DE102012212119A1 - Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

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DE102012212119A1
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mounting substrate
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collector
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Akitoyo Konno
Katsunori Azuma
Takashi Ando
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

Es wird eine Leistungshalbleitervorrichtung geschaffen, in der die Zuverlässigkeit verbessert werden kann, wenn die parallele Anzahl von Halbleitervorrichtungen zunimmt. Wenn eine Kontaktierungsfläche (111t) auf der Kollektorelektrode (111) auf einer Oberseite ist und eine Kontaktierungsfläche (112t) auf der Emitterelektrode (112) auf einer Unterseite ist, sind ein Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) als ein Verbindungsgebiet zwischen einer Kollektorleiterbahn (105) und einer Kollektorelektrode (111) auf einem Chipmontagesubstrat (104) und ein Emitterelektroden-Verbindungsgebiet (201e1) als ein Verbindungsgebiet zwischen einer Emitterleiterbahn (106) und einer Emitterelektrode (112) in einer Aufwärts-abwärts-Richtung an einer selben Position angeordnet und in einer Links-rechts-Richtung in einem Abstand von 2 mm oder mehr und 4 mm oder weniger benachbart. Außerdem sind ein Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) auf einem auf der Oberseite angeordneten ersten Chipmontagesubstrat (104a) und ein Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) auf einem auf der Unterseite angeordneten zweiten Chipmontagesubstrat (104b) bzw. ein Emitterelektroden-Verbindungsgebiet (201e1) auf dem ersten Chipmontagesubstrat (104a) und ein Emitterelektroden-Verbindungsgebiet (201e1) auf dem zweiten Chipmontagesubstrat (104b) in der Rechts-links-Richtung an derselben Position angeordnet.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, in der die Zuverlässigkeit verbessert werden kann, wenn die Anzahl der Parallelschaltungen von Halbleitervorrichtungen zunimmt.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung besitzt eine Funktion zum Umsetzen einer von einer DC-Leistungsversorgung zugeführten DC-Leistung in AC-Leistung, die einer induktiven Last wie etwa einem Motor zugeführt werden soll, oder eine Funktion zum Umsetzen einer durch einen Motor erzeugten AC-Leistung in DC-Leistung, die einer DC-Leistungsversorgung zugeführt werden soll. Um die Umsetzungsfunktion auszuführen, enthält die Leistungshalbleitervorrichtung eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Schaltfunktion und wiederholt sie eine Leitungsoperation und eine Unterbrechungsoperation, um eine Leistungsumsetzung von DC-Leistung in AC-Leistung oder von AC-Leistung in DC-Leistung auszuführen, wobei die Leistung gesteuert wird.
  • Als Stand der Technik offenbart das Patentdokument 1 ( JP-A-9-172139 ) eine Technik wie im Folgenden beschrieben. Hauptelektrodenanschlüsse sind in der Weise angeordnet, dass sie fast auf dieselbe Gerade entlang der Längsrichtung eines Harzgehäuses ausgerichtet sind. Eine Hauptoberfläche (innere Hauptoberfläche) jedes der Hauptelektrodenanschlüsse ist dem Inneren eines Gehäusehauptkörperteils, d. h. der Seite, auf der ein isolierendes Substrat vorgesehen ist, zugewandt, und alle anderen Hauptoberflächen (äußeren Hauptoberflächen) sind dem Äußeren des Gehäusehauptkörperteils, d. h. der Seite, die der Seite, auf der das isolierende Substrat vorgesehen ist, gegenüberliegt, zugewandt. Eine leitende Platte ist in der Weise angeordnet, dass ihre Hauptoberfläche der äußeren Hauptoberfläche des Hauptelektrodenanschlusses zugewandt ist.
  • Das Patentdokument 1 offenbart eine Struktur, in der zwei Schaltvorrichtungen und zwei Dioden, die Halbleitervorrichtungen sind, auf dem isolierenden Substrat (Schaltungssubstrat) parallel geschaltet sind. Um einen hohen Strom zu schalten, muss eine Schaltung einer Leistungshalbleitervorrichtung durch Parallelschalten mehrerer Halbleitervorrichtungen entsprechend der Höhe des Stroms konstruiert sein. Wenn die mehreren Halbleitervorrichtungen parallel geschaltet werden und die parallele Anzahl zunimmt, werden die Leiterbahnabstände von den Elektrodenanschlüssen als Kontaktoberflächen zu externen Elektroden voneinander verschieden, wobei infolgedessen eine Differenz der parasitären Induktivität auftritt und ein Problem auftritt, dass sich die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verschlechtert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wird gemacht, um das obige Problem zu lösen, wobei es ihre Aufgabe ist, eine Leistungshalbleitervorrichtung zu schaffen, in der die Zuverlässigkeit verbessert werden kann, wenn die Anzahl der Parallelschaltungen von Halbleitervorrichtungen zunimmt.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung enthält eine Leistungshalbleitervorrichtung ein erstes Chipmontagesubstrat, auf dem eine Schaltvorrichtung und eine Freilaufdiode montiert sind, ein zweites Chipmontagesubstrat, auf dem eine Schaltvorrichtung und eine Freilaufdiode (109) montiert sind, ein Paar einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode, um Kollektorleiterbahnen und Emitterleiterbahnen auf den zwei Chipmontagesubstraten elektrisch parallel zu schalten, und ein aufgefülltes Isoliermaterial. Die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode sind einander zugewandt, wobei außerhalb des Isoliermaterials ein erster Abstand vorgesehen ist und innerhalb des Isoliermaterials ein zweiter Abstand, der kleiner als der erste Abstand ist, vorgesehen ist. Wenn in einer Ebene gesehen ein Kollektorelektrodenanschluss auf einer Oberseite und ein Emitterelektrodenanschluss auf einer Unterseite sind, sind ein Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet als ein Verbindungsgebiet zwischen der Kollektorleiterbahn und der Kollektorelektrode auf dem Chipmontagesubstrat und ein Emitterelektroden-Verbindungsgebiet als ein Verbindungsgebiet zwischen der Emitterleiterbahn und der Emitterelektrode in einer Aufwärts-abwärts-Richtung an einer selben Position angeordnet und in einer Rechts-links-Richtung in einem Abstand von 2 mm oder mehr und 4 mm oder weniger benachbart. Das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet auf dem auf der Oberseite angeordneten ersten Chipmontagesubstrat und das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet auf dem auf der Unterseite angeordneten zweiten Chipmontagesubstrat und das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet auf dem ersten Chipmontagesubstrat und das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet auf dem zweiten Chipmontagesubstrat sind jeweils in der Rechts-links-Richtung an einer selben Position angeordnet.
  • In Übereinstimmung mit dem Aspekt der Erfindung kann die Zuverlässigkeit verbessert werden, wenn die Anzahl der Parallelschaltungen der Halbleitervorrichtungen zunimmt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1.
  • 2 ist eine Draufsicht eines in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1 verwendeten Chipmontagesubstrats.
  • 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht des in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1 verwendeten Chipmontagesubstrats.
  • 4 ist eine Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode, die in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1 verwendet sind.
  • 6 ist eine Vorderansicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1.
