DE102017209119A1 - Halbleitermodul und Leistungswandler - Google Patents
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Abstract
Ein Halbleitermodul weist ein isolierendes Substrat, das eine isolierende Schicht, ein erstes Metallmuster, das auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht ausgebildet ist, und ein zweites Metallmuster, das auf einer unteren Oberfläche der isolierenden Schicht ausgebildet ist, aufweist, einen Halbleiter-Chip, der aus SiC ausgebildet ist und mit einem ersten Metallverbindungsteil an dem ersten Metallmuster befestigt ist, und einen Kühlkörper, der mit einem zweiten Metallverbindungsteil an dem zweiten Metallmuster befestigt ist, auf, wobei der Halbleiter-Chip eine Dicke aufweist, die gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,35 mm ist, und die isolierende Schicht eine Dicke aufweist, die um einen Faktor von einschließlich 2,66 bis einschließlich 5 größer ist als die Dicke des Halbleiter-Chips.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleitermodul, das zum Beispiel zum Schalten eines hohen Stroms oder für andere ähnliche Zwecke verwendet wird, und einen Leistungswandler, der das Halbleitermodul verwendet.
- Stand der Technik
- Die offengelegte,
japanische Patentveröffentlichung Nr. 2014-130875 - Ein Halbleitermodul, das für eine Leistungssteuerung verwendet wird, weist einen darauf angebrachten Halbleiter-Chip auf. Solch ein Halbleiter-Chip weist einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) und eine Freilaufdiode (FWDi) auf. Das Halbleitermodul ist als ein Leistungsmodul bekannt. Das Leistungsmodul weist auf: ein isolierendes Substrat, das auf einen Kühlkörper gelötet ist; und einen Halbleiter-Chip, der auf ein Metallmuster auf dem isolierenden Substrat gelötet ist.
- Eine Inverter-Vorrichtung als ein Produkt, welches das Leistungsmodul einsetzt, muss einen geringeren Verlust erzielen und verkleinert werden. Folglich muss das Halbleitermodul ebenfalls einen geringeren Verlust erzielen und verkleinert werden. Der geringere Verlust kann mit einem dünneren Halbleiter-Chip und einer optimierten Halbleiter-Chip-Struktur erzielt werden. Das Verkleinern wird mit einem optimierten Gehäuseaufbau erzielt. In dem verkleinerten Halbleitermodul sind jedoch Halbleiter-Chips dicht angeordnet, sodass eine Wärmeableitungsfläche klein gestalten wird. Somit kann die Wärmeableitung beeinträchtigt werden. Das isolierende Substrat kann eine dünnere isolierende Schicht aufweisen, um eine Beeinträchtigung der Wärmeableitung zu verhindern.
- Somit besteht ein jüngster Trend, dass die Halbleiter-Chips so gestaltet werden, dass sie dünner sind, um das Halbleitermodul mit einem geringeren Verlust zu erzielen, und dass die isolierende Schicht des isolierenden Substrats so gestaltet wird, dass sie dünner ist, um eine höhere Wärmeableitung zu erzielen.
- Die Halbleiter-Chips und das isolierende Substrat sind mit einem ersten Lötmittel miteinander verbunden. Das isolierende Substrat und der Kühlkörper sind mit einem zweiten Lötmittel miteinander verbunden. Wenn das Halbleitermodul verwendet wird, um in einem Muster zu arbeiten, das eine große Differenz zwischen einer Verbindungstemperatur für die Halbleiter-Chips und einer Gehäusetemperatur bedingt, verursacht der Unterschied in einem linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Halbleiter-Chips, dem isolierenden Substrat und dem Kühlkörper eine thermische Ermüdung in dem ersten Lötmittel und dem zweiten Lötmittel. Die thermische Ermüdung kann zu einem Riss in dem ersten Lötmittel und dem zweiten Lötmittel führen, welcher zu einer Verschlechterung der Wärmeableitung führt, was in einer kürzeren Betriebslebensdauer resultiert.
- Das erste Lötmittel erfährt eine hohe Beanspruchung aufgrund einer Temperaturänderung, wenn der Halbleiter-Chip aus einem Material wie SiC mit einer physikalischen Eigenschaft, dass es härter ist als Si, ausgebildet ist. Die Beanspruchung des ersten Lötmittels wird sogar noch stärker, wenn die isolierende Schicht dünn ist, was zu einer kürzeren Betriebslebensdauer des Halbleitermoduls führt.
