DE102010061011A1 - Halbleiterbaugruppe und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleiterbaugruppe (100) enthält eine Metallplatte (110), ein Leistungselement (112), einen Leiterrahmen (116) mit einer Chipauflage (114), eine Harzfolie (124) mit Isoliereigenschaften, eine Steuerschaltung (126), die das Leistungselement (112) steuert und ein Formharz (130). Das Leistungselement (112) ist auf der Chipauflage (114) montiert und die Chipauflage (114) ist auf der Metallplatte (110) mit der Harzfolie (124) dazwischen montiert. Die Harzfolie (124) ist derart erstreckt, dass sie zumindest eine untere Oberfläche der Chipauflage (114) bedeckt, während die untere Oberfläche der Harzfolie (124) kleiner ist als eine Fläche der Metallplatte (110), und die Steuerschaltung (126) ist in einem Bereich auf der Metallplatte (110) angeordnet, der ein anderer Bereich ist als der Bereich, in dem das Leistungselement (112) angeordnet ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterbaugruppe mit einem Leistungselement und einer Steuerschaltung, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen der Halbleiterbaugruppe.
  • BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
  • Bei einer bekannten Halbleiterbaugruppe ist eine an einer Kupferfolie der gleichen Form anhaftende Isolierfolie an eine untere Oberfläche einer Chipauflage eines Leiterrahmens angebracht, auf der ein Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) montiert ist.
  • Bei dieser Halbleiterbaugruppe sind der Leiterrahmen, der Leistungs-MOSFET, die Isolierfolie und die Kupferfolie alles miteinander eingegossen, um Isoliereigenschaften und hohe Wärmeabstrahlungseigenschaften zu erhalten (siehe z. B. JP-B-3740116 ).
  • Außerdem ist bei einer bekannten Halbleiterbaugruppe mit einem Leistungs-MOSFET und einer Steuerschaltung eine isolierende Harzfolie angebracht an und eingegossen auf einer unteren Oberfläche einer Chipauflage eines Leiterrahmens, auf der der Leistungs-MOSFET montiert ist, derart, dass eine gemischte Schicht von der Harzfolie und einem Formharz gebildet wird (siehe z. B. JP-B-4146785 ).
  • Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterbaugruppe wird ein Druckstift verwendet zum Drücken einer Chipauflage gegen eine Isolierfolie, gefolgt von Umgießen (siehe z. B. JP-B-3854957 ). Außerdem wird bei einem bekannten Herstellungsverfahren für eine Halbleiterbaugruppe eine Harzfolie vorbereitet, die bei Normaltemperatur fest ist, und die bei hoher Temperatur vorübergehend geschmolzen, aber dann vollständig aushärtet wird.
  • Bei diesem Verfahren wird auch eine Form mit einer höheren Temperatur als die Schmelztemperatur der Harzfolie vorbereitet.
  • Dann wird das Harz überhitzt und zum Warmhärten der Harzfolie unter Druckbeaufschlagung in die Form gefüllt (siehe z. B. JP-A-2008-004971 ).
  • Weiter enthält ein bekanntes Halbleiterleistungsmodul eine mit einer Harzfolie versehene Wärmesenke sowie einen Leiterrahmen mit einem gebogenen Abschnitt der gleichen Form wie die der Harzfolie (siehe z. B. JP-B-3846699 ).
  • Bei der in JP-B-3740116 offenbarten Halbleiterbaugruppe verursacht die geringe Lücke zwischen dem Metall und dem Formharz ein Problem geringerer Zuverlässigkeit in dem Zustand, bei dem die Halbleiterbaugruppe feucht geworden ist.
  • Darüber hinaus benötigt diese Halbleiterbaugruppe eine große Isolierfolie, wenn eine Wärmesenke groß ausgebildet wird, um einen die Außenseite berührenden Bereich zu vergrößern, und verursacht damit ein Problem steigender Kosten.
  • Bei der in JP-B-4146785 offenbarten Halbleiterbaugruppe ist die Steuerschaltung nicht in Kontakt mit der Harzfolie und somit ist es unwahrscheinlich, dass die Temperatur des Leistungs-MOSFET zu der Steuerschaltung übertragen wird.
  • Aufgrund der Schutzmaßnahme gegen das Übertragen der Temperatur von dem Leistungs-MOSFET leidet diese Halbleiterbaugruppe an dem Problem, dass das Messen der Temperatur des Leistungs-MOSFET schwierig ist.
  • Darüber hinaus neigt bei dieser Halbleiterbaugruppe ein Abschnitt der Harzfolie, der nahe der Grenze zwischen der Harzfolie und dem Formharz liegt, zum Schmelzen.
  • Als Folge davon wird die Dicke der Harzfolie verringert und somit wird die Wärmeleitfähigkeit verringert, was zu dem Problem der Verschlechterung der Kühlleistungsfähigkeit führt.
