DE102017200256A1

DE102017200256A1 - Elektrodenanschluss, Halbleitervorrichtung und Leistungswandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017200256A1
Application number: DE102017200256.5A
Authority: DE
Inventors: Rei YONEYAMA; Yoshitaka Kimura; Akihiko Yamashita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: JP2017139304A; DE102017200256B4; CN107039297A; JP6685143B2; CN107039297B; US20170221853A1; US10714447B2

Abstract

Ein Elektrodenanschluss weist einen Rumpf (31) und ein erstes Bond-Teil (32) auf. Der Rumpf (31) weist ein erstes Metallmaterial auf. Dann ist das erste Bond-Teil (32) an ein Ende des Rumpfs (31) gebondet und weist ein zweites Metallmaterial auf, welches ein kaschiertes Material anders als das erste Metallmaterial ist. Das erste Bond-Teil (32) kann mit Ultraschall an ein erstes gebondetes Bauteil gebondet werden. Ein elastisches Teil (31a), welches elastisch verformbar ist, ist zwischen dem einen Ende des Rumpfs (31) und dem anderen Ende des Rumpfs (31) vorgesehen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektrodenanschluss, welcher mit Ultraschall an ein gebondetes Bauteil gebondet werden kann, eine Halbleitervorrichtung, die den vorstehenden Elektrodenanschluss aufweist, und eine Leistungswandlungsvorrichtung, die den vorstehenden Elektrodenanschluss aufweist.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Halbleitermodul (Halbleitervorrichtung), das für eine Leistungssteuerung verwendet wird, welches mit einem Leistungshalbleiterelement innerhalb eines Gehäuses ausgestattet ist, wird ein Leistungsmodul genannt. Als ein Leistungshalbleiterelement wird zum Beispiel eine Schaltvorrichtung wie ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), eine Freilaufdiode (FWDi) oder dergleichen eingesetzt. In einem solchen Leistungsmodul, wie vorstehend beschrieben, wird zum Herausführen einer Elektrode von einem Leistungshalbleiter-Chip herkömmlicherweise ein Bond-Verfahren wie Wire-Bonding und Direct-Lead-Bonding verwendet.
Beim Wire-Bonding gilt allgemein, dass ein Draht, der einen Durchmesser in einem Bereich von einigen zehn zu einigen hundert µm aufweist, gebondet wird, und eine Mehrzahl von Drähten wird gebondet, um eine zulässige Menge eines Stroms sicherzustellen, der zur Energieversorgung benötigt wird.
Wegen einer Einschränkung einer physikalischen Abmessung einer Bond-Vorrichtung gibt es jedoch eine Beschränkung für ein Bonding einer Mehrzahl von Drähten in einer hohen Dichte, sodass in einigen Fällen die gewünschte Anzahl von Drähten nicht gebondet werden kann. Als eine Folge davon ist eine Dichte eines Stroms, der durch jeden Draht fließt, erhöht, was dann eine Wärmeerzeugung in einem Draht während einer Energieversorgung erhöht. Dies verursacht ein Problem einer Reduzierung einer Lebensdauer einer Bond-Verbindung zwischen einem Leistungshalbleiter-Chip und einer Bond-Oberfläche, und ein anderes Problem einer Notwendigkeit, eine Wärmewiderstandsfähigkeit von Bauteilen zu verbessern, die um einen Draht herum vorgesehen sind. Außerdem steigt eine Impedanzkomponente in einer Verdrahtung, wenn die Anzahl von Drähten reduziert wird, sodass in einigen Fällen gewünschte elektrische Eigenschaften nicht erzielt werden können. Zum Beispiel wird in einem Fall, in welchem eine Impedanz einer Elektrodenverdrahtung hoch ist, eine Stoßspannung erhöht, welche zu der Zeit eines Hochgeschwindigkeitsschaltbetriebs eines Leistungshalbleiterelements verursacht wird, sodass in einigen Fällen verwendbare Bereiche einer Spannung und eines Stroms in einem Leistungshalbleiterelement erheblich eingeschränkt sind.
Als ein Bond-Verfahren, das sich von dem vorstehend beschriebenen Wire-Bonding unterscheidet, wird Direct-Lead-Bonding aufgeführt, bei dem ein Elektrodenanschluss direkt auf einen Leistungshalbleiter-Chip gelötet wird (zum Beispiel offengelegte, japanische Patentanmeldung Nr. 2009-200088 ). Gemäß diesem Bond-Verfahren wird eine Elektrode gebondet, welche eine größere Querschnittsfläche und eine größere Bond-Fläche aufweist als ein Draht für Wire-Bonding, sodass Effekte einer Reduzierung einer Wärmeerzeugung, die von der Reduzierung einer Stromdichte resultiert, eine verbesserte Lebensdauer eines Bond-Teils, eines Sicherstellens einer Toleranz einer Wärmewiderstandsfähigkeit eines um eine Elektrode und einen Chip vorgesehenen Bauteils sowie einer Reduzierung einer Impedanz erzielt werden können.
Um ein Lötmittel-Bonding beim vorstehend beschriebenen Direct-Lead-Bonding zu erzielen, ist es jedoch notwendig, eine Oberfläche eines Chips in ein Metallmaterial wie "Gold“ zu ändern, welches zum Löten geeignet ist. Um eine solche Veränderung vorzunehmen, wird vorgesehen, eine Bond-Schicht, die "Gold“ aufweist, auf einer Bond-Oberfläche eines Leistungshalbleiter-Chips auszubilden. Ein Ausbilden einer Bond-Schicht führt jedoch zu einer Notwendigkeit für einen zusätzlichen Prozess wie Sputtern, sodass ein Problem eines Erschwerens eines Fertigungsablaufs verursacht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme entwickelt worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zur Verfügung zu stellen, welche eine erhöhte Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer einer Vorrichtung ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Elektrodenanschluss ausgerichtet, und der Elektrodenanschluss weist einen Rumpf auf, der ein erstes Metallmaterial und ein erstes Bond-Teil aufweist, welches mit einem Ende des Rumpfs verbunden ist, und weist ein zweites Metallmaterial auf, welches ein von dem ersten Metallmaterial verschiedenes kaschiertes Material ist. Das erste Bond-Teil kann mit Ultraschall an ein erstes gebondetes Bauteil gebondet werden, und ein elastisches Teil, welches elastisch verformbar ist, ist zwischen einem Ende des Rumpfs und dem anderen Ende des Rumpfs vorgesehen.
