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Die
Erfindung betrifft eine Technik zum Montieren eines Leistungs-Halbleiterbauteils,
und spezieller betrifft sie ein Halbleiterbauteil mit Modulstruktur
mit einem isolierenden Substrat, auf das eine leitende Folie aufgebondet
ist.
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Gemäß der 4, die ein herkömmliches
Modul zeigt, ist ein Leistungs-Halbleiterelement 4 mit
Lot 6 auf eine Platine mit einem isolierenden Substrat 1,
das mit einem Leiterbahnmuster einer leitenden Folie 3 versehen
ist, aufgebondet, und die Platine ist durch Lot 7 auf eine
Metall-Basisplatte aus Molybdän
oder Kupfer gebondet. Das isolierende Substrat 1 ist ein
Keramiksubstrat aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder dergleichen.
Eine mit einem Leitungsmuster ausgebildete Kupferfolie wird durch
z. B. ein Aktivmetallverfahren, wie es in JP-A Nr. 60-177634 offenbart
ist, unter Verwendung eines Silberlots, oder durch ein in JP-A Nr. 56-163093
offenbartes Verfahren, gemäß dem eine
Kupferfolie direkt auf ein Aluminiumnitridsubstrat gebondet wird,
auf das Keramiksubstrat gebondet. Beim Aktivmetallverfahren wird
eine Kupferfolie bei einer Temperatur auf ein isolierendes Substrat
gebondet, die unter derjenigen liegt, bei der durch das Verfahren
eine Kupferfolie direkt auf ein Substrat gebondet wird. Daher sind
Restspannungen relativ klein, die aufgrund des Unterschieds der
Wärmeexpansionskoeffizienten
zwischen dem isolierenden Substrat aus Aluminiumnitrid und der Kupferfolie
innerhalb einer Struktur hervorgerufen werden, die dadurch hergestellt
wird, dass eine Kupferfolie durch das Aktivmetallverfahren mit einem
isolierenden Substrat aus Aluminiumnitrid verbunden wird, und demgemäß ist die
Struktur gegen thermische Belastungen beständig, wie sie z. B. durch einen
Wärmezyklus
auf sie ausgeübt
werden.
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Im
Halbleiterelement 4 erzeugte Wärme wird durch das Schaltungsmuster
der leitenden Folie 3, das isolierende Substrat 1,
die Metall-Basisplatte 8 aus Molybdän oder Kupfer und eine Fettschicht 9 an
eine Wärmesenke 10 übertragen,
die Wärme
abstrahlt. Die Temperaturen des mit dem Muster der leitenden Folie 3 versehenen
isolierenden Substrats 1 sowie der Metall-Basisplatte 8, d,
h. der Komponenten des Moduls, sind erhöht, während sich das Halbleiterelement 4 im
Betrieb befindet. Die Temperaturen dieser Komponenten fallen, nachdem
der Betrieb des Halbleiterelements beendet wurde. So steigen und
fallen die Temperaturen der Komponenten des Moduls wiederholt. Demgemäß werden
im isolierenden Substrat 1 aufgrund des Unterschieds zwischen
den Wärmeexpansionskoeffizienten
des isolierenden Substrats 1 und des Schaltungsmusters
der leitenden Folie 3 thermische Spannungen hervorgerufen.
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Vorzugsweise
sind durch die Erfindung eine hoch zuverlässige Platine und ein hoch
zuverlässiges Halbleiterbauteil
mit Modulstruktur mit einem Leistungs-Halbleiterelement und einem
isolierenden Substrat geschaffen, die die Entstehung von Rissen
im isolierenden Substrat vermeiden können.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Platine gemäß dem Anspruch
1 geschaffen. Vorzugsweise ist die Platine in einem Halbleiterbauteil
gemäß dem Anspruch
5 enthalten.
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Gemäß der Erfindung
ist das Volumen der leitenden Folie im Randabschnitt der Bindeschicht
null. Daher sind thermische Spannungen in einem Abschnitt des isolierenden
Substrats, der mit dem Randabschnitt der Bindeschicht verbunden
ist, verringert.
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1 ist eine typische Schnittansicht
eines Moduls.
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2(a) und 2(b) sind eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht
eines isolierenden Substrats.
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3 ist eine Draufsicht eines
Schaltungsmusters.