- Die Halbleiter-Chips können so gestaltet sein, dass sie dünner sind, um eine Beanspruchung des ersten Lötmittels zu reduzieren. Unglücklicherweise bedingt ein Verdünnen eines Wafers, der aus SiC besteht, was ein härteres Material als Si ist, ein starkes Abnutzen eines verwendeten Polierwerkzeugs, was zu einer geringen Massenproduktionseffizienz führt.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen Situation entwickelt worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Halbleitermodul und einen Leistungswandler zur Verfügung zu stellen, in welchen eine hohe Wärmeableitung für Halbleiter-Chips sichergestellt werden kann.
- Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Halbleitermodul ein isolierendes Substrat, das eine isolierende Schicht, ein erstes Metallmuster, das auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht ausgebildet ist, und ein zweites Metallmuster, das auf einer unteren Oberfläche der isolierenden Schicht ausgebildet ist, aufweist, einen Halbleiter-Chip, der aus SiC ausgebildet ist und mit einem ersten Metallverbindungsteil an dem ersten Metallmuster befestigt ist, und einen Kühlkörper, der mit einem zweiten Metallverbindungsteil an dem zweiten Metallmuster befestigt ist, auf. Der Halbleiter-Chip weist eine Dicke auf, die gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner ist als 0,35 mm ist, und die isolierende Schicht weist eine Dicke auf, die um einen Faktor von einschließlich 2,66 bis einschließlich 5 größer ist als die Dicke des Halbleiter-Chips.
- Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlicher.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 ist eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht des Halbleitermoduls; -
3 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
4 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Dicke der isolierenden Schicht und der Beanspruchung auf die ersten Metallverbindungsteile und das zweite Metallverbindungsteil darstellt; -
5 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform; und -
6 ist ein Diagramm, das einen Leistungswandler gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. - Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
- Halbleitermodule und ein Leistungswandler gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen oder korrespondierende Komponenten werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine redundante Beschreibung kann geeignet weggelassen sein.
- Erste Ausführungsform
-
1 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Halbleitermodul weist ein isolierendes Substrat12 auf. Das isolierende Substrat12 weist auf: eine isolierende Schicht12a ; ein erstes Metallmuster12b , das auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht12a ausgebildet ist; und ein zweites Metallmuster12c , das auf einer unteren Oberfläche der isolierenden Schicht12a ausgebildet ist. Ein Material der isolierenden Schicht12a ist zum Beispiel AlN, Al2O3 oder SiN. - Halbleiter-Chips
18 und22 sind mit ersten Metallverbindungsteilen16 und20 auf dem ersten Metallmuster12b befestigt. Die Halbleiter-Chips18 und22 sind aus SiC ausgebildet. Zum Beispiel ist der Halbleiter-Chip18 ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und der Halbleiter-Chip22 ist eine Freilaufdiode. Allgemein sind Halbleiter-Chips oder Wafer, die aus SiC ausgebildet sind, so gestaltet, dass sie eine Dicke von 0,25 mm bis 0,35 mm aufweisen. Zum Beispiel wird ein n-Typ-SiC-Wafer, der eine Dicke von 350 µm aufweist, in dem Paragraph 0005 in derjapanischen, offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2014-82361 18 und22 des Halbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen jeder eine Dicke von Z2 auf, die gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,35 mm ist. - Ein Kühlkörper
