DE102012206047B4 - Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung (10) mit einem Halbleiterbauelement (12) und einem Wärmestrahler (1, 2), der ein Schaltkreissubstrat (11) und einen Kühlkörper (13) hat, wobei das Schaltkreissubstrat (11) Folgendes umfasst: ein Isoliersubstrat (14), das so ausgebildet ist, dass es eine Stirnfläche und eine Rückenfläche hat; eine vordere Metallschicht (15), die mit der Stirnfläche des Isoliersubstrats (14) verbunden ist, wobei die vordere Metallschicht (15) so ausgebildet ist, dass sie eine Stirnfläche, mit der das Halbleiterbauelement (12) verbunden ist, und eine Rückenfläche hat, die mit dem Isoliersubstrat (14) verbunden ist; und eine hintere Metallschicht (16, 31), die mit der Rückenfläche des Isoliersubstrats (14) verbunden ist, wobei die hintere Metallschicht (16, 31) so ausgebildet ist, dass sie eine Stirnfläche, die mit dem Isoliersubstrat (14) verbunden ist, und eine Rückenfläche hat, die mit dem Kühlkörper (13) verbunden ist, die hintere Metallschicht (16, 31) eine Vielzahl von Spannungsabbauräumen (17) hat, jeder Spannungsabbauraum (17) einen Hohlraum mit einem Volumen umfasst und die Spannungsabbauräume (17) von Durchgangslöchern oder Vertiefungen der hinteren Metallschicht (16, 31) gebildet werden, die so ausgebildet sind, dass sie sich an der Stirnfläche und/oder der Rückenfläche der hinteren Metallschicht (16, 31) öffnen, und wenn ein Gebiet in der hinteren Metallschicht (16, 31), das direkt unterhalb des Halbleiterbauelements (12) liegt, als ein direkt unterhalb liegendes Gebiet (A1) definiert wird und ein Gebiet außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1), das dem direkt unterhalb liegenden Gebiet (A1) entspricht und die gleichen Abmessungen wie dieses hat, als ein Vergleichsgebiet (A21) definiert wird, das Volumen der Spannungsabbauräume (17) in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) kleiner als das Volumen der Spannungsabbauräume (17) ist, die in dem Bereich des Vergleichsgebiets (A21) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen pro Flächeneinheit der Spannungsabbauräume (17), die in einem Zentralabschnitt (A4) des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) liegen, kleiner als das Gesamtvolumen pro Flächeneinheit der Spannungsabbauräume (17) ist, die in einem Randabschnitt (A3) des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) liegen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einem Wärmestrahler, der ein Schaltkreissubstrat und einen Kühlkörper hat. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung.
  • Eine herkömmliche Halbleitervorrichtung hat ein Keramiksubstrat, das ein Isoliersubstrat ist, sowie eine vordere Metallplatte, die mit der Stirnfläche des Keramiksubstrats verbunden ist und als eine Verdrahtungsschicht dient, und eine hintere Metallplatte, die mit der Rückseite des Keramiksubstrats verbunden ist. Mit der vorderen Metallplatte ist ein Halbleiterbauelement verbunden. Mit der hinteren Metallplatte ist ein Kühlkörper verbunden, der Wärme, die durch das Halbleiterbauelement erzeugt wird, abstrahlt. Über den Kühlkörper wird Wärme abgestrahlt, die während des Betriebs der Halbleitervorrichtung von dem Halbleiterbauelement erzeugt wird. Es ist wünschenswert, dass das Wärmeabstrahlvermögen für eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten wird. Abhängig von den Einsatzbedingungen der Halbleitervorrichtung können sich jedoch aufgrund von Wärmespannungen, die durch die Differenz beim Längenausdehnungskoeffizienten zwischen dem Isoliersubstrat und dem Kühlkörper hervorgerufen werden, an den Verbindungsabschnitten zwischen dem Keramiksubstrat und der hinteren Metallplatte Risse bilden. Außerdem kann eine Ausweitung der Risse dazu führen, dass sich die hintere Metallplatte von dem Keramiksubstrat löst, was das Wärmeabstrahlvermögen senken kann.
  • In dieser Hinsicht offenbart die JP 2006-294699 A zum Beispiel eine Halbleitervorrichtung, die ein Spannungsabbauelement hat, das sich zwischen einer hinteren Metallplatte und einem Kühlkörper befindet. Gemäß dieser Druckschrift wird als Spannungsabbauelement eine Aluminiumplatte verwendet, in der mehrere Durchgangslöcher so ausgebildet sind, dass sie sich in der Dickenrichtung erstrecken. Dieser Aufbau baut Wärmespannungen ab, wenn die Halbleitervorrichtung in Betrieb ist.
  • Bei der Halbleitervorrichtung, die in dieser Druckschrift offenbart ist, ist wegen der in der Aluminiumplatte ausgebildeten Durchgangslöcher zwischen der hinteren Metallplatte und dem Kühlkörper eine Luftschicht ausgebildet. Da Luft eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium hat, erreicht die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Wärme den Kühlkörper, nachdem sie Teile der Aluminiumplatte umgangen hat, in der die Durchgangslöcher ausgebildet sind. Das heißt, dass die Durchgangslöcher die Ausbreitung der von dem Halbleiterbauelement erzeugten Wärme behindern. Mit anderen Worten behindert der Aufbau die Wärmeübertragung zum Kühlkörper und senkt die Kühlleistung.
  • Demgegenüber offenbart die US 2010/0002399 A1 eine Halbleitervorrichtung, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfasst. Die Halbleitervorrichtung weist an der Rückenfläche des Schaltkreissubstrats ein Spannungsabbauelement auf, das in seinem gesamten direkt unterhalb des Halbleiterbauelements liegenden Gebiet keine Durchgangslöcher oder sonstigen Spannungsabbauräume ausgebildet hat. Dadurch wird die Wärmübertragung zum Kühlkörper verbessert.
  • Die US 2009/0139704 A1 schlägt verschiedene Ausführungsbeispiele einer Halbleitervorrichtung mit Spannungsabbauelement vor, bei denen das direkt unterhalb des Halbleiterbauelements liegende Gebiet entweder über seine gesamte Fläche hinweg mit Durchgangslöchern oder Vertiefungen versehen ist oder in diesem Gebiet keinerlei Durchgangslöcher oder Vertiefungen als Spannungsabbauräume vorgesehen sind.
  • Die JP 2008-235672 A offenbart schließlich ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem auf dem Schaltkreissubstrat vor dem Hartlöten in einem Gebiet, das zum Abbau von Wärmespannungen von dem Hartlot frei gehalten werden soll, ein Trennmittel angeordnet wird.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Ausbreitung von Wärme fördert, die durch ein Halbleiterbauelement erzeugt wird, während sie Wärmespannungen abbaut, die während des Betriebs einer Halbleitervorrichtung erzeugt werden. Die Erfindung sieht außerdem ein Verfahren zur Herstellung des Wärmestrahlers vor.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung vorgesehen, wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
  • Gemäß diesem Aufbau werden aufgrund der in der hinteren Metallschicht ausgebildeten Spannungsabbauräume Wärmespannungen abgebaut. Außerdem wird die Wärmeleitfähigkeit des Bereichs des direkt unterhalb liegenden Gebiets in der hinteren Metallschicht verglichen mit der Wärmeleitfähigkeit des Vergleichsgebiets verbessert. Daher wird die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Wärme bereitwillig zu dem Gebiet direkt unterhalb des Halbleiterbauelements übertragen, und es ist unwahrscheinlich, dass die Wärmeausbreitung behindert wird. Der Wärmestrahler kann die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Wärme zuverlässig zum Kühlkörper übertragen. Somit erreicht der Wärmestrahler ein Gleichgewicht zwischen der Absorption von Wärmespannungen und der Verbesserung des Wärmeabstrahlvermögens in dem Gebiet direkt unterhalb des Halbleiterbauelements, das eine große Menge Wärme erzeugt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung sind die Spannungsabbauräume in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets in dem Randabschnitt des direkt unterhalb liegenden Gebiets ausgebildet und nicht in dem Zentralabschnitt des direkt unterhalb liegenden Gebiets ausgebildet. Die Spannungsabbauräume in dem Bereich des Vergleichsgebiets sind in einem Randabschnitt und einem Zentralabschnitt des Vergleichsgebiets ausgebildet. Somit ist das Volumen der Spannungsabbauräume in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets kleiner als das Volumen der Spannungsabbauräume, die in dem Bereich des Vergleichsgebiets ausgebildet sind.
