorzugsweise mit einer Öffnungs­ durchführung durch ein Zentralteil der Hauptoberfläche ver­ sehen, und das Leistungssubstrat ist in der Öffnung ange­ bracht.
Eine obere Hauptoberfläche des Leistungssubstrats ist vorzugsweise in der Öffnung angebracht, welche sich nach unten über das Steuersubstrat hinaus erstreckt, und vorum­ mantelndes Harz ist in der Öffnung zum Bedecken des Lei­ stungsschaltelements vorgesehen.
Der innere Umfangsrand der Trenneinrichtung befindet sich vorzugsweise in Kontakt mit dem äußeren Umfangsrand des Leistungssubstrats durch ein flexibles Klebemittel.
Eine obere Hauptoberfläche der Trenneinrichtung befin­ det sich vorzugsweise in Kontakt mit der unteren Hauptober­ fläche des Steuersubstrats, und die Trenneinrichtung und das Steuersubstrat sind aneinander befestigt.
Die Trenneinrichtung und das Steuersubstrat sind vor­ zugsweise aneinander durch ein Klebemittel befestigt.
Die Trenneinrichtung und das Steuersubstrat sind vor­ zugsweise aneinander mittels einer Schraube befestigt.
Das Halbleiterleistungsmodul weist des weiteren vor­ zugsweise eine thermisch leitende hitzeleitende Platte ei­ nes Plattentyps auf, welche vorgesehen ist, um in Kontakt mit einem unteren Teil des Bodenteils der Hülle zu sein, und die hitzeleitende Platte besitzt eine obere Hauptober­ fläche, welche entlang einer unteren Hauptoberfläche der Platte verschiebbar ist.
Die hitzeleitende Platte ist vorzugsweise an der Trenn­ einrichtung befestigt.
Die obere Hauptoberfläche der hitzeleitenden Platte ist auf der unteren Hauptoberfläche der Platte mittels eines flexiblen Klebemittels angebracht.
Die vorliegende Erfindung ist ebenso auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterleistungsmoduls gerichtet. Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren des Herstellens eines Halbleiterleistungsmoduls (a) einen Schritt des Erlangens eines Substratstrukturkörpers auf, welcher ein Leistungssubstrat aufweist, das mit einem elek­ trisch leitenden Leistungsverbindungsmuster versehen ist, welches auf einer oberen Hauptoberfläche eines Lei­ stungssubstratkörpers angeordnet ist, der ein hitzebeständi­ ges Isolierungsmaterial und eine thermisch leitende Platte besitzt, und ein Material besitzt, welches im wesentlichen identisch demjenigen des Leistungsverbindungsmusters ist, und auf einer unteren Hauptoberfläche des Leistungs­ substratkörpers vorgesehen ist, (b) einen Schritt des Ver­ bindens eines Halbleiterelements zum Leistungsumschalten mit dem Leistungsverbindungsmuster und (c) einen Schritt des Koppelns eines bodenlosen Gehäuses an den Substratstrukturkörper, wodurch eine Hülle gebildet wird, deren Leistungssubstrat ein Teil des Bodenteils ist und das Halbleiterelement zum Leistungsumschalten in seinem Inneren aufnimmt, und wobei der Schritt (c) einen Schritt (c-1) zum Koppeln des Gehäuses an das Leistungssubstrat aufweist, da­ mit eine untere Hauptoberfläche der Platte auf dem Boden­ teil der Hülle bloßgelegt ist.
Der Schritt (c-1) weist vorzugsweise einen Schritt des Bondens des Substratstrukturkörpers mit dem Gehäuse durch ein Klebemittel auf.
Das Verfahren des Herstellens eines Halbleiterlei­ stungsmoduls weist vorzugsweise des weiteren (d) einen Schritt auf des Bildens eines Steuersubstrats durch Anord­ nen eines elektrisch leitenden Steuerverbindungsmusters auf einer oberen Hauptoberfläche eines Steuersubstratkörpers, welcher im wesentlichen aus einem Isolator besteht, und Aufschichten eines Druckteils eines Plattentyps, welches eine Festigkeit besitzt, auf einer unteren Hauptoberfläche des Steuersubstratkörpers, und (e) einen Schritt des Ver­ bindens eines Steuerschaltungselements mit dem Steuerver­ bindungsmuster, wobei der Schritt (c) einen Schritt (c-2) des In-Eingriff-Bringens des Steuersubstrats mit einem Rand des Leistungssubstrats aufweist, während das erstere um das letztere herum angeordnet ist.
Das Verfahrens des Herstellens eines Halbleiterlei­ stungsmoduls weist des weiteren vorzugsweise (f) einen Schritt des Ausbildens einer Trenneinrichtung eines Plat­ tentyps auf, welche einen inneren Umfangsrand besitzt, wo­ bei der Schritt (c) des weiteren (c-3) einen Schritt des Anordnens der Trenneinrichtung um das Leistungssubstrat herum aufweist, so daß sich der innere Umfangsrand in Kon­ takt mit dem äußeren Umfangsrand des Leistungssubstrats be­ findet.
Vorzugsweise besitzt die Trenneinrichtung Elastizität, und der Schritt (c-3) weist (c-3-1) einen Schritt des An­ ordnens der Trenneinrichtung auf, so daß eine untere Haupt­ oberfläche der Trenneinrichtung im wesentlichen bündig mit derjenigen der Platte abschließt.
Der Schritt (c-3) weist vorzugsweise (c-3-2) einen Schritt des Anordnens der Trenneinrichtung auf, so daß eine untere Hauptoberfläche der Trenneinrichtung nach unten über diejenige der Platte hinaus angebracht ist.
Der Schritt (c-3) weist vorzugsweise (c-3-3) einen Schritt des In-Kontakt-Bringens des inneren Umfangsrands der Trenneinrichtung mit dem äußeren Umfangsrand des Lei­ stungssubstrats durch ein flexibles Klebemittel auf.
Der Schritt (c-3) weist vorzugsweise (c-3-4) einen Schritt des In-Kontakt-Bringens einer unteren Hauptoberflä­ che der Trenneinrichtung mit dem Steuersubstrat auf, wäh­ rend die Trenneinrichtung und das Steuersubstrat aneinander befestigt sind.
Der Schritt (c-3-4) weist vorzugsweise einen Schritt des Befestigens der Trenneinrichtung und des Steuer­ substrats aneinander durch Einfügen eines Klebemittels da­ zwischen auf.
Der Schritt (c-3-4) weist vorzugsweise einen Schritt des Befestigens der Trenneinrichtung und des Steuer­ substrats aneinander durch eine Schraube auf.
Das Verfahren des Herstellens eines Halbleiterlei­ stungsmoduls weist des weiteren vorzugsweise (g) einen Schritt des Anordnens einer thermisch leitenden hitzelei­ tenden Platte eines Plattentyps auf, so daß deren obere Hauptoberfläche sich verschiebbar in Kontakt mit einer un­ teren Hauptoberfläche der Platte befindet.
Der Schritt (g) weist vorzugsweise (g-1) einen Schritt des Anordnens der hitzeleitenden Platte auf, so daß sich deren obere Hauptoberfläche verschiebbar in Kontakt mit der unteren Hauptoberfläche der Platte durch Befestigen dersel­ ben an der Trenneinrichtung befindet.
Der Schritt (g) weist vorzugsweise (g-2) einen Schritt des Befestigens der oberen Hauptoberfläche der hitzeleiten­ den Platte an der unteren Hauptoberfläche der Platte durch ein flexibles Klebemittel auf.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Halbleiterleistungs­ modul ist die thermisch leitende Platte, welche auf dem Leistungssubstrat vorgesehen ist, auf der äußeren Oberflä­ che der Hülle der Einheit bloßgelegt. Es ist daher möglich, die Hitze, welche in der Schaltung erzeugt wird, nach außen abzuführen, ohne eine Kupferbasisplatte durch Anbringen der Einheit derart vorzusehen, daß die Platte sich direkt in Kontakt mit einer externen Hitzeschleuder oder ähnlichem befindet. Es wird kein Bimetalleffekt hervorgerufen, da keine Kupferplatte benötigt wird. Es ist somit möglich, ei­ ne Hochgeschwindigkeits-Miniatureinheit zu implementieren, welche unter niedrigen Kosten bei einer einfachen Struktur ohne Bruch eines Leistungssubstrats hergestellt werden kann.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das hitzebeständige Isolierungsmaterial für den Leistungssubstratkörper aus Keramik, während das Leistungsverbindungsmuster und die Platte durch Metallisie­ rungsbonden angeordnet werden, wodurch Hitzeverlust, wel­ cher in dem Halbleiterelement zum Leistungsumschalten und dem Leistungsverbindungsmuster hervorgerufen wird, wirksam auf die Platte übertragen wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Steuersubstrat, welches zum Erzeugen des Steuersignals und Übertragen desselben an das Halbleitere­ lement zum Leistungsumschalten mit dem Steuerschaltungsele­ ment versehen ist, um das Leistungssubstrat herum angeord­ net. Es ist daher möglich, eine Miniatureinheit zu imple­ mentieren, welche weiter bezüglich der Dicke reduziert ist. Darüber hinaus besitzt das Steuersubstrat das Druckteil und befindet sich im Eingriff mit dem Rand des Leistungs­ substrats, wodurch die Platte, welche auf der äußeren Ober­ fläche der Hülle bloßgelegt ist, in Druckkontakt mit einer externen Hitzeschleuder oder ähnlichem bei einem hinrei­ chenden Druck gebracht werden kann.
