DE102017212186B4 - Mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung - Google Patents

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Abstract

Mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung mit:einem Leistungshalbleiterelement (1),einem Leadframe (3) mit einem dicken Abschnitt (3a), auf dem das Leistungshalbleiterelement (1) angebracht ist, und einem dünnen Abschnitt (4a, 5a), der dünner als der dicke Abschnitt (3a) ist,einem inneren Leiter (2), der das Leistungshalbleiterelement (1) und den Leadframe (3) elektrisch verbindet, undGießharz (6), welches das Leistungshalbleiterelement (1), den Leadframe (3) und den inneren Leiter (2) versiegelt, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Abschnitt (4a, 5a) des Leadframes (3) gegenüber der Umgebung in vier Richtungen von Seitenoberflächen des Gießharzes (6) freiliegt und er durch das Gießharz (6) gehalten wird, wobei der dicke Abschnitt (3a) durch den dünnen Abschnitt (4a, 5a) gehalten wird, der in vier Richtungen ausgebildet ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung, die zum Beispiel durch Versiegeln mit einem Gießharz ausgebildet ist.
  • Stand der Technik
  • Eine bekannte allgemeine, mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung ist so ausgebildet, dass ein Halbleiterelement und ein innerer Leiter mit einem Leadframe verlötet sind, an dem ein Fangabschnitt (engl.: „catch portion“) vorgesehen ist, und das Ganze ist mit einem Gießharz versiegelt. Das Kühlen des Halbleiterelements ist essentiell, und der Leadframe einschließlich eines externen Drahts und des Fangabschnitts muss von einem Kühlkörper isoliert werden, weshalb der Leadframe über eine Isolierfolie an einem vorstehenden Abschnitt des Kühlkörpers befestigt wird.
  • Das Halbleiterelement und der innere Leiter werden an dem Leadframe reflow-gelötet, aber da das Anbringen nur an einer Seite vorgenommen wird, entsteht eine beträchtliche Verformung aufgrund der thermischen Kontraktion, wenn die Steifigkeit des Leadframes gering ist. Da der Leadframe so begradigt wird, dass er innerhalb einer Gussform flach ist, wenn spritzgegossen wird, wird eine große Spannung aufgrund der Begradigung in dem Halbleiterelement und dem Lot erzeugt und die Lebensdauer wird verringert. Die bekannte, mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung hat eine solche Struktur, dass die Steifigkeit des Leadframes dadurch sichergestellt wird, dass der externe Leiterabschnitt und der Fangabschnitt gehalten werden, wodurch eine Verformung in der Nähe des Halbleiterelements aufgrund der Lötens verhindert wird, eine Spannung, die beim Spritzguss erzeugt wird, eliminiert wird, und eine Verkürzung der Lebensdauer verhindert wird.
  • Außerdem hat eine mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung, die in Patentdokument 1 offenbart wird, eine Metallplatte, die ein Kühlkörper ist, mit dem ein Halbleiterelement verlötet ist, und einen Leadframe, der ein externer Draht ist, und das Halbleiterelement und der externe Draht sind durch einen Aluminiumdraht verbunden. Da der Aluminiumdraht eine geringe Steifigkeit hat und weich ist, wird eine Spannung, die in dem Halbleiterelement erzeugt wird, verringert und es wird eine hohe Zuverlässigkeit erzielt, selbst wenn der Leadframe so begradigt wird, dass er beim Spritzguss flach ist.
  • Patentdokument 1: JP 3 740 116 B2
    Die US 2004 / 0 075 169 A1 offenbart Merkmale, die unter den Oberbegriff des Anspruchs 1 fallen.
  • Normalerweise wird der Leadframe aus einem Kupfermaterial mit einer konstanten Dicke durch Stanzen hergestellt, und eine Oberfläche des Leadframes gegenüber zu derjenigen, auf der das Halbleiterelement angebracht wird, liegt frei, um die Kühleffizienz zu erhöhen. Abgesehen von dem freiliegenden Abschnitt kann der Leadframe einschließlich eines Gießharzes (Drahthalteabschnitt) zum Halten des externen Drahts durch ein Gießharz isoliert werden, aber da der freiliegende Abschnitt isoliert werden muss, wird eine Isolierfolie zum Befestigen an dem vorstehenden Abschnitt des Kühlkörpers benötigt. Da das Gießharz (Drahthalteabschnitt) über die freiliegende Oberfläche des Leadframes hinaus vorsteht, muss der externe Draht isoliert werden, indem eine Stufe in dem Kühlkörper vorgesehen wird, und es gibt ein Problem, dass Einschränkungen in dem Herstellungsverfahren und der Gestaltung des Kühlkörpers auftreten und die Kosten nicht verringert werden können.