  • Bei dem in JP-B-3854957 offenbarten Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterbaugruppe muss die Form eine Druckstift-Struktur besitzen, was ein Problem dahingehend verursacht, dass die Herstellungsschritte verkompliziert werden.
  • Zusätzlich muss jede Chipauflage bei diesem Verfahren einen Stifthalteabschnitt besitzen, der den einzelnen Chipauflagen ermöglicht, eng angeordnet zu sein, wodurch ein Problem des Verschlechterns der Isoliereigenschaften zwischen den Anschlüssen verursacht wird.
  • Weiter wird aufgrund des Vorsehens des Stifthalteabschnitts der Bereich einer Chipauflage, auf dem kein Element montiert ist, vergrößert, wodurch ein Problem des Vergrößerns der Halbleiterbaugruppe verursacht wird.
  • Bei dem in JP-A-2008-004971 offenbarten Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterbaugruppe ist das Positionieren der Harzfolie relativ zu der Form schwierig.
  • Um ein gutes Positionieren zu erreichen muss die Harzfolie über die gesamte Bodenfläche der Form ausgebreitet werden oder die Form muss mit einem Positioniervorsprung versehen sein.
  • Weiter ist es wahrscheinlich, dass die Leiterrahmen beim Einfüllen eines Formharzes angeschoben und versetzt werden. Somit litt dieses Verfahren des Herstellens eines Halbleitergehäuses an einem Problem schlechter Verarbeitbarkeit.
  • Da bei dem in JP-B-3846699 offenbarten Halbleiterleistungsmodul die Haftschicht auf der Isolierschicht gestapelt ist, ist die Wärmeleitfähigkeit derart problematisch verringert, dass sich die Kühlleistung verschlechtert.
  • Zusätzlich wird bei diesem Halbleiterleistungsmodul mit der Zunahme der Anzahl von Teilen die Anzahl an Verfahren erhöht, was ein Problem des Verschlechterns der Verarbeitbarkeit verursacht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben ausgeführten Probleme gemacht und besitzt als seine Aufgabe, eine Halbleiterbaugruppe mit geringen Kosten bereitzustellen, die eine höhere Zuverlässigkeit und Kühlleistung aufweisen kann, die Größe zu verringern und das Messen der Temperatur eines Leistungselementes zu erleichtern, sowie ein Verfahren zum Herstellen der Halbleiterbaugruppe bereitzustellen.
  • Bei einer Halbleiterbaugruppe gemäß einem ersten Aspekt enthält die Halbleiterbaugruppe eine Metallplatte, ein Leistungselement, einen Leiterrahmen mit einer Chipauflage, eine Harzfolie mit Isoliereigenschaften, eine Steuerschaltung, welche das Leistungselement steuert, und ein Formharz, welches die Metallplatte mit Ausnahme einer Oberfläche, die Harzfolie, das Leistungselement und die Steuerschaltung abdichtet.
  • Die Halbleiterbaugruppe enthält das Leistungselement und die Steuerschaltung, wobei das Leistungselement auf der Chipauflage montiert ist und die Chipauflage mittels der Harzfolie auf der Metallplatte montiert ist.
  • Die Harzfolie ist derart ausgebreitet, dass sie zumindest eine untere Oberfläche der Chipauflage bedeckt, während die untere Oberfläche der Harzfolie kleiner ist als eine Oberfläche der Metallplatte.
  • Die Steuerschaltung ist in einem Bereich auf der Metallplatte angeordnet, wobei der Bereich ein anderer ist als der Bereich, in dem das Leistungselement angeordnet ist.
  • Somit wird die Harzfolie einer minimal benötigten Fläche verwendet, selbst wenn die Metallplatte, die als eine Wärmesenke dient, eine große Fläche besitzt, wodurch die Produktionskosten verringert werden. Außerdem kann die Verwendung einer Harzfolie kleiner als die Metallplatte eine große Grenzfläche zwischen der Metallplatte und dem Formharz, die gute Hafteigenschaften besitzen, bereitstellen.
  • Dementsprechend ist die Zuverlässigkeit erhöht, wenn z. B. die Halbleiterbaugruppe feucht wird.
  • Weiter kann die Temperatur des Leistungselements aufgrund der Anordnung der Steuerschaltung auf der Metallplatte durch die Metallplatte genau gemessen werden.
  • Dementsprechend kann leicht eine Übertemperaturwarnung für das Leistungselement abgegeben werden oder die Steuerung zu der Zeit der Übertemperatur des Leistungselements kann vereinfacht werden.
  • Bei der Halbleiterbaugruppe gemäß einem zweiten Aspekt ist die Steuerschaltung auf der Metallplatte mit der Harzfolie dazwischen angeordnet.