Das Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Er­ findung besitzt die Trenneinrichtung, welche sich in Kon­ takt mit dem Rand des Leistungssubstrats befindet, wodurch das Leistungssubstrat an einer vorgeschriebenen Position angeordnet ist, welche durch die Trenneinrichtung bestimmt wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verhältnis der Dicke des Leistungsver­ bindungsmusters zu der Dicke der Platte eingestellt, wo­ durch das Leistungssubstrat seiner Temperaturveränderung folgend sich nicht verzieht. So wird ein Bruch des Lei­ stungssubstrats verhindert, während ein Teil, welcher das Leistungsverbindungsmuster mit dem Halbleiterelement zum Leistungsumschalten verbindet, vor der durch einen Hitzezy­ klus hervorgerufenen Verringerung der Lebensdauer bewahrt wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Trenneinrichtung Elastizität, und die Oberfläche der Trenneinrichtung schließt im wesentlichen bündig mit der Oberfläche der Platte ab, welche auf dem Leistungssubstrat vorgesehen ist, wodurch ermöglicht wird, die Platte wirksam in Druckkontakt mit einer externen Hit­ zeschleuder oder ähnlichem bei einem hinreichenden Druck zu bringen. Da die Trenneinrichtung Elastizität besitzt, wird des weiteren keine hohe Genauigkeit bezüglich der Dimensio­ nen des Leistungssubstrats usw., welches sich in Kontakt damit befindet, erfordert.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Trenneinrichtung Elastizität, und ih­ re Oberfläche tritt nach außen über die Oberfläche der Platte hervor, welche auf dem Leistungssubstrat vorgesehen ist, wodurch die Trenneinrichtung als Dichtung (packing) wirkt, wenn die Einheit auf einer externen Hitzeschleuder oder ähnlichem angebracht wird. Somit wird das Halbleitere­ lement zum Leistungsumschalten vor der äußeren Luft ge­ schützt. Folglich wird beim Halbleiterelement eine durch Feuchtigkeit hervorgerufene Verschlechterung unterdrückt, welche in der äußeren Luft oder ähnlichem vorhanden ist. Da die Trenneinrichtung Elastizität besitzt, wird des weiteren bezüglich der Dimensionen des Leistungssubstrats usw., wel­ ches sich in Kontakt damit befindet, keine hohe Genauigkeit erfordert.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche der Platte, welche auf dem Leistungssubstrat vorgesehen ist, nach außen über die Ober­ fläche der Trenneinrichtung hinaus angebracht, wodurch es möglich ist, die Platte wirksam in Druckkontakt mit einer externen Hitzeschleuder oder ähnlichem bei einem hinrei­ chenden Druck zu bringen.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich das Leistungssubstrat in Kontakt mit dem Steuersubstrat in dem Kontaktteil, wodurch das Kon­ taktteil als ein dämpfendes bzw. abfederndes Material wirkt, so daß es möglich ist, einen Bruch des Leistungs­ substratkörpers hervorgerufen durch einen Eingriff mit dem Steuersubstrat zu verhindern. Darüber hinaus wird die Stär­ ke des Leistungssubstratkörpers verbessert.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Druckteil eine Metallplatte auf, wo­ durch es ermöglicht wird, die Platte, welche auf der äuße­ ren Oberfläche der Hülle bloßgelegt ist, in Druckkontakt mit einer externen Hitzeschleuder oder ähnlichem bei einem weiteren hinreichenden Druck zu bringen. Darüber hinaus schirmt die Metallplatte vor elektromagnetischem Wellenrau­ schen ab, welches auf den Betrieb des Steuerschaltungsele­ ments folgend erzeugt wird, wodurch ein Austreten des Rau­ schens aus der Einheit heraus verhindert wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt das Steuersubstrat eine Öffnung, so daß das Leistungssubstrat in der Öffnung angebracht wird, wo­ durch das Grundoberflächenteil der Hülle bezüglich der Größe weiter reduziert wird, um die Einheit weiter zu mi­ niaturisieren.
Das Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Er­ findung weist das vorumhüllende Harz zum Abdecken des Lei­ stungsschaltelements auf, wodurch das Schaltelement zuver­ lässig vor Feuchtigkeit geschützt wird. Somit wird die Aus­ haltespannung des Schaltelements über eine lange Zeit auf­ rechterhalten. Des weiteren wird ein Schritt zwischen den Hauptoberflächen des Leistungssubstrats und des Steuer­ substrats definiert, so daß das Schaltelement, welches mit dem vorumhüllenden Harz bedeckt werden soll, auf einer zu­ rückgezogenen Oberfläche dieses Schritts angeordnet ist. In einem Prozeß des Abdeckens des Schaltelementes mit vorum­ hüllenden Harz verhindert daher dieser Schritt das Zer­ streuen des vorumhüllenden Harzes, wodurch das vorumhül­ lende Harz nicht in einen unnötigen Bereich hinein zer­ streut wird. Folglich werden die Schritte des Herstellens des Halbleiterleistungsmoduls vereinfacht, und es gibt keine Möglichkeit des übermäßigen Verbrauchs des vorumhüllenden Harzes.
In dem Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung befinden sich das Leistungssubstrat und die Trenneinrich­ tung durch das flexible Klebemittel in Kontakt miteinander, wodurch eine durch die Differenz der thermischen Expansi­ onskoeffizienten zwischen dem Leistungssubstrat und der Trenneinrichtung hervorgerufene Deformation des Leistungs­ substrats verhindert wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung befinden sich die Hauptoberflächen des Steuer­ substrats, welches den Bodenoberflächenteil der Hülle bil­ det, und die Trenneinrichtung in Kontakt miteinander bzw. sind aneinander befestigt. Somit kann das Bodenoberflächen­ teil bezüglich der Dicke reduziert werden, während ein Ab­ fallen bzw. Absenken (droppage) der Trenneinrichtung ver­ hindert wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich die thermisch leitende Hitzelei­ tungsplatte verschiebbar in Kontakt mit der Platte des Lei­ stungssubtrats. Somit zerstreut sich der Hitzeverlust, wel­ cher in der Schaltung erzeugt wird, gegen eine externe Hit­ zeschleuder durch die Hitzeleitungsplatte, wodurch der Hit­ zeverlust sich wirksam zerstreut, ebenso wenn die Hitze­ schleuder untergeordnet bezüglich der Oberflächenglätte ist.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren des Herstellens eines Halbleiterleistungsmoduls ist es möglich, effektiv das Halbleiterleistungsmodul entsprechend der vorliegenden Erfindung herzustellen.