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4 ist eine typische Schnittansicht
eines herkömmlichen
Moduls.
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5 ist ein Kurvenbild, das
die Abhängigkeit
der Anzahl von Wärmezyklen,
bei der im isolierenden Substrat Risse entstehen, von der Breite
des Randabschnitts zeigt, der sich bis über die Ränder des Schaltungsmusters
der isolierenden Folie hinaus erstreckt.
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6(a) und 6(b) sind eine Schnittansicht bzw. eine
Draufsicht eines Teils eines Schaltungsmusters gemäß der Erfindung.
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7(a) und 7(b) sind eine Schnittansicht bzw. eine
Draufsicht eines Mo duls gemäß der Erfindung.
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8(a) und 8(b) sind eine Schnittansicht bzw. eine
Draufsicht eines isolierenden Substrats.
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9(a) und 9(b) sind eine Schnittansicht bzw. eine
Draufsicht eines isolierenden Substrats.
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10(a) und 10(b) bilden eine Schnittansicht des
Rands einer Platine.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erstens
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Nun
wird unter Bezugnahme auf die 1 ein
Beispiel beschrieben.
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Durch
ein herkömmliches
Verfahren wird ein isolierendes Substrat 1, das mit einem
Schaltungsmuster 3 einer leitenden Folie versehen ist,
dadurch hergestellt, dass eine Bindeschicht 2 mit einem
dem Schaltungsmuster 3 entsprechenden Muster auf das isolierende
Substrat 1 gedruckt wird, eine Kupferfolie auf der aufgedruckten
Bindeschicht 2 ausgebreitet wird, Druck auf die Kupferfolie
ausgeübt
wird, um sie mit dem isolierenden Substrat 1 zu verbinden,
und die Kupferfolie geätzt
wird, um das Schaltungsmuster 3 der leitenden Folie auszubilden.
Die Bindeschicht 2 wird mit einer Form hergestellt, die
identisch mit dem Schaltungsmuster 3 der leitenden Folie,
d. h. der Kupferfolie, ist.
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Im
Allgemeinen besteht die das Schaltungsmuster 3 bildende
leitende Folie aus einer Kupferfolie, und das isolierende Substrat 1 besteht
aus einem Keramikmaterial. Der Wärmeexpansionskoeffizient
von Kupfer beträgt
17 × 10–6/°C, und diejenigen
von Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid betragen 6,5 × 10–6/°C und 4,5 × 10–6/°C. Daher
wird in einem Teil des Keramiksubstrats, der einem Randabschnitt 14 des
Schaltungsmusters 3 der leitenden Folie entspricht, aufgrund
des Unterschieds der Wärmeexpansionskoeffizienten
zwischen der das Schaltungsmuster 3 bildenden leitenden
Folie und dem isolierenden Substrat 1 die maximale Spannung induziert.
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Wenn
die Bindeschicht 2 mit einem Muster ausgebildet wird, das über einen
Randabschnitt 15 verfügt, der
innerhalb des Randabschnitts 14 des Schaltungsmusters liegt,
konzentrieren sich wegen unzureichender Genauigkeit bei der Ausrichtung
einer Ätzmaske
zum Herstellen des Randabschnitts und einer Druckmaske zum Aufdrucken
der Bindeschicht erhöhte
Spannungen in demjenigen Teil des Keramiksubstrats, der dem Randabschnitt 15 entspricht,
und dadurch besteht die Tendenz, dass im Keramiksubstrat Risse erzeugt
werden. Die im Keramiksubstrat induzierten Spannungen nehmen mit
zunehmender Dicke der das Schaltungsmuster 3 bildenden
leitenden Folie zu. Bei einem in JP-A Nr. 5-152461 offenbarten Verfahren wird der Randabschnitt 14 des
Schaltungsmusters der leitenden Folie durch eine mechanische Maßnahme,
wie Pressen, oder eine chemische Maßnahme, wie Ätzen, mit
verringerter Dicke ausgebildet. Daher besteht die Möglichkeit,
dass sich im Keramiksubstrat aufgrund des Drucks, der durch eine
Presse oder einen Ätzprozess
auf es ausgeübt
wird, Risse entstehen. Das Beispiel löst dieses Problem durch Herstellen
der Bindeschicht 2 in einem Gebiet, das größer als
dasjenige des Schaltungsmusters 3 der leitenden Folie ist.