  • Bei der Halbleiterbaugruppe gemäß einem dritten Aspekt enthält die Halbleiterbaugruppe weiter einen Rahmen mit einer zweiten Chipauflage, wobei die Steuerschaltung darauf montiert ist, ist das Leistungselement auf dem Leiterrahmen aufgelötet und ist die Steuerschaltung auf dem Rahmen unter Verwendung einer Silberpaste befestigt.
  • Bei der Halbleiterbaugruppe gemäß einem vierten Aspekt ist ein Kontaktgebiet für das Drahtbonden auf der Metallplatte in einem Bereich vorgesehen, das nicht von der Harzfolie bedeckt ist, ist ein Masseanschluss von zumindest dem Leistungselement oder der Steuerschaltung durch einen Bondingdraht mit dem Kontaktgebiet verbunden, und ist die Metallplatte durch ein elektrisches Verbindungsmittel entweder mit dem äußeren Gehäuse oder einer Wärmeabstrahlrippe verbunden.
  • Bei der Halbleiterbaugruppe gemäß einem fünften Aspekt besitzt die Metallplatte ein Durchgangsloch, sind das Durchgangsloch und deren Peripheriebereich nach außen freiliegend, und ist das elektrische Verbindungsmittel gebildet durch Verbinden der Metallplatte mit dem Gehäuse oder der Wärmeabstrahlrippe durch Hindurchführen einer Schraube durch das Durchgangsloch und Anziehen der Schraube.
  • Bei der Halbleiterbaugruppe gemäß einem sechsten Aspekt ist die Harzfolie nicht mit dem Formharz vermischt und eine Grenzfläche ist zwischen der Harzfolie und dem Formharz vorgesehen.
  • Bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleiterbaugruppe gemäß einem siebten Aspekt enthält das Verfahren Schritte des Montierens von Elementen einschließlich des Leistungselements und der Steuerschaltung auf der Chipauflage mit der Verwendung von Montagemitteln einschließlich zumindest Drahtbonden, des Anordnens der Harzfolie auf der Metallplatte, des Anhaftens der Chipauflage, auf welcher die Elemente angebracht sind, auf der Harzfolie, die auf der Metallplatte angeordnet ist, des Einsetzens der Metallplatte, auf der die Chipauflage mittels der Harzfolie montiert ist, in eine Form und des Füllens eines Formharzes in die Form, gefolgt von Erwärmen, Druckbeaufschlagung und Aushärten.
  • Bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleiterbaugruppe gemäß einem achten Aspekt besitzt die Harzfolie Hafteigenschaften.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den beigefügten Zeichnungen sind:
  • 1 eine Querschnittsansicht, welche den Aufbau einer Halbleiterbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;.
  • 2A bis 2E Diagramme, die jeweils Schritte zum Herstellen der Halbleitbaugruppe darstellen;
  • 3 ein Schaltplan, der den Aufbau eines Fahrzeuggenerators darstellt, wobei die Halbleiterbaugruppe in einem Abschnitt davon verwendet wird; und
  • 4 ein Schaltplan, der den Aufbau eines Gleichrichtermoduls darstellt, das bei dem Fahrzeuggenerator verwendet wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen wird im Folgenden eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. 1 ist eine Querschnittsansicht, welche den Aufbau einer Halbleiterbaugruppe 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
  • Wie in 1 gezeigt enthält die Halbleiterbaugruppe 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Metallplatte 110, ein Leistungselement 112, Leiterrahmen 116 und 118, einen Chipauflagerahmen 122, eine Harzfolie 124, eine Steuerschaltung 126 und ein Formharz 130.
  • Die Metallplatte 110 wirkt als eine Wärmesenke. In einem harzgekapselten Zustand liegt nur eine Oberfläche (untere Oberfläche) der Metallplatte 110 von der Halbleiterbaugruppe 110 nach außen frei.
  • Das Leistungselement 112 ist ein Element, wie z. B. ein Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), mit einer Heizleistung größer als die der Steuerschaltung 126 oder von anderen Elementen.
  • Der Leiterrahmen 116 besitzt eine einen Abschnitt, der einen Chipauflage 114 enthält und einen anderen Abschnitt, der als ein Anschluss zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer externen Schaltung (nicht dargestellt) dient.
  • Der Leiterrahmen 118 besitzt keinen Abschnitt, der eine Chipauflage enthält, aber dient als ein Anschluss zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit der externen Schaltung. Der Chipauflagerahmen 122 wirkt in seiner Gesamtheit als eine Chipauflage 120.
  • Die Harzfolie 124 besitzt Isoliereigenschaften und Hafteigenschaften. Die Harzfolie 124 wird während des Erwärmens und der Druckbeaufschlagung beim Bilden des Formharzes 130 geschmolzen, aber nicht mit dem Formharz 130 vermischt. Dementsprechend ist eine Grenzfläche zwischen der Harzfolie 124 und dem Formharz 130 vorhanden.