Es ist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterleistungsmo­ dul gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, Hitze, welche in der Schaltung erzeugt wird, nach außen ohne Vorsehen ei­ ner Kupferbasisplatte durch Anbringen der Einheit derart abzuführen, daß die Platte, welche auf dem Leistungs­ substrat vorgesehen ist, sich direkt in Kontakt mit einer externen Hitzeschleuder oder ähnlichem befindet, wodurch kein Bimetalleffekt hervorgerufen wird. Somit wird bewirkt, daß bei der erfindungsgemäßen Einheit das Leistungssubstrat nicht gebrochen wird. Ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Einheit wird ermöglicht, da infolge des Nichtvorhandenseins eines Bimetalleffekts keine s-förmig gebogene Struktur be­ nötigt wird, während die Einheit bezüglich ihrer Struktur vereinfacht werden kann und die Herstellungskosten redu­ ziert werden können, da keine Füllung mit Siliziumgel er­ fordert wird. Darüber hinaus kann die Einheit bezüglich ih­ rer Dicke reduziert werden und infolge der Abwesenheit ei­ ner s-förmig gebogenen Struktur miniaturisiert werden. Des weiteren schließen das Leistungssubstrat und das Steuer­ substrat im wesentlichen zueinander bündig ab, wodurch die Einheit bezüglich ihrer Dicke reduziert werden kann und ebenso dadurch miniaturisiert werden kann.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung wird das hitzebeständige Isolierungsmaterial für den Leistungssubstratkörper aus Keramik gebildet, während das Leistungsverbindungsmuster und die Platte durch Metal­ lisierungsbonden angeordnet werden, wodurch der Hitzever­ lust, welcher in dem Halbleiterelement zum Leistungsum­ schaltung und dem Leistungsverbindungsmuster hervorgerufen wird, wirksam auf die Platte übertragen wird. Des weiteren ist die Haftstärke zwischen dem Leistungsverbindungsmuster, der Platte und dem Leistungssubstratkörper so groß, daß ei­ ne Verschlechterung durch Trennung oder ähnliches kaum her­ vorgerufen werden kann und die Produktlebensdauer verbes­ sert wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Steuersubstrat, welches mit dem Steuer­ schaltungselement zum Erzeugen des Steuersignal und Über­ tragen desselben an das Halbleiterelement zum Leistungs­ schalten versehen ist, um das Leistungssubstrat herum ange­ ordnet. Es ist daher möglich, eine Miniatureinheit zu im­ plementieren, welche bezüglich der Dicke weiter reduziert ist. Des weiteren besitzt das Steuersubstrat das Druckteil und befindet sich im Eingriff mit dem Rand des Leistungs­ substrats, wodurch die Platte, welche auf der äußeren Ober­ fläche der Hülle bloßgelegt ist, in Kontakt mit einer ex­ ternen Hitzeschleuder oder ähnlichem bei einem hinreichen­ den Druck gebracht werden kann.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt das Bodenoberflächenteil der Hülle die Trenneinrichtung, welche sich in Kontakt mit dem Rand des Leistungssubstrats befindet, wodurch das Leistungssubstrat an einer vorgeschriebenen Position angebracht ist, welche durch die Trenneinrichtung bestimmt ist.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verhältnis der Dicke des Leitungsverbin­ dungsmuster zu der Dicke der Platte eingestellt, wodurch das Leistungssubstrat folgend seiner Temperaturänderung sich nicht verzieht. Somit wird ein Bruch des Leistungs­ substrats verhindert, während ein Teil, welches das Lei­ stungsverbindungsmuster mit dem Halbleiterelement zum Lei­ stungsumschalten verbindet, vor einer Verringerung der Le­ bensdauer bewahrt wird, welche durch einen Hitzezyklus her­ vorgerufen wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Trenneinrichtung Elastizität, und die Oberfläche der Trenneinrichtung schließt im wesentlichen bündig mit der Oberfläche der Platte ab, welche auf dem Leistungssubstrat vorgesehen ist, wodurch ermöglicht wird, daß die Platte mit einer externen Hitzeschleuder oder ähn­ lichem bei einem hinreichenden Druck wirksam in Kontakt ge­ bracht wird. Da die Trenneinrichtung Elastizität besitzt, wird des weiteren für die Dimensionen des Leistungs­ substrats usw., welches sich damit in Kontakt befindet, keine hohe Genauigkeit erfordert.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Trenneinrichtung Elastizität, und ih­ re Oberfläche reicht bis über die Oberfläche der Platte hinaus, welche auf dem Leistungssubstrat vorgesehen ist, wodurch die Trenneinrichtung als Dichtung wirkt, wenn die Einheit auf einer externen Hitzeschleuder oder ähnlichem angebracht wird. Somit wird das Halbleiterelement zur Lei­ stungsumschaltung vor der äußeren Luft geschützt, wodurch eine Verschlechterung des Halbleiterelements hervorgerufen durch in der äußeren Luft oder ähnlichem erhaltener Feuch­ tigkeit unterdrückt wird. Da die Trenneinrichtung Elastizi­ tät besitzt, wird bezüglich der Dimensionen des Leistungs­ substrats usw., welches sich in Kontakt damit befindet, keine hohe Genauigkeit erfordert.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche der Platte, welche auf dem Leistungssubstrat vorgesehen ist, nach außen über die Ober­ fläche der Trenneinrichtung angebracht, wodurch ermöglicht wird, daß die Platte wirksam in Druckkontakt mit einer ex­ ternen Hitzeschleuder oder ähnlichem bei hinreichendem Druck gebracht wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich das Leistungssubstrat in Kontakt mit dem Steuersubstrat in dem Kontaktteil, wodurch das Kon­ taktteil als abfederndes bzw. dämpfendes Material wirkt, so daß es möglich wird, einen durch den Eingriff mit dem Steu­ ersubstrat hervorgerufenen Bruch des Leistungssubstratkör­ pers zu verhindern. Des weiteren wird die Stärke des Lei­ stungssubstratkörpers verbessert.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Druckteil die Metallplatte auf, wodurch ermöglicht wird, die Platte, welche auf der äußeren Ober­ fläche der Hülle bloßgelegt ist, in Druckkontakt mit einer externen Hitzeschleuder oder ähnlichem bei einem weiteren hinreichenden Druck zu bringen. Des weiteren schirmt die Metallplatte vor elektromagnetischem Wellenrauschen ab, welches auf einen Betrieb des Steuerschaltungselementes folgend erzeugt wird, wodurch ein Ausströmen des Rauschens auf das Äußere der Einheit verhindert wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt das Steuersubstrat die Öffnung, so daß das Leistungssubstrat in der Öffnung angebracht wird, wo­ durch das Bodenoberflächenteil der Hülle weiter bezüglich der Größe reduziert wird, um die Einheit weiter zu miniatu­ risieren.
Das Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Er­ findung weist das vorumhüllende Harz auf, welches das Lei­ stungsschaltelement bedeckt, wodurch das Schaltelement zu­ verlässig vor Feuchtigkeit geschützt wird. Somit wird die Aushaltespannung der Schaltelemente über eine lange Zeit aufrechterhalten. Des weiteren wird eine Stufe zwischen den Hauptoberflächen des Leistungssubstrats und dem Steuer­ substrat definiert, so daß das Schaltelement, welches mit dem voreinhüllenden Harz bedeckt werden soll, auf einer zu­ rückgenommenen Oberfläche dieser Stufe angeordnet wird. In einem Prozeß des Bedeckens des Schaltelementes mit dem voreinhüllenden Harz verhindert diese Stufe, daß das vor­ einhüllende Harz ausläuft, wodurch die Schritte des Her­ stellens des Leistungsmoduls vereinfacht werden und das voreinhüllende Harz nicht übermäßig verbraucht wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung befinden sich das Leistungssubstrat und die Trenneinrichtung über das flexible Klebemittel in Kontakt miteinander, wodurch eine Deformation des Leistungs­ substrats verhindert wird, welche durch die Differenz der thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Leistungs­ substrat und der Trenneinrichtung hervorgerufen wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung befinden sich die Hauptoberflächen des Steuer­ substrats, welches den Bodenoberflächenteil der Hülle bil­ det, und die Trenneinrichtung in Kontakt miteinander bzw. sind aneinander befestigt. Somit kann der Bodenoberflächen­ teil bezüglich der Dicke reduziert werden, während ein Ab­ fall bzw. Absenken der Trenneinrichtung verhindert wird.
In dem Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich die thermisch leitende Hitzelei­ tungsplatte verschiebbar in Kontakt mit der Platte des Lei­ stungssubstrats. Somit wird der Hitzeverlust, welcher in der Schaltung erzeugt wird, auf eine externe Hitzeschleuder durch die Hitzeleitungsplatte zerstreut, wodurch der Hitze­ verlust wirksam zerstreut wird, auch wenn die Hitzeschleu­ der untergeordnet bezüglich ihrer Oberflächenglätte ist.
In Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren des Herstellens eines Halbleiterleistungsmoduls ist es mög­ lich, leicht das Halbleiterleistungsmodul gemäß der vorlie­ genden Erfindung herzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halblei­ terleistungsmodul einfacher Struktur zu erlangen, bei wel­ chem kein Bruch eines Leistungssubstrats hervorgerufen wird, wobei das Halbleiterleistungsmodul unter geringen Ko­ sten zum Implementieren eines Geschwindigkeitsanstiegs und zur Miniaturisierung hergestellt werden kann, und eine Ver­ fahren zu erlangen, welches zum Herstellen dieser Einheit geeignet ist.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine vordere Querschnittsansicht einer Einheit entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung,
Fig. 2 ein schematisches Schaltungsdiagramm, welches einen Schaltungsteil der Einheit entsprechend der Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, welche die Anord­ nung der Einheit entsprechend der Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung darstellt,
Fig. 4 eine Draufsicht, welche ein zusammengesetztes Substrat und darauf angeordnete Schaltungselemente in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 5(a) und 5(b) strukturelle Diagramme, welche ein Leistungssubstrat in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen,
Fig. 6 eine perspektivische Explosionsansicht, welche das zusammengesetzte Substrat in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 7 eine vordere Querschnittsansicht der Einheit entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine vordere Querschnittsansicht einer Einheit entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine vordere Querschnittsansicht einer Einheit entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung,
Fig. 10 eine vordere Querschnittsansicht einer Einheit entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung,
Fig. 11 eine vordere Querschnittsansicht einer Einheit entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung,
Fig. 12 ein schematisches Schaltungsdiagramm, welches einen Schaltungsteil einer konventionellen Einheit dar­ stellt,
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht, welche die Aus­ bildung der konventionellen Einheit darstellt,
Fig. 14 eine Draufsicht, welche eine Hauptschaltung der konventionellen Einheit darstellt,
Fig. 15 eine Draufsicht, welche eine Steuerschaltung der konventionellen Einheit darstellt, und
Fig. 16 eine vordere Querschnittsansicht, welche die konventionelle Einheit darstellt.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen beschrieben.