Es ist möglich, die Zuverlässigkeit zu erhöhen und eine Lebensdauer einer Vorrichtung zu verlängern.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher, wenn sie im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen gesehen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Einzelteildarstellung, die einen Aufbau eines relevanten Leistungsmoduls zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau des relevanten Leistungsmoduls zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Teils des relevanten Leistungsmoduls zeigt;
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
5 ist eine Ansicht zum Erklären eines kaschierten Materials;
6 und 7 sind Querschnittsansichten, die jede einen Aufbau eines Teils des Leistungsmoduls gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
8 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Teils des Leistungsmoduls gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau des Leistungsmoduls gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
12 bis 14 sind Querschnittsansichten, die jede einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
15 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt;
16 und 17 sind Querschnittsansichten, die jede einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
18 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
19 bis 21 sind Draufsichten, die jede zum Erklären von Wire-Bonding dienen;
22 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Teils des Leistungsmoduls gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
23 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Teils des Leistungsmoduls gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
24 und 25 sind Querschnittsansichten, die jede einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform zeigen; und
26 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Leistungsmoduls gemäß einer Modifikation zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die nachfolgende Beschreibung wird in der Annahme gegeben, dass eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leistungsmodul ist. Außerdem stellen die Zeichnungen schematische Darstellungen zur Verfügung, und Beziehungen zwischen Bauelementen bezüglich Größen und Positionen, welche in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigt werden, sind nicht notwendigerweise exakt und können geeignet verändert werden.
<Relevantes Leistungsmodul>
Bevor ein Leistungsmodul gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird zuerst ein Leistungsmodul beschrieben, welches für das Leistungsmodul gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant ist (welches im Folgenden als ein "relevantes Leistungsmodul“ bezeichnet wird). 1 ist eine perspektivische Einzelteilansicht, die einen Aufbau des relevanten Leistungsmoduls zeigt, und 2 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des relevanten Leistungsmoduls zeigt.
Das relevante Leistungsmodul weist eine Basis 11; ein isolierendes Substrat (isolierende Schicht) 14, welche mit einem Lötmittel 12 und einem Schaltungsmuster 13b dazwischen eingebettet auf der Basis 11 angeordnet ist; einen Leistungshalbleiter-Chip (Halbleiter-Chip) 16, welcher mit einem Schaltungsmuster 13a und einem Lötmittel 15 dazwischen eingebettet auf dem isolierenden Substrat 14 angeordnet ist; einen Hauptelektrodenanschluss 18, welcher durch ein Lötmittel 17 an den Leistungshalbleiter-Chip 16 gebondet ist; und einen Steuersignalanschluss 20, welcher durch einen Draht 19 mit dem Leistungshalbleiter-Chip 16 verbunden ist und für eine interne Weiterleitung verwendet wird, auf.
Weiter weist das relevante Leistungsmodul eine Steuerplatine (gedruckte Schaltungsplatine) 22, welche mit dem Steuersignalanschluss 20 verbunden und mit einer integrierten Schaltung (IC) 21a zur Steuerung und einem Steuerschaltungsteil 21b versehen ist; einen Steuersignalanschluss 23, welcher mit der Steuerplatine 22 verbunden ist, teilweise zu einer Außenseite exponiert ist und für eine externe Ein-/Ausgabe verwendet wird; und ein Versiegelungsharz 24, welches hauptsächlich Bauelemente des relevanten Leistungsmoduls umschließt, auf.
Weiter weist das relevante Leistungsmodul ein Gehäuse 25 und eine Abdeckung 26 auf, welche das Versiegelungsharz 24 und dergleichen aufnehmen und einen Behälter bilden, welcher die Basis 11 als eine Unterseite davon einsetzt.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Leistungshalbleiter-Chips 16, des Lötmittels 17 und des Hauptelektrodenanschlusses 18 des relevanten Leistungsmoduls. Der Hauptelektrodenanschluss 18 wird durch biegen eines Plattenteils ausgebildet, das ein Metallmaterial aufweist.
Auf einer oberen Oberfläche des Leistungshalbleiter-Chips 16 ist eine Bond-Schicht 16a, die ein Metallmaterial (zum Beispiel Kupfer, Gold und dergleichen) aufweist, das mit einem Lötmittel gebondet werden kann, durch Sputtern oder dergleichen ausgebildet (aufgebracht), und der Hauptelektrodenanschluss 18 ist durch ein Lötmittel 17 an die Bond-Schicht 16a gebondet.
In dem vorstehend beschriebenen relevanten Leistungsmodul ist der Hauptelektrodenanschluss 18, der eine Querschnittsfläche und eine Bond-Fläche aufweist, welche relativ groß sind, elektrisch mit dem Leistungshalbleiter-Chip 16 verbunden. Somit ist es möglich, Effekte einer Reduzierung einer Wärmeerzeugung als Folge einer Reduzierung einer Stromdichte, eine verbesserte Lebensdauer eines Bond-Teils, ein Sicherstellen einer Toleranz für eine Hitzebeständigkeit eines um eine Elektrode und einen Chip vorgesehenen Bauteils und eine Reduzierung einer Impedanz zu erhalten.
Trotzdem ist eine Stärke einer Bond-Verbindung zwischen dem Lötmittel 17 und dem Leistungshalbleiter-Chip 16 relativ gering, was eine Anordnung der zum Löten geeigneten Bond-Schicht 16a notwendig macht, sodass ein Problem eines Erschwerens von Prozessen verursacht wird. Im Gegensatz dazu können Leistungsmodule gemäß einer ersten bis achten Ausführungsform und Modifikationen der vorliegenden Erfindung, welche nachfolgend beschrieben werden, ein solches Problem, wie vorstehend beschrieben, lösen.
<Erste bevorzugte Ausführungsform>
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken, dass von Bauelementen, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, Bauelemente, welche die gleichen wie Bauelemente oder ähnlich den Bauelementen des relevanten Leistungsmoduls sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und hauptsächlich Bauelemente, welche sich von den Bauelementen des relevanten Leistungsmoduls unterscheiden, erläutert werden. Obwohl ein Elektrodenanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung als der Hauptelektrodenanschluss 18 in der ersten bevorzugten Ausführungsform eingesetzt wird, ist die Anmeldung außerdem nicht darauf beschränkt. Der Elektrodenanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung kann als ein anderer Elektrodenanschluss eingesetzt werden, wie nachfolgend beschrieben.
Der Hauptelektrodenanschluss 18 in 4 weist einen Rumpf 31 und ein erstes Bond-Teil 32 auf und weist eine Mehrzahl von Materialien (ein erstes Metallmaterial und ein zweites Metallmaterial) auf.
Der Rumpf 31 ist durch Biegen eines Plattenteils ausgebildet, welches das erste Metallmaterial (zum Beispiel ein Metallmaterial wie Kupfer) aufweist. Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ist ein gebogenes Teil zum Erzeugen einer Federwirkung (Biegeeffekt) als ein elastisches Teil 31a, welches elastisch verformbar ist, zwischen einem Ende des Rumpfs 31 und dem anderen Ende des Rumpfs 31 vorgesehen.
Das erste Bond-Teil 32 weist das zweite Metallmaterial (zum Beispiel ein Metallmaterial wie Aluminium) auf, welches ein kaschiertes Material anders als das erste Metallmaterial ist, und ist an das eine Ende des Rumpfs 31 gebondet. In der nachfolgenden Beschreibung wird von zwei gegenüberliegenden Enden des Rumpfs 31 ein Ende des Rumpfs 31, an welchen das erste Bond-Teil 32 gebondet ist, als "das eine Ende“ bezeichnet, und ein Ende des Rumpfs 31, an welches das erste Bond-Teil 32 nicht gebondet ist, wird als "das andere Ende“ bezeichnet.