  • Gemäß diesem Aufbau sind die Spannungsabbauräume in der hinteren Metallschicht im Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets in dem Randabschnitt ausgebildet. Die Spannungsabbauräume sind nicht im Zentralabschnitt des direkt unterhalb liegenden Gebiets ausgebildet, der ein Bereich innerhalb des Randabschnitts des direkt unterhalb liegenden Gebiets ist. Daher ist der Zentralabschnitt des direkt unterhalb liegenden Gebiets in der hinteren Metallschicht ein Festkörper. Das heißt, dass der Zentralabschnitt des Halbleiterbauelements und der Kühlkörper in der Aufschichtungsrichtung miteinander ohne die Spannungsabbauräume dazwischen verbunden sind. In dem Halbleiterbauelement konzentriert sich Wärme am meisten in seinem Zentralabschnitt. Somit wird die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Wärme größtenteils zu einem Teil direkt unterhalb seines Zentralabschnitts übertragen. Da die Spannungsabbauräume gemäß dem obigen Aufbau nicht in einem Teil direkt unterhalb des Halbleiterbauelements ausgebildet sind, ist es unwahrscheinlich, dass eine Ausbreitung der Wärme, die zu dem Teil direkt unterhalb des Halbleiterbauelements übertragen wird, behindert wird, was der Wärme ermöglicht, effizient zum Kühlkörper übertragen zu werden. Das heißt, dass der Wärmestrahler ein Gleichgewicht zwischen der Absorption von Wärmespannungen und der Verbesserung des Wärmeabstrahlvermögens in dem Gebiet direkt unterhalb des Halbleiterbauelements erreicht, das eine große Menge Wärme erzeugt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung sind das Isoliersubstrat, die hintere Metallschicht und der Kühlkörper miteinander mit Hartlötfüllstoff verbunden. Zumindest ein Teil der Spannungsabbauräume in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets ist mit dem Hartlötfüllstoff gefüllt. Somit ist das Volumen der Spannungsabbauräume in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets kleiner als das Volumen der Spannungsabbauräume, die in dem Bereich des Vergleichsgebiets ausgebildet sind.
  • Wenn die hintere Metallschicht gemäß diesem Aufbau mit dem Isoliersubstrat oder dem Kühlkörper verbunden wird, wird der Hartlötfüllstoff reguliert, der in den Spannungsabbauräumen fließt. Dies verringert das Volumen der Spannungsabbauräume in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets verglichen mit dem Volumen der Spannungsabbauräume im Vergleichsgebiet.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist die hintere Metallschicht ein Spannungsabbauelement.
  • Gemäß diesem Aufbau fungiert die Verbindungsschicht, die das Schaltkreissubstrat und den Kühlkörper miteinander verbindet, als ein Spannungsabbauelement. Das heißt, dass die Verbindungsschicht auch als ein Spannungsabbauelement dient. Daher müssen zum Beispiel ein Spannungsabbauelement und eine Verbindungsschicht nicht getrennt ausgebildet werden. Dies verringert die Anzahl an Bauteilen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die hintere Metallschicht Folgendes: eine erste hintere Metallschicht, die mit dem Kühlkörper verbunden ist; und eine zweite hintere Metallschicht, die sich zwischen der ersten hinteren Metallschicht und dem Isoliersubstrat befindet und mit der ersten hinteren Metallschicht und dem Isoliersubstrat verbunden ist. Die Spannungsabbauräume sind in der ersten hinteren Metallschicht ausgebildet.
  • Gemäß diesem Aufbau sind die Spannungsabbauräume nicht in der zweiten hinteren Metallschicht ausgebildet. Die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Wärme wird über die zweite hintere Metallschicht zur ersten hinteren Metallschicht übertragen. Da die Spannungsabbauräume nicht in der zweiten hinteren Metallschicht ausgebildet sind, wird die zur zweiten hinteren Metallschicht übertragene Wärme nicht daran gehindert, sich auszubreiten, und sie wird effektiv zur ersten hinteren Metallschicht übertragen. Der Wärmestrahler kann daher effektiv Wärme zum Kühlkörper übertragen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung vorgesehen, das die Merkmale des Anspruchs 6 umfasst.
  • Gemäß diesem Verfahren werden die Durchgangslöcher, die in dem Bereich in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet der hinteren Metallschicht ausgebildet sind, mit dem Hartlötfüllstoff gefüllt. Die Wärmeleitfähigkeit des Bereichs des direkt unterhalb liegenden Gebiets in der hinteren Metallschicht wird verglichen mit der Wärmeleitfähigkeit des Vergleichsgebiets verbessert. Daher wird die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Wärme bereitwillig zu dem Gebiet direkt unterhalb des Halbleiterbauelements übertragen, und es ist unwahrscheinlich, dass die Wärmeausbreitung behindert wird. Der Wärmestrahler kann die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Wärme zuverlässig zum Kühlkörper übertragen. Somit wird ein Gleichgewicht erreicht zwischen der Absorption der Wärmespannungen und der Verbesserung des Wärmeabstrahlvermögens in dem Gebiet direkt unterhalb des Halbleiterbauelements, das eine große Menge Wärme erzeugt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Vorbereiten des Hartlötfüllstoffs ein derartiges Ausbilden des Hartlötfüllstoffs, dass der Hartlötfüllstoff einen Teil einer Öffnung oder die gesamte Öffnung mindestens eines der Spannungsabbauräume in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets bedeckt und dass der Hartlötfüllstoff nicht die Öffnungen der Spannungsabbauräume außerhalb des Bereichs des direkt unterhalb liegenden Gebiets bedeckt.
  • Gemäß diesem Verfahren dringt der geschmolzene Hartlötfüllstoff bereitwillig in den Spannungsabbauraum ein, der eine Öffnung hat, die von dem noch nicht geschmolzenen Hartlötfüllstoff bedeckt wird. Außerdem ist es unwahrscheinlich, dass der geschmolzene Hartlötfüllstoff in den Spannungsabbauraum eindringt, der die Öffnung hat, die nicht von dem noch nicht geschmolzenen Hartlötfüllstoff bedeckt wird. Daher werden die Durchgangslöcher in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets bereitwillig mit einer großen Menge Hartlötfüllstoff gefüllt.
  • Andere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, die exemplarisch die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Merkmale der Erfindung, die als neu angesehen werden, sind in ihren Einzelheiten in den beigefügten Ansprüchen angegeben. Die Erfindung lässt sich zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am Besten anhand der folgenden Beschreibung der derzeitig bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es zeigen:
  • 1 eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2, die ein Halbleitermodul darstellt, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist;
  • 2 eine Draufsicht, die den Zusammenhang zwischen der hinteren Metallplatte und dem Halbleiterbauelement zeigt, die in 1 gezeigt sind;
  • 3 eine vertikale Schnittansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 4 eine Draufsicht, die den Zusammenhang zwischen dem Hartlötfüllstoff und der hinteren Metallplatte zeigt, die in 3 gezeigt sind;
  • 5 eine erläuternde Darstellung zum Herstellungsablauf des in 3 gezeigten Halbleitermoduls;
  • 6 eine vertikale Schnittansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel darstellt; und
  • die 7(a) bis 7(d) vergrößerte Teilschnitte, die jeweils ein Halbleitermodul gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel zeigen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird eine Halbleitervorrichtung, die in diesem Ausführungsbeispiel ein Halbleitermodul 10 ist, von einem Schaltkreissubstrat 11, einem Halbleiterbauelement 12, das auf dem Schaltkreissubstrat 11 mit Lot verbunden ist, und einem Kühlkörper 13 gebildet. Der Kühlkörper 13 ist mit dem Schaltkreissubstrat 11 auf einer Seite verbunden, die zum Halbleiterbauelement 12 entgegengesetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Oberseite jedes Bauteils in 1 als Stirnfläche und die Unterseite als Rückenfläche definiert. Das Schaltkreissubstrat 11 umfasst ein Keramiksubstrat 14, eine vordere Metallplatte 15, die mit der Stirnfläche des Keramiksubstrats 14 mit Hartlötfüllstoff verbunden ist, und eine hintere Metallplatte 16, die mit der Rückenfläche des Keramiksubstrats 14 mit Hartlötfüllstoff verbunden ist. Das heißt, dass die Rückenfläche der vorderen Metallplatte 15 mit der Stirnfläche des Keramiksubstrats 14 verbunden ist. Die Stirnfläche der hinteren Metallplatte 16 ist mit der Rückenfläche des Keramiksubstrats 14 verbunden. Die vordere Metallplatte 15 ist eine Metallplatine, die es dem Halbleiterbauelement 12 erlaubt, mit der Stirnfläche des Keramiksubstrats 14 verbunden zu werden.