Da die Ränder
des Randabschnitts 15 der Bindeschicht 2 nicht
genau mit denen des Randabschnitts 14 des Schaltungsmusters 3 der
leitenden Folie übereinstimmen,
ist die Spannungskonzentration in einem speziellen Teil des Keramiksubstrats
unabhängig
von der Dicke der das Schaltungsmuster 3 bildenden leitenden
Folie gelindert. Versuche zeigten, dass Spannungen, die sich im
Randabschnitt 15 der Bindeschicht 2 konzentrieren,
halbiert werden können,
wenn das Schaltungsmuster 3 der leitenden Folie innerhalb
der Fläche
des Musters der Bindeschicht 2 liegt, und wenn die Bindeschicht 2,
die in direktem Kontakt mit dem Keramiksubstrat steht, mit einer
Dicke ausgebildet wird, die kleiner als die der das Schaltungsmuster 3 bildenden
leitenden Folie ist. Selbstverständlich
können
die Ränder
des Schaltungsmusters 3 der leitenden Folie nach außen verjüngt sein.
Der Randabschnitt des Schaltungsmusters 3 der leitenden
Folie kann einem Ätzvorgang
unterzogen werden. Das Schaltungsmuster 3 der leitenden
Folie kann durch jedes beliebige Verfahren und jeder beliebigen
Schnittform hergestellt werden. So kann die Zuverlässigkeit
des Keramiksubstrats selbst dann gewährleistet werden, wenn die
das Schaltungsmuster 3 bildende leitende Folie eine große Dicke
aufweist, um das Schaltungsmuster 3 mit großem Stromführungsvermögen zu versehen.
Das Beispiel ist dann besonders effektiv, wenn es in den Eckabschnitten
des Schaltungsmusters 3 der leitenden Folie angewandt wird,
in denen die Tendenz einer Spannungskonzentration besteht.
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Zweites Beispiel
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Die 2(a) ist eine Draufsicht
eines isolierenden Substrats 1, das mit einem Schaltungsmuster 3 einer
leitenden Folie versehen ist, und die 2(b) ist eine Schnittansicht entlang
der Linie A-A in der 2(a). Das
isolierende Substrat 1 war ein Aluminiumnitridsubstrat.
Das isolierende Substrat 1 kann ein Substrat aus irgendeinem
geeigneten elektrisch isolierenden Material sein, so dass es aus
einem anderen Keramikmaterial als Aluminiumnitrid hergestellt sein
kann, wie aus Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid, oder aus einem
Verbundmaterial, das dadurch hergestellt wird, dass ein Metallsubstrat
und ein Keramiksubstrat aufeinander laminiert werden. Eine Bindeschicht 2 wurde
durch Aufsprühen
eines Silber und Kupfer als Hauptkomponenten enthaltenden Silberlots
hergestellt. Es ist bevorzugt, dass das Silberlot ein Metall mit
einem Wärmeexpansionskoeffizienten
zwischen denen des Materials der die Schaltungsmuster 3 bildenden
leitenden Folien und dem Material des Keramiksubstrats enthält, um nachteilige
Effekte zu verringern, die der Differenz zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten
der Schaltungsmuster 3 und des Keramiksubstrats zuzuschreiben
sind. Vorzugsweise wird dem Silberlot Titanhydrid zugesetzt, um
die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Silberlot und dem Aluminiumnitridsubstrat
zu verbessern. Bei diesem Beispiel wurden die Schaltungsmuster 3 durch
Bearbeiten gewalzter Kupferfolien hergestellt. Das mit den Schaltungsmustern 3 der
leitenden Folien versehene isolierende Substrat 1 wurde
durch das folgende Verfahren hergestellt. Als Erstes wurden Bindeschichten 2 aus
Silberlot mit vorbestimmten Mustern auf den entgegengesetzten Flächen des
Aluminiumnitridsubstrats jeweils durch Siebdrucken hergestellt,
und die Bindeschichten 2 wurden getrocknet. Anschließend wurden
Kupferfolien in engem Kontakt mit den entgegengesetzten Flächen des
Aluminiumnitridsubstrats, auf dem jeweils die Bindeschichten 2 ausgebildet
waren, ausgebreitet, und Druck und Wärme wurden über Abstandshalter auf die