Wie in 5 gezeigt, ist ein kaschiertes Material ein Metallmaterial 73, welches dadurch, dass es mit einer Walze 71 oder dergleichen gewalzt wird, an ein anderes Metallmaterial 72 gebondet ist. Somit ist das erste Bond-Teil 32 in 4, welches ein kaschiertes Material ist, dadurch dass es gewalzt wird, an den Rumpf 31 gebondet. Dann kann das erste Bond-Teil 32, das an den Rumpf 31 gebondet ist, mit Ultraschall an ein erstes gebondetes Bauteil gebondet werden.
6 ist eine Querschnittsansicht, die zeigt, wie der Hauptelektrodenanschluss 18 des Leistungsmoduls gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform gebondet ist. Der Leistungshalbleiter-Chip 16, welcher das erste gebondete Bauteil ist, wird mit Ultraschall an das erste Bond-Teil 32 gebondet.
Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, die auf die vorstehend beschriebene Weise eingerichtet ist, weist der Hauptelektrodenanschluss 18 wie bei dem Hauptelektrodenanschluss 18 des relevanten Leistungsmoduls (3) eine Querschnittsfläche und eine Bond-Fläche auf, welche relativ groß sind. Entsprechend kann der Hauptelektrodenanschluss 18 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform wie bei dem Hauptelektrodenanschluss 18 des relevanten Leistungsmoduls Effekte einer Reduzierung eine Wärmeerzeugung, die aus einer Reduzierung einer Stromdichte resultiert, eine verbesserte Lebensdauer eines Bond-Teils, ein Sicherstellen einer Toleranz für eine Hitzebeständigkeit eines um eine Elektrode und einen Chip vorgesehenen Bauteils sowie eine Reduzierung einer Impedanz erzielen.
Weiter ist gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform das erste Bond-Teil 32 enthalten, welches mit Ultraschall gebondet werden kann, sodass eine Festigkeit einer Bond-Verbindung zwischen dem Leistungshalbleiter-Chip 16 und dem Hauptelektrodenanschluss 18 höher ausgelegt werden kann als diejenige in dem relevanten Leistungsmodul, was in einer erhöhten Zuverlässigkeit und einer längeren Lebensdauer resultiert. Weiter ist auf ähnliche Weise zu einem in 3 gezeigten Beispiel, in welchem der Hauptelektrodenanschluss 18 des relevanten Leistungsmoduls über die Bond-Schicht 16a an den Leistungshalbleiter-Chip 16 gebondet ist, in einem in 6 gezeigten Beispiel der Hauptelektrodenanschluss 18 über die Bond-Schicht 16b, welche ein Metallmaterial (zum Beispiel Aluminium, Gold, Silber, Kupfer oder dergleichen) aufweist, das mit Ultraschall gebondet werden kann, an den Leistungshalbleiter-Chip 16 gebondet. Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform kann eine Festigkeit einer Bond-Verbindung zwischen dem Leistungshalbleiter-Chip 16 und dem Hauptelektrodenanschluss 18 höher ausgelegt werden als diejenige in dem relevanten Leistungsmodul, selbst wenn die Bond-Schicht 16b nicht vorgesehen ist. Das heißt, die Bond-Schicht 16b ist in der ersten bevorzugten Ausführungsform nicht unentbehrlich, sodass eine Vereinfachung von Prozessen und Verbesserungen einer Produktivität erwartet werden können.
Währenddessen sind, wie in 1 gezeigt, die anderen Enden des Hauptelektrodenanschlusses 18 an einem Gehäuse befestigt, und die Abschnitte der anderen Enden des Hauptelektrodenanschlusses 18 sind als externe Elektrodenanschlüsse befestigt. Somit wird, wenn eine thermische Verformung oder eine Vibration in einem Leistungsmodul selbst auftritt, eine Beanspruchung oder Verwindung zu dem einen Ende des Hauptelektrodenanschlusses 18 (Rumpf 31) übertragen. Als eine Folge davon wird eine Ermüdung in einer Bond-Verbindung zwischen dem Leistungshalbleiter-Chip 16 und dem Hauptelektrodenanschluss 18 (dem ersten Bond-Teil 32) verursacht, sodass eine Lebensdauer der Bond-Verbindung wahrscheinlich verkürzt wird. Wenn außerdem zum Beispiel eine Vibration einer Ultraschallwelle, die bei einem Ultraschall-Bonding des Leistungshalbleiter-Chips 16 verursacht wird, zu dem anderen Ende des Hauptelektrodenanschlusses 18 (Rumpf 31) übertragen wird, wird eine Befestigung des anderen Endes an einem Gehäuse wahrscheinlich verschlechtert.
Diesbezüglich ist gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform das elastische Teil 31a zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Rumpfs 31 (in der Umgebung des einen Endes des Rumpfs 31 in 4 und 6) vorgesehen. Somit ist es möglich, Einflüsse von vertikalen und horizontalen Bewegungen von einem von dem einen Ende und dem anderen Ende des Rumpfs 31 aufeinander zu reduzieren. Mit anderen Worten kann einer Verformung oder Vibration von einem von dem einen Ende und dem anderen Ende des Rumpfs 31 nicht einfach von dem anderen gefolgt werden. Deshalb ist es möglich, eine Lebensdauer einer Bond-Verbindung zwischen dem Leistungshalbleiter-Chip 16 und dem Hauptelektrodenanschluss 18 und eine Lebensdauer einer Befestigung des anderen Endes des Rumpfs an einem Gehäuse zu verlängern.
Es ist zusätzlich anzumerken, dass vorstehend beschrieben worden ist, dass ein gebogenes Teil zum Erzeugen einer Federwirkung (Biegeeffekt) als das elastische Teil 31a, welches elastisch verformbar ist, zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Rumpfs 31 vorgesehen ist. Das elastische Teil 31a ist jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt. Wie in 7 gezeigt, kann ein eingekerbtes Teil als das elastische Teil 31a, welches elastisch verformbar ist, zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Rumpfs 31 (in der Umgebung des einen Endes des Rumpfs 31 in 7) vorgesehen sein. Obwohl vorstehend beschrieben worden ist, dass das erste gebondete Bauteil, welches mit Ultraschall an das erste Bond-Teil 32 gebondet ist, der Leistungshalbleiter-Chip 16 ist, ist außerdem das erste gebondete Bauteil nicht auf den Leistungshalbleiter-Chip 16 beschränkt und kann ein Schaltungsmuster oder dergleichen sein, wie zum Beispiel nachfolgend beschrieben.