In den dazugehörigen Figuren werden Teile, welche iden­ tisch zu denjenigen der konventionellen Einheit sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um eine redundante Be­ schreibung auszulassen.
Ausführungsform 1 Schaltungsstruktur und Betrieb der Einheit
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm, wel­ ches einen prinzipiellen Teil einer Schaltung 210 eines Halbleiterleistungsmoduls 200 entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Schaltung 210 der Einheit 200 besitzt eine Hauptschaltung 220 zum Zuführen einer eingestellten Leistung einer Last und eine Steuerschaltung 230 zum Steuern des Betriebs der Hauptschaltung 220. Sechs IGBT-Elemente (Halbleiterelemente zur Leistungsumschaltung) T1 bis T6, mit welchen die Haupt­ schaltung 220 versehen ist, schalten wiederholt Ströme, welche einer Last zugeführt werden sollen, als Antwort auf Gate-Spannungssignale (Steuersignale) VG1 bis VG6 aus oder ein, welche von vier Halbleiterelementen (Steuerschaltungselementen) IC1 bis IC4 ausgegeben werden, mit welchen die Steuerschaltung 230 versehen ist. Drei IGBT-Elemente T3 bis T6, welche gemeinsame negative Span­ nungszufuhrpotentiale besitzen, werden mit den Gate-Span­ nungssignalen VG4 bis VG6 durch ein gemeinsames Halbleiter­ element IC4 versorgt.
Die Hauptschaltung 220, welcher ein relativer großer Strom zugeführt wird, ist einem Schaltungsentwurf unterwor­ fen, um widerstandsfähig gegenüber einem hohen Strom und auf den hohen Strom folgende Hitzeerzeugung zu sein, ähn­ lich wie die konventionelle Einheit. Andererseits wird der Steuerschaltung 230, welche angepaßt ist, um Spannungssi­ gnale zu verarbeiten, ein kleiner Strom zugeführt. Somit ist die Steuerschaltung 230 nicht dem Schaltungsentwurf un­ terworfen, einen hohen Strom zu bewältigen.
Ausbildung der Einheit
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche die Ausbildung der Einheit 200 darstellt. Die Einheit 200 weist ein Gehäuse 201 auf, welches aus einem Isolator wie synthe­ tischem Harz gebildet ist. Anschlüsse 203 und 204 der Hauptschaltung 220 und der Steuerschaltung 230 sind nach außen an einer Hauptoberfläche eines Körperteils bloßge­ legt. Bezüglich dieser Anschlüsse 203 und 204 sind die An­ schlüsse, welche identisch den Anschlüssen des in Fig. 2 gezeigten Schaltungsdiagramm sind, mit denselben Bezugszei­ chen bezeichnet.
Anordnung der Schaltungselemente der Hauptschaltung
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht, welche ein zusammenge­ setztes Substrat 205 darstellt, das ein Schachtelteil (Hülle) der Einheit 200 mit dem Gehäuse 201 bildet und die Schaltungselemente, welche darauf angeordnet sind. Das zu­ sammengesetzte Substrat 205 besitzt ein Leistungssubstrat 221, welches die Hauptschaltung 220 entwickelt, und ein Steuersubstrat 231, welches die Steuerschaltung 230 entwickelt. Das Steuersubstrat 231 ist mit passiven Schaltungs­ elementen EL versehen, darüber hinaus mit den Halbleitere­ lementen IC1 bis IC4. Die jeweiligen Schaltungselemente und die Anschlüsse sind durch Leitungsdrähte w miteinander ver­ bunden.
Struktur des Leistungssubstrats
Fig. 5(a) und 5(b) zeigen Draufsichten auf das Lei­ stungssubstrat 221 bzw. eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 5(a). Das Leistungssubstrat 221 be­ sitzt die Struktur eines DBC-Substrats. Das Leistungs­ substrat 221 weist nämlich einen Leistungssubstratkörper 222 eines Plattentyps auf, welcher aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid gebildet ist, die hervorragende Hitzewider­ standsfähigkeit, Hitzeleitfähigkeit und mechanische Festig­ keit besitzen, und welcher auf dessen Oberfläche (erste Hauptoberfläche) mit den Mustern des flachen Plattentyps (Leistungsverbindungsmuster) 223 und 224, welche hauptsäch­ lich aus Kupfer bestehen, vorgesehen ist. Oberflächen der Muster 223 und 224 sind beispielsweise mit Nickel oder ähn­ lichem überzogen. Diese Muster 223 und 224 sind metallisch an den Leistungssubstratkörper 222 gebondet.
Das Muster 223, welches ein Verbindungsmuster ist, das mit den IGBT-Elementen T1 bis T6, den Schaltungselementen D1 bis D6 und ähnlichem verbunden ist, besitzt fünf Teile einschließlich der Verbindungsmuster P(P), P(N), P(U), P(V) und P(W). Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Verbindungsmuster P(P) und P(N) mit den Leistungszufuhranschlüssen PS(P) bzw. PS(N) verbunden, um Quellenpotentiale zu übertragen. Die Verbindungsmuster P(U), P(V) und P(W) sind mit den Aus­ gangsanschlüssen OUT(U), OUT(V) bzw. OUT(W) verbunden, um Lastströme zu übertragen. Das Muster 224, welches hinsicht­ lich des Materials und der Dicke dem Muster 223 identisch ist, ist insbesondere entlang von Randteilen des Leistungs­ substrats 221 angeordnet. Das Leistungssubstrat 221 befin­ det sich im Eingriff mit dem Steuersubstrat 231 auf der Hauptoberfläche des Musters 224, wie später beschrieben wird.
Ein Muster (Platte) eines flachen Plattentyps 225, wel­ che identisch bezüglich des Materials den Mustern 223 und 224 ist, ist auf der gesamten rückseitigen Oberfläche (zweite Hauptoberfläche) des Leistungssubstrats 221 durch Metallisierungsbonden vorgesehen. Die Dicke des Leistungs­ substratkörpers 222 wird unter Berücksichtigung einer me­ chanischen Festigkeit und dem Vermögen der Hitzeabstrahlung bestimmt, während die Dicke der Muster 223, 224 und 225 in Übereinstimmung mit dem Verhältnis einer Fläche, welche durch die Muster 223 und 224 bedeckt wird, zu der Gesamt­ fläche des Leistungssubstratkörpers 222 bestimmt wird, so daß das Leistungssubstrat 221 sich selbst nicht infolge seiner Temperaturveränderung verzieht.
Struktur des Steuersubstrats
Fig. 1 zeigt eine vordere Querschnittsansicht der Ein­ heit 200. Das Steuersubstrat 231 besitzt die Struktur eines isolierenden Metallsubstrats. Das Steuersubstrat 231 be­ sitzt nämlich eine Metallplatte (Druckteil) 232 aus Eisen oder Aluminium, und es ist eine Ummantelung (Isolierungsschicht) 233 aus Epoxydharz, welches ein Iso­ lierungsmaterial ist, auf einer Hauptfläche der Metall­ platte 232 vorgesehen. Des weiteren ist ein Steuersubstrat­ körper 235 aus Epoxydharz, welches mit Glasfiber (GFRP) verstärkt ist, der auf beiden Hauptoberflächen mit Verbin­ dungsmustern (Steuerverbindungsmustern) 236 und 237 verse­ hen ist, die hauptsächlich jeweils aus Kupfer bestehen, auf der Oberfläche der Hülle 233 mit einem Klebemittel 234 be­ festigt. Das Steuersubstrat 231 ist an seinem Mittelteil mit einer Öffnung versehen, welche einen inneren Rand be­ sitzt, der etwas kleiner ist als der äußere Rand des Lei­ stungssubstrats 221, welches um das Leistungssubstrat 221 herum im Eingriff mit dem Muster 224 angeordnet werden soll.