10 ist mit einem zweiten Metallverbindungsteil14 an einem zweiten Metallmuster12c befestigt. Der Kühlkörper10 ist aus einem Material ausgebildet, das eine hohe Wärmeableitung aufweist wie Metall. Zum Beispiel sind die ersten Metallverbindungsteile16 und20 und das zweite Metallverbindungsteil14 Lötmittel. Das zweite Metallverbindungsteil14 weist auf: sich direkt unterhalb befindliche Abschnitte14a , die direkt unterhalb der Halbleiter-Chips18 und22 angeordnet sind; und einen sich nicht direkt unterhalb befindlichen Abschnitt14b , der sich zu den sich direkt unterhalb befindlichen Abschnitten14a erstreckt und nicht direkt unterhalb der Halbleiter-Chips18 und22 angeordnet ist. Eine Fläche, in welcher das zweite Metallverbindungsteil14 ausgebildet ist, ist größer als eine Fläche, in welcher jedes der ersten Metallverbindungsteile16 und20 ausgebildet ist. - Die isolierende Schicht
12a und die Halbleiter-Chips18 und22 erfüllen das folgende Verhältnis im Sinne einer physikalischen Eigenschaft und eines linearen Ausdehnungskoeffizienten. Genauer führt die dickere isolierende Schicht12a zu einer geringeren Beanspruchung auf die ersten Metallverbindungsteile16 und20 unter den Halbleiter-Chips18 und22 und zu einer größeren Beanspruchung auf das zweite Metallverbindungsteil14 unter dem isolierenden Substrat12 . Ein solches Verhältnis wird auch in allgemeinen anderen Fällen als einem Fall erfüllt, in welchem die isolierende Schicht12a aus AlN ausgebildet ist und die Halbleiter-Chips18 und22 aus SiC ausgebildet sind. - Wenn sich die Teile des Halbleitermoduls wiederholt in einem Wärmezyklus ausdehnen und zusammenziehen, wird ein Riss in einem Endteil jedes der ersten Metallverbindungsteile
16 und20 und in einem Endteil des zweiten Metallverbindungsteils14 ausgebildet.1 stellt einen Riss20a , der in dem ersten Metallverbindungsteil20 ausgebildet ist, und einen Riss14c , der in dem zweiten Metallverbindungsteil14 ausgebildet ist, dar. -
2 ist eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht des Halbleitermoduls. In2 sind der Riss14c , der in dem zweiten Metallverbindungsteil14 ausgebildet ist, und der Riss20a , der in dem ersten Metallverbindungsteil20 ausgebildet ist, zum Zweck der Beschreibung dargestellt. Der Riss20a an dem ersten Metallverbindungsteil20 führt direkt zu der Verschlechterung der Wärmeableitung für den Halbleiter-Chip22 . Der Riss14c , der in dem zweiten Metallverbindungsteil14 ausgebildet ist, ist in dem sich nicht direkt unterhalb befindlichen Abschnitt14b ausgebildet und beeinflusst die Wärmeableitung für den Halbleiter-Chip22 somit weniger wahrscheinlich negativ. - Die Größen der Risse
20a und14c können mit der Dicke der isolierenden Schicht12a kontrolliert werden, wie vorstehend beschrieben. In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die isolierende Schicht12a eine Dicke Z1 auf, die um einen Faktor von einschließlich 2,66 bis einschließlich 5 größer ist als die Dicke Z2 jedes der Halbleiter-Chips18 und22 . Somit ist die isolierende Schicht12a so gestaltet, dass sie so dick ist, dass sich der Riss in den ersten Metallverbindungsteilen16 und20 unter den Halbleiter-Chips18 und22 verkleinert und in dem zweiten Metallverbindungsteil14 unter dem isolierenden Substrat12 vergrößert. - Somit wird verhindert, dass der Riss in den ersten Metallverbindungsteilen
16 und20 ausgebildet wird, so dass er die Wärmeableitung für die Halbleiter-Chips18 und22 nicht wesentlich verschlechtert, sondern dass er in dem sich nicht direkt unterhalb befindlichen Abschnitt14b des zweiten Metallverbindungsteils14 ausgebildet wird, weil der Riss, der in solch einem Abschnitt ausgebildet ist, die Wärmeableitung für die Halbleiter-Chips18 und22 weniger wahrscheinlich nachteilig beeinflusst. Somit kann eine hohe Wärmeableitung für die Halbleiter-Chips sichergestellt werden. Der Riss wird wahrscheinlich in den ersten Metallverbindungsteilen16 und20 ausgebildet, insbesondere wenn die Halbleiter-Chips18 und22 aus einem harten Material wie SiC ausgebildet sind. Alles in allem kann mit der kontrollierten Bildung des Risses, wie vorstehend beschrieben, der Riss, der in den ersten Metallverbindungsteilen16 und20 aufgrund der thermischen Ermüdung ausgebildet wird, verhindert oder reduziert werden. - Wie vorstehend beschrieben, sind in dem Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Risse, die in den ersten Metallverbindungsteilen