  • Die Steuerschaltung 126 ist mit dem Leistungselement 112 verbunden zum Treiben des Leistungselements 112 und zum Messen der Temperatur um das Leistungselement 112 herum, während sie verschiedene andere Prozesse durchführt.
  • Das Leistungselement 112 der vorliegenden Ausführungsform ist auf der Chipauflage 114 montiert. Die Chipauflage 114 ist mittels der Harzfolie 124 auf der Metall-platte 110 montiert. Das Leistungselement 112 ist auf der Chipauflage 114 mit Lot befestigt (auf die Chipauflage 114 aufgelötet).
  • Die Harzfolie 124 besitzt eine gute Wärmeleitfähigkeit (besitzt insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit von 7,5 W/(m·K) oder mehr), und ist somit in der Lage, effizient die durch das Leistungselement 112 erzeugte Wärme an die Wärmeplatte 110 zu übertragen.
  • Die Harzfolie 124 ist derart ausgebreitet, dass sie zumindest die unteren Oberflächen der Chipauflagen 114 und 120 bedeckt. Die untere Oberfläche der Harzfolie 124 ist kleiner als die obere Oberfläche der Metallplatte 110.
  • Dementsprechend ist ein Teil der oberen Oberfläche der Metallplatte 110 nicht mit der Harzfolie 124 bedeckt, sondern liegt um die Harzfolie 124 herum frei.
  • Die Steuerschaltung 126 ist auf der Chipauflage 120 angebracht, die auf der Metallplatte 110 mittels der Harzfolie montiert ist. Die Steuerschaltung 126 ist an der Chipauflage 120 befestigt unter Verwendung einer Silberpaste.
  • Somit ist die Steuerschaltung 126 in einem Bereich auf der Metallplatte 110 angeordnet, wobei der Bereich ein anderer ist als der Bereich, in dem das Leistungselement 112 angeordnet ist.
  • Ein Bereich auf der oberen Oberfläche der Metallplatte 110, der nicht mit der Harzfolie 124 bedeckt ist (freiliegender Bereich) ist mit Kontaktgebieten 140 und 142 versehen. Das Kontaktgebiet 140 ist mit einem Masseanschluss des Leistungselements 112 durch einen Bondingdraht 141 verbunden.
  • Das Kontaktgebiet 142 ist durch einen Bondingdraht 143 mit einem Masseanschluss der Steuerschaltung 126 verbunden. Das Leistungselement 112 und die Steuerschaltung 126 sind durch einen Bondingdraht 144 verbunden, während die Steuerschaltung 126 und der Leiterrahmen 118 mit einem Bondingdraht 145 verbunden sind.
  • Wie oben erwähnt, liegt die obere Oberfläche der Metallplatte 110 nach außen frei. Indes ist die Metallplatte 110 durch ein elektrisches Verbindungsmittel mit einem äußeren Gehäuse oder einer Wärmeabstrahlrippe 200 verbunden.
  • Bei dem in 1 gezeigten Beispiel wird eine Schraube 210 als das elektrische Verbindungsmittel verwendet. Zum Beispiel besitzt die Metallplatte 110 ein Durchgangsloch 150.
  • Das Durchgangsloch 150 und deren Peripheriebereich liegen nach außen durch eine Öffnung 152 frei, die in dem Formharz 130 ausgebildet ist.
  • Die Schraube 210 ist durch das Durchgangsloch 150 hindurch geführt, wobei von der Öffnung 152 Gebrauch gemacht wird, und ist derart angezogen, dass die Metall-platte 110 an dem Gehäuse oder an der Wärmeabstrahlrippe 200 befestigt ist.
  • Die Halbleiterbaugruppe 100 der vorliegenden Ausführungsform besitzt eine Struktur wir sie bisher beschrieben wurde. Im Folgenden werden Schritte zum Herstellen der Struktur beschrieben.
  • 2A bis 2E sind Diagramme, welche die Schritte zum Herstellen der Halbleiterbaugruppe 100 darstellen. Wie in den 2A bis 2E gezeigt, wird die Halbleiterbaugruppe 100 durch die folgenden Schritte hergestellt.
  • (Erster Schritt)
  • Elemente, wie z. B. das Leistungselement 112 und die Steuerschaltung 126, werden auf der Chipauflage 114 des Leiterrahmens 116 und auf der Chipauflage 120 des Chipauflagerahmens 122 unter Verwendung von Mitteln wie Drahtbonden befestigt (2A).
  • (Zweiter Schritt)
  • Die Harzfolie 124 wird auf der Metallplatte 110 angeordnet (2B).
  • (Dritter Schritt)
  • Die Chipauflagen 114 und 120, auf denen das Leistungselement 112, die Steuerschaltung 126 und dergleichen befestigt werden, werden auf der Harzfolie 124 angebracht, die auf der Metallplatte 110 angeordnet ist (2C).