Kupferfolien übertragen,
um das isolierende Substrat mit den darauf gebondeten Kupferfolien
zu erhalten. Dann wurde das isolierende Substrat mit den darauf
gebondeten Kupferfolien einem Ätzprozess
unterzogen, um die Schaltungsmuster 3 der leitenden Folien
auszubilden. Beim Ätzprozess
wurden Resistmuster in solcher Weise hergestellt, dass die Ränder der
durch Ätzen
der Kupferfolien hergestellten Schaltungsmuster innerhalb der Muster
der Bindeschichten aus Silberlot liegen. Wie es in der 2(a) dargestellt ist, verfügen die
Muster der so hergestellten Bindeschichten 2 über Flächen, die
jeweils größer als
die der entsprechenden Schaltungsmuster 3 der leitenden
Folien sind. Die Flächen
der Schaltungsmuster 3 der leitenden Folien, d. h. der
Kupferfolien, die auf dem isolierenden Substrat 1 hergestellt
worden waren, wurden durch einen stromlosen Nickel-Phosphor-Plattierprozess
mit Antioxidationsfilmen beschichtet. Dann wurden das isolierende
Substrat 1 und Elektrodenanschlüsse, die nicht dargestellt
sind, auf eine Metall-Basisplatte 8 aus Molybdän gebondet, und
die Baugruppe aus dem isolierenden Substrat 1 und der Metall-Basisplatte 8 wurde
in ein Gehäuse
eingeschlossen, das nicht dargestellt ist, um ein in der 1 dargestelltes Modul fertig
zu stellen. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von (–40°C/125°)-Wärmezyklustests
an Modulen verschiedener Konstruktionen, die ausgeführt wurden,
um die Wärmezyklus-Zuverlässigkeit
der Module zu bewerten.
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Hinweis
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- Testmodul 1
Modul, das mit einer Bindeschicht mit einem
Randabschnitt versehen ist, der innerhalb der Ränder eines Schaltungsmusters
liegt.
- Testmodul 2
Modul, das mit einer Bindeschicht versehen
ist, deren Ränder
genau mit denen eines Schaltungsmusters übereinstimmen.
- Testmodul 3
Modul, das mit einer Bindeschicht versehen
ist, die über
einen Randabschnitt verfügt,
der sich bis über
die Ränder
des Schaltungsmusters nach außen
erstreckt.
- o: Im Keramiksubstrat entstanden keine Risse.
- x: Im Keramiksubstrat entstanden Risse.
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Beim
Testmodul 3, das mit einer Silberlotschicht mit einer größeren Fläche als
der der entsprechenden Kupferfolie versehen ist, entstanden im isolierenden
Substrat 1 keine Risse, und die Kupferfolie löste sich
nicht von diesem, und das Modul funktionierte nach 100 Wärmezyklen
normal. Beim Testmodul 2, das mit einer Silberlotschicht mit einer
Fläche
und einer Form versehen war, die mit denen der Kupferfolie übereinstimmen, entstanden
im isolierenden Substrat 1 Risse, und die Kupferfolie löste sich
nach ungefähr 200
Wärmezyklen vom
isolierenden Substrat. Beim Testmodul 1, das mit einer Silberlotschicht
mit einer Fläche
und einer Form kleiner als denen der Kupferfolie versehen war, entstanden
im isolierenden Substrat 1 Risse, und die Kupferfolie löste sich
nach 50 Wärmezyklen
vom isolierenden Substrat 1.
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Drittes Beispiel
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Die 3 ist eine Draufsicht eines
Schaltungsmusters 3 einer leitenden Folie, wie sie beim
dritten Beispiel verwendet wurde. Es ist bevorzugt, dass das Schaltungsmuster 3 der
leitenden Folie über
eine große
Fläche
verfügt,
um einen hohen Strom zu leiten. Daher wurden die geraden Ränder eines
Schaltungsmusters 3 so hergestellt, dass sie genau mit
den entsprechenden Rändern
eines Musters einer Bindeschicht 2 übereinstimmten, und die Ecken
des Schaltungsmusters 3 der leitenden Folie wurden mit
Formen mit einem Krümmungsradius über dem
der entsprechenden Ecken des Musters der Bindeschicht 2 gerundet.