  • Das heißt, dass die Stirnfläche des Keramiksubstrats 14 eine Montagefläche ist, auf der das Halbleiterbauelement 12 montiert wird. Die vordere Metallplatte 15, die als eine Verdrahtungsschicht fungiert, ist mit der Montagefläche des Halbleiterbauelements 12 verbunden. Das Halbleiterbauelement 12 ist mit der vorderen Metallplatte 15 über eine Lötschicht H verbunden. Als Halbleiterbauelement 12 kann zum Beispiel ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder eine Diode verwendet werden.
  • Andererseits fungiert die hintere Metallplatte 16 als eine Verbindungsschicht, die das Keramiksubstrat 14 und den Kühlkörper 13 miteinander verbindet.
  • Das Keramiksubstrat 14 ist ein Isoliersubstrat, das zum Beispiel aus Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid ausgebildet ist. Die vordere Metallplatte 15 und die hintere Metallplatte 16 sind aus reinem Aluminium oder Kupfer ausgebildet. In dem Kühlkörper 13 sind linear verlaufende Kühlmitteldurchlässe 13a definiert. In diesem Ausführungsbeispiel bilden das Schaltkreissubstrat 11 und der Kühlkörper 13 einen Wärmestrahler 1. Das Halbleiterbauelement 12 ist mit dem Wärmestrahler 1 mit Lot verbunden, sodass der Wärmestrahler 1 und das Halbleiterbauelement 12 das Halbleitermodul 10 bilden.
  • Es wird nun die hintere Metallplatte 16 beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, sind in der hinteren Metallplatte 16 Durchgangslöcher 17 ausgebildet. Jedes Durchgangsloch 17 fungiert als ein Spannungsabbauraum. Jedes Durchgangsloch 17 erstreckt sich in der Dickenrichtung der hinteren Metallplatte 16, das heißt in der Richtung, in der das Keramiksubstrat 14 und die hintere Metallplatte 16 aufgeschichtet sind. Das heißt, dass die Durchgangslöcher 17 jeweils Öffnungen auf der Stirnfläche und der Rückenfläche der hinteren Metallplatte 16 haben. Da die Durchgangslöcher 17 im Wesentlichen die gleiche Größe haben, haben die Spannungsabbauräume das gleiche Volumen.
  • Es werden nun die Durchgangslöcher 17 beschrieben. Das rechteckige Gebiet, das in 2 von der Linie umgeben ist, die von einem langen Strich gebildet wird, der sich mit zwei kurzen Strichen abwechselt, ist ein direkt unterhalb liegendes Gebiet A1, das ein Gebiet auf der hinteren Metallplatte 16 ist, das mit dem Halbleiterbauelement 12 übereinstimmt. Die Randkante A11 des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 befindet sich direkt unterhalb der Randkante 12a des Halbleiterbauelements 12. Außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 sind die Durchgangslöcher 17 von der äußeren Randkante A11 des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 bis zur Randkante 16a der hinteren Metallplatte 16 in konstanten Intervallen, das heißt in einer gitterartigen Weise, angeordnet.
  • Andererseits befinden sich die Durchgangslöcher 17 innerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 in der Umgebung der Randkante A11 des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1. Die Durchgangslöcher 17 sind derart angeordnet, dass der Abstand zwischen jedem der Durchgangslöcher 17, die in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 an Stellen nahe an der Randkante A11 ausgebildet sind, und dem daneben liegenden Durchgangsloch 17, das außerhalb des direkt unterhalb liegenden Bereichs A1 ausgebildet ist, konstant ist.
  • Ein Gebiet auf der hinteren Metallplatte 16, das sich innerhalb der Durchgangslöcher 17 befindet, die in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 ausgebildet sind, wird als inneres Gebiet A2 definiert. In dem inneren Gebiet A2 sind keine Durchgangslöcher 17 ausgebildet. Auf der hinteren Metallplatte 16 befindet sich das innere Gebiet A2 innerhalb des Bereichs des Gebiets A1 direkt unterhalb des Halbleiterbauelements 12. Da in dem inneren Gebiet A2 keine Durchgangslöcher 17 ausgebildet sind, ist die Verbindungsfläche zwischen dem Halbleiterbauelement 12 und dem Kühlkörper 13 verhältnismäßig groß.
  • 2 zeigt ein Vergleichsgebiet A21, das mit dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 verglichen wird. Das Vergleichsgebiet A21 befindet sich auf der hinteren Metallplatte 16 außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1. Das Vergleichsgebiet A21 hat die gleichen Abmessungen wie das direkt unterhalb liegende Gebiet A1, sodass es dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 entspricht. Die Anzahl der Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 der hinteren Metallplatte 16, die vier beträgt, ist geringer als die Anzahl der Durchgangslöcher 17 in dem Vergleichsgebiet A21, die sechs beträgt. Das heißt, dass die Menge der Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 kleiner als die Menge der Durchgangslöcher 17 ist, die außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 in einem Bereich des Gebiets ausgebildet sind, das die gleichen Abmessungen wie das direkt unterhalb liegende Gebiet A1 hat und ihm entspricht. Da die Größen der Durchgangslöcher 17 die gleichen sind, ist das Gesamtvolumen der Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 kleiner als das Gesamtvolumen der Durchgangslöcher 17, die in dem Bereich des Vergleichsgebiets A21 ausgebildet sind. Daher erhöht sich die Wärmeübertragungsfläche der hinteren Metallplatte 16 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1. Das heißt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Halbleitermoduls 10 zum Kühlkörper 13 verbessert wird, wenn sich das Halbleiterbauelement 12 erhitzt.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das direkt unterhalb liegende Gebiet A1 in ein Ausbildungsgebiet A3, das ein Gebiet der hinteren Metallplatte 16 ist, in dem die Ausbildung von Durchgangslöchern 17 gestattet ist, und ein Nichtausbildungsgebiet A4 unterteilt, das ein Gebiet der hinteren Metallplatte 16 ist, in dem die Ausbildung von Durchgangslöchern 17 nicht gestattet ist. Und zwar ist das Ausbildungsgebiet A3 ein Randabschnitt des direkt unterhalb liegenden Bereichs A1. Das Nichtausbildungsgebiet A4 befindet sich innerhalb des Ausbildungsgebiets A3.
  • Im Folgenden werden das Ausbildungsgebiet A3 und das Nichtausbildungsgebiet A4 beschrieben.