  • 7 ist eine Seitenansicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1.
  • 8 ist eine Draufsicht einer Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 2.
  • 9 ist eine Seitenansicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 2.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode, die in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 2 verwendet sind.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3.
  • 12 ist eine Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3.
  • 13 ist eine Draufsicht eines in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3 verwendeten Chipmontagesubstrats.
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode, die in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3 verwendet sind.
  • 15 ist ein Prinzipschaltbild, das ein aus einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode gebildetes Paar einer Leistungshalbleitervorrichtung zeigt.
  • 16 ist eine perspektivische Ansicht einer äußeren Erscheinung der Leistungshalbleitervorrichtung aus 1.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben.
  • Vor der Beschreibung der Ausführungsformen wird das Problem einer Leistungshalbleitervorrichtung als ein Gegenstand ausführlich beschrieben. In der Leistungshalbleitervorrichtung ist ein Chipmontagesubstrat, auf dem ein Leiterbahnmuster ausgebildet ist, durch ein Lötmittel oder dergleichen mit einer Wärmesenkengrundplatte verbunden und sind auf dem Leiterbahnmuster des Chipmontagesubstrats durch ein Lötmittel oder dergleichen mehrere Halbleitervorrichtungen verbunden, um eine Parallelschaltung zu bilden. In einer Leistungsvorrichtung für hohe Leistung, die für eine Eisenbahn oder dergleichen verwendet wird, sind mehrere solche Chipmontagesubstrate in der Weise montiert, dass eine Parallelschaltung vieler Halbleitervorrichtungen verwirklicht ist. Gleichzeitig sind in den jeweiligen Chipmontagesubstraten die Leiterbahnabstände von den Elektrodenanschlüssen voneinander verschieden, wobei eine Differenz der parasitären Induktivität auftritt.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung, die für eine Eisenbahn verwendet wird, muss übrigens ein Strom z. B. von 1200 A geschaltet werden. Im Allgemeinen sind Schaltungen, die auf zwei Chipmontagesubstraten ausgebildet sind, durch ein Paar einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode parallel geschaltet, wobei sie ferner durch mehrere Elektroden parallel geschaltet sind.
  • 15 ist ein Prinzipschaltbild eines Paars, das aus einer Kollektorelektrode und aus einer Emitterelektrode einer Leistungshalbleitervorrichtung besteht. Auf jedem Chipmontagesubstrat (einem ersten isolierenden Substrat und einem zweiten isolierenden Substrat) sind vier IGBTs (Isolierschicht-Bipolartransistoren) und zwei Freilaufdioden montiert. Da die Schaltungen auf jedem der Chipmontagesubstrate durch die Kollektorelektrode und durch die Emitterelektrode parallel geschaltet sind, sind acht IGBTs und ihre Freilaufdioden zu dem Paar der Kollektorelektrode und der Emitterelektrode parallel geschaltet. Die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode enthalten die parasitären Induktivitäten Lc, Lc1 und Lc2 bzw. Le, Le1 und Le2. Die parasitären Induktivitäten können einen ungünstigen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung haben. Zunächst erzeugt die parasitäre Induktivität durch eine Stromänderung eine Leerlaufspannung, wobei die Halbleitervorrichtung durch die Leerlaufspannung beschädigt werden kann. Somit muss die parasitäre Induktivität verringert werden.
  • Außerdem sind die Ströme, die auf den jeweiligen Chipmontagesubstraten in die Schaltungen fließen, verschieden, falls die parasitären Induktivitäten zwischen dem Elektrodenanschluss und den Schaltungen auf den jeweiligen Chipmontagesubstraten voneinander verschieden sind. Somit wird die Wärmeerzeugung in derjenigen Halbleitervorrichtung, die in der Schaltung auf einem der Chipmontagesubstrate montiert ist, konzentriert. Im Ergebnis steigt die Temperatur derjenigen Halbleitervorrichtung, in der die Wärmeerzeugung konzentriert ist, teilweise an, wobei sich die Zuverlässigkeit verschlechtern kann.
  • Da die Halbleitervorrichtungen, die in der Schaltung auf dem Chipmontagesubstrat montiert sind, durch die wechselweise Wärmeerzeugung wechselweise erwärmt werden, gibt es außerdem einen Punkt, an dem die Temperatur in Übereinstimmung mit der Anordnung der Halbleitervorrichtungen teilweise hoch wird. Dadurch kann sich die Zuverlässigkeit verschlechtern.
  • Um die Zuverlässigkeitsverschlechterungsfaktoren zu unterdrücken, ist es notwendig, dass die Elektrodenstruktur angemessen hergestellt wird und dass die Anordnung der Elektrodenverbindungsgebiete, wo die Elektroden mit Leiterbahnen in den Schaltungen und mit den Halbleitervorrichtungen auf den Chipmontagesubstraten in Kontakt stehen, angemessen hergestellt sind.
  • Ausführungsform 1
  • Anhand von 1 bis 7 und 16 wird eine Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1. 2 ist eine Draufsicht eines in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1 verwendeten Chipmontagesubstrats 104. 3 ist eine Schnittansicht A-A von 1. 4 ist eine Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Kollektorelektrode 111 und einer Emitterelektrode 112, die in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1 verwendet sind. 6 ist eine Vorderansicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1. 7 ist eine Seitenansicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1. Ferner ist 16 ist eine perspektivische Ansicht einer äußeren Erscheinung der Leistungshalbleitervorrichtung aus 1. In 1 bis 7 ist ein Kontaktierungsdraht außer in dem Fall, dass der Kontaktierungsdraht zur Erläuterung des Chipmontagesubstrats 104 notwendig ist, nicht gezeigt. Außerdem zeigen 6 und 7 eine Gate-Elektrode 115 und eine Emittererfassungselektrode 116 nicht.
  • Es wird eine schematische Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1 beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt ist, enthält die Leistungshalbleitervorrichtung eine Wärmesenkengrundplatte 101, ein Chipmontagesubstrat 104 (ein erstes Chipmontagesubstrat 104a, ein zweites Chipmontagesubstrat 104b), eine Kollektorelektrode 111, eine Emitterelektrode 112, ein Isoliermaterial 113, eine Gate-Elektrode 115, eine Emittererfassungselektrode 116, einen Gate-Elektroden-Kontaktierungsdraht 121, einen Emittererfassungselektroden-Kontaktierungsdraht 122 und ein nicht gezeigtes Gehäuse, das den Umfang des Isoliermaterials 113 bedeckt. Übrigens ist das Chipmontagesubstrat 104 auf der Wärmesenkengrundplatte 101 durch ein Lötmittel 102 unter dem Substrat verbunden (siehe 3).
  • Wie in 2 gezeigt ist, enthält das Chipmontagesubstrat 104 auf einer Isolierschicht 114 eine Kollektorleiterbahn 105 (grob schattierter Abschnitt), eine Emitterleiterbahn 106 (dicht schattierter Abschnitt), eine Schaltvorrichtung 108, eine Freilaufdiode 109, eine Gate-Leiterbahn 117, eine Emittererfassungsleiterbahn 118, einen Emitterdraht 110, einen Gate-Draht 119 und einen Emittererfassungsdraht 120. Auf der Kollektorleiterbahn 105 gibt es ein Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c und auf der Emitterleiterbahn 106 gibt es ein Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e.