<Zweite bevorzugte Ausführungsform>
8 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken, dass von Bauelementen, die in er zweiten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, Bauelemente, welche die gleichen wie die Bauelemente oder ähnlich zu den Bauelementen sind, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und hauptsächlich Bauelemente, die sich von den Bauelementen in der ersten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden, erläutert werden.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind eine oder mehrere Unregelmäßigkeiten 31b in einem Teil oder allen Teilen einer Oberfläche des Rumpfs 31 vorgesehen. Zum Beispiel ist in einem in 8 gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von Unregelmäßigkeiten (Vertiefungen) 31b in fast allen Teilen einer Oberfläche des Rumpfs 31 vorgesehen. Zusätzlich können anstelle der einen oder mehreren Unregelmäßigkeiten 31b ein oder mehrere Löcher in einem Teil oder allen Teilen einer Oberfläche des Rumpfs 31 vorgesehen sein, obwohl solche Löcher in den Zeichnungen nicht gezeigt sind. Dann können die Unregelmäßigkeiten 31b und Löcher unter Verwendung einer mechanischen Behandlung wie Stanzen oder Laser-Bearbeitung ausgebildet werden oder können unter Verwendung einer chemischen Behandlung wie einer Oberflächenaufrau-Bearbeitung ausgebildet werden.
Es sollte beachtet werden, dass allgemein ein Strom in einem Hochfrequenz-Schaltbetrieb wegen eines Skin-Effekts durch eine Oberfläche des Hauptelektrodenanschlusses 18 fließt. Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform kann durch Vorsehen der vorstehend beschriebenen Unregelmäßigkeiten 31b oder Löcher in einer Oberfläche des Rumpfs 31 eine Oberfläche des Hauptelektrodenanschlusses 18 vergrößert werden. Entsprechend ist es möglich, eine Impedanz in einem Hochfrequenz-Schaltbetrieb zu reduzieren.
<Dritte bevorzugte Ausführungsform>
9 und 10 sind jeweils eine Querschnittsansicht und eine perspektivische Ansicht, von denen jede einen Teil eines Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. 11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau des Leistungsmoduls gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken, dass von Bauelementen, die in er dritten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, Bauelemente, welche die gleichen wie die Bauelemente oder ähnlich zu den Bauelementen sind, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und hauptsächlich Bauelemente, die sich von den Bauelementen in der ersten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden, erläutert werden.
Das Gehäuse 25 gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform weist zum Beispiel ein Harz auf, und umgibt ein Seitenteil des Leistungshalbleiter-Chips 16, welcher das erste gebondete Bauteil ist, in einer ähnlichen Weise zu der ersten bevorzugten Ausführungsform. Dann wird gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform der Rumpf 31 des Hauptelektrodenanschlusses 18 mit dem Gehäuse 25 integriert. Ein Aufbau, in welchem der Rumpf 31 und das Gehäuse 25 miteinander integriert sind, kann unter Verwendung eines Umspritzverfahrens, in welchem ein Gehäuse und die Hauptelektrode 18 parallel zueinander vergossen werden, oder unter Verwendung einer Outsert-Technik, in welcher der Hauptelektrodenanschluss 18 zusätzlich eingefügt wird, nachdem das Gehäuse 25 einzeln gegossen ist, oder dergleichen ausgebildet werden.
Gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform, die in der vorstehend beschriebenen Weise eingerichtet ist, ist der Rumpf 31 des Hauptelektrodenanschlusses 18 mit dem Gehäuse 25 integriert, sodass ein Vorgang eines Ultraschall-Bondings des Hauptelektrodenanschlusses 18 an den Leistungshalbleiter-Chip 16 parallel zu einem Vorgang eines Zusammenbaus eines Gehäuses eines Leistungsmoduls ausgeführt werden kann. Entsprechend ist es in einem Aufbau, in welchem der Hauptelektrodenanschluss 18 mit Ultraschall an den Leistungshalbleiter-Chip 16 gebondet wird, möglich, einen Zusammenbau eines Moduls zu verbessern.
<Vierte bevorzugte Ausführungsform>
12 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken, dass von Bauelementen, die in er vierten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, Bauelemente, welche die gleichen wie die Bauelemente oder ähnlich zu den Bauelementen sind, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und hauptsächlich Bauelemente, die sich von den Bauelementen in der ersten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden, erläutert werden.
Gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform weist ein Elektrodenanschluss 33 den Rumpf 31 und das erste Bond-Teil 32 auf wie der Hauptelektrodenanschluss 18, der in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist. Dann kann das erste Bond-Teil 32, das an das eine Ende des Rumpfs 31 gebondet ist, mit Ultraschall an das erste gebondete Bauteil gebondet werden, und das andere Ende des Rumpfs 31 kann mit Ultraschall an ein zweites gebondetes Bauteil gebondet werden.
In einem in 12 gezeigten Beispiel sind voneinander getrennte Schaltungsmuster 13a1 und 13a2 auf einer oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 14 angeordnet, und der Leistungshalbleiter-Chip 16 ist mit dem Lötmittel 15 dazwischen eingebettet auf dem Schaltungsmuster 13a1 angeordnet. Dann wird der Leistungshalbleiter-Chip 16 als das vorstehend beschriebene erste gebondete Bauteil eingesetzt, und das Schaltungsmuster 13a2 wird als das vorstehend beschriebene zweite gebondete Bauteil eingesetzt. Das heißt, in dem in 12 gezeigten Beispiel sind das erste Bond-Teil 32, das auf einer Seite des einen Endes des Rumpfs 31 vorgesehen ist, und der Leistungshalbleiter-Chip 16 mit Ultraschall aneinander gebondet, und das andere Ende des Rumpfs 31 und das Schaltungsmuster 13a2 sind mit Ultraschall aneinander gebondet.
Gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform, die in der vorstehend beschriebenen Weise eingerichtet ist, kann der Elektrodenanschluss 33 mit Ultraschall sowohl an den Leistungshalbleiter-Chip 16 als auch an das Schaltungsmuster 13a2 gebondet werden. Entsprechend ist es möglich, ein Leistungsmodul einfach zu implementieren, das eine hohe Festigkeit einer Bond-Verbindung aufweist. Außerdem kann in dem in 12 gezeigten Aufbau in einem Fall, in welchem ein Material des Leistungshalbleiter-Chips 16 und ein Material des Schaltungsmusters 13a2 voneinander verschieden sind, ein Metallmaterial, welches einfach mit Ultraschall an den Leistungshalbleiter-Chip 16 gebondet werden kann, als das zweite Metallmaterial des ersten Bond-Teils 32 eingesetzt werden, und ein Metallmaterial, welches einfach mit Ultraschall an das Schaltungsmuster 13a2 gebondet werden kann, kann als das erste Metallmaterial des Rumpfs 31 eingesetzt werden. Als eine Folge davon kann eine Festigkeit einer Bond-Verbindung weiter erhöht werden.
Es sollte beachtet werden, dass das erste gebondete Bauteil und das zweite gebondete Bauteil nicht auf die in 12 gezeigten Bauelemente beschränkt sind, und unterschiedliche Bauelemente als das erste gebondete Bauteil und das zweite gebondete Bauteil eingesetzt werden können, wie zum Beispiel in 13 und 14 gezeigt.