  • Außerdem ist die Struktur der bekannten, mit Gießharz versiegelten Leistungshalbleiter-Einrichtung, die in Patentdokument 1 offenbart ist, so, dass ein zulässiger Stromwert des Aluminiumdrahts niedrig ist, weshalb es ein Problem dahingehend gibt, dass mehrere Stücke Drahtverbindung benötigt werden und die Größe und die Kosten nicht verringert werden können.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung, die darauf abzielt, die bisher beschriebenen Arten von Problemen zu lösen, hat als Ziel, eine kleine, kostengünstige, mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung bereitzustellen. Die Erfindung wird durch Anspruch 1 definiert.
  • Eine mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung gemäß der Erfindung weist ein Leitungshalbleiterelement, einen Leadframe mit einem dicken Abschnitt, auf dem das Leistungshalbleiterelement vorgesehen ist, und einem dünnen Abschnitt, der dünner als der dicke Abschnitt ist, einen inneren Leiter, der das Leistungshalbleiterelement und den Leadframe elektrisch verbindet, und ein Gießharz auf, welches das Leistungshalbleiterelement, den Leadframe und den inneren Leiter verbindet.
  • Gemäß der mit Gießharz versiegelten Leistungshalbleiter-Einrichtung nach der Erfindung wird die Gestaltungsfreiheit erhöht und kann eine kleine, kostengünstige, mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung erhalten werden.
  • Die vorher genannten und anderen Ziele, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung deutlicher werden, wenn zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der mit Gießharz versiegelten Leistungshalbleiter-Einrichtung der 1.
    • 3 ist eine Draufsicht, die schematisch eine mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung nach einem Vergleichsbeispiel zeigt.
    • 4 ist Schnittansicht entlang einer B-B Linie der mit Gießharz versiegelten Leistungshalbleiter-Einrichtung in 3.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Erste Ausführungsform
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen identische oder sich entsprechende Abschnitte.
  • 1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Außerdem ist 2 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A der Leistungshalbleitereinrichtung in 1.
  • In 1 und 2 weist eine Leistungshalbleitereinrichtung 20 ein Leistungshalbleiterelement 1, das eine Leistungswandlung gemäß einer Schaltbetätigung durchführt, einen Leadframe 3, auf dem das Leitungshalbleiterelement 1 angebracht ist, einen inneren Leiter 2, der eine Elektrode (nicht dargestellt) des Leitungshalbleiterelements 1 und eine Elektrode (nicht dargestellt) des Leadframes 3 verbindet, und ein Gießharz 6 auf, das so ausgebildet ist, dass es das Leistungshalbleiterelement 1, den inneren Leiter 2 und den Leadframe 3 versiegelt.
  • Der Leadframe 3, der unterschiedliche Dicken aufweist, hat einen Leadframe (dicken Abschnitt ) 3a in einem zentralen Abschnitt des Leadframes 3, einen externen Draht (dünnen Abschnitt) 4a, der ein Leadframe (dünner Abschnitt) mit einer Dicke ist, die geringer ist als diejenige des Leadframes (dicker Abschnitt) 3a, und einen Fangabschnitt (dünner Abschnitt) 5a, der ein Leadframe (dünner Abschnitt) ist.
  • In 1 und 2 sind das Leistungshalbleiterelement 1 und der innere Leiter 2 mit dem Leadframe (dicken Abschnitt) 3a verlötet, welcher den zentralen Abschnitt des Leadframes 3 mit einer nach unten gerichteten Dicke bereitstellt, und das Ganze ist durch das Gießharz 6 versiegelt. Da das Kühlen des Leistungshalbleiterelements 1 essentiell ist, muss der Leadframe 3, einschließlich des Leadframes (dicker Abschnitt) 3a, des externen Drahts (dünner Abschnitt) 4a und des Fangabschnitts (dünner Abschnitt) 5a, gegenüber einem Kühlkörper 8 isoliert werden. Daher wird der Leadframe 3 über eine Isolierfolie 7 an dem Kühlkörper 8 befestigt.
  • Insbesondere sind Filmdicken (engl.: „film thicknesses“) des externen Drahts (dünner Abschnitt) 4a und des Fangabschnitts (dünner Abschnitt) 5a zum Beispiel 0,5 mm bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,6 mm. Auch ist eine Filmdicke des Leadframes (dicker Abschnitt) 3a zum Beispiel 1,5 bis 2 Mal die Filmdicken des externen Drahts (dünner Abschnitt) 4a und des Fangabschnitts (dünner Abschnitt) 5a, vorzugsweise 1 mm.