  • Wie in 3 (dem Querschnitt A-A aus 1) gezeigt ist, sind in dem Chipmontagesubstrat 104 übrigens eine Metalllage 103 unter dem Substrat, die Isolierschicht 114, die Kollektorleiterbahn 105, ein Lötmittel 107 unter dem Chip und die Schaltvorrichtung 108 (die Freilaufdiode 109) in dieser Reihenfolge von unten nach oben angeordnet. Das Chipmontagesubstrat 104 ist über das Lötmittel 102 unter dem Substrat auf der Wärmesenkengrundplatte 101 montiert.
  • Wie in 4 gezeigt ist, ist in diesem Beispiel in der Leistungshalbleitervorrichtung die Größe der Wärmesenkengrundplatte 101 140 mm (Aufwärts-abwärts-Richtung) × 130 mm (Rechts-links-Richtung) und sind darauf vier Chipmontagesubstrate 104 montiert, die jeweils eine Größe von 50 mm (Aufwärts-abwärts-Richtung) × 55 mm (Rechts-links-Richtung) aufweisen. Es sind zwei Paare der Kollektorelektroden 111 und der Emitterelektroden 112 vorgesehen, wobei ein Paar der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 die zwei Chipmontagesubstrate 104 (das erste Chipmontagesubstrat 104a, das zweite Chipmontagesubstrat 104b) parallel schaltet.
  • Die Kollektorelektrode 111 bzw. die Emitterelektrode 112 weisen jeweils die wie in 5 gezeigten Formen auf. In dieser Ausführungsform sind eine Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode und eine Kontaktierungsfläche 112t an der Emitterelektrode als elektrische Verbindungsflächen der Kollektorelektrode 111 und der Kollektorelektrode 112 nach außen vorgesehen. Außerdem werden ein Verbindungsgebiet zwischen der Kollektorleiterbahn 105 (siehe 2) und der Kollektorelektrode 111 bzw. ein Verbindungsgebiet zwischen der Emitterleiterbahn 106 (siehe 2) und der Emitterelektrode 112 das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c (siehe 2) bzw. das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e (siehe 2) genannt. Da die Kollektorelektrode 111 in 5 zu den mehreren Kollektorleiterbahnen 105 parallel geschaltet ist, sind die Kollektorelektroden-Verbindungsgebiete 201c1 und 201c2 vorgesehen. Ähnlich enthält die Emitterelektrode 112 Emitterelektroden-Verbindungsgebiete 201e1 und 201e2. Übrigens werden Abschnitte, die von den Kollektorelektroden-Verbindungsgebieten 201c1 und 201c2 nach oben verlaufen, Fußgebiete 111a und 111b genannt, und werden Abschnitte, die von den Emitterelektroden-Verbindungsgebieten 201e1 und 201e2 nach oben verlaufen, Fußgebiete 112a und 112b genannt.
  • Wie in 2 gezeigt ist, sind die vier aus IGBTs ausgebildeten Schaltvorrichtungen 108 auf dem einen Chipmontagesubstrat 104 montiert und durch die Kollektorleiterbahn 105 und durch die Emitterleiterbahn 106 zueinander parallel geschaltet. Ein IGBT kann zulassen, dass ein Strom von höchstens 75 A fließt, wobei dementsprechend ein Substrat zulassen kann, dass ein Strom von höchstens 300 A fließt. Das heißt, ein Paar der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 kann zulassen, dass ein Strom von höchstens 600 A fließt, und die gesamte Leistungshalbleitervorrichtung kann zulassen, dass ein Strom von höchstens 1200 A fließt.
  • Anhand von 1, 3 und 5 wird hier die genaue elektrische Verbindungsbeziehung der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Kollektorelektrode 111 auf dem Chipmontagesubstrat 104 mit der Kollektorleiterbahn 105 verbunden. Die Emitterelektrode 112 ist auf dem Chipmontagesubstrat 104 mit der Emitterleiterbahn 106 verbunden.
  • Die Rückseite der Schaltvorrichtung 108 ist eine Kollektorelektroden-Anschlussfläche und ist durch das Lötmittel 107 unter dem Chip (siehe 3) mit der Kollektorleiterbahn 105 (siehe 3) verbunden. Die Vorderseite der Schaltvorrichtung 108 ist eine Emitterelektroden-Anschlussfläche, wobei die Emitterelektroden-Anschlussfläche, wie in 2 gezeigt ist, über den Emitterdraht 110 mit der Emitterleiterbahn 106 verbunden ist und über den Emittererfassungsdraht 120 weiter mit der Emittererfassungsleiterbahn 118 verbunden ist. Daneben gibt es auf der Vorderseite der Schaltvorrichtung 108 eine Gate-Elektroden-Anschlussfläche, wobei sie durch den Gate-Draht 119 mit der Gate-Leiterbahn 117 verbunden ist. Die Rückseite der in 2 gezeigten Freilaufdiode 109 ist eine Katodenelektroden-Anschlussfläche und ist durch das Lötmittel 107 unter dem Chip mit der Kollektorleiterbahn 105 verbunden. Außerdem ist die Vorderseite der Freilaufdiode 109 eine Anodenelektrodenanschlussfläche und ist wie in 2 gezeigt durch den Emitterdraht 110 mit der Emitterleiterbahn 106 verbunden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, sind die Gate-Leiterbahn 117 und die Emittererfassungsleiterbahn 118 durch den Gate-Elektroden-Kontaktierungsdraht 121 und durch den Emittererfassungselektroden-Kontaktierungsdraht 122 mit der Gate-Elektrode 115 bzw. mit der Emittererfassungselektrode 116 verbunden.
  • Im Folgenden werden anhand von 1 und 3 und bei Bedarf von anderen Zeichnungen die Funktionen und Materialien der jeweiligen Komponenten beschrieben.
  • Die Wärmesenkengrundplatte 101 leitet von der Schaltvorrichtung 108 und von der Freilaufdiode 109 erzeugte Wärme zu einem auf der Rückseite der Wärmesenkengrundplatte 101 vorgesehenen Kühler und dient zur Sicherstellung der strukturellen Festigkeit. Als das Material wird Aluminium, Kupfer, eine Legierung aus Aluminium und Siliciumcarbid oder dergleichen verwendet.
  • Das Lötmittel 102 unter dem Substrat ist ein Element zum Verbinden der Wärmesenkengrundplatte 101 und der Metalllage 103 unter dem Substrat des Chipmontagesubstrats 104, wobei als das Material ein eutektisches Lötmittel, ein bleifreies Lötmittel, Silber oder dergleichen verwendet wird.
  • Die Metalllage 103 unter dem Substrat ist eine Metallfestkörperlage, die an die Rückseite der Isolierschicht 114 hartgelötet ist und eine Dicke von etwa 200 Mikrometern aufweist und die durch das Lötmittel 102 unter dem Substrat mit der Wärmesenkengrundplatte 101 verbunden ist. Als das Material wird Kupfer oder Aluminium verwendet.