13 ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel für das erste gebondete Bauteil und das zweite gebondete Bauteil zeigt. In dem in 13 gezeigten Beispiel wird das Schaltungsmuster 13a1 als das erste gebondete Bauteil eingesetzt, und das Schaltungsmuster 13a2 wird als das zweite gebondete Bauteil eingesetzt. Das heißt, in dem in 13 gezeigten Beispiel sind das erste Bond-Teil 32, das auf einer Seite des einen Endes des Rumpfs 31 vorgesehen ist, und das Schaltungsmuster 13a1 mit Ultraschall aneinander gebondet, und das andere Ende des Rumpfs 31 und das Schaltungsmuster 13a2 sind mit Ultraschall aneinander gebondet.
Außerdem ist es mit dem vorstehend beschriebenen, in 13 gezeigten Aufbau möglich, ein Leistungsmodul einfach zu implementieren, das eine hohe Festigkeit einer Bond-Verbindung aufweist. Weiter kann in dem in 13 gezeigten Aufbau in einem Fall, in welchem sich die jeweiligen Materialien der Schaltungsmuster 13a1 und 13a2 voneinander unterscheiden, ein Metallmaterial, welches einfach mit Ultraschall an das Schaltungsmuster 13a1 gebondet werden kann, als das zweite Metallmaterial des ersten Bond-Teils 32 eingesetzt werden, und ein Metallmaterial, welches einfach mit Ultraschall an das Schaltungsmuster 13a2 gebondet werden kann, kann als das erste Metallmaterial des Rumpfs 31 eingesetzt werden. Als eine Folge davon kann eine Festigkeit einer Bond-Verbindung weiter erhöht werden.
14 ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes unterschiedliches Beispiel für das erste gebondete Bauteil und das zweite gebondete Bauteil zeigt. In dem in 14 gezeigten Beispiel ist anstelle des einzelnen isolierenden Substrats 14 eine Mehrzahl von isolierenden Substraten (isolierende Substrate 14a und 14b) angeordnet. Die Schaltungsmuster 13a1 und 13a2 sind jeweils auf oberen Oberflächen der isolierenden Substrate 14a und 14b vorgesehen, und Schaltungsmuster 13b1 und 13b2 sind jeweils auf unteren Oberflächen der isolierenden Substrate 14a und 14b vorgesehen. Dann wird das Schaltungsmuster 13a1 als das erste gebondete Bauteil eingesetzt und das Schaltungsmuster 13a2 wird als das zweite gebondete Bauteil eingesetzt. Das heißt, in dem in 14 gezeigten Beispiel sind das erste Bond-Teil 32, das auf einer Seite des einen Endes des Rumpfs 31 vorgesehen ist, und das Schaltungsmuster 13a1 mit Ultraschall aneinander gebondet, und das andere Ende des Rumpfs 31 und das Schaltungsmuster 13a2 sind mit Ultraschall aneinander gebondet.
Außerdem ist es mit dem vorstehend beschriebenen, in 14 gezeigten Aufbau möglich, ein Leistungsmodul einfach zu implementieren, das eine hohe Festigkeit einer Bond- Verbindung aufweist. Weiter kann in dem in 14 gezeigten Aufbau in einem Fall, in welchem sich jeweilige Materialien der Schaltungsmuster 13a1 und 13a2 voneinander unterscheiden, ein Metallmaterial, welches einfach mit Ultraschall an das Schaltungsmuster 13a1 gebondet werden kann, als das zweite Metallmaterial des ersten Bond-Teils 32 eingesetzt werden, und ein Metallmaterial, welches einfach mit Ultraschall an das Schaltungsmuster 13a2 gebondet werden kann, kann als das erste Metallmaterial des Rumpfs 31 eingesetzt werden. Als eine Folge davon kann eine Festigkeit einer Bond- Verbindung weiter erhöht werden.
<Fünfte bevorzugte Ausführungsform>
15 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken, dass von Bauelementen, die in er fünften bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, Bauelemente, welche die gleichen wie die Bauelemente oder ähnlich zu den Bauelementen sind, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und hauptsächlich Bauelemente, die sich von den Bauelementen in der ersten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden, erläutert werden.
Gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform weist der Elektrodenanschluss 33 nicht nur den Rumpf 31 und das erste Bond-Teil 32 auf wie der Hauptelektrodenanschluss 18, der in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist, sondern auch ein zweites Bond- Teil 34. Das zweite Bond-Teil 34 weist ein drittes Metallmaterial auf, welches ein kaschiertes Material anders als das erste Metallmaterial ist, und ist an das andere Ende des Rumpfs 31 gebondet. Weiter kann gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform das erste Bond-Teil 32, das an das eine Ende des Rumpfs 31 gebondet ist, mit Ultraschall an das erste gebondete Bauteil gebondet werden, und das zweite Bond-Teil 34, das an das andere Ende des Rumpfs 31 gebondet ist, kann mit Ultraschall an das zweite gebondete Bauteil gebondet werden.
In einem in 15 gezeigten Beispiel sind die Schaltungsmuster 13a1 und 13a2 jeweils auf oberen Oberflächen der isolierenden Substrate 14a und 14b angeordnet, die Schaltungsmuster 13b1 und 13b2 sind jeweils auf unteren Oberflächen der isolierenden Substrate 14a und 14b angeordnet und der Leistungshalbleiter-Chip 16 ist mit dem Lötmittel 15 dazwischen eingebettet auf dem Schaltungsmuster 13a1 angeordnet. Dann ist der Leistungshalbleiter-Chip 16 als das erste gebondete Bauteil eingesetzt und das Schaltungsmuster 13a2 ist als das zweite gebondete Bauteil eingesetzt. Das heißt, in dem in 15 gezeigten Beispiel sind das erste Bond-Teil 32 und der Leistungshalbleiter-Chip 16 mit Ultraschall aneinander gebondet, und das zweite Bond-Teil 34 und das Schaltungsmuster 13a2 sind mit Ultraschall aneinander gebondet.
Gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform, die in der vorstehend beschriebenen Weise eingerichtet ist, kann ein Aufbau eines Substrats kleiner ausgelegt werden als derjenige in der vierten bevorzugten Ausführungsform. Außerdem kann zum Beispiel ein Metallmaterial, welches eine höhere Priorität auf eine Reduzierung eines Widerstands als auf eine Erhöhung einer Festigkeit einer Bond-Verbindung richten kann, als das erste Metallmaterial des Rumpfs 31 eingesetzt werden.
<Sechste bevorzugte Ausführungsform>
16 und 17 sind Querschnittsansichten, die beide einen Teil eines Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform zeigen. Es ist anzumerken, dass von Bauelementen, die in er sechsten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, Bauelemente, welche die gleichen wie die Bauelemente oder ähnlich zu den Bauelementen sind, die in der vierten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und hauptsächlich Bauelemente, die sich von den Bauelementen in der vierten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden, erläutert werden.
Gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform kann das erste Bond-Teil 32 oder das andere Ende des Rumpfs 31 (nicht ein Teil, das als kaschiertes Elektrodenteil dient) durch ein Lötmittel oder eine Schraube gebondet werden, anstatt dass es mit Ultraschall gebondet werden kann. Während sich die nachfolgende Beschreibung mit einem Aufbau beschäftigt, in welchem das erste Bond-Teil 32 durch ein Lötmittel oder eine Schraube gebondet werden kann, gilt die gleiche Beschreibung für einen Aufbau, in welchem das andere Ende des Rumpfs 31 mit einem Lötmittel oder einer Schraube gebondet werden kann. Außerdem wird in der sechsten bevorzugten Ausführungsform angenommen, dass eine Dicke des ersten Bond-Teils 32 dicker ist als eine herkömmliche allgemeine Beschichtungsdicke (zwei bis sechs µm) (eine Dicke des ersten Bond-Teils 32 ist nicht kleiner als zum Beispiel 50µm).
In einem in 16 gezeigten Beispiel ist das erste Bond-Teil 32 durch ein Lötmittel 36 an das erste gebondete Bauteil (ein Metallteil 38 an welches das erste Bond-Teil 32 gebondet ist) gebondet. Es ist anzumerken, dass, obwohl in dem in 16 gezeigten Beispiel Zinn, welches eine Lötmittel-Bond-Fähigkeit verbessern kann, als das zweite Metallmaterial des ersten Bond-Teils 32 eingesetzt wird, ein Material des zweiten Metallmaterials nicht darauf beschränkt ist.
Diesbezüglich wird in einem allgemeinen Aufbau eine Lötmittel-Bond-Fähigkeit durch Verwenden einer Zinnbeschichtung für ein Lötmittel-Bond-Teil verbessert. In einem solchen Aufbau blättert jedoch eine Zinnbeschichtung ab, wenn eine hohe Beanspruchung auf ein Bond-Teil ausgeübt wird, sodass in einigen Fällen eine verschlechterte Bond-Verbindung verursacht wird. Außerdem kann als eine Folge von wiederholtem Bonden und Trennen eine Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche wahrscheinlich verschwinden, sodass eine Qualitätsminderung aufgrund einer Abnutzung verursacht wird. Im Gegensatz dazu gibt es in dem in 16 gezeigten Beispiel eine hohe Bond-Fähigkeit beim Lötmittel-Bonden, und das erste Bond-Teil 32, das eine relativ große Dicke aufweist, ist vorgesehen, sodass eine Lötmittel-Bond-Fähigkeit (zum Beispiel eine Lebensdauer einer Lötmittel-Bond-Verbindung) verbessert werden kann.
In einem in 17 gezeigten Beispiel ist das erste Bond-Teil 32 durch eine Schraube 37 an das erste gebondete Bauteil (ein Metallmaterial 38, an welches das erste Bond-Teil 32 gebondet ist) gebondet. Es ist anzumerken, dass, obwohl in dem in 17 gezeigten Beispiel Gold, welches eine Schraub-Bond-Fähigkeit verbessern kann, als das zweite Metallmaterial des ersten Bond-Teils 32 eingesetzt wird, ein Material des zweiten Metallmaterials nicht darauf beschränkt ist.
Diesbezüglich wird in einem allgemeinen Aufbau eine Schraub-Bond-Fähigkeit auf einem Kontakt durch Verwenden einer Goldbeschichtung für ein Schraub-Bond-Teil verbessert. In einer solchen Struktur blättert jedoch eine Goldbeschichtung ab, wenn eine hohe Beanspruchung auf ein Bond-Teil ausgeübt wird, sodass in einigen Fällen eine verschlechterte Bond-Verbindung verursacht wird. Außerdem kann als eine Folge von wiederholtem Bonden und Trennen eine Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche wahrscheinlich verschwinden, sodass eine Qualitätsminderung aufgrund von Abnutzung verursacht wird. Im Gegensatz dazu gibt es in dem in 17 gezeigten Beispiel eine hohe Bond-Fähigkeit beim Schrauben-Bonding, und das erste Bond-Teil 32, das eine relativ große Dicke aufweist, ist vorgesehen, sodass eine Schrauben-Bond-Fähigkeit (zum Beispiel eine Lebensdauer einer Schrauben-Bond-Verbindung) verbessert werden kann.
Zusätzlich kann, obwohl in der vorstehenden Beschreibung bestimmte Arten von Metallen als Beispiele von jeweiligen Materialien angeführt werden, ein anderes Material als ein Metall eingesetzt werden, solange das Material eine große Affinität für ein Metallteil aufweist, das gebondet wird.
<Siebte bevorzugte Ausführungsform>
18 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken, dass von Bauelementen, die in er siebten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, Bauelemente, welche die gleichen wie die Bauelemente oder ähnlich zu den Bauelementen sind, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und hauptsächlich Bauelemente, die sich von den Bauelementen in der ersten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden, erläutert werden.
Das erste Bond-Teil 32 des Hauptelektrodenanschlusses 18 gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform steht von dem einen Ende des Rumpfs 31 in einer Draufsicht vor (ist exponiert).
Diesbezüglich kann, wie in den Draufsichten aus 19 und 20 gezeigt, beim Wire-Bonding unter Verwendung eines gewöhnlichen Drahts 41, nachdem ein Ende des Drahts 41 an den Leistungshalbleiter-Chip 16 gebondet ist, der Draht 41 in eine gewünschte Richtung wie eine vertikale Richtung und eine schräge Richtung herausgeführt werden.
Andererseits kann, wie in 21 gezeigt, beim Wire-Bonding unter Verwendung eines breiten bandförmigen Drahts 42, welcher eine Stromdichte reduzieren kann, nachdem ein Ende des Drahts 42 an den Leistungshalbleiter-Chip 16 gebondet ist, der Draht 42 nur in eine Richtung vertikal zu einer Breitenrichtung herausgeführt werden. Mit anderen Worten gibt es eine Beschränkung für eine Herausführungsrichtung (Bond-Richtung).
Im Gegensatz dazu kann gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform, wie in einer Querschnittsansicht von 22 und einer Draufsicht von 23 gezeigt, ein Bonding (Ultraschall-Bonding) ähnlich wie Wire-Bonding auf das erste Bond-Teil 32 ausgeführt werden, welches in einer Draufsicht vorsteht (exponiert ist). Entsprechend ist es möglich, wie in 23 gezeigt, durch geeignetes Auslegen einer Form des Rumpfs 31 in einer Draufsicht, den Hauptelektrodenanschluss 18 in einer gewünschten Richtung herauszuführen (zum Beispiel eine schräge Richtung oder eine horizontale Richtung). Mit anderen Worten kann eine Flexibilität für eine Herausführungsrichtung (Bond-Richtung) erhöht werden. Außerdem ist es möglich, den vorstehend beschriebenen Aufbau durch Verwenden von Bonding (Ultraschall-Bonding) ähnlich einem herkömmlichen Wire-Bonding zu implementieren.