Struktur der Trenneinrichtung
Eine Trenneinrichtung eines Plattentyps 240, welche mit einer Öffnung versehen ist, die einen inneren Rand besitzt, welcher sich in Übereinstimmung mit dem äußeren Rand des Leistungssubstrats 221 befindet oder etwas größer ist, ist entlang dem Rand des Leistungssubstrats 221 vorgesehen. Die Trenneinrichtung 240 ist aus Harz sowie Epoxydharz gebil­ det, welches hervorragend bezüglich Hitzebeständigkeit ist, oder aus einem Metall. Hauptoberflächen der Trenneinrich­ tung 240 und des Steuersubstrats 231 befinden sich mitein­ ander in Kontakt und sind durch ein Klebemittel aneinander gebondet. Des weiteren sind ein innerer Umfangsrand der Trenneinrichtung 240 und ein äußerer Umfangsrand des Lei­ stungssubstrats 221, welche sich miteinander in Kontakt be­ finden, beispielsweise durch ein flexibles Klebemittel 260 aus Silizium aneinander gebondet. Untere Oberflächen des Musters 225 und der Trenneinrichtung 240 schließen bündig aneinander ab.
Struktur der Hülle
Das Leistungssubstrat 221, das Steuersubstrat 231 und die Trenneinrichtung 240 bilden das zusammengesetzte Substrat 205. Fig. 6 zeigt eine perspektivische Explosions­ ansicht des zusammengesetzten Substrats 205, wobei typi­ scherweise Positionsbeziehungen zwischen dem Leistungs­ substrat 221, dem Steuersubstrat 231 und der Trenneinrich­ tung 240 erläutert werden.
Bezugnehmend auf Fig. 1 bildet das zusammengesetzte Substrat 205 eine Bodenoberfläche mit der Einheit 200 und strukturiert eine Hülle, welche die Schaltungselemente so wie die IGBT-Elemente T1 bis T6 und die Halbleiterelemente IC1 bis IC4 in ihrem Innenraum mit dem Gehäuse 201 auf­ nimmt, welche ein oberes Öffnungsende besitzt. Das Gehäuse 201 selbst ist bodenlos, und daher wird ein Bodenteil der Hülle durch das zusammengesetzte Substrat 205 gebildet. Dieses zusammengesetzte Substrat 205 ist an dem Gehäuse 201 mittels eines Klebemittels befestigt. Der Innenraum der Hülle ist mit einem Füllstoff 250 aus Epoxydharz aufge­ füllt, um die Schaltungselemente zu schützen. Eine Ab­ deckung kann auf der oberen Oberfläche der Einheit 200 ähn­ lich wie die Abdeckung 102 in der konventionellen Einheit 100 vorgesehen werden.
Funktion der Einheit
In dieser Einheit 200 ist das Muster 225, welches auf der Bodenoberfläche des Leistungssubstrats 221 vorgesehen ist, auf einer äußeren Oberfläche der Hülle bloßgelegt. Es ist daher möglich, wirksam Hitze, welche in der Hauptschal­ tung 220 erzeugt wird, nach außen ohne Vorsehen einer Kup­ ferbasisplatte durch derartiges Anbringen der Einheit 200 abzuführen, daß das Muster 225 sich direkt in Kontakt mit einer externen (nicht gezeigten) Hitzeschleuder befindet. Das Steuersubstrat 231 befindet sich im Eingriff mit dem Leistungssubstrat 221 des Musters 224 und weist die Metall­ platte 232 auf, wodurch das Muster 225 des Leistungs­ substrats 221 in Druckkontakt mit der Hitzeschleuder bei einem beträchtlichen Druck gebracht wird, wenn das Gehäuse 201 oder ähnliches an der Hitzeschleuder mit einer Schraube oder ähnlichem befestigt wird. Die Druckkraft auf die Hit­ zeschleuder wird nämlich wirksam von dem Gehäuse 201 auf das Leistungssubstrat 221 durch die Metallplatte 232 über­ tragen, welche Festigkeit besitzt und als Druckteil wirkt. Somit bildet das Muster 225 einen ausgezeichneten Hitzekon­ takt zu der Hitzeschleuder, wodurch die Hitze wirksam abge­ führt wird.
Die Einheit 200 benötigt keine Kupferbasisplatte, wo­ durch auf die Temperaturveränderung folgend kein Bimetall­ effekt hervorgerufen wird. Somit wird das Leistungssubstrat 221 nicht gebrochen. Des weiteren benötigt die Einheit 200 keine s-förmig gebogenen Strukturen, welche bei der konven­ tionellen Einheit benötigt werden, wodurch ein Hochge­ schwindigkeitsbetrieb der Einheit 200 ermöglicht wird. Da das Leistungssubstrat 221 nicht durch einen Bimetalleffekt deformiert wird und keine s-förmig gebogenen Strukturen be­ nötigt werden, ist es möglich, den inneren Raum der Hülle lediglich mit Epoxydharz aufzufüllen, ohne Siliziumgel um die Schaltungselemente herum anzufüllen.
Die Schaltungseinheit 200 ist mit der Trenneinrichtung 240 versehen, welche die Öffnung besitzt, die sich in Kon­ takt mit dem äußeren Rand des Leistungssubstrats 221 befin­ det, wodurch das Leistungssubstrat 221, welches in der Öff­ nung der Trenneinrichtung 240 aufgenommen ist, regulär an einer vorgeschriebenen Position angeordnet ist. Des weite­ ren befindet sich das Leistungssubstrat 221 und die Trenn­ einrichtung 240 mit einem flexiblen Klebemittel 260 in Kon­ takt miteinander, wodurch ermöglicht wird, das Auftreten einer inneren Verzerrung und Deformation zu verhindern, welche durch die Differenz der thermischen Expansionskoef­ fizienten zwischen dem Leistungssubstrat 221 und der Trenn­ einrichtung 240 hervorgerufen wird, zum regulären Beibehal­ ten des Musters 225 und der Hitzeschleuder in einem ausge­ zeichneten Hitzekontakt zueinander. Darüber hinaus befinden sich die Hauptoberflächen des Steuersubstrats 231 und die Trenneinrichtung 240 in Kontakt miteinander, welche mit ei­ nem Klebemittel aneinander befestigt sind. Somit kann das zusammengesetzte Substrat 205 bezüglich seiner Dicke redu­ ziert werden, während ein Abfall bzw. Absenken der Trenn­ einrichtung verhindert wird. Haftung zwischen dem Gehäuse 201 und dem zusammengesetzten Substrat 205 verhindert einen Abfall bzw. ein Absenken des zusammengesetzten Substrats. Des weiteren ist das Steuersubstrat 231 um das Leistungs­ substrat 221 herum angeordnet, wodurch die Einheit 200 be­ züglich der Dicke reduziert werden kann, um miniaturisiert zu sein.
Ausführungsform 2
In der Einheit 200 entsprechend der ersten Ausführungs­ form kann die Trenneinrichtung 240 alternativ aus Harz so wie Siliziumharz gebildet werden, welches ebenso Hitzebe­ ständigkeit wie auch Elastizität besitzt. In diesem Fall kann das Klebemittel 260 alternativ Harz sein, und der in­ nere Umfangsrand der Öffnung der Trenneinrichtung 240 darf nicht größer als der äußere Umfangsrand des Leistungs­ substrats 221 sein. Da die Trenneinrichtung 240 Elastizität besitzt, wird das Muster 225 des Leistungssubstrats 221 weiter effektiv in Druckkontakt mit der Hitzeschleuder ge­ bracht, wenn das Gehäuse 201 oder ähnliches an der Hitze­ schleuder mit einer Schraube oder ähnlichem befestigt wird. Entsprechend dieser Ausführungsform ist es möglich, einen Hitzestrahlungseffekt zu erzielen, welcher demjenigen der Einheit 200 entsprechend der ersten Ausführungsform überle­ gen ist.
Ausführungsform 3
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Ein­ heit entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung darstellt. In dieser Einheit entsprechend dieser Ausführungsform springt eine Oberfläche eines Mu­ sters 225 eines Leistungssubstrats 221 leicht über die Oberfläche einer Trenneinrichtung 240 in einer Struktur hinaus, welche ähnlich derjenigen der Einheit 200 entspre­ chend der ersten Ausführungsform überlegen ist. Wenn ein Gehäuse 201 oder ähnliches an einer Hitzeschleuder mit ei­ ner Schraube oder ähnlichem befestigt wird, wird daher das Muster 225 weiter wirksam in Kontakt mit der Hitzeschleuder gebracht. In der Einheit entsprechend dieser Ausführungs­ form ist es möglich, einen Hitzestrahlungseffekt zu erzie­ len, welcher demjenigen der Einheit 200 entsprechend der ersten Ausführungsform überlegen ist.
Ausführungsform 4
Fig. 8 zeigt eine vordere Querschnittsansicht, welche eine Einheit entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt. In dieser Einheit entsprechend dieser Ausführungsform werden ein Steuersubstrat 231 und eine Trenneinrichtung 240 nicht mit einem Klebemittel aneinander gebondet, sondern mit einer Schraube 241 aneinander befe­ stigt, in einer Struktur, welche derjenigen der Einheit 200 entsprechend der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Somit wird ein Abfallen bzw. Absenken der Trenneinrichtung 240 ähnlich der Einheit 200 entsprechend der ersten Ausfüh­ rungsform verhindert.