  • Die Isolierschicht 114 fungiert zum elektrischen Isolieren eines Schaltungsleiterbahnmusters wie etwa der Kollektorleiterbahn 105 von der Wärmesenkengrundplatte 101 und fungiert zum Montieren eines Halbleiterchips. Die Isolierschicht ist eine Keramikplatte mit einer Dicke von etwa 500 Mikrometern bis 800 Mikrometern. Die Metalllage 103 unter dem Substrat ist auf ihrer Rückseite vorgesehen und die Kollektorleiterbahn 105, die Emitterleiterbahn 106, die Gate-Leiterbahn 117 und dergleichen, die Schaltungsleiterbahnmuster sind, sind auf ihrer Vorderseite vorgesehen. Als das Material der Isolierschicht 114 wird Aluminiumnitrid (AlN), Siliciumnitrid (Si3N4), Aluminiumoxid (Al2O3) oder dergleichen verwendet.
  • Die Kollektorleiterbahn 105 und die Emitterleiterbahn 106 sind Kupfer- oder Aluminiumleiterbahnmuster mit einer Dicke von etwa 300 Mikrometern.
  • Das Lötmittel 107 unter dem Chip ist ein Verbindungsmaterial zum Verbinden der Kollektorleiterbahn mit der Kollektorelektroden-Anschlussfläche der Schaltvorrichtung 108 und mit der Katodenelektroden-Anschlussfläche der Freilaufdiode 109. Es wird ein eutektisches Lötmittel oder ein bleifreies Lötmittel mit einer Dicke von etwa 200 Mikrometern, Silber mit einer Dicke von mehreren bis mehreren zehn Mikrometern oder dergleichen verwendet.
  • Die Schaltvorrichtung 108 enthält die Gate-Elektroden-Anschlussfläche, die Kollektorelektroden-Anschlussfläche und die Emitterelektroden-Anschlussfläche, wobei der Widerstand zwischen der Kollektorelektroden-Anschlussfläche und der Emitterelektroden-Anschlussfläche klein wird und ein Strom fließen kann, wenn eine Spannung zwischen der Gate-Elektroden-Anschlussfläche und der Emitterelektrode eine Schwellenspannung übersteigt. Im Gegensatz dazu wird der Widerstand zwischen der Kollektorelektroden-Anschlussfläche und der Emitterelektroden-Anschlussfläche groß und der Strom gesperrt, wenn die Spannung zwischen der Gate-Elektroden-Anschlussfläche und der Emitterelektroden-Anschlussfläche kleiner als die Schwellenspannung wird.
  • Die Schaltvorrichtung 108 der Ausführungsform ist der IGBT (Isolierschicht-Bipolartransistor). Allerdings ist die Art der Schaltvorrichtung nicht darauf beschränkt und kann irgendeine Vorrichtung verwendet werden, solange sie einen Strom einschalten/ausschalten kann. Zum Beispiel kann ein Leistungs-MOSFET (Leistungs-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) verwendet werden. Die Freilaufdiode 109 fungiert so, dass sie veranlasst, dass der Strom einer Lastinduktivität wie etwa eines Motors zurückfließt.
  • Ein Draht wie etwa der Emitterdraht 110 (siehe 2) dient zum Verwirklichen der wie oben angegeben elektrischen Verbindung und ist ein Metallmaterial zum elektrischen Verbinden einer Leiterbahn und einer Elektrode, einer Elektrode und einer Elektrode oder einer Leiterbahn und einer Leiterbahn durch einen Drahtkontaktierungsschritt. Es wird z. B. ein Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von etwa 500 Mikrometern oder ein Kupferdraht verwendet.
  • Die Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode ist eine elektrische Verbindungsfläche nach außen, wobei die Kollektorelektrode 111 so fungiert, dass sie veranlasst, dass ein Strom von außen zu der Kollektorleiterbahn 105 fließt. Die Kollektorelektrode 111 schaltet die Kollektorleiterbahnen 105 der zwei Chipmontagesubstrate 104 (des ersten Chipmontagesubstrats 104a und des zweiten Chipmontagesubstrats 104b) elektrisch parallel.
  • Die Kontaktierungsfläche 112t an der Emitterelektrode ist eine elektrische Verbindungsfläche nach außen und fungiert so, dass sie veranlasst, dass ein Strom von außen zu der Emitterleiterbahn 106 fließt. Außerdem schaltet die Emitterelektrode 112 die Emitterleiterbahnen 106 des ersten Chipmontagesubstrats 104a und des zweiten Chipmontagesubstrats 104b elektrisch parallel. Die Kollektorelektrode 111 und die Emitterelektrode 112 sind hauptsächlich aus einem Metall wie etwa Aluminium oder Kupfer hergestellt und weisen eine Dicke von etwa 1 Millimeter bis 2 Millimeter auf.
  • Für die Verbindung zwischen der Kollektorelektrode 111 und der Kollektorleiterbahn 105 und zwischen der Emitterelektrode 112 und der Emitterleiterbahn 106 wird ein eutektisches Lötmittel oder ein bleifreies Lötmittel verwendet. Im Fall einer Lötverbindung werden die Kollektorelektrode 111 und die Emitterelektrode 112 dem Nickelplattieren ausgesetzt. Außerdem kann ein direktes Verbinden unter Verwendung eines Ultraschallverbindungsverfahrens ausgeführt werden, ohne ein Verbindungsmaterial wie etwa ein Lötmittel zu verwenden.
  • Das Ultraschallverbindungsverfahren ist eine Technik zum Ausführen einer Metallverbindung durch Anwenden von Ultraschall und Druck auf einen Verbindungsabschnitt zum Entfernen von Oxidlagen von der Kollektorelektrode 111 und von der Emitterelektrode 112 und von der Kollektorleiterbahn 105 und von der Emitterleiterbahn 106, die Verbindungsobjekte sind. In dieser Ausführungsform wird kein Verbindungsmaterial verwendet und wird zum Verbinden der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 mit der Kollektorleiterbahn 105 und mit der Emitterleiterbahn 106 das Ultraschallverbindungsverfahren verwendet. Die Direktverbindung wird ohne Verwendung des Verbindungsmaterials ausgeführt, so dass die Kosten gesenkt werden können, die Wärmeleitfähigkeit des Verbindungsabschnitts verbessert wird und die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden kann.
  • Um eine Entladung wegen Hochspannung zu verhindern, ist die Leistungshalbleitervorrichtung mit dem Isoliermaterial 113 (das in 1 durch eine Strich-Punkt-Punkt-Linie angegeben ist) aufgefüllt. Als das Material wird ein Gelmaterial wie etwa Polysiloxan oder ein Epoxidharz verwendet. Das Isoliermaterial 113 ist von der Oberfläche der Wärmesenkengrundplatte 101 bis auf die in 6 gezeigte Höhe aufgefüllt. Da zwischen der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 ein Spannung von mehreren tausend Volt angelegt wird, ist ein Abstand (erster Abstand t1) zwischen der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 außerhalb des Isoliermaterials 113 etwa 20 mm, um eine Entladung zu verhindern. Im Inneren des Isoliermaterials 113 ist ein Abstand (zweiter Abstand t2) zwischen der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 etwa 1 mm.