  • (Vierter Schritt)
  • Drahtbonden wird durchgeführt zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Kontaktgebiet 140 auf der Metallplatte 110 und dem Leistungselement 112 sowie zwischen dem Kontaktgebiet 142 auf der Metallplatte 110 und der Steuerschaltung 126 (2D).
  • (Fünfter Schritt)
  • Die Metallplatte 110, auf der die Chipauflagen 114 und 120 über die Harzfolie 124 befestigt sind, wird in eine Form 300 eingesetzt (2B).
  • (Sechster Schritt)
  • Ein Formharz wird in die Form 300 gefüllt, gefolgt von Erwärmen, Druckbeaufschlagung und Aushärten (nicht dargestellt).
  • Auf diese Art und Weise kann die Halbleiterbaugruppe 100 der vorliegenden Ausführungsform die Kosten verringern durch Verwenden der kleinsten benötigten Harzfolie 124, selbst wenn die Fläche der Metallplatte 110, die als eine Wärmesenke dient, vergrößert ist.
  • Außerdem kann das Verwenden einer Harzfolie 124, die kleiner ist als die Metallplatte 110, die Grenzfläche zwischen der Metallplatte 110 und dem Formharz 130, die gute Adhäsionseigenschaften besitzen, vergrößern.
  • Dementsprechend ist die Zuverlässigkeit erhöht, wenn die Halbleiterbaugruppe 110 feucht geworden ist.
  • Weiter kann die Anordnung der Steuerschaltung 126 auf der Metallplatte 110 die Genauigkeit des Messens der Temperatur des Leistungselements 112 über die Metallplatte 110 vergrößert werden (wenn die Steuerschaltung 126 ein Temperaturmesselement und eine Schaltung dafür enthält).
  • Dementsprechend kann eine Übertemperaturwarnung für das Leistungselement 112 leicht gegeben werden, oder kann die Steuerung zu der Zeit des Überhitzens des Leistungselements 112 erleichtert werden.
  • Da außerdem die Steuerschaltung 126 auf der Metallplatte 110 mit der Harzfolie 124 dazwischen angeordnet ist, wird die Temperatur des Leistungselements 112 geradewegs zu der Steuerschaltung 126 über die Harzfolie 124 mit hoher Wärmeleitfähigkeit übertragen, ohne durch die Metallplatte übertragen zu werden.
  • Dementsprechend ist die Genauigkeit beim Messen der Temperatur des Leistungselements 112 weiter erhöht. Da außerdem die Steuerschaltung 126 elektrisch isoliert ist von der Metallplatte 110 durch das Einfügen der Harzfolie 124, wird die Zuverlässigkeit erhöht in der Situation, in der eine Überspannung an die Metallplatte 110 angelegt wird.
  • Weiter kann das Löten des Leistungselements 112 an den Leiterrahmen 110 (Chipauflage 114) gute Wärmeabstrahleigenschaften des Leistungselements 112 sicherstellen. Da außerdem kein Löten für die Steuerschaltung 126 durchgeführt wird, wird die Lebensdauer der Steuerschaltung 126 verlängert, die ansonsten durch die Anwendung einer Temperaturschockbelastung verkürzt worden wäre.
  • In dieser Hinsicht ist es nicht länger notwendig, eine Oberflächenbehandlung für das Löten auf der rückseitigen Oberfläche der Steuerschaltung 126 (der dem Chipauflagerahmen 122 gegenüberliegenden Seite) durchzuführen, und somit wird die Anzahl von durchzuführenden Verfahrensschritten verringert.
  • Wie oben beschrieben wird die Metallplatte 110 darauf mit der Harzfolie 124 versehen, und der Leiterrahmen 116 (oder der Chipauflagerahmen 122) wird auf der Harzfolie 124 angeordnet. Weiter werden das Leistungselement 112 und die Steuerschaltung 126 mit der Oberseite des Leiterrahmens 116 (oder des Chipauflagerahmens 122) verbunden.
  • Dementsprechend sichergestellt, dass sich die oberen Oberflächen des Leistungselements 112 und der Steuerschaltung 126 im Wesentlichen in einer Ebene befinden, um dadurch das Drahtbonden zu erleichtern.
  • In anderen Worten kann ein Verarbeitungsschritt des Einstellens oder dergleichen ausgelassen werden, um die Verarbeitbarkeit zu erhöhen, wobei die Einstellung andernfalls notwendig gewesen wäre, wenn die Ebenen dieser Oberflächen verschieden sind.
  • Darüber hinaus kann die Verwendung der Metallplatte 110 als ein Masseanschluss die getrennte Bereitstellung eines Leiterrahmens als ein Masseanschluss vermeiden, um dadurch die Struktur zu vereinfachen.
  • Da weiter die Halbleiterbaugruppe 100 an das Gehäuse oder die Wärmeabstrahlrippe 200 durch Anziehen der Schraube 210 befestigt wird, wird Befestigung auch bei starken Vibrationen zuverlässig durchgeführt.