  • Wie in 2 gezeigt ist, werden in einer Draufsicht des rechteckigen Halbleiterbauelements 12 eine der vier Seiten der Montagefläche des Halbleiterbauelements 12 und die gegenüberliegende Seite als erste Seiten 12b definiert. Die zwei Seiten, die zu den ersten Seiten 12b senkrecht sind, werden als zweite Seiten 12c definiert. In diesem Ausführungsbeispiel belegt das Ausbildungsgebiet A3, in dem die Ausbildung von Durchgangslöchern 17 gestattet ist, an jedem Ende der ersten Seiten 12b 25% bis 35%, vorzugsweise 30% der Abmessung X der ersten Seiten 12b. Außerdem belegt der Ausbildungsbereich A3 an jedem Ende der zweiten Seiten 12c 25% bis 35%, vorzugsweise 30% der Abmessung Y der zweiten Seiten 12c. Mit anderen Worten belegt das Ausbildungsgebiet A3 von einer der ersten Seiten 12b aus bis zur anderen ersten Seite 12b des Halbleiterbauelements 12 hin 25% bis 35%, vorzugsweise 30% der Abmessung Y der zweiten Seiten 12c. Das Ausbildungsgebiet A3 belegt außerdem von einer der zweiten Seiten 12c aus bis zur anderen zweiten Seite 12c hin 25% bis 35%, vorzugsweise 30% der Abmessung X der ersten Seiten 12b. Und zwar ist das Ausbildungsgebiet A3 ein Randabschnitt des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1, das heißt eine Fläche, die von der Randkante A11 aus einwärts verläuft und einen vorbestimmten Bereich belegt.
  • Das Nichtausbildungsgebiet A4, in dem die Ausbildung von Durchgangslöchern 17 nicht gestattet ist, ist ein Gebiet innerhalb des Ausbildungsgebiets A3 (innerhalb des Randabschnitts des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1). Das Nichtausbildungsgebiet A4 befindet sich direkt unterhalb eines Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12. Dementsprechend befindet sich das Nichtausbildungsgebiet A4 in einem Zentralabschnitt des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1. Die Durchgangslöcher 17, die sich innerhalb des Bereichs des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 befinden, befinden sich in dem Ausbildungsgebiet A3, das heißt in einem Randabschnitt des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1. In dem Nichtausbildungsgebiet A4 sind keine Durchgangslöcher 17 ausgebildet. Andererseits befinden sich die Durchgangslöcher 17, die sich in dem Vergleichsgebiet A21 befinden, in dem Zentralabschnitt und dem Randabschnitt des Vergleichsgebiets A21.
  • In dem direkt unterhalb gelegenen Gebiet A1 können die Stellen, an denen das Durchgangsloch 17 ausgebildet wird, zu jeder Stelle außerhalb des Nichtausbildungsgebiets A4 hin geändert werden. Der Bereich des inneren Gebiets A2 wird geändert, indem die Stellen der Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 geändert werden. Die Durchgangslöcher 17 werden auch dann nicht in dem Nichtausbildungsgebiet A4 ausgebildet, wenn der Bereich des inneren Gebiets A2 geändert wird. Das Nichtausbildungsgebiet A4 ist somit in dem Bereich des inneren Gebiets A2 enthalten.
  • Die Durchgangslöcher 17 dieses Ausführungsbeispiels sind nicht in dem Nichtausbildungsgebiet A4 ausgebildet. Daher sind die Durchgangslöcher 17 in dem Ausbildungsgebiet A3 ausgebildet. Stellen, an denen die Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 ausgebildet sind, sind nicht unbedingt auf den Bereich des Ausbildungsgebiets A3 beschränkt, sondern können auch außerhalb des Ausbildungsgebiets A3 ausgebildet sein. Die Durchgangslöcher 17 können in der Umgebung der Randkante A11 des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 ausgebildet sein.
  • Das Nichtausbildungsgebiet A4 ist an einer Stelle direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 ausgebildet. Daher ist der Zentralabschnitt 12d des Halbleiterbauelements 12 mit dem Kühlkörper 13 ohne Durchgangslöcher 17 dazwischen verbunden.
  • Da der Zentralabschnitt 12d des Halbleiterbauelements 12 mit dem Kühlkörper 13 ohne Durchgangslöcher 17 dazwischen verbunden ist, ist es unwahrscheinlich, dass die Ausbreitung der von dem Halbleiterbauelement 12 übertragenen Wärme zu einem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d behindert wird. Wenn das Halbleitermodul 10 in Betrieb ist, konzentriert sich Wärme am meisten im Zentralabschnitt 12d des Halbleiterbauelements 12. Die Tatsache, dass die Ausbreitung der Wärme, die zu einem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 übertragen wird, nicht leicht behindert wird, bedeutet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Halbleitermoduls 10 verbessert wird.
  • Es wird nun der Betrieb des Halbleitermoduls 10 beschrieben.
  • Das Halbleitermodul 10, das den oben beschriebenen Aufbau hat, kommt zum Beispiel bei einem Hybridfahrzeug zum Einsatz, das als Teil der Antriebsquelle einen Elektromotor hat. Das Halbleitermodul 10 steuert in Übereinstimmung mit den Fahrbedingungen des Fahrzeugs den elektrischen Strom, der dem Elektromotor zugeführt wird. Wenn das Halbleitermodul 10 in Betrieb ist, erzeugt das Halbleiterbauelement 12 Wärme. Die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme breitet sich radial von der Verbindungsfläche des Halbleiterbauelements 12 zum Schaltkreissubstrat 11 hin aus. Die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme wird nacheinander zu der vorderen Metallplatte 15, dem Keramiksubstrat 14, der hinteren Metallplatte 16 und dem Kühlkörper 13 übertragen.
  • Die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme konzentriert sich auf dem Zentralabschnitt 12d des Halbleiterbauelements 12. Dementsprechend ist der Zentralabschnitt 12d des Halbleiterbauelements 12 ein Wärmekonzentrationsabschnitt. Das heißt, dass die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme größtenteils zu dem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d übertragen wird.
  • Der Zentralabschnitt 12d des Halbleiterbauelements 12 ist mit dem Kühlkörper 13 ohne Durchgangslöcher 17 dazwischen verbunden. Daher wird die Ausbreitung der Wärme, die von dem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 zum Kühlkörper 13 übertragen wird, nicht durch die Durchgangslöcher 17 behindert.
  • Andererseits erreicht bei der von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugten Wärme andere Wärme als die Wärme, die direkt zu dem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d übertragen wird, den Kühlkörper 13, nachdem sie die Durchgangslöcher 17 umgangen hat. Die Wärme, die zu anderen Teilen als dem Teil übertragen wird, das sich direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 befindet, legt vor dem Erreichen dem Kühlkörper 13 eine längere Strecke zurück als die Wärme, die von dem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 übertragen wird. Daher wird die Wärme, die zu anderen Teilen als dem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 übertragen wird, gekühlt, bevor sie den Kühlkörper 13 erreicht, und es ist weniger wahrscheinlich, dass sie die Ursache der Erzeugung von Wärmespannungen ist. Verglichen mit einem Fall, in dem zum Beispiel auch in dem Nichtausbildungsgebiet A4, das sich direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 befindet, Durchgangslöcher 17 ausgebildet sind, wird in diesem Ausführungsbeispiel somit ein Gleichgewicht zwischen der Verbesserung des Wärmeabstrahlvermögens am direkt unterhalb liegenden Gebiet A1, an dem eine große Menge Wärme erzeugt wird, und der Absorption der Wärmespannungen erreicht.
  • Die hintere Metallplatte 16 baut die Wärmespannungen ab, die mit der Wärmeerzeugung durch das Halbleiterbauelement 12 einhergehen. Daher wird verhindert, dass sich in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Keramiksubstrat 14 und der hinteren Metallplatte 16 Risse bilden. Außerdem wird verhindert, dass sich der Kühlkörper 13 wölbt.
  • Das obige Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile.
    • (1) Die in der hinteren Metallplatte 16 ausgebildeten Durchgangslöcher 17 bauen Wärmespannungen ab. Da die hintere Metallplatte 16 das Nichtausbildungsgebiet A4 hat, wird auf der hinteren Metallplatte 16 die Wärmeübertragungsfläche in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 erhöht. Die Wärmeleitfähigkeit in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 der hinteren Metallplatte 16 wird verglichen mit zum Beispiel der Wärmeleitfähigkeit des Vergleichsgebiets A21 verbessert. Das heißt, dass die Wärmeleitfähigkeit des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 verglichen mit der Wärmeleitfähigkeit eines Gebiets außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 auf der hinteren Metallplatte 16, das dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 entspricht und die gleichen Abmessungen wie dieses hat, verbessert wird. Daher wird die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme bereitwillig zu dem Gebiet direkt unterhalb des Halbleiterbauelements 12 übertragen, und es ist unwahrscheinlich, dass die Wärmeausbreitung behindert wird. Daher wird die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme zuverlässig zum Kühlkörper 13 übertragen. Es wird ein Gleichgewicht zwischen der Verbesserung des Wärmeabstrahlvermögens in dem Gebiet direkt unterhalb des Halbleiterbauelements 12, das eine große Menge Wärme erzeugt, und der Absorption von Wärmespannungen erreicht.