<Achte bevorzugte Ausführungsform>
24 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß der achten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken, dass von Bauelementen, die in er achten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, Bauelemente, welche die gleichen wie die Bauelemente oder ähnlich zu den Bauelementen sind, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und hauptsächlich Bauelemente, die sich von den Bauelementen in der ersten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden, erläutert werden.
Gemäß der achten bevorzugten Ausführungsform ist, wie in 24 gezeigt, in dem ersten Bond-Teil 32 eine Oberfläche, welche mit Ultraschall an das erste gebondete Bauteil gebondet ist, mit einer Vertiefung 32a oder Unregelmäßigkeiten, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, versehen. Das heißt, gemäß der achten bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberfläche des ersten Bond-Teils 32, welches mit Ultraschall gebondet ist, in einer Höhe nicht gleichmäßig und ein Teil davon weist eine unterschiedliche Höhe auf. Zusätzlich können die Vertiefung 32a oder in den Zeichnungen nicht gezeigte Unregelmäßigkeiten durch Verwenden einer chemischen Behandlung wie Ätzen ausgebildet werden oder können durch Verwenden einer mechanischen Behandlung wie Stanzen oder Laser-Bearbeiten ausgebildet werden.
Währenddessen besteht, wie in 25 gezeigt, in einem Fall, in welchem ein vorstehendes Teil 16c auf dem Leistungshalbleiter-Chip 16 vorhanden ist, welches aus physikalischen Gründen nicht mit Ultraschall gebondet werden kann, wie eine Verdrahtung eines Gate- Signals oder eines Sensorteils, eine Notwendigkeit, das vorstehende Teil von den mit Ultraschall gebondeten Objekten auszuschließen. In einem Fall, in welchem eine Oberfläche, welche mit Ultraschall an das erste gebondete Bauteil gebondet wird, flach ist, wird es notwendig, die Anzahl von Elektroden zu erhöhen oder eine Elektrode zu spalten, um das vorstehende Teil 16c zu umgehen, was einen Fertigungsprozess verkompliziert.
Im Gegensatz dazu ist gemäß der achten bevorzugten Ausführungsform in dem ersten Bond- Teil 32 eine Oberfläche, welche mit Ultraschall an das erste gebondete Bauteil gebondet wird, mit der Vertiefung 32a oder in den Zeichnungen nicht gezeigten Unregelmäßigkeiten versehen, sodass das vorstehende Teil 16c von Objekten, die mit Ultraschall gebondet werden, ausgeschlossen werden kann, ohne einen Fertigungsprozess komplizierter zu gestalten als notwendig.
<Modifikationen>
Die vorstehend beschriebenen Aufbauten gemäß der ersten bis achten bevorzugten Ausführungsform können geeignet miteinander kombiniert werden. 26 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus eines Leistungsmoduls zeigt, das durch geeignetes Kombinieren der ersten bis achten Ausführungsform erzielt wird.
Das in 26 gezeigte Leistungsmodul weist den Hauptelektrodenanschluss 18 (6), der in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist, und den Elektrodenanschluss 33 (15), der in der fünften bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist, auf. Entsprechend können die gleichen Wirkungen, wie sie in der ersten bevorzugten Ausführungsform und in der fünften bevorzugten Ausführungsform erzielt werden, erzielt werden.
Außerdem ist in dem in 26 gezeigten Leistungsmodul der Rumpf 31 des Hauptelektrodenanschlusses 18 mit dem Gehäuse 25 in einer ähnlichen Weise integriert wie derjenige in der dritten bevorzugten Ausführungsform. Entsprechend können die gleichen Wirkungen erzielt werden, wie in der dritten bevorzugten Ausführungsform erzielt werden.
Außerdem ist in dem in 26 gezeigten Leistungsmodul eine Steuerschaltungseinheit (der Steuer-IC 21a und das Steuerschaltungsteil 21b) ein intelligentes Leistungsmodul (IPM), das elektrisch mit dem Leistungshalbleiter-Chip 16 verbunden ist. In einem solchen Aufbau können ein Kernblockteil und ein Steuerblockteil voneinander getrennt sein.
Im Allgemeinen gibt es, während ein IPM, welches mit einer Steuerschaltung versehen ist, eine Verkleinerung eines Produktaufbaus auf einer Benutzerseite ermöglicht, eine Nachfrage für eine weitere Verkleinerung und höhere Integration eines IPMs selbst. Eine weitere Verkleinerung und höhere Integration verursacht jedoch eine Wärmekonzentration, sodass in einigen Fällen eine Zuverlässigkeit eines Leistungsmoduls fragwürdig wird.
Im Gegensatz dazu weist das in 26 gezeigte Leistungsmodul mindestens einen von dem vorstehend beschriebenen Hauptelektrodenanschluss 18 und dem vorstehend beschriebenen Elektrodenanschluss 33 auf, sodass eine Zuverlässigkeit verbessert werden kann. Dieses Thema ist besonders in einem Umfeld eines IPMs bedeutsam, welches weiter verkleinert und höher integriert werden soll.
Weiter kann eine Leistungswandlungsvorrichtung konfiguriert werden, welche mit einem oder mehr Leistungsmodulen versehen ist, die in der ersten bis achten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind (zum Beispiel eine Inverter-Vorrichtung, eine Konverter- Vorrichtung, ein Servo-Verstärker, eine Energieversorgungseinheit und dergleichen). Als eine Folge davon ist es möglich, eine Leistungswandlungsvorrichtung zu implementieren, die eine höhere Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer aufweist als eine Vorrichtung, die unter Verwendung von Bonding wie Wire-Bonding implementiert ist. Außerdem kann erwartet werden, dass eine solche Leistungswandlungsvorrichtung bei einer längeren Lebensdauer derselben eine höhere Ausgangsleistung aufweist als eine herkömmliche Vorrichtung. Deshalb können eine Verkleinerung einer Schaltungsanordnung und eines Gehäuses einer Leistungswandlungsvorrichtung oder einer Verbesserung einer Ausgangsleistungsfähigkeit einer Leistungswandlungsvorrichtung erwartet werden. Es ist zusätzlich anzumerken, dass eine Leistung für ein Eingangssignal einer Eingangsleistungsversorgung und eine Leistung für ein Ausgangssignal einer Leistungswandlungsvorrichtung von jeder Art sein können, das heißt, die Leistung kann entweder eine Einphasen-Leistung oder eine Dreiphasen-Leistung sein und kann entweder eine Gleichstromleistung oder eine Wechselstromleistung sein.