  • Gleichzeitig mit der Befestigung wird ein Leitfähigkeitspfad sichergestellt zwischen einem äußeren Masseanschluss und der Halbleiterbaugruppe 100, und somit ist die Verdrahtung für den Masseanschluss nicht länger notwendig.
  • Außerdem stellt die Verwendung einer nicht schmelzenden Harzfolie 124, die eine Grenzfläche bereitstellen kann, stabile Wärmeleitfähigkeit über die Harzfolie 124 sicher.
  • Gemäß den Herstellungsschritten für die Halbleiterbaugruppe der vorliegenden Ausführungsform werden die Chipauflagen 114 und 120 schon vor dem Durchführen des Eingießens in Harz an der Metallplatte 110 befestigt.
  • Dementsprechend kann zu der Zeit des Einsetzens der Chipauflagen 114 und 120 sowie des Leiterrahmens 118 in die Form 300 das Positionieren der Metallplatte 110 gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Außerdem wird Versatz der Chipauflagen 114 und 120 verhindert beim Füllen des Formharzes in die Form 300, wobei der Versatz andernfalls beim Anschieben der Chipauflagen 114 und 120 durch das fließende Formharz verursacht würde.
  • Da die Chipauflagen 114 und 120 an der Metallplatte 110 befestigt werden, ist es nicht notwendig, die Form 300 mit einer Druckstiftstruktur zum Fixieren der Chipauflagen 114 und 120 vorzusehen.
  • Da weiter die Chipauflagen 114 und 120 nicht länger Flächen für Druckstifte benötigen, wird die Größe der Chipflächen 114 und 120 klein gemacht, während der Abstand dazwischen groß gemacht wird.
  • Zusätzlich kann die Verwendung der Harzfolie 124 mit Hafteigenschaften den Verarbeitungsschritt beim Anordnen der Harzfolie 124 auf der Metallplatte 110 oder beim Anordnen der Chipauflage 114 (z. B. auf der Harzfolie 124) vereinfachen.
  • Bezugnehmend auf die 3 und 4 wird nun im Folgenden eine bevorzugte Anwendung der oben beschriebenen Halbleiterbaugruppe 100 beschrieben.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Fahrzeuggenerators 1 darstellt, wobei in einem Abschnitt davon die Halbleiterbaugruppe 100 verwendet wird. Der in 3 gezeigte Fahrzeuggenerator 1 enthält zwei Statorwicklungen 2 und 3, eine Feldwicklung 4, zwei Gleichrichtermodulgruppen 5 und 6 sowie eine Generatorsteuereinheit 7.
  • Die Gleichrichtermodulgruppe 5 ist mit der Statorwicklung 2 derart verbunden, dass im Ganzen eine Drei-Phasen-Vollwellengleichrichterschaltung gebildet wird.
  • Die Gleichrichtermodulgruppe 5 enthält Gleichrichtermodule 5X, 5Y und 5Z der Anzahl, die der Anzahl der Phasen (drei in dem Fall einer Drei-Phasen-Wicklung) der Statorwicklung 2 entspricht.
  • Das Gleichrichtermodul 5X ist mit einer X-Phasen-Wicklung verbunden, die in der Statorwicklung 2 enthalten ist. Das Gleichrichtermodul 5V ist verbunden mit einer Y-Phasen-Wicklung, die in der Statorwicklung 2 enthalten ist. Das Gleichrichtermodul 5Z ist mit einer Z-Phasen-Wicklung verbunden, die in der Statorwicklung 2 enthalten ist.
  • Die Gleichrichtermodulgruppe 6 ist mit der Statorwicklung 3 derart verbunden, dass im Ganzen eine Drei-Phasen-Vollwellen-Gleichrichterschaltung gebildet wird.
  • Die Gleichrichter-Modulgruppe 6 enthält Gleichrichtermodule 6U, 6V und 6W der Anzahl, die der Zahl der Phasen (drei in dem Fall einer Drei-Phasen-Wicklung) der Statorwicklung 3 entspricht.
  • Das Gleichrichtermodul 6U ist mit einer U-Phasen-Wicklung verbunden, die in der Statorwicklung 3 enthalten ist. Das Gleichrichtermodul 6V ist mit einer V-Phasen-Wicklung verbunden, die in der Statorwicklung 3 enthalten ist. Das Gleichrichtermodul 6W ist mit einer W-Phasen-Wicklung verbunden, die in der Statorwicklung 3 enthalten ist.
  • Die Generatorsteuereinheit 7 steuert einen Erregerstrom, der durch die Feldwicklung 4 geleitet wird zum Steuern erzeugter Spannung des Fahrzeuggenerators 1 (Ausgangsspannung der einzelnen Gleichrichtermodule).