    • (2) In dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 der hinteren Metallplatte 16 sind in dem inneren Gebiet A2 keine Durchgangslöcher 17 ausgebildet. Daher fungiert das innere Gebiet A2 als eine Verbindungsschicht, die den Kühlkörper 13 mit dem Keramiksubstrat 14 verbindet. Der Zentralabschnitt 12d des Halbleiterbauelements 12 ist mit dem Kühlkörper 13 ohne Durchgangslöcher 17 dazwischen verbunden. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass die Ausbreitung der Wärme, die von dem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 übertragen wird, behindert wird. Da es unwahrscheinlich ist, dass die Ausbreitung der Wärme, die von dem Teil direkt unterhalb des Zentralabschnitts 12d des Halbleiterbauelements 12 übertragen wird, behindert wird, ermöglicht es dieses Ausführungsbeispiel, dass die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme effizient abgestrahlt wird. Das heißt, dass ein Gleichgewicht zwischen der Verbesserung des Wärmeabstrahlvermögens in dem Gebiet direkt unterhalb des Halbleiterbauelements 12, das eine große Menge Wärme erzeugt, und der Absorption von Wärmespannungen erreicht wird.
    • (3) In dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 des Halbleiterbauelements 12 sind in dem Ausbildungsgebiet A3 Durchgangslöcher 17 ausgebildet. Wenn das Halbleiterbauelement 12 in Betrieb ist, baut die hintere Metallplatte 16 somit effizient Spannungen ab. Es lässt sich daher leicht verhindern, dass sich in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Keramiksubstrat 14 und der hinteren Metallplatte 16 Risse bilden und dass sich der Kühlkörper 13 wölbt.
  • Außerdem werden durch die Durchgangslöcher 17, die in der Aufschichtungsrichtung des Keramiksubstrats 14 und der hinteren Metallplatte 16 durch die hintere Metallplatte 16 verlaufen, die Spannungsabbauräume der hinteren Metallplatte 16 gebildet. Die hintere Metallplatte 16 verformt sich daher leicht. Das heißt, dass die Wärmespannungen, die erzeugt werden, wenn das Halbleitermodul 10 in Betrieb ist, bereitwillig von der hinteren Metallplatte 16 absorbiert werden.
    • (4) Die hintere Metallplatte 16 fungiert nicht nur als eine Verbindungsschicht, die das Keramiksubstrat 14 und den Kühlkörper 13 miteinander verbindet, sondern auch als ein Spannungsabbauelement. Somit müssen gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht die Verbindungsschicht und das Spannungsabbauelement als separate Elemente vorgesehen werden. Dies verringert die Anzahl an Bauteilen.
    • (5) Verglichen mit einem Fall, in dem zum Beispiel die hintere Metallplatte 16 und ein Spannungsabbauelement als getrennte Elemente vorgesehen sind, erhöht dieses Ausführungsbeispiel das Volumen des Spannungsabbauelements. Das heißt, dass das Spannungsabbauvermögen verbessert wird.
  • Es wird nun unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • In den unten beschriebenen Ausführungsbeispielen sind diejenigen Bauteile, die die gleichen oder dieselben wie die entsprechenden Bauteile des obigen Ausführungsbeispiels sind, mit gleichen oder denselben Bezugszahlen versehen, und ausführliche Erläuterungen entfallen oder werden vereinfacht.
  • Wie in 3 gezeigt ist, hat eine Halbleitervorrichtung, die in diesem Ausführungsbeispiel ein Halbleitermodul 30 ist, eine hintere Metallplatte 31 mit einem Verbindungsabschnitt 32. Der Verbindungsabschnitt 32 wird ausgebildet, indem Durchgangslöcher 17, die zum Beispiel in einem Nichtausbildungsgebiet A4 ausgebildet sind, mit einem Hartlötfüllstoff gefüllt werden. Der Verbindungsabschnitt 32 befindet sich zwischen einem benachbarten Paar einer Vielzahl von Durchgangslöchern 17, das in dem Randabschnitt des Gebiets A1 direkt unterhalb des Halbleiterbauelements 12 ausgebildet ist. Der Verbindungsabschnitt 32 ist zum Beispiel aus Hartlötfüllstoff ausgebildet, der reines Aluminium oder Kupfer ist. Der Verbindungsabschnitt 32 bildet mit der hinteren Metallplatte 31 eine Einheit. Daher fungiert der Verbindungsabschnitt 32 als ein Teil einer Verbindungsschicht, die das Keramiksubstrat 14 mit dem Kühlkörper 13 verbindet.
  • Und zwar füllt in diesem Ausführungsbeispiel in der hinteren Metallplatte 31, in der in konstanten Intervallen Durchgangslöcher 17 ausgebildet sind, eine größere Menge Hartlötfüllstoff die Durchgangslöcher 17, die sich im Bereich des Nichtausbildungsgebiets A4 befinden, als die Durchgangslöcher 17, die sich außerhalb des Bereichs des Nichtausbildungsgebiets A4 befinden. Dementsprechend wird die Wärmeübertragungsfläche in dem Nichtausbildungsgebiet A4 erhöht.
  • In diesem Ausführungsbeispiel bilden das Schaltkreissubstrat 11 und der Kühlkörper 13 einen Wärmestrahler 2. Das Schaltkreissubstrat 11 umfasst ein Keramiksubstrat 14, eine vordere Metallplatte 15 und eine hintere Metallplatte 31. Der Wärmestrahler 2 und das Halbleiterbauelement 12 bilden ein Halbleitermodul 30.
  • Die Menge Hartlötfüllstoff, die die Durchgangslöcher 17 in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 der hinteren Metallplatte 31 füllt, ist größer als die Menge Hartlötfüllstoff, die in die Durchgangslöcher 17 in dem Vergleichsgebiet A21 fließt. Das heißt, dass die Menge Hartlötfüllstoff, die die Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 füllt, größer als die Menge Hartlötfüllstoff ist, die die Durchgangslöcher 17 außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 füllt, die in einem Bereich des Gebiets ausgebildet sind, das die gleichen Abmessungen wie das direkt unterhalb liegende Gebiet A1 hat und ihm entspricht.
  • Als nächstes wird ein Hartlötvorgang beschrieben, der ein Schritt in dem Herstellungsverfahren für den Wärmestrahler 2 dieses Ausführungsbeispiels ist. Das heißt, es wird ein Verfahren zum Hartlöten des Keramiksubstrats 14, der hinteren Metallplatte 31 und des Kühlkörpers 13 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird die hintere Metallplatte 31 verwendet, in der in konstanten Intervallen Durchgangslöcher 17 ausgebildet sind. Das heißt, dass die Durchgangslöcher 17 auch in dem Bereich des Nichtausbildungsgebiets A4 der hinteren Metallplatte 31 ausgebildet sind, die in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird.