Ausführungsform 5
Fig. 9 zeigt eine vordere Querschnittsansicht, welche eine Einheit 200 entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In der Einheit 200 entsprechend dieser Ausführungsform ist eine thermisch lei­ tende Hitzeleitungsplatte 270 aus Kupfer oder Aluminium auf einer Grundoberfläche einer Hülle vorgesehen. Die Hitzelei­ tungsplatte 270 ist an einer Trenneinrichtung 240 mit einer Schraube 271 befestigt. Eine obere Oberfläche der Hitzelei­ tungsplatte 270 befindet sich in Kontakt mit einer Boden­ fläche eines Musters 225. Bei Verwendung der Einheit 200 wird ein Gehäuse 201 oder ähnliches an einer (nicht gezeig­ ten) Hitzeschleuder befestigt, welche außerhalb der Einheit 200 vorgesehen ist, mit einer Schraube oder ähnlichem, so daß eine Grundoberfläche der Hitzeleitungsplatte 270 in Druckkontakt mit der Hitzeschleuder gebracht wird. Somit wird ein Hitzeverlust, welcher in einer Hauptschaltung 220 erzeugt wird, von dem Muster 225 zu der Hitzeleitungsplatte 270 übertragen und weiter auf die externe Hitzeschleuder zu zerstreut.
Es ist möglich, das Muster 225 und die Hitzeleitungs­ platte 270 in einem ausgezeichneten Hitzekontakt durch Ver­ bessern der oberen Oberfläche der Hitzeleitungsplatte 270 bezüglich der Oberflächenglätte ähnlich der Bodenoberfläche des Musters 225 zu halten. Somit wird die Hitze, welche in der Hauptschaltung 220 erzeugt wird, wirksam auf die Hitze­ leitungsplatte 270 übertragen, welche ein relativ breites Oberflächengebiet besitzt. Die Hitzeleitungsplatte 270 wirkt nämlich selbst als Miniaturhitzeschleuder. Sogar wenn die Hitzeschleuder, welche sich in Druckkontakt mit der Grundplatte der Hitzeleitungsplatte 270 befindet, bezüglich der Oberflächenglätte mittelmäßig ist und diese Teile be­ züglich des Hitzekontakts zueinander mittelmäßig sind, ist es daher möglich, die Hitze, welche in der Hauptschaltung 220 erzeugt wird, ohne Probleme zu der Hitzeschleuder zu zerstreuen. Es ist nämlich nicht nötig, exakt den Typ der Hitzeschleuder, welche außerhalb vorgesehen werden soll, infolge der Bereitstellung der Hitzeleitungsplatte 270 aus­ zuwählen.
Während sich die Hitzeleitungsplatte 270 und das Muster 225 zueinander in einem Hitzekontakt befinden, sind diese Teile entlang der Kontaktoberflächen verschieblich. Somit wird keine Deformation eines Leistungssubstrats 221 auf dessen Temperaturveränderung folgend hervorgerufen, im Un­ terschied zu der konventionellen Einheit 100.
Die Hitzeschleuder 270 kann an der Bodenoberfläche des Leistungssubstrats 221 oder der Trenneinrichtung 240 oder an beiden Bodenoberflächen mit einem Klebemittel anstelle einer Befestigung an der Trenneinrichtung 240 mit einer Schraube 271 befestigt werden. Wenn die Hitzeleitungsplatte 270 an der Bodenoberfläche des Leistungssubstrats 221 befe­ stigt ist, wird das Klebemittel durch ein flexibles Klebe­ mittel gebildet. Somit sind die obere Oberfläche der Hitze­ leitungsplatte 270 und die Bodenoberfläche des Leistungs­ substrats 221 entlang dieser Oberflächen verschiebbar, wo­ durch eine thermische Deformation des Leistungssubstrats 221 verhindert wird.
Ausführungsform 6
Fig. 10 zeigt eine vordere Querschnittsansicht, welche eine Einheit entsprechend einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In der Einheit dieser Ausführungsform ist eine obere Hauptoberfläche eines Lei­ stungssubstrats 221 mit einem voreinhüllenden Harz 280 in einer ähnlichen Struktur wie derjenigen der Einheit 200 entsprechend der ersten Ausführungsform ummantelt. Das vorumhüllende Harz 280 bedeckt Schaltungselemente so wie IGBT-Elemente T1 bis T6 und Schaltungselemente D1 bis D6, um diese Schaltungselemente vor Feuchtigkeit zu schützen, wodurch eine Verschlechterung derselben Elemente bezüglich der Aushaltespannung verhindern wird. Das vorumhüllende Harz 280, welches hauptsächlich angepaßt ist, eine Isolati­ onsverschlechterung zu verhindern, muß aus einem Material gebildet sein, das eine hohe Reinheit so wie beispielsweise Epoxydharz hoher Reinheit besitzt. Alternativ kann das um­ hüllende Harz 280 aus Epoxydharz hoher Reinheit gebildet werden, das Puder von Aluminium oder Siliziumoxid beinhal­ tet. In diesem Fall ist es möglich, daß der Temperatur-Ex­ pansionskoeffizient des vorumhüllenden Harzes 280 mit demje­ nigen des Leistungssubstrats 221 durch Einstellen des Ge­ halts des Puders übereinstimmt, wodurch das vorumhüllende Harz 280 schwer abzutrennen ist und die Lebensdauer der Einheit erhöht ist.
Da das Material für das vorumhüllende Harz 280 kostbar ist, wird es bevorzugt, eine unwirtschaftliche Verwendung zu vermeiden. Wie in Fig. 10 gezeigt, wird eine Stufe zwi­ schen oberen Hauptflächen des Leistungssubstrats 221 und einem Steuersubstrat 231 in der Einheit entsprechend dieser Ausführungsform definiert, so daß die obere Hauptoberfläche des Leistungssubstrats 221 nach unten über die Oberfläche des Steuersubstrats 231 hinaus zurückgenommen ist. Somit wird verhindert, daß das vorumhüllende Harz 280, welches für die obere Hauptoberfläche des Leistungssubstrats 221 verwendet wird, aus einer Öffnung des Steuersubstrats 231 in einem flüssigen Zustand vor der Aushärtung herausfließt. Folglich wird das kostbare vorumhüllende Harz 280 nicht un­ nötig zerstreut und nicht vergeblich verbraucht. Es wird nicht notwendigerweise erfordert, die Öffnung des Steuer­ substrats 231 mit dem vorumhüllenden Harz 280 bis zu ihrem oberen Ende aufzufüllen, jedoch sollten die Schaltungsele­ mente wie die IGBT-Elemente T1 bis T6 hinreichend bedeckt werden.
Ausführungsform 7
Fig. 11 zeigt eine vordere Querschnittsansicht, welche eine Einheit 200 entsprechend einer siebenten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung darstellt. In der Einheit 200 dieser Ausführungsform wird eine Trenneinrichtung 240a aus einem Harz mit einer Festigkeit so wie Siliziumharz ähnlich wie bei der Einheit 200 entsprechend der zweiten Ausführungsform gebildet, während eine untere Hauptoberflä­ che der Trenneinrichtung 240a nach unten über diejenige ei­ nes Musters 225 um etwa 0,5 bis 1 mm beispielsweise hinaus hervorspringt. Wenn die Einheit 200 derart angebracht ist, daß eine untere Hauptoberfläche des Musters 225 sich in Kontakt mit einer externen Hitzeschleuder befindet, wird daher die Trenneinrichtung 240a gegen die Hitzeschleuder mit einer elastischen Kraft gedrückt. Die Trenneinrichtung 240a befindet sich nämlich in einem engen Kontakt mit der Hitzeschleuder, um als Dichtung zu wirken. Somit werden Schaltungselemente so wie IGBT-Elemente T1 bis T6 und das Muster 225, welche auf einem Leistungssubstrat 221 angeord­ net sind, das in der Trenneinrichtung 240a eingeschlossen ist, vor der Außenluft geschützt. Folglich wird bezüglich der Schaltungselemente des Musters 225 usw. eine durch die in der Außenluft usw. enthaltene Feuchtigkeit hervorgerufene Verschlechterung unterdrückt.
Da die Trenneinrichtung 240a Elastizität besitzt, kann ein Klebemittel 260 ähnlich der Einheit entsprechend der zweiten Ausführungsform hart sein. Darüber hinaus wird be­ züglich der Dimensionen eines Leistungssubstrats 221, wel­ ches in einer Öffnung der Trenneinrichtung 240a positio­ niert ist, keine hohe Genauigkeit erfordert.
Ausführungsform 8
Ein beispielhaftes Verfahren zur Erzeugung der Einheit 200 entsprechend der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausfüh­ rungsform wird nun beschrieben.