16 und20 ausgebildet sind, kleiner als der Riss, der in dem zweiten Metallverbindungsteil14 ausgebildet ist. Somit wird ein relativ großer Riss in dem zweiten Metallverbindungsteil14 ausgebildet. Dennoch sind die Halbleiter-Chips18 und22 in einer Draufsicht in Mittenbereichen des isolierenden Substrats12 ausgebildet. Somit kann der Riss in dem sich nicht direkt unterhalb befindlichen Abschnitt14b ausgebildet sein aber ist nicht in dem sich direkt unterhalb befindlichen Abschnitt14a ausgebildet. Alles in allem wird die Wärmeableitung für die Halbleiter-Chips18 und22 nicht wesentlich beeinträchtigt. - Das isolierende Substrat
12 mit den aus SiC ausgebildeten Halbleiter-Chips18 und22 kann einem hohen Strom widerstehen und ist somit so gestaltet, dass es groß ist. Mit einer solchen Gestaltung weist der sich nicht direkt unterhalb befindliche Abschnitt14b des zweiten Metallverbindungsteils14 eine große Fläche auf, und somit erreicht der Riss, der in dem sich nicht direkt unterhalb befindlichen Abschnitt14b ausgebildet ist, weniger wahrscheinlich den sich direkt unterhalb befindlichen Abschnitt14a . - Das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Weisen modifiziert werden, ohne das vorstehend beschriebene Merkmal zu beeinträchtigen. Zum Beispiel kann jede Zahl von Halbleiter-Chips auf dem isolierenden Substrat
12 befestigt sein. Das Gleiche gilt für Halbleitermodule und einen Leistungswandler gemäß nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Die Halbleitermodule und der Leistungswandler gemäß den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind denen gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich, und somit werden hauptsächlich ihre Unterschiede von der ersten Ausführungsform beschrieben. - Zweite Ausführungsform
-
3 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Dicke Z2 des Halbleiter-Chips ist gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,35 mm. Die Dicke Z3 der isolierenden Schicht12a ist gleich oder größer als 0,8 mm.4 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Dicke der aus AlN ausgebildeten isolierenden Schicht12a und der Beanspruchung der ersten Metallverbindungsteile16 und20 sowie dem zweiten Metallverbindungsteil14 darstellt. Ein Abschnitt A in4 stellt eine unelastische Beanspruchung der ersten Metallverbindungsteile16 und20 sowie des zweiten Metallverbindungsteils14 unter einer Bedingung, in welcher der Halbleiter-Chip aus Si ausgebildet ist und die isolierende Schicht aus AlN eine Dicke von 0,653 mm aufweist, als eine Referenz eines erhöhten Betrags dar. - Hierbei wirkt die größere Beanspruchung auf das zweite Metallverbindungteil
14 unter dem isolierenden Substrat12 als auf die ersten Metallverbindungsteile16 und20 . Wenn jedoch der Halbleiter-Chip aus SiC ausgebildet ist, wie in Abschnitt B in4 gezeigt, wirkt die größere Verformung auf die ersten Metallverbindungsteile16 und20 unter den Halbleiter-Chips, selbst wenn die Dicke der aus AlN ausgebildeten isolierenden Schicht12a von 0,653 mm unverändert ist. Dies gilt, weil SiC ein Material ist, das härter ist als Si. Wie vorstehend beschrieben, wirkt, wenn der Halbleiter-Chip aus SiC ausgebildet ist, eine große Beanspruchung wahrscheinlich auf die ersten Metallverbindungsteile16 und20 . - Wie in den Abschnitten C, D und E in
4 dargestellt, nimmt die Beanspruchung auf die ersten Metallverbindungsteile16 und20 ab und die Beanspruchung auf das zweite Metallverbindungsteil14 nimmt zu, wenn die Dicke der isolierenden Schicht12a auf 0,8 mm, 1,0 mm und 1,5 mm zunimmt. In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Dicke Z3 der isolierenden Schicht12a nicht kleiner als 0,8 mm. Somit ist die Beanspruchung auf die ersten Metallverbindungsteile16 und20 immer kleiner als die Beanspruchung auf das zweite Metallverbindungsteil14 . Mit anderen Worten übersteigt die Beanspruchung auf die ersten Metallverbindungsteile16 und20 nicht die Beanspruchung in einem Fall, in welchem die isolierende Schicht aus Si gebildet ist, wie in dem Abschnitt A in4 gezeigt. Alles in allem kann eine hohe Wärmeableitung für den Halbleiter-Chip sichergestellt werden. - Dritte Ausführungsform