  • Die Generatorsteuereinheit 7 ist mit einer ECU 8 (externe Steuereinheit) über einen Datenübertragungsanschluss und eine Datenübertragungsleitung verbunden. Somit führt die Generatorsteuereinheit 7 wechselseitige serielle Datenübertragung (d. h. Datenübertragung unter Verwendung eines LIN- bzw. Local-Interconnect-Netzwerk-Protokolls) mit der ECU 8 durch zum Übertragen oder Empfangen von Nachrichten.
  • Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten Fahrzeuggenerator 1 ist jedes der Module, wie z. B. das Gleichrichtermodul 5X durch die Halbleiterbaugruppe 100 realisiert.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X darstellt. Jedes der anderen Gleichrichtermodule 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W hat auch den gleichen Aufbau.
  • Wie in 4 gezeigt enthält das Gleichrichtermodul 5X drei MOS(Metall-Oxid-Halbleiter)-Transistoren 50, 51 und 52, ein Strommesselement 53 und eine Steuerschaltung 54.
  • Der MOS-Transistor 50, der ein High-Side-Schaltelement ist, besitzt eine mit der X-Phasen-Wicklung der Statorwicklung 2 verbundene Source und ein mit dem Pluspol einer Batterie 9 über den MOS-Transistor 52 verbundenes Drain.
  • Der MOS-Transistor 54, der ein Low-Side-Schaltelement ist, besitzt ein mit der X-Phasen-Wicklung verbundenes Drain und eine mit dem Minuspul (Masse) der Batterie 9 über das Strommesselement 53 verbundenes Drain.
  • Der MOS-Transistor 52, der ein zwischen dem High-Side-MOS-Transistor 50 und dem Pluspol der Batterie 9 angeordnetes Schaltelement ist, besitzt ein mit einer Drain-Seite des MOS-Transistors 50 verbundenes Drain.
  • Der MOS-Transistor 52 wird verwendet zum Schutz vor Verpolung der Batterie und zum Unterdrücken einer Lastabwurf-Spannungsspitze.
  • In dem Fall eines Aufbaus mit nur den MO5-Transistoren 50 und 51 wird eine Verpolung der Batterie 9 erlauben, dass ein hoher Strom durch die Body-Dioden der MOS-Transistoren 50 und 51 fließt.
  • Wenn jedoch der Aufbau außerdem zum Schutz den MOS-Transistor 52 enthält, wird der hohe Strom, der durch die Body-Dioden der MOS-Transistoren 50 und 51 aufgrund der Verpolung fließen würde, durch Abschalten des MOS-Transistors 52 unterbrochen.
  • Wenn die mit dem Fahrzeuggenerator 1 verbundene Batterie 9 ausfällt, wird eine große Lastabwurfspannungsspitze an der X-Phasen-Wicklung der Statorwicklung 2 verursacht.
  • Wenn in einem solchen Fall der MOS-Transistor 52 ausgeschaltet wird, wird verhindert, dass eine große Stoßspannung von dem Fahrzeuggenerator 1 z. B. an die elektrischen Lasten 10 und 12 angelegt wird.
  • Die MOS-Transistoren 50, 51 und 52 entsprechen jeweils dem Leistungselement 112 der Halbleiterbaugruppe 100 und die Steuerschaltung 54 entspricht der Steuerschaltung 126 der Halbleiterbaugruppe 100.
  • Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt sein, sondern kann durch verschiedene Abwandlungen innerhalb eines nicht von der Idee der vorliegenden Erfindung abweichenden Schutzbereichs verwirklicht werden.
  • Zum Beispiel wurde bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Halbleiterbaugruppe 100 auf z. B. das Gleichrichtermodul 5X angewendet.
  • Jedoch enthält die Generatorsteuereinheit 7 tatsächlich auch ein Leistungselement, das den durch die Erregerwicklung 4 fließenden Erregerstrom unterbricht, und eine Steuerschaltung, die z. B. den Zeitablauf der Unterbrechung steuert.
  • Dementsprechend kann auch die Generatorsteuereinheit 7 unter Verwendung der Struktur der Halbleiterbaugruppe 100 realisiert werden.
  • Weiter ist die Anwendung der Halbleiterbaugruppe 100 nicht auf einen Fahrzeuggenerator beschränkt, sondern kann in irgendeinem anderen Gerät realisiert werden, sofern das Gerät ein Leistungselement und eine Steuerschaltung enthält.
  • Wie oben beschrieben wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Harzfolie 124 einer mindest benötigten Fläche verwendet, selbst wenn die als eine Wärmesenke dienende Metallplatte 110 eine große Fläche besitzt, um dadurch die Produktionskosten zu verringern.
  • Außerdem kann die Verwendung einer Harzfolie 124, die kleiner ist als die Metallplatte 110, eine große Grenzfläche zwischen der Metallplatte 110 und der Formharz 130, die gute Adhäsionseigenschaften aufweisen, bereitstellen.