  • Wenn in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform, wie in 4 gezeigt ist, die Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode auf einer Oberseite angeordnet ist und die Kontaktierungsfläche 112t an der Emitterelektrode auf einer Unterseite angeordnet ist, sind das Verbindungsgebiet 201c (siehe 2) zwischen der Kollektorleiterbahn 105 auf dem Chipmontagesubstrat 104 und der Kollektorelektrode 111 und das Verbindungsgebiet 201e (siehe 2) zwischen der Emitterleiterbahn und der Emitterelektrode in der Aufwärts-abwärts-Richtung an derselben Position angeordnet und sind sie in der Rechts-links-Richtung in einem Abstand von 4 mm benachbart. Außerdem sind das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c1 (siehe 5) auf dem ersten Chipmontagesubstrat 104a und das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c2 (siehe 5) auf dem zweiten Chipmontagesubstrat 104b bzw. das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e1 (siehe 5) auf dem ersten Chipmontagesubstrat 104a und das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e2 (siehe 5) auf dem zweiten Chipmontagesubstrat 104b an denselben Positionen in der Rechts-links-Richtung angeordnet.
  • Wie oben gesagt sind die Elektrodenverbindungsgebiete so angeordnet, dass eine Differenz zwischen einer Stromverteilung an der Kollektorelektrode 111 und an der Emitterelektrode 112 eines durch das erste Chipmontagesubstrat 104a fließenden Stroms und eine Stromverteilung an der Kollektorelektrode 111 und an der Emitterelektrode 112 eines durch das zweite Chipmontagesubstrat 104b fließenden Stroms klein gemacht werden kann. Somit wird eine Induktivitätsdifferenz zwischen den jeweiligen Wegen klein und kann ein Ungleichgewicht zwischen dem durch das Chipmontagesubstrat 104a fließenden Strom und dem durch das Chipmontagesubstrat 104b fließenden Strom verringert sein.
  • Obwohl in dieser Ausführungsform, wie in 2 gezeigt ist, der Abstand zwischen dem Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c und dem Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e 4 mm beträgt, kann der Abstand innerhalb eines Bereichs, in dem die Durchgangsentladung zwischen der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 nicht auftritt, weiter verringert werden.
  • Da eine Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter in dieser Ausführungsform höchstens 3,3 kV beträgt, ist der Abstand zwischen der Kollektorleiterbahn 105 und der Emitterleiterbahn 106 wie in 2 gezeigt 2 mm, um eine Kriechentladung zu vermeiden. Da das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c und das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e 1 mm innerhalb der Enden der Kollektorleiterbahn 105 bzw. der Emitterleiterbahn 106 angeordnet sind, um die passende Spanne für das Verbindungsgebiet vorzusehen, ist der Abstand 4 mm. Allerdings ist z. B. die Passgenauigkeit des Verbindungsgebiets verbessert, wobei der Abstand zu 2 mm gemacht werden kann, wenn die Seite des Kollektorelektroden-Verbindungsgebiets 201c und die Seite des Emitterelektroden-Verbindungsgebiets 201e, auf der die Kollektorleiterbahn 105 und die Emitterleiterbahn 106 einander zugewandt sind, mit den Enden der Leiterbahnen zusammenfallend hergestellt und miteinander verbunden sind.
  • Wie in 6 gezeigt ist, enthalten die Kollektorelektrode 111 und die Emitterelektrode 112 in dieser Ausführungsform ferner im Inneren des Isoliermaterials 113 ein Überlagerungsgebiet 202 parallel zu der Oberfläche des Chipmontagesubstrats 104 (104a, 104b). In dem Überlagerungsgebiet 202 sind die Kollektorelektrode 111 und die Emitterelektrode 112 mit einem Abstand von 1 mm gestapelt. Da der Strom der Kollektorelektrode 111 und der Strom der Emitterelektrode 112 in dem Überlagerungsgebiet 202 in entgegengesetzten Richtungen fließen, kann die Induktivität durch Gegeninduktivität verringert sein. Da der Abstand zwischen der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 in dem Überlagerungsgebiet 202 klein wird, kann die Induktivität verringert werden, wobei erwünscht ist, dass der Abstand 2 mm oder weniger beträgt. Allerdings ist ein Abstand von 1 mm oder mehr erforderlich, um die Durchgangsentladung zwischen der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 zu verhindern. Übrigens ist 7 eine Seitenansicht der Leistungshalbleitervorrichtung und ist die Position des Überlagerungsgebiets 202 gezeigt.
  • Wie in 5 gezeigt ist, sind außerdem sowohl in der Kollektorelektrode 111 als auch in der Emitterelektrode 112 die Fußgebiete (z. B. die Fußgebiete 111a, 111b, 112a und 112b (siehe 1 und 5)), die von dem Überlagerungsgebiet 202 (siehe 6) zu den Elektrodenverbindungsgebieten verlaufen, auf dem oberen Substrat auf der Oberseite und auf dem unteren Substrat auf der Unterseite angeordnet. Das heißt, sowohl in dem oberen Substrat als auch in dem unteren Substrat sind das Fußgebiet der Kollektorelektrode 111 und das Fußgebiet der Emitterelektrode 112 (z. B. die Fußgebiete 111a und 112a oder die Fußgebiete 111b und 112b) zueinander benachbart und weisen dieselbe Form und dieselbe Richtung auf. Somit kann die Induktivität des Fußgebiets durch die Gegeninduktivität verringert werden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, sind in dieser Ausführungsform außerdem die Kollektorelektrode 111 und die Emitterelektrode 112 an den einander zugewandten Seiten 111h und 112h der Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode und der Kontaktierungsfläche 112t an der Emitterelektrode gebogen und mit dem Überlagerungsgebiet 202 (siehe 6) verbunden. Da die Elektroden an den einander zugewandten Seiten der Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode und der Kontaktierungsfläche 112t an der Emitterelektrode gebogen sind, ist eine Differenz zwischen einem Stromweg von der Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode zu dem Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c1 (siehe 6) auf dem ersten Chipmontagesubstrat 104a und einem Stromweg von der Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode zu dem Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c2 (siehe 6) auf dem zweiten Chipmontagesubstrat 104b im Vergleich zu dem Fall, dass sie von anderen Seiten gebogen sind, am kleinsten. Im Ergebnis wird eine Induktivitätsdifferenz zwischen dem Stromweg von der Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode zu dem ersten Chipmontagesubstrat 104 und dem Stromweg von der Kontaktierungsfläche 111t an der Kollektorelektrode zu dem zweiten Chipmontagesubstrat 104b klein und ist das Stromgleichgewicht dementsprechend verbessert.