-
5 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform. Das isolierende Substrat12 und der Halbleiter-Chip18 sind in einem Gehäuse50 untergebracht. Das Gehäuse50 ist an dem Kühlkörper10 befestigt. Ein Anschluss52 ist auf dem Gehäuse befestigt. Eine gedruckte Schaltungsplatine54 ist an dem Anschluss52 befestigt. Die gedruckte Schaltungsplatine54 ist direkt über dem isolierenden Substrat12 in dem Gehäuse50 angeordnet. Anschlussflächen60 aus einem leitfähigen Material sind auf der gedruckten Schaltungsplatine54 ausgebildet. Anschlüsse64a eines integrierten Schaltkreises (IC)64 zur Steuerung sind mit einem Lötmittel62 an den Anschlussflächen60 befestigt. In dem Steuerungs-IC64 sind eine Treiberschaltung, die den Halbleiter-Chip18 treibt, und eine Schutzschaltung für den Halbleiter-Chip18 integriert. Der Steuerungs-IC64 ist in dem Gehäuse untergebracht. - Ein Anschluss
56 , der sich aus dem Gehäuse50 erstreckt, ist mit der gedruckten Schaltungsplatine54 verbunden. Der Anschluss56 fungiert als ein Signalanschluss. Ein Hauptanschluss70 , der sich aus dem Gehäuse50 erstreckt, ist an dem Gehäuse50 befestigt. Eine Abdeckung74 ist an dem Gehäuse50 befestigt. Dieses Halbleitermodul mit dem Gehäuse50 , das den Steuerungs-IC64 einschließt, in welchem die Treiberschaltung und die Schutzschaltung für den Halbleiter-Chip18 integriert sind, wird als ein intelligentes Leistungsmodul (IPM) bezeichnet. Das IPM muss mehr verkleinert werden als die Halbleitermodule. Wenn die Chips wegen des Verkleinerns des Gehäuses dicht angeordnet sind, wird eine Wärmedichte in dem IPM hoch, und somit ändert sich die Chip-Verbindungstemperatur wesentlich, während sich das IPM in einem Betriebszustand befindet. In einer solchen Situation kann die Anordnung, die in der ersten oder zweiten Ausführungsform beschrieben ist, eingesetzt werden, sodass eine hohe Wärmeableitung für den Halbleiter-Chip sichergestellt werden kann. - Vierte Ausführungsform
-
6 ist ein Diagramm, das einen Leistungswandler gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. Der Leistungswandler weist mindestens ein Halbleitermodul gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 3 auf. Somit sind die isolierende Schicht12a und die Halbleiter-Chips mit den Dicken, die in einer der Ausführungsformen 1 bis 3 beschrieben sind, in mindestens einem Teil des Leistungswandlers ausgebildet. Der in6 dargestellte Leistungswandler weist sechs Schaltvorrichtungen und sechs Freilaufdioden als Halbleiter-Chips auf, die insgesamt eine Drei-Phasen-Inverter-Schaltung bilden. Der Leistungswandler ist jedoch nicht auf die Inverter-Schaltung beschränkt, und ein Konverter, ein Servo-Verstärker oder eine Leistungsversorgungseinheit können ausgebildet sein. - Ein Leistungswandler kann das Halbleitermodul gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 3 aufweisen, das eine kleine Größe, eine dichte Anordnung und eine lange Lebensdauer aufweisen. Somit kann der Leistungswandler eine kleinere Gehäusegröße mit geringerer Gestaltungseinschränkung, die einem Gehäuse und einer Sammelschiene des Leistungswandlers auferlegt wird, aufweisen. Herkömmlicherweise ist die Zahl von Steuerungsleistungsvorrichtungen eines Inverters beschränkt gewesen, weil die Anordnung der anzubringenden Halbleitermodule wegen der Gehäusegröße des Inverters begrenzt gewesen ist. Diesbezüglich kann das Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Leistungswandler freier angeordnet werden, wodurch eine höhere Zahl von Steuerungsleistungsvorrichtungen angebracht werden kann. Alles in allem kann ein Inverter mit verbesserter Funktionalität erzielt werden.