Weiter kann, obwohl der Leistungshalbleiter-Chip 16 Silizium (Si) aufweisen kann, der Leistungshalbleiter-Chip 16 alternativ einen Halbleiter mit breiter Bandlücke wie zum Beispiel Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) aufweisen. Einen Halbleiter mit breiter Bandlücke zu verwenden, könnte im Allgemeinen einen Vorteil eines geringeren Verlusts eines Moduls selbst resultierend aus einem Hochgeschwindigkeitsschaltbetrieb, einen Vorteil einer Hochtemperaturfestigkeit und dergleichen erzielen. Somit wird eine Vorrichtung, die einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweist in mehr Fällen als eine Siliziumvorrichtung unter Bedingungen einer hohen Frequenz, eines Hochgeschwindigkeitsschaltbetriebs und einer hohen Temperatur verwendet. In einem Leistungsmodul, das für die vorstehend beschriebenen Zwecke verwendet wird, ist es notwendig, bei einem Betrieb bei einer hohen Frequenz und einer hohen Temperatur eine darin enthaltene Verdrahtung in einer Impedanz zu reduzieren und eine Bond-Verbindungslebensdauer zu verbessern. Deshalb erzielen die in der ersten bis achten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Leistungsmodule und die Leistungswandlungsvorrichtungen, welche die in der ersten bis achten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Leistungsmodule aufweisen, Wirkungen derselben insbesondere, wenn sie einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweisen.
Weiter weist ein Halbleiter mit breiter Bandlücke wie SiC und GaN eine höhere Härte als Si auf (zum Beispiel ist eine Vickers-Härte von Si ungefähr 10GPa und andererseits ist eine Vickers-Härte von SiC nicht kleiner als 20GPa).
Deshalb ist es durch ein Auslegen des Leistungshalbleiter-Chips 16 unter Verwendung von SiC, das eine hohe Härte aufweist, zum Beispiel möglich, eine direkt auf den Halbleiter-Chip 16 ausgeübte Kraft beim Ultraschall-Bonding zu erhöhen. Als eine Folge davon kann eine Wirkung eines weiteren Erhöhens einer Festigkeit einer Bond-Verbindung erzielt werden.
Obwohl die Erfindung detailliert gezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten darstellend und nicht einschränkend. Es wird deshalb verstanden, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen entworfen werden können, ohne von dem Gültigkeitsumfang der Erfindung abzuweichen.
Zusammengefasst weist ein Elektrodenanschluss einen Rumpf 31 und ein erstes Bond-Teil 32 auf. Der Rumpf 31 weist ein erstes Metallmaterial auf. Dann ist das erste Bond-Teil 32 an ein Ende des Rumpfs 31 gebondet und weist ein zweites Metallmaterial auf, welches ein kaschiertes Material anders als das erste Metallmaterial ist. Das erste Bond-Teil 32 kann mit Ultraschall an ein erstes gebondetes Bauteil gebondet werden. Ein elastisches Teil 31a, welches elastisch verformbar ist, ist zwischen dem einen Ende des Rumpfs 31 und dem anderen Ende des Rumpfs 31 vorgesehen.
Bezugszeichenliste

11: Basis
12: Lötmittel
13a: Schaltungsmuster
13a1: Schaltungsmuster
13a2: Schaltungsmuster
13b: Schaltungsmuster
13b1: Schaltungsmuster
13b2: Schaltungsmuster
14: isolierendes Substrat
14a: isolierendes Substrat
14b: isolierendes Substrat
15: Lötmittel
16: Leistungshalbleiter-Chip
16a: Bond-Schicht
16b: Bond-Schicht
16c: vorstehendes Teil
17: Lötmittel
18: Hauptelektrodenanschluss
19: Draht
20: Steuersignalanschluss
21a: integrierte Schaltung (IC)
21b: Steuerschaltungsteil
22: Steuerplatine
23: Steuersignalanschluss
24: Versiegelungsharz
25: Gehäuse
26: Abdeckung
31: Rumpf
31a: elastisches Teil
31b: Unregelmäßigkeit
32: Bond-Teil
32a: Vertiefung
33: Elektrodenanschluss
36: Lötmittel
37: Schraube
38: Metallteil
41: Draht
42: bandförmiger Draht
71: Walze
72: Metallmaterial
73: Metallmaterial

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 2009-200088 [0005]

Claims

Elektrodenanschluss, aufweisend: einen Rumpf (31), der ein erstes Metallmaterial aufweist; und ein erstes Bond-Teil (32), welches an ein Ende des Rumpfs gebondet ist und ein zweites Metallmaterial aufweist, welches ein kaschiertes Material anders als das erste Metallmaterial ist, wobei das erste Bond-Teil mit Ultraschall an ein erstes gebondetes Bauteil (13a1, 16, 38) gebondet werden kann, und ein elastisches Teil (31a), welches elastisch verformbar ist, zwischen dem einen Ende des Rumpfs und dem anderen Ende des Rumps vorgesehen ist.
Elektrodenanschluss gemäß Anspruch 1, wobei das elastische Teil (31a) ein gebogenes Teil oder ein eingekerbtes Teil aufweist.
Elektrodenanschluss gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Oberfläche des Rumpfs (31) mit einem Loch oder mit Unregelmäßigkeiten versehen ist.
Elektrodenanschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das andere Ende des Rumpfs (31) mit Ultraschall an ein zweites gebondetes Bauteil (13a2) gebondet werden kann.
Elektrodenanschluss gemäß Anspruch 4, wobei das erste Bond-Teil (32) oder das andere Ende des Rumpfs (31) durch ein Lötmittel (36) oder eine Schraube (37) gebondet werden kann, anstatt dass es mit Ultraschall gebondet werden kann.
Elektrodenanschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend ein zweites Bond-Teil (34), welches an das andere Ende des Rumpfs (31) gebondet ist und ein drittes Metallmaterial aufweist, welches ein kaschiertes Material anders als das erste Metallmaterial ist, wobei das zweite Bond-Teil mit Ultraschall an ein zweites gebondetes Bauteil (13a2) gebondet werden kann.
Elektrodenanschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Bond-Teil (32) von dem einen Ende des Rumpfs in einer Draufsicht vorsteht.
Elektrodenanschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Oberfläche, welche mit Ultraschall an das erste gebondete Bauteil (16) in dem ersten Bond-Teil (32) gebondet ist, mit einer Vertiefung (32a) oder mit Unregelmäßigkeiten versehen ist.
Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen Elektrodenanschluss (18, 33) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; und ein erstes gebondetes Bauteil (13a1, 16, 38), wobei das erste gebondete Bauteil einen Halbleiter-Chip oder ein Schaltungsmuster aufweist und mit Ultraschall an das erste Bond-Teil gebondet ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 9, weiter aufweisend: ein Gehäuse (25), welches einen Seitenteil des ersten gebondeten Bauteils (13a1) umgibt, wobei ein Rumpf (31) des Elektrodenanschlusses (18) mit dem Gehäuse integriert ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei das erste gebondete Bauteil (16) der Halbleiter-Chip ist, und die Halbleitervorrichtung weiter ein Steuerschaltungsteil (21a, 21b) aufweist, welches elektrisch mit dem Halbleiter-Chip verbunden ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der Halbleiter-Chip einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweist.
Leistungswandlungsvorrichtung, aufweisend: die Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12.