  • (1) Zuerst wird der Leistungssubstratkörper 222, die Schaltungselemente der Hauptschaltung 220 so wie die IGBT- Elemente T1 bis T6, die Anschlüsse 203 der Hauptschaltung 220 so wie die Leistungszuführungsanschlüsse PS(P) und PS(N), die Metallplatte 232, welche mit der Ummantelung 232 ummantelt ist, die Schaltungselemente der Steuerschaltung 230 so wie die Halbleiterelemente IC1 bis IC4, die An­ schlüsse 204 der Steuerschaltung 230 so wie die Leistungs­ zufuhranschlüsse VEE1 bis VEE4, die Trenneinrichtung 240 und das Gehäuse 201 gebildet.
  • (2) Die Muster 223 und 224 werden auf der oberen Haupt­ oberfläche des Leistungssubstratkörpers 222 durch Metalli­ sierungsbonden angeordnet.
  • (3) Des weiteren wird das Muster 225 auf der unteren Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers 222 durch Me­ tallisierungsbonden angeordnet, wodurch das Hauptsubstrat 221 gebildet wird.
  • (4) Die Hauptschaltungselemente so wie die IGBT-Elemen­ te T1 bis T6 und die Anschlüsse 203 werden an das Muster 223 angeschlossen.
  • (5) Der Steuersubstratkörper 235 des GFRP, welcher mit den Verbindungsmustern 236 und 237 versehen ist, wird an die Oberfläche der Ummantelung 233 mittels des Klebemittels 234 befestigt, wodurch das Steuersubstrat 231 gebildet wird.
  • (6) Die Schaltungselemente der Steuerschaltung 230 so­ wie die Halbleiterelemente IC1 bis IC4 und die Anschlüsse 204 sind an das Verbindungsmuster 236 angeschlossen.
  • (7) Das Steuersubstrat 231 befindet sich im Eingriff mit dem Muster 224 des Leistungssubstrats 221, um um das Leistungssubstrat 221 herum angeordnet zu sein.
  • (8) Der innere Umfangsrand der Öffnung der Trennein­ richtung 240 wird im Kontakt mit dem äußeren Umfangsrand des Leistungssubstrats 221 durch ein Siliziumklebemittel gebracht, während deren Hauptoberfläche in Kontakt mit der Oberfläche des Steuersubstrats 231 mittels einem Klebemit­ tel gebracht wird. Somit ist die Trenneinrichtung 240 an dem Rand des Leistungssubstrats 221 befestigt.
  • (9) Das zusammengesetzte Substrat 205, welches inte­ griert durch das Leistungssubstrat 221 gebildet ist, die Trenneinrichtung 240 und das Steuersubstrat 231 sind an dem Gehäuse 201 mit einem Klebemittel befestigt.
  • (10) Die Schaltungselemente und die Anschlüsse werden geeignet miteinander durch die Leitungsdrähte w miteinander verbunden.
  • (11) Die Füllung 250 aus Epoxydharz wird in den inneren Raum der Hülle bezüglich der Einheit 200 gefüllt, welche durch das zusammengesetzte Substrat 205 und das Gehäuse 201 gebildet ist, um thermisch gehärtet zu werden.
Ausführungsform 9
In einem Verfahren des Herstellens der Einheit entspre­ chend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird die Trenneinrichtung 240, welche hauptsächlich aus Siliziumharz zusammengesetzt ist, in dem vorher erwähn­ ten Schritt (1) gebildet. In dem Schritt (8) ist des weite­ ren das Klebemittel, welches zum Bonden der Öffnung der Trenneinrichtung 240 und des Leistungssubstrats 221 mitein­ ander verwendet wird, nicht auf ein flexibles Klebemittel so wie auf ein Siliziumklebemittel beschränkt.
Ausführungsform 10
Ein Verfahren des Herstellens der Einheit entsprechend der dritten Ausführungsform ist ähnlich dem bezüglich der achten Ausführungsform, während die Dicken des Leistungs­ substratkörpers 222 und der Trenneinrichtung 240, welche in dem Schritt (1) gebildet werden, und jenen der Muster 223, 224 und 225, welche auf dem Leistungssubstratkörper 222 in den Schritten (2) und (3) angeordnet werden, eingestellt werden.
Ausführungsform 11
In einem Verfahren des Herstellens der Einheit entspre­ chend der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung werden Löcher zur Aufnahme der Schraube 241 in der Steuereinheit 231 und der Einrichtung 240 vor dem Schritt (8) der achten Ausführungsform gebildet. In dem Schritt (8) wird des weiteren der innere Umfangsrand der Öffnung der Trenneinrichtung 240 in Kontakt mit dem äußeren Umfangsrand des Leistungssubstrates 221 durch ein Siliziumklebemittel gebracht, während die Trenneinrichtung 240 an dem Steuer­ substrat 231 durch die Schraube 241 befestigt wird. Somit wird die Trenneinrichtung 240 an dem Rand des Leistungs­ substrats 221 befestigt.
Ausführungsform 12
In einem Verfahren des Herstellens der Einheit entspre­ chend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird die Hitzeleitungsplatte 270 gebildet, die Löcher zur Aufnahme der Schraube 271 werden in dem Steuersubstrat 231 und der Trenneinrichtung 240 gebildet, und es wird ein Schraubenloch, welches an die Schraube 271 anzupassen ist, in der Hitzeleitungsplatte 270 vor dem Schritt (8) der ach­ ten Ausführungsform gebildet. Des weiteren wird die Hitze­ leitungsplatte 270 an der Trenneinrichtung 240 durch die Schraube 271 vor dem Schritt (11) befestigt.
Ein Verfahren des Herstellens einer Einheit, welche die Hitzeleitungsplatte 270 besitzt, die an der Bodenoberfläche des Leistungssubstrats 221 usw. durch ein Klebemittel ohne die Schraube 271 befestigt ist, was eine Modifizierung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bedeu­ tet, beinhaltet: zuerst wird die Hitzeleitungsplatte 270 vor dem Schritt (8) der achten Ausführungsform gebildet. Des weiteren wird die Hitzeleitungsplatte 270 an der Boden­ oberfläche der Trenneinrichtung 240 oder des Leistungs­ substrats 221 oder an beiden Bodenoberflächen mit einem Klebemittel vor dem Schritt (11) befestigt. Wenn die Hitze­ leitungsplatte 270 an der Bodenoberfläche des Leistungs­ substrats 221 befestigt wird, wird das Klebemittel durch ein flexibles Klebemittel gebildet.
Während die Erfindung detailliert gezeigt und beschrie­ ben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung bezüglich al­ ler Aspekte erläuternd und nicht darauf beschränkt. Es ist daher zu verstehen, daß verschiedene Modifikationen und Va­ riationen ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen abge­ leitet werden können.

Claims (38)

1. Halbleiterleistungsmodul mit einer schachtelförmigen Um­ hüllung zur Aufnahme eines Halbleiterelements zum Lei­ stungsumschalten, welches wiederholt einen Strom ab- und anschaltet, der als Antwort auf ein Steuersignal einer Last zuzuführen ist,
einem Bodenteil der Umhüllung, welches ein Leistungs­ substrat aufweist, das integriert vorgesehen ist, mit:
einem Leistungssubstratkörper, welcher ein hitzebeständiges Isolationsmaterial beinhaltet,
einem thermisch und elektrisch leitenden Leistungsverbin­ dungsmuster, welches auf eine obere Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers gebondet ist bzw. darauf angeord­ net ist, um mit dem Halbleiterelement zum Leistungsumschal­ ten verbunden zu sein, und
einer thermisch leitenden Platte, welche auf eine untere Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers gebondet bzw. darauf angeordnet ist, wobei die Platte ein Material auf­ weist, welches im wesentlichen identisch zu demjenigen des Leistungsverbindungsmusters ist,
wobei die Platte auf einer oberen Oberfläche der Hülle bloßgelegt ist.
2. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umhüllung ein bodenloses Gehäuse auf­ weist, welches auf das Bodenteil mit einem Klebemittel zum Abdecken eines oberen Raums des Bodenteils gebondet ist.
3. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das hitzebeständige Isolationsmaterial aus Keramik besteht,
das Leistungsverbindungsmuster im wesentlichen aus einem Kupfermaterial besteht und auf der oberen Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers mittels Metallisierungsbonden angeordnet ist und
die Platte im wesentlichen aus einem Kupfermaterial besteht und auf der unteren Hauptoberfläche des Leistungssubstrat­ körpers mittels Metallisierungsbonden angeordnet ist.
4. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bodenteil der Umhüllung ein Steuer­ substrat aufweist mit:
einem Steuersubstratkörper, der im wesentlichen aus einem Isolator besteht,
einem elektrisch leitenden Steuerungsverbindungsmuster, welches auf einer oberen Hauptoberfläche des Steuer­ substratkörpers angeordnet ist und mit einem Steuerschal­ tungselement zum Erzeugen des Steuersignals verbunden ist und das Steuersignal dem Halbleiterelement zum Leistungsum­ schalten zuführt, und
einem Druckteil eines Plattentyps, welches eine Viel­ schichtstruktur mit dem Steuersubstratkörper bildet, wobei das Druckteil eines Plattentyps Festigkeit besitzt,
wobei das Steuersubstrat um das Leistungssubstrat herum an­ geordnet ist und sich im Eingriff mit einem Randteil des Leistungssubstrats befindet.
5. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bodenteil der Umhüllung des weiteren eine Trenneinrichtung eines Plattentyps aufweist, welche einen inneren Umfangsrand besitzt, der um das Leistungs­ substrat herum vorgesehen ist, um einen äußeren Umfangsrand des Leistungssubstrats zu kontaktieren, wobei die Trennein­ richtung des Plattentyps sich in Kontakt mit einer unteren Hauptoberfläche des Steuersubtrats befindet.
6. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke des Leistungs­ verbindungsmusters zu der Dicke der Platte derart bestimmt ist, daß das Leistungssubstrat sich folgend auf seine Tem­ peraturänderung nicht verzieht.
7. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trenneinrichtung Elastizität besitzt und
eine untere Oberfläche der Trenneinrichtung im wesentlichen bündig mit derjenigen der Platte abschließt.
8. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trenneinrichtung Elastizität besitzt und
eine untere Hauptoberfläche der Trenneinrichtung nach unten über diejenige der Platte hinaus vorspringt.
9. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine untere Hauptoberfläche der Platte nach unten über diejenige der Trenneinrichtung hinaus vor­ springt.
10. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Leistungssubstrat des weiteren ein Kontaktteil aufweist, welches auf einem oberen Rand der oberen Hauptoberfläche des Leistungssubstratkörpers ange­ ordnet ist, um das Steuersubstrat zu kontaktieren, wobei das Kontaktteil im wesentlichen aus einem Metall besteht.
11. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckteil eine Metallplatte aufweist.
12. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuersubstrat mit einer Öffnung ver­ sehen ist, welche einen Mittelteil seiner Hauptoberfläche durchdringt, wobei das Leistungssubstrat in der Öffnung an­ gebracht ist.
13. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine obere Hauptoberfläche des Leistungs­ substrats in der Öffnung angebracht ist, welche sich nach unten über diejenige des Steuersubstrats hinaus erstreckt,
ein Vorumhüllungsharz in der Öffnung zum Bedecken des Lei­ stungsschaltelements vorgesehen ist.
14. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der innere Umfangsrand der Trenneinrich­ tung sich in Kontakt mit dem äußeren Umfangsrand des Lei­ stungssubstrat durch einen flexiblen Klebstoff befindet.
15. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine obere Hauptoberfläche der Trennein­ richtung sich in Kontakt mit der unteren Hauptoberfläche des Steuersubstrats befindet, wobei die Trenneinrichtung und das Steuersubstrat aneinander befestigt sind.
16. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trenneinrichtung und das Steuer­ substrat aneinander mit einem Klebemittel befestigt sind.
17. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trenneinrichtung und das Steuer­ substrat aneinander mit einer Schraube befestigt sind.
18. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine thermisch leitende Hitzeleitungs­ platte eines Plattentyps vorgesehen ist, um einen unteren Teil des Bodenteils der Umhüllung zu kontaktieren, wobei die Hitzeleitungsplatte eine obere Hauptoberfläche besitzt, welche entlang einer unteren Hauptoberfläche der Platte verschiebbar ist.
19. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hitzeleitungsplatte an der Trennein­ richtung befestigt ist.
20. Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die obere Hauptoberfläche der Hitzelei­ tungsplatte auf der unteren Hauptoberfläche der Platte mit einem flexiblen Klebemittel befestigt ist.
21. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterleistungsmo­ duls mit:
(a) einem Schritt des Erlangens eines Substratstrukturkör­ pers, welcher ein Leistungssubstrat aufweist, das mit einem elektrisch leitenden Leistungsverbindungsmuster versehen ist, welches auf einer oberen Hauptoberfläche eines Lei­ stungssubstratkörpers angeordnet ist, der ein hitzebestän­ diges Isolationsmaterial und eine thermisch leitende Platte besitzt, ein Material besitzt, welches im wesentlichen identisch zu demjenigen des Leistungsverbindungsmusters ist, und auf einer unteren Hauptoberfläche des Leistungs­ substratkörpers vorgesehen ist,
  • (b) einem Schritt des Verbindens eines Halbleiterelements zum Leistungsumschalten mit dem Leistungsverbindungsmuster und
  • (c) einem Schritt des Koppelns eines bodenlosen Gehäuses an den Substratstrukturkörper, wodurch eine Umhüllung gebildet wird, welche das Leistungssubstrat als Teil seines Boden­ teils besitzt und das Halbleiterelement zum Leistungsum­ schalten in seinem Inneren aufnimmt, wobei der Schritt (c):
    (c-1) einen Schritt des Koppelns des Gehäuses an das Lei­ stungssubstrat aufweist, um eine untere Hauptoberfläche der Platte auf dem Bodenteil der Umhüllung bloßzulegen.
22. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren (c-1):
einen Schritt des Bondens des Substratstrukturkörpers an das Gehäuse mit einem Klebemittel aufweist.
23. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 21, gekennzeichnet durch:
  • (d) einen Schritt des Bildens eines Steuersubstrats durch Anordnen eines elektrisch leitenden Steuerverbindungsmu­ sters auf einer oberen Hauptoberfläche eines Steuer­ substratkörpers, der im wesentlichen aus einem Isolator be­ steht, und Aufschichten eines Druckteils eines Plattentyps, welches eine Festigkeit besitzt, auf einer unteren Haupt­ oberfläche des Steuersubstratkörpers und
  • (e) einen Schritt des Verbindens eines Steuerschaltungsele­ ments mit dem Steuerverbindungsmuster, wobei der Schritt (c):
    (c-2) einen Schritt des In-Eingriff-Bringens des Steuer­ substrats mit einem Rand des Leistungssubstrats aufweist, während das erstere um das letztere herum angeordnet ist.
24. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 23, gekennzeichnet durch:
  • (f) einen Schritt des Bildens einer Trenneinrichtung eines Plattentyps, welche einen inneren Umfangsrand besitzt, wo­ bei der Schritt (c):
    (c-3) einen Schritt des Anordnens der Trenneinrichtung um das Leistungssubstrat herum derart aufweist, daß der innere Umfangsrand sich in Kontakt mit einem äußeren Umfangsrand des Leistungssubstrats befindet.
25. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß
die Trenneinrichtung Elastizität besitzt,
wobei der Schritt (c-3):
(c-3-1) einen Schritt des Anordnens der Trenneinrichtung derart aufweist, daß eine untere Hauptoberfläche der Trenn­ einrichtung im wesentlichen bündig mit derjenigen der Plat­ te abschließt.
26. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-3)
(c-3-2) einen Schritt des Anordnens der Trenneinrichtung derart aufweist, daß eine untere Hauptoberfläche der Trenn­ einrichtung nach unten über diejenige der Platte hinaus an­ gebracht ist.
27. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt (c-3):
(c-3-3) einen Schritt des In-Kontakt-Bringens des inneren Umfangsrands der Trenneinrichtung mit dem äußeren Umfangs­ rand des Leistungssubstrats durch ein flexibles Klebemittel aufweist.
28. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt (c-3):
(c-3-4) einen Schritt des In-Kontakt-Bringens einer unteren Hauptoberfläche der Trenneinrichtung mit derjenigen des Steuersubstrats aufweist, während die Trenneinrichtung und das Steuersubstrat aneinander befestigt werden.
29. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt (c-3-4):
einen Schritt des Befestigens der Trenneinrichtung und des Steuersubstrats aneinander durch Einfügen eines Klebemit­ tels dazwischen aufweist.
30. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt (c-3-4):
einen Schritt des Befestigens der Trenneinrichtung und des Steuersubstrats aneinander mit einer Schraube aufweist.
31. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 23, gekennzeichnet durch:
  • (g) einen Schritt des Anordnens einer thermisch leitenden Hitzeleitungsplatte eines Plattentyps derart, daß deren obere Hauptoberfläche sich verschiebbar in Kontakt mit ei­ ner unteren Hauptoberfläche der Platte befindet.
32. Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls nach An­ spruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt (g):
(g-1) einen Schritt des Anordnens der Hitzeleitungsplatte derart aufweist, daß deren obere Hauptoberfläche sich ver­ schiebbar in Kontakt mit der unteren Hauptoberfläche der Platte durch Befestigen derselben an der Trenneinrichtung befindet.
33. Verfahren des Herstellens des Leistungsmoduls nach An­ spruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt (g):
(g-2) einen Schritt des Befestigens der oberen Hauptober­ fläche der hitzeleitenden Platte an der unteren Hauptober­ fläche der Platte mit einem flexiblen Klebemittel aufweist.
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