  • Wie in 4 und 5 gezeigt ist, sind in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform außerdem die Position des Kollektorelektroden-Verbindungsgebiets 201c1 auf dem ersten Chipmontagesubstrat 104a bzw. die Position des Kollektorelektroden-Verbindungsgebiets 201c2 auf dem zweiten Chipmontagesubstrat 104b in der Aufwärts-abwärts-Richtung in der Mitte des Chipmontagesubstrats 104 vorgesehen. Da die Position des Kollektorelektroden-Verbindungsgebiets 201c1 auf dem ersten Chipmontagesubstrat 104a bzw. die Position des Kollektorelektroden-Verbindungsgebiets 201c2 auf dem zweiten Chipmontagesubstrat 104b in der Aufwärts-abwärts-Richtung in der Mitte des Chipmontagesubstrats 104 vorgesehen ist, kann eine Differenz der Leiterbahnlänge von den jeweiligen Elektrodenverbindungsgebieten zu den jeweiligen Schaltvorrichtungen 108 und zu den jeweiligen Freilaufdioden 109 klein gemacht werden und kann dementsprechend das Stromgleichgewicht verbessert werden.
  • Wie in 4 und 5 gezeigt ist, sind in dieser Ausführungsform die Position des Kollektorelektroden-Verbindungsgebiets 201c1 auf dem ersten Chipmontagesubstrat 104a bzw. die Position des Kollektorelektroden-Verbindungsgebiets 201c2 auf dem zweiten Chipmontagesubstrat 104b in der Aufwärts-abwärts-Richtung in der Mitte des Chipmontagesubstrats 104 vorgesehen, sind die vier Schaltvorrichtungen 108 in zwei auf der Oberseite des Substrats und zwei auf der Unterseite des Substrats aufgeteilt und ist das Elektrodenverbindungsgebiet in der Aufwärts-abwärts-Richtung in der Mitte vorgesehen. Somit werden die Leiterbahnabstände von den Elektrodenverbindungsgebieten zu den jeweiligen Schaltvorrichtungen 108 symmetrisch und ist das Stromgleichgewicht verbessert.
  • Außerdem sind die zwei Schaltvorrichtungen 108 der oberen Schaltvorrichtungen 108 und die zwei Schaltvorrichtungen 108 der unteren Schaltvorrichtungen 108 jeweils in das linke Ende und das rechte Ende aufgeteilt und angeordnet und ist die Freilaufdiode 109 am linken Ende und am rechten Ende zwischen den Schaltvorrichtungen 108 angeordnet. Durch die wie obengenannte Anordnung können die Abstände zwischen den vier Schaltvorrichtungen 108 und der Abstand zwischen den zwei Freilaufdioden 109 verlängert sein. Die Schaltvorrichtung 108 und die Freilaufdiode 109 erzeugen in der Leistungshalbleitervorrichtung vorübergehend abwechselnd Wärme. Dementsprechend ist der Abstand zwischen denselben Arten von Chips verlängert, so dass ein Temperaturanstieg durch Wärmestörung wegen wechselweiser Wärmeerzeugung unterdrückt werden kann und die Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
  • Ausführungsform 2
  • 8 ist eine Draufsicht einer Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 2. 9 ist eine Seitenansicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 2. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Kollektorelektrode 111 und einer Emitterelektrode 112, die in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 2 verwendet sind. Bis auf die Form der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 ist die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 2 ähnlich der der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1. Somit ist die Darstellung einer Gate-Elektrode und einer Emittererfassungselektrode weggelassen.
  • Das Merkmal der Ausführungsform 2 wird anhand von 9 beschrieben. In der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 2 verläuft in einem Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c und in einem Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e ein Überlagerungsgebiet 202 einer Elektrode mit einem Elektrodenverbindungsgebiet an einer Position näher zu einer Elektrodenkontaktierungsfläche zu dem Ende in der Rechts-links-Richtung eines Elektrodenverbindungsgebiets einer Elektrode mit dem Elektrodenverbindungsgebiet an einer Position weiter von einer Elektrodenkontaktierungsfläche. Anhand der in 10 gezeigten perspektivischen Ansicht ist zu verstehen, dass das Überlagerungsgebiet 202 (siehe 9) eine Parallelplattenform aufweist.
  • Das heißt, wie in einem Abschnitt aus 9, der von einer elliptischen punktierten Linie umgeben ist, enthält das Überlagerungsgebiet 202 der Emitterelektrode 112 mit dem Elektrodenverbindungsgebiet an der Position näher zu der Elektrodenkontaktierungsfläche einen Vorsprung 202t, der zu der linken Endposition des Elektrodenverbindungsgebiets der Kollektorelektrode 111 mit dem Elektrodenverbindungsgebiet an der Position weiter von der Elektrodenkontaktierungsfläche entfernt verläuft. Wie oben angegeben wurde, ist das Überlagerungsgebiet 202 der Emitterelektrode 112 verlängert, so dass durch den verlängerten Abschnitt ein Strom in der entgegengesetzten Richtung zu einem Strom fließt, der durch die Kollektorelektrode 111 unter dem verlängerten Abschnitt fließt, so dass es eine Wirkung zur Verringerung der Induktivität gibt. In 10 sind übrigens mehrere Emitterelektroden-Verbindungsgebiete 201e (201e1, 201e2) vorgesehen, um den Widerstand zu verringern.
  • Ausführungsform 3
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3. 12 ist eine Draufsicht der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3. 13 ist eine Draufsicht eines in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3 verwendeten Chipmontagesubstrats 104. 14 ist eine perspektivische Ansicht einer Kollektorelektrode 111 und einer Emitterelektrode 112, die in der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3 verwendet sind. Die 11 und 12 zeigen einen Kontaktierungsdraht auf dem Chipmontagesubstrat 104 nicht.
  • Bis auf die Form der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 und die Anordnung der Schaltvorrichtungen 108 und der Freilaufdioden 109 auf dem Chipmontagesubstrat 104 ist die Grundstruktur der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3 ähnlich der der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 1.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform 3 ist in einem linken Endgebiet in einer Rechts-links-Richtung und in einem unteren Gebiet in einer Aufwärts-abwärts-Richtung auf einem ersten Chipmontagesubstrat 104a (siehe 11, 12) auf einer Oberseite angeordnet ein Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c1 (siehe 14) vorgesehen. In einem linken Endgebiet in der Rechts-links-Richtung und in einem oberen Gebiet in der Aufwärts-abwärts-Richtung ist auf einem auf einer Unterseite angeordneten Chipmontagesubstrat 104b (siehe 11, 12) ein Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c2 (siehe 14) vorgesehen. Im Ergebnis wird ein Abstand zwischen dem Elektrodenverbindungsgebiet auf dem oberen Chipmontagesubstrat 104a und dem Elektrodenverbindungsgebiet auf dem unteren Chipmontagesubstrat 104b kurz und kann die Induktivität weiter verringert sein.