  • Wie in 5 gezeigt ist, werden zwei Platten Hartlötfüllstoff 33 angefertigt. Wie die Durchgangslöcher 17, die in der hinteren Metallplatte 16 des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet sind, sind in den Platten des Hartlötfüllstoffs 33 Löcher 34 ausgebildet, die als Räume fungieren. Genauer gesagt ist in den Platten des Hartlötfüllstoffs 33 eine Vielzahl von Löchern 34 ausgebildet, die den Durchgangslöchern 17 außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 entsprechen, die in der hinteren Metallplatte 31 ausgebildet sind. Andererseits sind in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 der Platten des Hartlötfüllstoffs 33 Löcher 34 ausgebildet, die den Durchgangslöchern in der Umgebung der Außenkante A11 des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 entsprechen. In dem inneren Gebiet A2 der Platten des Hartlötfüllstoffs 33 sind keine Löcher 34 ausgebildet. Das heißt, dass in dem inneren Gebiet A2, das sich innerhalb der Löcher 34 befindet, die in den Platten des Hartlötfüllstoffs 33 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 ausgebildet sind, keine Löcher 34 ausgebildet sind. Daher sind außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 Löcher 34 ausgebildet, die den Durchgangslöchern 17 entsprechen. In dem Hartlötfüllstoff 33 ist das Gesamtvolumen der Löcher 34 in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 kleiner als das Gesamtvolumen der Löcher 34, die in dem Vergleichsgebiet A21 ausgebildet sind. Das Vergleichsgebiet A21 befindet sich außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 und hat die gleichen Abmessungen wie das direkt unterhalb liegende Gebiet A1, sodass es dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 entspricht. Mit anderen Worten ist die Menge Hartlötfüllstoff des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 größer als die Menge des Hartlötfüllstoffs 33 des Vergleichsgebiets A21. Das heißt, dass die Menge des Hartlötfüllstoffs 33 des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 größer als die Menge des Hartlötfüllstoffs 33 des Vergleichsgebiets A21 ist, das sich außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 befindet und die gleichen Abmessungen wie das direkt unterhalb liegende Gebiet A1 hat, sodass es dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 entspricht.
  • Wie in 5 gezeigt ist, befindet sich zwischen dem Keramiksubstrat 14 und der hinteren Metallplatte 31 eine erste Platte des Hartlötfüllstoffs 33. Die zweite Platte des Hartlötfüllstoffs befindet sich zwischen der hinteren Metallplatte 31 und dem Kühlkörper 13. Auf diese Weise werden nacheinander das Keramiksubstrat 14, eine Platte des Hartlötfüllstoffs 33, die hintere Metallplatte 31, eine Platte des Hartlötfüllstoffs 33 und der Kühlkörper 13 aufgeschichtet. Daher befindet sich der Hartlötfüllstoff 33 an der Verbindungsgrenzfläche der hinteren Metallplatte 31. In diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Verbindungsgrenzflächen der hinteren Metallplatte 31 sowohl die Stirnfläche als auch die Rückenfläche der hinteren Metallplatte 31. Bei der hinteren Metallplatte 31 sind außerhalb des Bereichs des Nichtausbildungsgebiets A4 die Platten des Hartlötfüllstoffs 33 derart positioniert, dass sich die Durchgangslöcher 17 mit den Löchern 34 der Platten des Hartlötfüllstoffs 33 decken. Wie in 4 gezeigt ist, ist in dem Nichtausbildungsgebiet A4 der Hartlötfüllstoff 33 derart angeordnet, dass sich die Durchgangslöcher 17 nicht mit den Löchern 34 des Hartlötfüllstoffs 33 decken. Daher sind in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 sämtliche Öffnungen der Durchgangslöcher 17, die in dem Nichtausbildungsgebiet A4 ausgebildet sind, mit dem Hartlötfüllstoff 33 bedeckt. Andererseits sind die Öffnungen der Durchgangslöcher 17 außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 nicht mit dem Hartlötfüllstoff 33 bedeckt.
  • Mit den beiden Platten des Hartlötfüllstoffs 33, die wie in 5 gezeigt angeordnet sind, wird der Hartlötfüllstoff 33 wie oben beschrieben durch eine Heizvorrichtung wie einen Schmelzofen auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur erhitzt und geschmolzen. Der geschmolzene Hartlötfüllstoff 33 fließt in den Durchgangslöchern 17 in dem Nichtausbildungsgebiet A4. Der geschmolzene Hartlötfüllstoff 33 fließt andererseits nicht in den Durchgangslöchern 17 in anderen Bereichen als dem Nichtausbildungsgebiet A4. Selbst wenn der geschmolzene Hartlötfüllstoff 33 in Durchgangslöchern 17 außerhalb des Nichtausbildungsgebiets A4 fließen würde, wäre die Menge des Hartlötfüllstoffs 33 deutlich kleiner als die Menge des Hartlötfüllstoffs 33, der in den Durchgangslöchern 17 in dem Nichtausbildungsgebiet A4 fließt. Daher ist die Menge geschmolzenen Hartlötfüllstoffs, der die Durchgangslöcher 17 in dem Nichtausbildungsgebiet A4 füllt, größer als die Menge Hartlötfüllstoffs, der die anderen Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 füllt. Der geschmolzene Hartlötfüllstoff 33 wird auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur abgekühlt und erstarren gelassen, sodass der in 3 gezeigte Wärmestrahler 2 hergestellt wird. In dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 ist die Menge Hartlötfüllstoffs, die die Durchgangslöcher 17 in dem Nichtausbildungsgebiet A4 füllt, größer als die Menge Hartlötfüllstoffs, die die Durchgangslöcher 17 in dem Ausbildungsgebiet A3 füllt. Nach der Herstellung des Wärmestrahlers 2 wird das Halbleiterbauelement 12 mit dem Wärmestrahler 2 verschweißt, um das Halbleitermodul 30 herzustellen.
  • Neben den Vorteilen (1) bis (5) des ersten Ausführungsbeispiels sorgt dieses Ausführungsbeispiel für die folgenden Vorteile.
    • (6) Platten des Hartlötfüllstoffs 33 werden derart ausgebildet, dass, wenn der Hartlötfüllstoff 33 während des Herstellungsprozesses geschmolzen wird, eine große Menge Hartlötfüllstoff 33 in den Durchgangslöchern 17 in dem Nichtausbildungsgebiet A4 der hinteren Metallplatte 31 fließt. Wenn der Hartlötfüllstoff 33, der in den Durchgangslöchern 17 geflossen ist, erstarren gelassen wird, ist daher das Volumen der Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 kleiner als das der Durchgangslöcher 17 in dem Vergleichsgebiet A21. Das heißt, dass die Wärmeübertragungsfläche in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel erhöht werden kann, während die hintere Metallplatte 31 verwendet wird, in der in konstanten Intervallen Durchgangslöcher 17 ausgebildet sind. Die Wärmeleitfähigkeit der hinteren Metallplatte 31 im Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 wird verglichen mit der Wärmeleitfähigkeit des Vergleichsgebiets A21 verbessert, das außerhalb des Bereichs des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 liegt. Daher wird die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme gemäß diesem Ausführungsbeispiel zuverlässig zum Kühlkörper 13 übertragen. Dieses Ausführungsbeispiel verbessert somit das Gleichgewicht zwischen der Absorption von Wärmespannungen und der Verbesserung des Wärmeabstrahlvermögens in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet, das eine große Menge Wärme erzeugt.
    • (7) Der in dem Herstellungsverfahren verwendete Hartlötfüllstoff 33 wird derart ausgebildet, dass in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 die Menge des Hartlötfüllstoffs 33, die die Durchgangslöcher 17 in den Nichtausbildungsgebiet A4 füllt, größer als die Menge des Hartlötfüllstoffs 33 ist, die die Durchgangslöcher 17 in dem Ausbildungsgebiet A3 füllt. Der Hartlötfüllstoff 33 wird reguliert, wenn er geschmolzen wird, um in die Durchgangslöcher 17 oder den Spannungsabbauraum zu fließen. Daher ist das Volumen der Durchgangslöcher 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 kleiner als das Volumen der Durchgangslöcher 17 in dem Vergleichsgebiet A21.
    • (8) Bevor der Hartlötfüllstoff 33 geschmolzen ist, sind die Öffnungen der Durchgangslöcher 17 in dem Nichtausbildungsgebiet A4 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 alle mit dem Hartlötfüllstoff 33 bedeckt. Andererseits sind die Öffnungen der Durchgangslöcher 17 außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 nicht mit dem Hartlötfüllstoff 33 bedeckt. Daher fließt der geschmolzene Hartlötfüllstoff 33 bereitwillig in den Durchgangslöchern 17 in dem Nichtausbildungsgebiet A4.
  • Die oben dargestellten Ausführungsbeispiele können wie folgt abgewandelt werden.