So erstreckten sich die Eckabschnitte des Musters der Bindeschicht 2 über die
entsprechenden Ränder
des Schaltungsmusters 3 hinaus nach außen. Das Modul bei der dritten
Ausführungsform
wurde einem Wärmezyklustest
unterzogen. Im isolierenden Substrat 1 waren nach 1000
Wärmezyklen
keine Risse entstanden.
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Wie
es aus den Ergebnissen des Wärmezyklustests
bekannt ist, muss sich nicht der gesamte Randabschnitt der Bindeschicht 2 notwendigerweise über die
Ränder
des Schaltungsmusters 3 der leitenden Folie hinaus nach
außen
erstrecken; es können
sich nur Teile des Musters des Silberlots, die den Eckabschnitten
des Schaltungsmusters 3 der leitenden Folie entsprechen, über die
Eckabschnitte des Schaltungsmusters 3 hinaus nach außen erstrecken.
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Viertes Beispiel
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Es
wurden Module verschiedener Konfigurationen, die sich hinsichtlich
der Breite des Randabschnitts 16, der sich ausgehend von
den Rändern 14 des
Schaltungsmusters der leitenden Folie nach außen erstreckte, voneinander
unterschieden, durch dasselbe Verfahren hergestellt, mit dem das
Modul beim zweiten Beispiel hergestellt wurde. Die Schaltungsmuster
wurden dadurch hergestellt, dass eine 0,3 mm dicke Kupferfolie bearbeitet
wurde, die mittels einer 0,03 mm dicken Bindeschicht auf ein isolierendes
Substrat gebondet worden war. Die 5 ist
ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit
der Anzahl der Wärmezyklen,
bei der im isolierenden Substrat Risse entstehen, von der Breite
des Randabschnitts 16, der sich bis über die Ränder 14 des Schaltungsmusters
der leitenden Folie hinaus erstreckt, zeigt. In der Praxis ist es
wünschenswert,
dass das Modul mindestens 500 Wärmezyklen
und Rissbildung Stand hält.
Risse entwickelten sich im Modul mit einem Randabschnitt 16 mit
einer Breite von 0,02 mm nach 400 Wärmezyklen, und im Modul mit
einem Randabschnitt 16 mit einer Breite von 0,03 mm entwickelten
sie sich nach 800 Wärmezyklen.
Aus den Ergebnissen der Wärmezyklustests
ist es bekannt, dass eine Rissbildung im isolierenden Substrat des
Moduls praktisch verhindert werden kann, wenn der Randabschnitt 16 der
Bindeschicht eine Breite aufweist, die der Dicke der Bindeschicht
entspricht oder größer als
diese ist.
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Fünftes Beispiel
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Module
verschiedener Konfigurationen, die sich in der Dicke der Kupferfolie
zum Ausbilden des Schaltungsmusters 31 voneinander unterschieden,
wurden durch dasselbe Verfahren hergestellt, mit dem das Modul beim
zweiten Beispiel hergestellt wurde. Es wurde eine 0,03 mm dicke
Bindeschicht 2 verwendet. Die Breite des Randabschnitts 16 der
Bindeschicht, der sich von den Rändern 14 des
Schaltungsmusters der isolierenden Folie nach außen erstreckte, betrug bei
allen Modulen 0,1 mm. Die Schaltungsmuster 3 wurden dadurch
hergestellt, dass Kupferfolien mit Dicken von 0,1 mm, 0,3 mm, 0,6
mm und 1,2 mm bearbeitet wurden. In keinem der Module entstanden
Risse, und alle Module funktionierten nach 100 Wärmezyklen normal.
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Sechstes Beispiel
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Die 6(a) ist eine Draufsicht
eines Teils eines beim vierten Beispiel verwendeten Schaltungsmusters 3,
und die 6(b) ist eine
Schnittansicht entlang einer Linie B-B in der 6(a). Es wurde eine Silberlot-Bindeschicht 2 verwendet.
Eckabschnitte eines Musters der Bindeschicht 2, die Eckabschnitten
eines Schaltungsmusters 3 einer leitenden Folie entsprachen,
wurden aus Mustern einer Harzschicht 11 eines Siliconharzes
statt aus Silberlot hergestellt. Die Muster der Harzschicht 11 können aus
einem beliebigen anderen Harz als Siliconharz hergestellt werden,
vorausgesetzt, dass das Harz einer Wärme von 150°C oder höher Stand halten kann. Die
Harzschicht 11 breitet sich von unterhalb dem Umfangsabschnitt
des Schaltungsmusters zur Außenseite
desselben aus. In den Modulen des sechsten Beispiels bildeten sich
keine Risse aus, und das Modul funktionierte nach 100 Wärmezyklen
normal.