- Die technischen Merkmale, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, können geeignet kombiniert werden, um verwendet zu werden.
- In der vorliegenden Erfindung wird eine Bildung eines Risses in einem ersten Metallverbindungsteil, das direkt unter einem Halbleiter-Chip ausgebildet ist, verhindert, aber wird in einem zweiten Metallverbindungsteil unter einem isolierenden Substrat toleriert, das groß ausgebildet ist, wenn ein SiC-Halbleiter-Chip verwendet wird, und somit kann eine hohe Wärmeableitung für den Halbleiter-Chip sichergestellt werden.
- Offenbar sind angesichts der vorstehenden Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist deshalb zu verstehen, dass innerhalb des Gültigkeitsumfangs der angehängten Ansprüche die Erfindung anders als ausdrücklich beschrieben ausgeführt werden kann.
- Zusammengefasst weist ein Halbleitermodul ein isolierendes Substrat, das eine isolierende Schicht, ein erstes Metallmuster, das auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht ausgebildet ist, und ein zweites Metallmuster, das auf einer unteren Oberfläche der isolierenden Schicht ausgebildet ist, aufweist, einen Halbleiter-Chip, der aus SiC ausgebildet ist und mit einem ersten Metallverbindungsteil an dem ersten Metallmuster befestigt ist, und einen Kühlkörper, der mit einem zweiten Metallverbindungsteil an dem zweiten Metallmuster befestigt ist, auf, wobei der Halbleiter-Chip eine Dicke aufweist, die gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,35 mm ist, und die isolierende Schicht eine Dicke aufweist, die um einen Faktor von einschließlich 2,66 bis einschließlich 5 größer ist als die Dicke des Halbleiter-Chips.
- Bezugszeichenliste
-
- 10
- Kühlkörper
- 12
- isolierendes Substrat
- 12a
- isolierende Schicht
- 12b
- erstes Metallmuster
- 12c
- zweites Metallmuster
- 14
- Metallverbindungsteil
- 14a
- direkt unterhalb befindlicher Abschnitt
- 14b
- nicht direkt unterhalb befindlicher Abschnitt
- 14c
- Riss
- 16
- Metallverbindungsteil
- 18
- Halbleiter-Chip
- 20
- Metallverbindungsteil
- 20a
- Riss
- 22
- Halbleiter-Chip
- 50
- Gehäuse
- 52
- Anschluss
- 54
- gedruckte Schaltungsplatine
- 56
- Anschluss
- 60
- Anschlussfläche
- 62
- Lötmittel
- 64
- integrierter Schaltkreis, IC
- 64a
- Anschluss
- 70
- Hauptanschluss
- 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 2014-130875 [0002]
- JP 2014-82361 [0021]
Claims (7)
- Halbleitermodul, aufweisend: ein isolierendes Substrat (
12 ), das eine isolierende Schicht (12a ), ein erstes Metallmuster (12b ), das auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht (12a ) ausgebildet ist, und ein zweites Metallmuster (12c ), das auf einer unteren Oberfläche der isolierenden Schicht (12a ) ausgebildet ist, aufweist; einen Halbleiter-Chip (18 ,22 ), der aus SiC ausgebildet und mit einem ersten Metallverbindungsteil (16 ,20 ) an dem ersten Metallmuster (12b ) befestigt ist; und einen Kühlkörper (10 ), der mit einem zweiten Metallverbindungsteil (14 ) an dem zweiten Metallmuster (12c ) befestigt ist, wobei der Halbleiter-Chip (18 ,22 ) eine Dicke aufweist, die gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,35 mm ist, und die isolierende Schicht (12a ) eine Dicke aufweist, die um einen Faktor von einschließlich 2,66 bis einschließlich 5 größer ist als die Dicke des Halbleiter-Chips (18 ,22 ). - Halbleitermodul, aufweisend: ein isolierendes Substrat (