  • Außerdem sind in der wie in 13 gezeigten Ausführungsform 3 vier Schaltvorrichtungen 108 und vier Freilaufdioden 109 auf einem isolierenden Substrat montiert, wobei die Schaltvorrichtungen 108 und die Freilaufdioden 109 in der Aufwärts-abwärts-Richtung und in der Rechts-links-Richtung abwechselnd angeordnet sind. Da benachbarte Gebiete zwischen den Schaltvorrichtungen 108 und zwischen den Freilaufdioden 109 verringert sind, sind im Ergebnis ein Temperaturanstieg durch die gegenseitige Erwärmung der Schaltvorrichtungen 108 und der Temperaturanstieg durch die gegenseitige Erwärmung der Freilaufdioden 109 verringert und ist somit die Zuverlässigkeit verbessert.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform enthält das erste Chipmontagesubstrat 104a, auf dem die Schaltvorrichtung 108 und die Freilaufdiode 109 montiert sind, das zweite Chipmontagesubstrat 104b, auf dem die Schaltvorrichtung 108 und die Freilaufdiode 109 montiert sind, ein Paar der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112, um die Kollektorleiterbahnen 105 und die Emitterleiterbahnen 106 auf den zwei Chipmontagesubstraten elektrisch parallel zu schalten, und das aufgefüllte Isoliermaterial 113 (siehe 1). Die Kollektorelektrode 111 und die Emitterelektrode 112 sind einander zugewandt, wobei der erste Abstand t1 außerhalb des Isoliermaterials 113 vorgesehen ist und der zweite Abstand t2, der kleiner als der erste Abstand t1 ist, innerhalb des Isoliermaterials 113 vorgesehen ist (siehe 6). Wenn in einer Ebene gesehen der Kollektorelektrodenanschluss auf der Oberseite ist und der Emitterelektrodenanschluss auf der Unterseite ist (wenn z. B. die Kontaktierungsfläche 111t auf der Kollektorelektrode auf der Oberseite ist und die Kontaktierungsfläche 112t auf der Emitterelektrode auf der Unterseite ist, siehe 1, 4), sind das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c als das Verbindungsgebiet zwischen der Kollektorleiterbahn 105 und der Kollektorelektrode 111 auf dem Chipmontagesubstrat 104 und das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e als das Verbindungsgebiet zwischen der Emitterleiterbahn 106 und der Emitterelektrode 112 in der Aufwärts-abwärts-Richtung an derselben Position angeordnet und sind sie in einem Abstand von 2 mm oder mehr und 4 mm oder weniger in der Rechts-links-Richtung benachbart (siehe 2). Außerdem sind das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c1 auf dem auf der Oberseite angeordneten ersten Chipmontagesubstrat 104a und das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet 201c2 auf dem auf der Unterseite angeordneten zweiten Chipmontagesubstrat 104b bzw. das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e1 auf dem ersten Chipmontagesubstrat 104a und das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet 201e2 auf dem zweiten Chipmontagesubstrat 104b in der Rechts-links-Richtung an denselben Positionen angeordnet (siehe 4, 5).
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung der Ausführungsform enthält das erste Chipmontagesubstrat 104a, auf dem die Schaltvorrichtung 108 und die Freilaufdiode 109 montiert sind, das zweite Chipmontagesubstrat 104b, auf dem die Schaltvorrichtung 108 und die Freilaufdiode 109 montiert sind, ein Paar der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112, um die Kollektorleiterbahnen 105 und die Emitterleiterbahnen 106 auf den zwei Chipmontagesubstraten 104 elektrisch parallel zu schalten, und das aufgefüllte Isoliermaterial 113. Die Kollektorelektrode 111 und die Emitterelektrode 112 sind einander zugewandt, der erste Abstand t1 ist außerhalb des Isoliermaterials 113 vorgesehen und der zweite Abstand t2, der kleiner als der erste Abstand t1 ist, ist innerhalb des Isoliermaterials 113 vorgesehen. Die Kollektorelektrode 111 bzw. die Emitterelektrode 112 enthalten die Elektrodenkontaktierungsflächen (z. B. die Kontaktierungsfläche 111t auf der Kollektorelektrode und die Kontaktierungsfläche 112t auf der Emitterelektrode) als die elektrischen Verbindungsflächen außerhalb des Isoliermaterials 113 und enthalten jeweils parallele Oberflächen zu dem Chipmontagesubstrat 104 innerhalb des Isoliermaterials 113. Die Oberflächen der Kollektorelektrode 111 und der Emitterelektrode 112 parallel zu dem Chipmontagesubstrat 104 weisen das Überlagerungsgebiet 202 auf, in dem ein Abstand von 1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger vorgesehen ist. In dem Verbindungsgebiet 201c zwischen der Kollektorelektrode 111 und der Kollektorleiterbahn 105 und in dem Verbindungsgebiet 201e zwischen der Emitterelektrode 112 und der Emitterleiterbahn 106 enthält die Oberfläche parallel zu dem Chipmontagesubstrat 104 der Elektrode, die das Elektrodenverbindungsgebiet an der Position näher zu der Elektrodenfläche enthält, den Vorsprung 202t (siehe 9), der zu der Endposition des Elektrodenverbindungsgebiets der Elektrode verläuft, das das Elektrodenverbindungsgebiet an einer Position weiter von der Elektrodenkontaktierungsfläche enthält.
  • Merkmale, Komponenten und spezifische Einzelheiten der Strukturen der oben beschriebenen Ausführungsformen können ausgetauscht oder kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die für die jeweilige Anwendung optimiert sind. Soweit diese Abwandlungen für den Fachmann auf dem Gebiet leicht sichtbar sind, sollen sie durch die obige Beschreibung implizit offenbart sein, ohne der Kürze der vorliegenden Beschreibung halber jede mögliche Kombination explizit zu spezifizieren.