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Siebtes Beispiel
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Die 7(a) und 7(b) sind eine Teil-Schnittansicht bzw.
eine Teil-Draufsicht eines Moduls beim sechsten Beispiel. Es ist
bevorzugt, dass das Schaltungsmuster 3 einer leitenden
Folie über
eine große
Fläche
verfügt,
um einen hohen Strom zu führen.
Daher wurden die geraden Ränder
des Schaltungsmusters 3 so ausgebildet, dass sie mit den
entsprechenden Rändern
eines Musters einer Bindeschicht 2 übereinstimmten, und Eckabschnitte
des Schaltungsmusters 3 wurden statt mit einem Silberlot
mittels einer Harzschicht 11 mit einem Substrat verbunden.
Die Harzschicht 11 wurde hergestellt, um die Eckabschnitte
des Schaltungsmusters 3 zu entwickeln.
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Wie
es in den 7(a) und 7(b) dargestellt ist, muss
ein Raum 17 unter dem Eckabschnitt des Schaltungsmusters
nicht notwendigerweise ganz mit der Harzschicht 11 aufgefüllt sein;
die Harzschicht 11 kann entlang dem Rand des Schaltungsmusters
ausgebildet sein, um den Randabschnitt zu entwickeln. In den Modulen
bei der siebten Ausführungsform
entstanden keine Risse, und das Modul funktionierte nach 100 Wärmezyklen
normal.
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Achtes Beispiel
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Module
mit Bindeschichten 2 aus einem Silberlot mit jeweils verschiedenen
Dicken wurden durch dasselbe Verfahren hergestellt, durch das das
zweite Beispiel hergestellt wurde. Schaltungsmuster 3 der
Module wurden durch Bearbeiten einer 0,3 mm dicken Kupferfolie hergestellt,
und Bindeschichten wurden so hergestellt, dass die Breite eines
Randabschnitts jeder Bindeschicht, der sich bis über die Ränder 14 jedes Schaltungsmusters
nach außen
erstreckte, 0,1 mm betrug. Die Dicken der Bindeschichten des Silberlots
der Module betrugen 0,1 mm, 0,03 mm, 0,05 mm, 0,1 mm bzw. 0,2 mm.
Im Keramiksubstrat des Moduls mit einer 0,2 mm Bindeschicht aus
Silberlot entstanden vor 1000 Wärmezyklen
Risse, aber in den Keramiksubstraten der Module mit Bindeschichten
mit einer Dicke nicht über
0,1 mm entstanden keine Risse, und diese Module funktionierten nach
100 Wärmezyklen
normal.
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Neuntes Beispiel
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Die 8(b) ist eine Teildraufsicht
eines isolierenden Substrats 1, das mit einem Schaltungsmuster 3 einer
leitenden Folie gemäß dem neunten
Beispiel versehen ist, und die 8(a) ist
eine Schnittansicht entlang einer Linie D-D in der 8(b). Mit dem Schaltungsmuster 3 ist
ein durch Umbiegen eines Stahlblechs hergestellter Elektrodenanschluss 12 mittels
einer Anschluss-Bindeschicht 13 aus einem Lot verbunden.
Wie es in der 8(b) dargestellt
ist, erstrecken sich Abschnitte einer Bindeschicht 2 über die
Ränder
des Schaltungsmusters 3 hinaus nach außen. Wenn das Modul Wärmezyklen
unterliegt, bewirkt dies, dass sich der Elektrodenanschluss 12 durch
Wärme ausdehnt,
wobei das Keramiksubstrat durch das Schaltungsmuster 3 unter dem
Elektrodenanschluss durch diesen Spannungen unterliegt, und im Keramiksubstrat
werden Spannungen induziert. Wenn ein Abschnitt des Schaltungsmusters
um den Elektrodenanschluss 12 herum eine kleine Fläche aufweist,
wird in einem Teil des Keramiksubstrats, der den Rändern des
Schaltungsmusters entspricht, eine hohe Spannung induziert. Die
im Keramiksubstrat induzierte Spannung kann dadurch verringert werden, dass
die Bindeschicht 2 mit einer Breite hergestellt wird, die
größer als
die des Schaltungsmusters 3 ist, wie es in der 8(b) dargestellt ist. Beim
Modul gemäß dem achten
Beispiel betrug die maximale Breite von Teilen der Bindeschicht 2,
die außerhalb
des Schaltungsmusters 3 lagen, wie es in der 8(b) dargestellt ist, 0,2
mm, und der Elektrodenanschluss 12 war mit dem auf dem
Substrat ausgebildeten Schaltungsmuster 3 verbunden. Im
Modul entstanden keine Risse, und das Modul funktionierte nach 100
Wärmezyklen
normal.