  • Dementsprechend ist die Zuverlässigkeit z. B. in dem Zustand erhöht, in dem die Halbleiterbaugruppe 100 feucht geworden ist. Weiter kann die Temperatur des Leistungselements 112, aufgrund der Anordnung der Steuerschaltung 126 auf der Metallplatte 110, durch die Metallplatte 110 hindurch genau gemessen werden.
  • Dementsprechend kann eine Übertemperaturwarnung für das Leistungselement 112 leicht gegeben werden oder kann eine Steuerung zu der Zeit der Übertemperatur des Leistungselements 112 erleichtert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 3740116 B [0003, 0009]
    • JP 4146785 B [0004, 0011]
    • JP 3854957 B [0005, 0015]
    • JP 2008-004971 A [0007, 0018]
    • JP 3846699 B [0008, 0021]

Claims (8)

  1. Halbleiterbaugruppe mit: einer Metallplatte (110), einem Leistungselement (112), einem Leiterrahmen (116) mit einer Chipauflage (114), einer Harzfolie (124) mit Isoliereigenschaften, einer Steuerschaltung (126), die das Leistungselement (112) steuert und einem Formharz (130), das die Metallplatte (110) mit Ausnahme einer Oberfläche, die Harzfolie (124), das Leistungselement (112) und die Steuerschaltung (126) abdichtet, wobei die Halbleiterbaugruppe (100) das Leistungselement (112) und die Steuerschaltung (126) enthält, das Leistungselement (112) auf der Chipauflage (114) montiert ist, die Chipauflage (114) auf der Metallplatte (110) mit der Harzfolie (124) dazwischen befestigt ist, die Harzfolie (124) sich zumindest über zumindest eine untere Oberfläche der Chipauflage (114) erstreckt, während die untere Oberfläche der Harzfolie (124) kleiner ist als eine Fläche der Metallplatte (110), und die Steuerschaltung (126) in einem Bereich auf der Metallplatte (110) angeordnet ist, der ein anderer Bereich ist als der Bereich, in dem das Leistungselement (112) angeordnet ist.
  2. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (126) auf der Metallplatte (110) mit der Harzfolie (124) dazwischen angeordnet ist.
  3. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei: die Halbleiterbaugruppe (100) weiter einen Rahmen (122) mit einer zweiten Chipauflage (120) aufweist, auf der die Steuerschaltung (126) befestigt ist, das Leistungselement (112) mit dem Leiterrahmen (116) mit Lot verbunden ist, und die Steuerschaltung (126) mit einer Silberpaste auf dem Rahmen (120) befestigt ist.
  4. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 3, wobei: ein Kontaktgebiet (140, 142) für Drahtbonden auf der Metallplatte (110) in einem Bereich vorgesehen ist, der nicht von der Harzfolie (124) bedeckt ist, ein Masseanschluss von zumindest dem Leistungselement (112) oder der Steuerschaltung (126) durch einen Bonddraht (141, 143) mit dem Kontaktgebiet (140, 142) verbunden ist, und die Metallplatte (110) entweder durch ein elektrisches Verbindungsmittel mit dem äußeren Gehäuse oder einer Wärmeabstrahlrippe verbunden ist.
  5. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 4, wobei: die Metallplatte (110) ein Durchgangsloch besitzt, das Durchgangsloch und dessen Peripheriebereich nach außen freiliegen, und das elektrische Verbindungsmittel ausgebildet ist durch Befestigen der Metallplatte (110) an dem Gehäuse oder der Wärmeabstrahlrippe durch Hindurchführen einer Schraube durch das Durchgangsloch und durch Anziehen der Schraube.
  6. Halbleiterbaugruppe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die Harzfolie (124) nicht mit dem Formharz (130) vermischt ist, und eine Grenzfläche zwischen der Harzfolie (124) und dem Formharz (130) vorgesehen ist.
  7. Verfahren zum Herstellen der Halbleiterbaugruppe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend: Befestigen von Elementen einschließlich des Leistungselements (112) und der Steuerschaltung (126) auf der Chipauflage (114, 120) unter Verwendung von Befestigungsmitteln einschließlich von zumindest Drahtbonden, Anordnen der Harzfolie (124) auf der Metallplatte (110), Anhaften der Chipauflage (114, 120), auf der die Elemente befestigt sind, auf die Harzfolie (124), die auf der Metallplatte (110) angeordnet ist, Einsetzen der Metallplatte (110), auf der die Chipauflage (114, 120) mit der Harzfolie (124) dazwischen befestigt ist, in eine Form (300), und Füllen eines Formharzes (130) in die Form (300), gefolgt von Erwärmen, Druckbeaufschlagung und Aushärten.
  8. Verfahren zum Herstellen der Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 7, wobei die Harzfolie (124) Adhäsionseigenschaften besitzt.
DE102010061011A 2009-12-04 2010-12-03 Halbleiterbaugruppe und Verfahren zum Herstellen derselben Ceased DE102010061011A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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