  • 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 9-172139 A [0003]

Claims (13)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung, die umfasst: ein erstes Chipmontagesubstrat (104a), auf dem eine Schaltvorrichtung (108) und eine Freilaufdiode (109) montiert sind; ein zweites Chipmontagesubstrat (104b), auf dem eine Schaltvorrichtung (108) und eine Freilaufdiode (109) montiert sind; ein Paar einer Kollektorelektrode (111) und einer Emitterelektrode (112), um Kollektorleiterbahnen (105) und Emitterleiterbahnen (106) auf den zwei Chipmontagesubstraten elektrisch parallel zu schalten; und ein aufgefülltes Isoliermaterial (113), wobei die Kollektorelektrode (111) und die Emitterelektrode (112) einander zugewandt sind, wobei außerhalb des Isoliermaterials (113) ein erster Abstand (t1) vorgesehen ist und innerhalb des Isoliermaterials (113) ein zweiter Abstand (t2), der kleiner als der erste Abstand (t1) ist, vorgesehen ist, wenn in einer Ebene gesehen ein Kollektorelektrodenanschluss auf einer Oberseite und ein Emitterelektrodenanschluss auf einer Unterseite sind, ein Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) als ein Verbindungsgebiet zwischen der Kollektorleiterbahn (105) und der Kollektorelektrode (111) auf dem Chipmontagesubstrat (104) und ein Emitterelektroden-Verbindungsgebiet (201e1) als ein Verbindungsgebiet zwischen der Emitterleiterbahn (106) und der Emitterelektrode (112) in einer Aufwärts-abwärts-Richtung an einer selben Position angeordnet sind und in einer Rechts-links-Richtung in einem Abstand von 2 mm oder mehr und 4 mm oder weniger benachbart sind, und das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) auf dem auf der Oberseite angeordneten ersten Chipmontagesubstrat (104a) und das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) auf dem auf der Unterseite angeordneten zweiten Chipmontagesubstrat (104b) bzw. das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet (201e1) auf dem ersten Chipmontagesubstrat (104a) und das Emitterelektroden-Verbindungsgebiet (201e1) auf dem zweiten Chipmontagesubstrat (104b) in der Rechts-links-Richtung an denselben Positionen angeordnet sind.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kollektorelektrode (111) bzw. die Emitterelektrode (112) innerhalb des Isoliermaterials (113) Oberflächen parallel zu einer Oberfläche des Chipmontagesubstrats (104) enthalten und die Oberflächen der Kollektorelektrode (111) und der Emitterelektrode (112) parallel zu dem Chipmontagesubstrat (104) ein Überlagerungsgebiet (202) aufweisen, in dem als der zweite Abstand (t2) ein Abstand von 1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger vorgesehen ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Kollektorelektrode (111) und die Emitterelektrode (112) Fußgebiete (111a; 111b; 112a; 112b) enthalten, um die Oberflächen parallel zu dem Chipmontagesubstrat (104) innerhalb des Isoliermaterials (113) und die mit den Leiterbahnen verbundenen Verbindungsgebiete (111a, 111b; 112a; 1112b) zu verbinden, wobei das mit dem auf der Oberseite angeordneten ersten Chipmontagesubstrat (104a) verbundene Fußgebiet (111a; 111b; 112a; 112b) nach oben herausgezogen ist und das mit dem auf der Unterseite angeordneten zweiten Chipmontagesubstrat (104b) verbundene Fußgebiet (111a; 111b; 112a; 112b) nach unten herausgezogen ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei in dem Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) und in dem Emitterelektroden-Verbindungsgebiet (210e1) die Oberfläche parallel zu dem Chipmontagesubstrat (104) der Elektrode mit dem Elektrodenverbindungsgebiet (201c; 201e) an einer Position näher zu einer Elektrodenkontaktierungsfläche (111t, 112t) in der Rechts-links-Richtung einen Vorsprung (202t) enthält, der zu einer Endposition in der Rechts-links-Richtung des Elektrodenverbindungsgebiets (201c; 201e) der Elektrode mit dem Elektrodenverbindungsgebiet (201c; 201e) an einer Position weiter von einer Elektrodenkontaktierungsfläche (111t; 112t) entfernt verläuft.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kollektorelektrode (111) und die Emitterelektrode (112) Elektrodenkontaktierungsflächen (111t; 112t) parallel zu dem Chipmontagesubstrat (104) außerhalb des Isoliermaterials (113) enthalten, an den einander zugewandten Seiten der Elektrodenkontaktierungsflächen (111t; 112t) in Richtung des Chipmontagesubstrats (104) gebogen sind und in das Isoliermaterial (113) eingefügt sind.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) auf dem Chipmontagesubstrat (104) in der Rechts-links-Richtung in einem linken Endgebiet und in der Aufwärts-abwärts-Richtung in einem Mittelgebiet vorgesehen ist.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) in der Rechts-links-Richtung in einem linken Endgebiet und in der Aufwärts-abwärts-Richtung in einem unteren Gebiet auf dem auf der Oberseite angeordneten ersten Chipmontagesubstrat (104a) vorgesehen ist und das Kollektorelektroden-Verbindungsgebiet (201c2) in der Rechts-links-Richtung in einem linken Endgebiet und in der Aufwärts-abwärts-Richtung in einem oberen Gebiet auf dem auf der Unterseite angeordneten zweiten Chipmontagesubstrat (104b) vorgesehen ist.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei auf dem Chipmontagesubstrat (104) vier Schaltvorrichtungen (108) und zwei Freilaufdioden (109) angebracht sind, wobei die Schaltvorrichtungen (108) an einem linken oberen Ende, an einem linken unteren Ende, an einem rechten oberen Ende und an einem rechten unteren Ende auf dem Chipmontagesubstrat (104) montiert sind und die Freilaufdioden (109) in der Rechts-links-Richtung in einer Mitte montiert sind und in der Aufwärts-abwärts-Richtung in einem oberen Endgebiet und in der Aufwärts-abwärts-Richtung in einem unteren Endgebiet montiert sind.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei auf dem Chipmontagesubstrat (104) vier Schaltvorrichtungen (108) und vier Freilaufdioden (109) montiert sind und die Schaltvorrichtungen (108) und die Freilaufdioden (109) in der Aufwärts-abwärts-Richtung und in der Rechts-links-Richtung abwechselnd angeordnet sind.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei in dem Überlagerungsgebiet (202) ein Isolierharz zwischen die Elektroden eingeführt ist.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schaltvorrichtung (108) ein IGBT, Isolierschicht-Bipolartransistor, ist.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schaltvorrichtung (108) ein Leistungs-MOSFET, Leistungs-Metalloxidhalbleiter-Feldeffektransistor, ist.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung, die umfasst: ein erstes Chipmontagesubstrat (104a), auf dem eine Schaltvorrichtung (108) und eine Freilaufdiode (109) montiert sind; ein zweites Chipmontagesubstrat (104b), auf dem eine Schaltvorrichtung (108) und eine Freilaufdiode (109) montiert sind; ein Paar einer Kollektorelektrode (111) und einer Emitterelektrode (112), um Kollektorleiterbahnen (105) und Emitterleiterbahnen (106) auf den zwei Chipmontagesubstraten elektrisch parallel zu schalten; und ein aufgefülltes Isoliermaterial (113), wobei die Kollektorelektrode (111) und die Emitterelektrode (112) einander zugewandt sind, wobei außerhalb des Isoliermaterials (113) ein erster Abstand (t1) vorgesehen ist und innerhalb des Isoliermaterials (113) ein zweiter Abstand (t2), der kleiner als der erste Abstand (t1) ist, vorgesehen ist, die Kollektorelektrode (111) bzw. die Emitterelektrode (112) Elektrodenkontaktierungsflächen (111t; 112t) als elektrische Verbindungsflächen außerhalb des Isoliermaterials (113) enthalten und Oberflächen parallel zu einer Oberfläche des Chipmontagesubstrats (104) innerhalb des Isoliermaterials (113) enthalten, wobei die Oberflächen der Kollektorelektrode (111) und der Emitterelektrode (112) parallel zu dem Chipmontagesubstrat (104) ein Überlagerungsgebiet (202) aufweisen, in dem ein Abstand von 1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger vorgesehen ist, und in einem Verbindungsgebiet (201c; 201e) zwischen der Kollektorelektrode (111) und der Kollektorleiterbahn (105) und in einem Verbindungsgebiet (201c, 201e) zwischen der Emitterelektrode (112) und der Emitterleiterbahn (106) die Oberfläche parallel zu dem Chipmontagesubstrat (104) der Elektrode mit dem Elektrodenverbindungsgebiet (201c, 201e) an einer Position näher zu der Elektrodenkontaktierungsfläche (111t; 112t) einen Vorsprung (202t) enthält, der zu einer Endposition des Elektrodenverbindungsgebiets (201c, 201e) der Elektrode mit dem Elektrodenverbindungsgebiet (201c, 201e) an einer Position weiter von der Elektrodenkontaktierungsfläche (111t; 112t) verläuft.
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