12 ), das eine isolierende Schicht (12a ), ein erstes Metallmuster (12b ), das auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht (12a ) ausgebildet ist, und ein zweites Metallmuster (12c ), das auf einer unteren Oberfläche der isolierenden Schicht (12a ) ausgebildet ist, aufweist; einen Halbleiter-Chip (18 ,22 ), der aus SiC ausgebildet und mit einem ersten Metallverbindungsteil (16 ,20 ) an dem ersten Metallmuster (12b ) befestigt ist; und einen Kühlkörper (10 ), der mit einem zweiten Metallverbindungsteil (14 ) an dem zweiten Metallmuster (12c ) befestigt ist, wobei der Halbleiter-Chip (18 ,22 ) eine Dicke aufweist, die gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,35 mm ist, und die isolierende Schicht (12a ) eine Dicke aufweist, die gleich oder größer ist als 0,8 mm. - Halbleitermodul gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Material der isolierenden Schicht (
12a ) AlN, Al2O3 oder SiN ist. - Halbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend: ein Gehäuse (
50 ), welches das isolierende Substrat (12 ) und den Halbleiter-Chip (18 ) aufnimmt und an dem Kühlkörper (10 ) befestigt ist; und einen Steuerungs-IC (64 ), in welchem eine Treiberschaltung, die den Halbleiter-Chip (18 ) treibt, und eine Schutzschaltung für den Halbleiter-Chip (18 ) integriert sind, wobei der Steuerungs-IC (64 ) in dem Gehäuse (50 ) untergebracht ist. - Halbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Metallverbindungsteil (
14 ) einen sich direkt unterhalb befindlichen Abschnitt (14a ), der direkt unterhalb des Halbleiter-Chips (18 ,22 ) angeordnet ist, und einen sich nicht direkt unterhalb befindlichen Abschnitt (14b ), der sich zu dem sich direkt unterhalb befindlichen Abschnitt (14a ) erstreckt und nicht direkt unterhalb des Halbleiter-Chips (18 ,22 ) angeordnet ist, aufweist, und ein Riss (20a ), der in dem ersten Metallverbindungsteil (20 ) ausgebildet ist, kleiner ist als ein Riss (14c ), der in dem sich nicht direkt unterhalb befindlichen Abschnitt (14b ) ausgebildet ist. - Leistungswandler, der mindestens ein Halbleitermodul umfasst, das aufweist: ein isolierendes Substrat (
12 ), das eine isolierende Schicht (12a ), ein erstes Metallmuster (12b ), das auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht (12a ) ausgebildet ist, und ein zweites Metallmuster (12c ), das auf einer unteren Oberfläche der isolierenden Schicht (12a ) ausgebildet ist, aufweist; einen Halbleiter-Chip (18 ,22 ), der aus SiC ausgebildet und mit einem ersten Metallverbindungsteil (16 ,20 ) an dem ersten Metallmuster (12b ) befestigt ist; und einen Kühlkörper (10 ), der mit einem zweiten Metallverbindungsteil (14 ) an dem zweiten Metallmuster (12c ) befestigt ist, wobei der Halbleiter-Chip (18 ,22 ) eine Dicke aufweist, die gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,35 mm ist, und die isolierende Schicht (12a ) eine Dicke aufweist, die um einen Faktor von einschließlich 2,66 bis einschließlich 5 größer ist als die Dicke des Halbleiter-Chips (18 ,22 ). - Leistungswandler, der mindestens ein Halbleitermodul umfasst, das aufweist: ein isolierendes Substrat (
12 ), das eine isolierende Schicht (12a ), ein erstes Metallmuster (12b ), das auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht (12a ) ausgebildet ist, und ein zweites Metallmuster (12c ), das auf einer unteren Oberfläche der isolierenden Schicht (12a ) ausgebildet ist, aufweist; einen Halbleiter-Chip (18 ,22 ), der aus SiC ausgebildet und mit einem ersten Metallverbindungsteil (16 ,20 ) an dem ersten Metallmuster (12b ) befestigt ist; und einen Kühlkörper (10 ), der mit einem zweiten Metallverbindungsteil (14 ) an dem zweiten Metallmuster (12c ) befestigt ist, wobei der Halbleiter-Chip (18 ,22 ) eine Dicke aufweist, die gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,35 mm ist, und die isolierende Schicht (12a ) eine Dicke aufweist, die gleich oder größer ist als 0,8 mm.
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