  • In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel können die Durchgangslöcher 17 derart angeordnet sein, dass der Abstand zwischen jedem der Durchgangslöcher 17, die an Stellen nahe der Randkante A11 des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 ausgebildet sind, und dem benachbarten Durchgangsloch 17, das außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 ausgebildet ist, variiert.
  • In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen können die Durchgangslöcher 17 durch Vertiefungen ersetzt werden, die sich in der Dickenrichtung der hinteren Metallplatten 16, 31 öffnen. Das heißt, dass die Durchgangslöcher 17 durch Löcher ersetzt werden können, von denen jedes an entweder der Stirnfläche oder der Rückenfläche der hinteren Metallplatte 16, 31 ein offenes Ende und in der anderen Fläche ein geschlossenes Ende hat. Auch in diesem Fall werden Wärmespannungen abgebaut, wenn das Halbleitermodul 10 in Betrieb ist.
  • Wie in 6 gezeigt ist, kann die hintere Metallschicht ausgebildet werden, indem eine erste hintere Metallplatte 21 und eine zweite hintere Metallplatte 22 aufgeschichtet werden. Zum Beispiel wird eine erste hintere Metallschicht, die eine erste hintere Metallplatte 21 ist, auf dem Kühlkörper 13 aufgeschichtet. Auf der ersten hinteren Metallplatte 21 wird eine zweite hintere Metallschicht, die eine zweite hintere Metallplatte 22 ist, aufgeschichtet. Auf der zweiten hinteren Metallplatte 22 wird ein Keramiksubstrat 14 aufgeschichtet. Die Rückenfläche der ersten hinteren Metallplatte 21 wird mit der Stirnfläche des Kühlkörpers 13 verbunden. Die zweite hintere Metallplatte 22 befindet sich zwischen der Stirnfläche der ersten hinteren Metallplatte 21 und der Rückenfläche des Keramiksubstrats 14 und wird mit beiden verbunden. Durchgangslöcher 17, die als Spannungsabbauräume dienen, sind zum Beispiel in der ersten hinteren Metallplatte 21 ausgebildet. In der zweiten hinteren Metallplatte 22 sind keine Durchgangslöcher 17 ausgebildet. Da in der zweiten hinteren Metallplatte 22 keine Durchgangslöcher 17 ausgebildet sind, wird die von dem Halbleiterbauelement 12 erzeugte Wärme nicht daran gehindert, sich auszubreiten, und wird effektiv zur ersten hinteren Metallplatte 21 übertragen. Die Wärme wird effizient zum Kühlkörper 13 übertragen.
  • In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann mit der vorderen Metallplatte 15, die eine Verdrahtungsschicht ist, eine Vielzahl der Halbleiterbauelemente 12 verbunden werden. In diesem Fall werden in einem Randabschnitt des Gebiets A1 der hinteren Metallplatte 16, 31 direkt unterhalb des Halbleiterbauelements 12, das heißt in dem Ausbildungsgebiet A3 Durchgangslöcher 17 ausgebildet.
  • In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann die Form der Durchgangslöcher 17, wie in 2 gezeigt ist, kreisförmig sein und auch zu einer elliptischen oder rechteckigen Form geändert werden. Das heißt, dass die Durchgangslöcher 17 eine beliebige Form einnehmen können, solange die Durchgangslöcher 17 als ein Spannungsabbauraum fungieren.
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel kann das Gesamtvolumen der Spannungsabbauräume in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 geändert werden, solange es größer als das Volumen der Spannungsabbauräume in dem Vergleichsgebiet A21 ist. Zum Beispiel kann der Durchmesser der Durchgangslöcher 17 in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 kleiner als der Durchmesser der Durchgangslöcher 17 außerhalb des Bereichs des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 sein. Alternativ können die Spannungsabbauräume in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 durch Vertiefungen gebildet werden, und die Spannungsabbauräume außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets A1 können durch Durchgangslöcher gebildet werden.
  • In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Durchgangslöcher 17 außerhalb des Nichtausbildungsgebiets A4 verringert oder erhöht werden.
  • In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann das Gesamtvolumen der Spannungsabbauräume, die in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 der hinteren Metallplatten 16, 31 ausgebildet sind, null sein. Das heißt, dass in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 keine Spannungsabbauräume ausgebildet sein können.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel müssen die Durchgangslöcher 17 in dem Nichtausbildungsgebiet A4 nicht unbedingt vollständig mit dem Hartlötfüllstoff 33 gefüllt sein. Zum Beispiel können die in den 7(a) bis 7(d) gezeigten Gestaltungen eingesetzt werden, bei denen das Volumen der Spannungsabbauräume in dem Nichtausbildungsgebiet A4 kleiner als das Volumen der Spannungsabbauräume in den anderen Gebieten ist. In 7(a) füllt der Hartlötfüllstoff 33 einen Teil in einem Durchgangsloch 17, der sich nahe an dem Keramiksubstrat 14 befindet, und einen Teil nahe an dem Kühlkörper 13. Ein zentraler Abschnitt in der Dickenrichtung des Durchgangslochs 17 ist ein Hohlraum, der nicht mit dem Hartlötfüllstoff gefüllt ist.
  • In 7(b) füllt der Hartlötfüllstoff 33 nur einen radial äußeren Abschnitt eines Durchgangslochs 17. Mit anderen Worten kommt der Hartlötfüllstoff auf der Umfangswand des Durchgangslochs 17 vor, nicht aber an der Achse.
  • In 7(c) füllt der Hartlötfüllstoff 33 in der Axialrichtung eines Durchgangslochs 17 einen im Wesentlichen zentralen Abschnitt. Das heißt, dass ein Teil in dem Durchgangsloch 17, der sich nahe an dem Keramiksubstrat 14 befindet, und ein Teil nahe an dem Kühlkörper 13 nicht mit Hartlötfüllstoff gefüllt sind.
  • In 7(d) ist ein Durchgangsloch 17 derart mit Hartlötfüllstoff 33 gefüllt, dass in einem Teil in dem Durchgangsloch 17, der sich nahe an dem Keramiksubstrat 14 befindet, eine Vertiefung ausgebildet ist. Ein Teil nahe an dem Kühlkörper 13 ist geschlossen.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann entweder der Hartlötfüllstoff 33, der sich zwischen der hinteren Metallplatte 31 und dem Keramiksubstrat 14 befindet, oder der Hartlötfüllstoff 33, der sich zwischen der hinteren Metallplatte 31 und dem Kühlkörper 13 befindet, eine andere Gestaltung als im zweiten Ausführungsbeispiel haben.
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel können das Keramiksubstrat 14, die hintere Metallplatte 16 und der Kühlkörper 13 miteinander mit Hartlötfüllstoff, der Räume hat, die den Durchgangslöchern 17 in der hinteren Metallplatte 16 entsprechen, oder mit Hartlötfüllstoff, der keine Räume hat, verbunden werden.
  • In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann das Halbleiterbauelement 12 mit dem Schaltkreissubstrat 11 mit Hartlötfüllstoff verbunden werden.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel können das Keramiksubstrat 14, die vordere Metallplatte 15, die hintere Metallplatte 31, der Kühlkörper 13 und das Halbleiterbauelement 12 gleichzeitig gelötet werden.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel reicht es, die Öffnung mindestens eines der Durchgangslöcher 17 in dem Bereich des Nichtausbildungsgebiets A4 mit Hartlötfüllstoff 33 zu bedecken.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel reicht es, nur einen Teil der Öffnung jedes Durchgangslochs 17 mit dem Hartlötfüllstoff 33 zu bedecken.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel reicht es, nur einen Teil jedes Durchgangslochs 17 in dem direkt unterhalb liegenden Gebiet A1 zu füllen. Solange diese Bedingung erfüllt ist, kann sich die Anzahl an Durchgangslöchern 17, die mit Hartlötfüllstoff gefüllt sind, ändern.