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Es
wurde ein Substrat gemäß einem
Vergleichsbeispiel hergestellt, das mit einem Schaltungsmuster 3 und
einer Bindeschicht versehen war, die sich nicht bis über die
Ränder
des Schaltungsmusters 3 hinaus nach außen erstreckte, und es wurde
ein Modul dadurch hergestellt, dass ein Elektrodenanschluss 12 mit
dem Substrat verbunden wurde. Das Modul beim Vergleichsbeispiel
konnte nach 1000 Wärmezyklen
nicht mehr normal arbeiten. Das Modul wurde nach 1000 Wärmezyklen
auseinander gebaut und untersucht. In einem Teil des Keramiksubstrats
um den Elektrodenanschluss 12 herum wurden Risse aufgefunden.
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Zehntes Beispiel
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Die 9(b) ist eine Teil-Draufsicht
eines isolierenden Substrats 1, das mit einem Schaltungsmuster 3 einer
leitenden Folie beim zehnten Beispiel versehen ist, und die 9(a) ist eine Schnittansicht
entlang einer Linie E-E in der 9(b).
Mit dem Schaltungsmuster 3 ist ein Elektrodenanschluss 12 durch
eine Bindeschicht 13 verbunden. Beim zehnten Beispiel wurden
Harzschichten 11 um den Elektrodenanschluss 12 herum ausgebildet,
um Schaltungsmuster, die nicht dargestellt sind, benachbart zum
Schaltungsmuster 3 auszubilden, können so nahe wie möglich am
Schaltungsmuster 3 mit dem kleinsten erforderlichen Isolierraum
dazwischen angeordnet werden. Das Modul bei der neunten Ausführungsform
funktionierte nach 1000 Wärmezyklen normal.
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Elftes Beispiel
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Die 10 zeigt Schnitte von Rändern von
Platinen.
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In
der 10(a) verfügt ein Randabschnitt
einer Kupferfolie 3 über
Stufenform. Die Dicke des Randabschnitts der Kupferfolie 3 ist
kleiner als ein Abschnitt der Kupferfolie 3 innerhalb des
Randabschnitts. Ein Randabschnitt einer Bindeschicht 2 erstreckt
sich außerhalb
eines Rands der Kupferfolie 3.
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In
der 10(b) verfügt ein Randabschnitt
der Kupferfolie 3 über
sich verjüngende
Form. Die Dicke des Randabschnitts der Kupferfolie 3 wird
allmählich
kleiner als der Abschnitt der Kupferfolie 3 innerhalb des Randabschnitts.
Ein Randabschnitt einer Bindeschicht 2 erstreckt sich außerhalb
eines Rands der Kupferfolie 3.
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Gemäß dem Beispiel
in den 10(a) und 10(b) sind die thermischen
Spannungen in einem Teil des Keramiksubstrats 1, der mit
dem Randabschnitt der Bindeschicht 2 verbunden ist, verringert.
Außerdem
thermische Belastungen in einem Teil des Keramiksubstrats 1 unter
dem Randabschnitt der Kupferfolie 3.
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Ein
Rand der Kupferfolie 3 kann mit einem Rand der Bindeschicht 2 ausgerichtet
werden.
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Gemäß der Erfindung
kann das Ausmaß der
durch das Schaltungsmuster hervorgerufenen Spannungskonzentration
in einem Teil des isolierenden Substrats verringert werden, und
dadurch kann die Zuverlässigkeit
des Halbleiterbauteils gegenüber
wiederholter thermischer Belastung verbessert werden.