Claims (7)

  1. Halbleitervorrichtung (10) mit einem Halbleiterbauelement (12) und einem Wärmestrahler (1, 2), der ein Schaltkreissubstrat (11) und einen Kühlkörper (13) hat, wobei das Schaltkreissubstrat (11) Folgendes umfasst: ein Isoliersubstrat (14), das so ausgebildet ist, dass es eine Stirnfläche und eine Rückenfläche hat; eine vordere Metallschicht (15), die mit der Stirnfläche des Isoliersubstrats (14) verbunden ist, wobei die vordere Metallschicht (15) so ausgebildet ist, dass sie eine Stirnfläche, mit der das Halbleiterbauelement (12) verbunden ist, und eine Rückenfläche hat, die mit dem Isoliersubstrat (14) verbunden ist; und eine hintere Metallschicht (16, 31), die mit der Rückenfläche des Isoliersubstrats (14) verbunden ist, wobei die hintere Metallschicht (16, 31) so ausgebildet ist, dass sie eine Stirnfläche, die mit dem Isoliersubstrat (14) verbunden ist, und eine Rückenfläche hat, die mit dem Kühlkörper (13) verbunden ist, die hintere Metallschicht (16, 31) eine Vielzahl von Spannungsabbauräumen (17) hat, jeder Spannungsabbauraum (17) einen Hohlraum mit einem Volumen umfasst und die Spannungsabbauräume (17) von Durchgangslöchern oder Vertiefungen der hinteren Metallschicht (16, 31) gebildet werden, die so ausgebildet sind, dass sie sich an der Stirnfläche und/oder der Rückenfläche der hinteren Metallschicht (16, 31) öffnen, und wenn ein Gebiet in der hinteren Metallschicht (16, 31), das direkt unterhalb des Halbleiterbauelements (12) liegt, als ein direkt unterhalb liegendes Gebiet (A1) definiert wird und ein Gebiet außerhalb des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1), das dem direkt unterhalb liegenden Gebiet (A1) entspricht und die gleichen Abmessungen wie dieses hat, als ein Vergleichsgebiet (A21) definiert wird, das Volumen der Spannungsabbauräume (17) in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) kleiner als das Volumen der Spannungsabbauräume (17) ist, die in dem Bereich des Vergleichsgebiets (A21) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen pro Flächeneinheit der Spannungsabbauräume (17), die in einem Zentralabschnitt (A4) des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) liegen, kleiner als das Gesamtvolumen pro Flächeneinheit der Spannungsabbauräume (17) ist, die in einem Randabschnitt (A3) des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) liegen.
  2. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Spannungsabbauräume (17) in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebietes (A1) in dem Randabschnitt (A3) des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) ausgebildet sind und nicht in dem Zentralabschnitt (A4) des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) ausgebildet sind und die Spannungsabbauräume (17) in dem Bereich des Vergleichsgebiets (A21) in einem Randabschnitt und einem Zentralabschnitt des Vergleichsgebiets (A21) ausgebildet sind.
  3. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei das Isoliersubstrat (14), die hintere Metallschicht (31) und der Kühlkörper (13) miteinander mit Hartlötfüllstoff (33) verbunden sind und zumindest ein Teil der Spannungsabbauräume (17) in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) mit dem Hartlötfüllstoff (33) gefüllt ist.
  4. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die hintere Metallschicht (16, 31) ein Spannungsabbauelement ist.
  5. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die hintere Metallschicht (16, 31) Folgendes umfasst: eine erste hintere Metallschicht (21), die mit dem Kühlkörper (13) verbunden ist; und eine zweite hintere Metallschicht (22), die sich zwischen der ersten hinteren Metallschicht (21) und dem Isoliersubstrat (14) befindet und mit der ersten hinteren Metallschicht (21) und dem Isoliersubstrat (14) verbunden ist, wobei die Spannungsabbauräume (17) in der ersten hinteren Metallschicht (21) ausgebildet sind.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Herstellungsverfahren Folgendes umfasst: Vorbereiten von Hartlötfüllstoff (33), wobei der Hartlötfüllstoff (33) außerhalb des Bereichs des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) einen Raum (34) hat, der den Spannungsabbauräumen (17) entspricht, und in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) einen anderen Raum (34) hat, der ein Volumen hat, das kleiner als das Volumen des Raums (34) ist, der in dem Vergleichsgebiet (A21) ausgebildet ist; Anordnen des Hartlötfüllstoffs (33) an einer Verbindungsgrenzfläche der hinteren Metallschicht (31); Erhitzen des Hartlötfüllstoffs (33) auf eine Temperatur oberhalb einer Schmelztemperatur, um den Hartlötfüllstoff (33) zu schmelzen; und Abkühlen des geschmolzenen Hartlötfüllstoffs (33) auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur, um den Hartlötfüllstoff (33) erstarren zu lassen.
  7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, wobei das Vorbereiten des Hartlötfüllstoffs (33) ein derartiges Ausbilden des Hartlötfüllstoffs (33) umfasst, dass der Hartlötfüllstoff (33) einen Teil einer Öffnung oder die gesamte Öffnung mindestens eines der Spannungsabbauräume (17) in dem Bereich des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) bedeckt und die Öffnungen der Spannungsabbauräume (17) außerhalb des Bereichs des direkt unterhalb liegenden Gebiets (A1) nicht bedeckt.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012105110A1 (de) 2012-06-13 2013-12-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Montageträger und Verfahren zur Montage eines Montageträgers auf einem Anschlussträger
US9379039B2 (en) * 2013-09-04 2016-06-28 Cisco Technology, Inc. Heat transfer for electronic equipment
CN105612614B (zh) * 2014-03-20 2018-12-28 富士电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法
US9693488B2 (en) * 2015-02-13 2017-06-27 Deere & Company Electronic assembly with one or more heat sinks
CN210959284U (zh) * 2019-12-06 2020-07-07 阳光电源股份有限公司 散热器及电气设备
KR20220001292A (ko) 2020-06-29 2022-01-05 삼성전자주식회사 반도체 패키지
CN113745169B (zh) * 2021-07-23 2023-10-24 中国电子科技集团公司第二十九研究所 多腔槽ltcc基板与封装盒体焊接结构及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008235672A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Toyota Industries Corp 半導体装置、及び半導体装置の製造方法
US20090139704A1 (en) * 2005-04-06 2009-06-04 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Heat sink device
US20100002399A1 (en) * 2008-07-04 2010-01-07 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Semiconductor device

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE357742T1 (de) * 1999-12-30 2007-04-15 Texas Instruments Inc Oberflächenmontierter leistungstransistor mit kühlkörper
US6812562B2 (en) 1999-12-30 2004-11-02 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for surface mounted power transistor with heat sink
JP4617209B2 (ja) * 2005-07-07 2011-01-19 株式会社豊田自動織機 放熱装置
JP4759384B2 (ja) * 2005-12-20 2011-08-31 昭和電工株式会社 半導体モジュール
JP4867793B2 (ja) * 2007-05-25 2012-02-01 株式会社豊田自動織機 半導体装置
JP2008294279A (ja) * 2007-05-25 2008-12-04 Showa Denko Kk 半導体装置
JP2008294280A (ja) * 2007-05-25 2008-12-04 Showa Denko Kk 半導体装置
JP4945319B2 (ja) * 2007-05-25 2012-06-06 昭和電工株式会社 半導体装置
JP5070014B2 (ja) 2007-11-21 2012-11-07 株式会社豊田自動織機 放熱装置
WO2009131217A1 (ja) * 2008-04-25 2009-10-29 京セラ株式会社 放熱基体およびこれを用いた電子装置
JP5114323B2 (ja) * 2008-07-04 2013-01-09 株式会社豊田自動織機 半導体装置
JP5114324B2 (ja) 2008-07-07 2013-01-09 株式会社豊田自動織機 半導体装置
JP2010171279A (ja) * 2009-01-23 2010-08-05 Toyota Motor Corp 放熱装置
JP2011023545A (ja) * 2009-07-15 2011-02-03 Nisshin Steel Co Ltd 放熱構造体およびパワーモジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090139704A1 (en) * 2005-04-06 2009-06-04 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Heat sink device
JP2008235672A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Toyota Industries Corp 半導体装置、及び半導体装置の製造方法
US20100002399A1 (en) * 2008-07-04 2010-01-07 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Semiconductor device

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Publication number Publication date
US8995129B2 (en) 2015-03-31
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DE102012206047A1 (de) 2012-10-18
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