  • In der ersten Ausführungsform können, da der zentrale Abschnitt des Leadframes 3, welcher der Leadframe (dicker Abschnitt) 3a ist, welcher eine Dicke in der Richtung nach unten bereitstellt, und da der externe Draht (dünner Abschnitt) 4a und der Fangabschnitt (dünner Abschnitt) 5a so ausgebildet sind, dass sie dünner sind als der zentrale Abschnitt des Leadframes 3, der externe Draht (dünner Abschnitt) 4a und der Fangabschnitt (dünner Abschnitt) 5a, die von dem Gießharz 6 freiliegen, einen Isolationsabstand von einer oberen Oberfläche des Kühlkörpers 8 beibehalten, selbst in einer Struktur, in der eine Oberfläche des Leadframes (dicker Abschnitt) 3a gegenüber zu derjenigen, auf der das Leistungshalbleiterelement 1 angebracht ist, freigelegt ist, um die Kühleffizienz zu erhöhen.
  • Das heißt, der Leadframe (dicker Abschnitt) 3a hat eine Dicke in einer Richtung von einer Oberfläche des Leadframes (dicker Abschnitt) 3a, auf der der Leistungshalbleiterelement angebracht ist, hin zu dem Kühlkörper 8. Daher ist eine Ausgestaltung so, dass ein Abstand von einer unteren Oberfläche des externen Drahts (dünner Abschnitt) 4a oder einer unteren Oberfläche des Fangabschnitts (dünner Abschnitt) 5a zu einer Oberfläche des Kühlkörpers 8, auf dem der Leadframe 3 angebracht ist, größer ist als ein Abstand von einer unteren Oberfläche des Leadframes (dicker Abschnitt) 3a zu der Oberfläche des Kühlkörpers 8, auf welcher der Leadframe 3 angebracht ist. Da der freiliegende Abschnitt des Leadframes (dicker Abschnitt) 3a von dem Kühlkörper 8 isoliert werden muss, wird eine Isolierfolie 7 zum Anbringen an dem Kühlkörper 8 benötigt, aber bei der ersten Ausführungsform der Erfindung ist es nicht nötig, eine gestufte Form in dem Kühlkörper vorzusehen, weshalb ein Kühlkörper 8 aus einem extrudierten Aluminiummaterial, einer gestanzten Kupferplatte oder ähnlichem mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, der kostengünstig hergestellt werden kann, verwendet werden kann. Daher kann eine Verringerung in der Größe und eine Verringerung in den Kosten und auch eine Erhöhung in der Gestaltungsfreiheit der Leistungshalbleitereinrichtung 20 auf der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 8 erzielt werden.
  • Eine Verformungskraft, die in dem Fangabschnitt (dünner Abschnitt) 5a beim Löten erzielt wird, ist das Gewicht und die thermische Kontraktionskraft der Leistungshalbleitereinrichtung 1 und des inneren Leiters 2, und die Steifigkeit nimmt ab, da die Dicke des Fangabschnitts (dünner Abschnitt) 5a verringert ist. Jedoch hat der Leadframe (dicker Abschnitt) 3a selbst in der Nähe des Leistungshalbleiterelements 1 einen beträchtlichen Spielraum in Bezug auf eine externe Verformungskraft, weshalb, da der Leadframe (dicker Abschnitt) 3a, welcher der zentrale Abschnitt des Leadframes 3 ist, in vier Richtungen gehalten wird, welche der externe Draht (dünner Abschnitt) 4a links und rechts und der Fangabschnitt (dünner Abschnitt) 5a oben und unten sind, eine Verformung in der Nähe der Leistungshalbleitereinrichtung 1 aufgrund des Lötens vermieden wird, eine Spannung, die beim Spritzguss erzeugt wird, eliminiert wird, und eine hohe Zuverlässigkeit erzielt werden kann.
  • Auch liegen der externe Draht (dünner Abschnitt) 4a, welcher der Leadframe ist, und der Fangabschnitt (dünner Abschnitt) 5a, welcher der Leadframe ist, gegenüber der Umgebung an Seitenoberflächen des Gießharzes 6 in wenigstens drei der vier Richtungen frei (oben, unten, links und rechts) und werden durch das Gießharz 6 gehalten. Zum Beispiel kann, auch wenn es Fälle gibt, in denen der externe Draht (dünner Abschnitt) 4a nur an einer Seite offenliegt anstelle von links und rechts, und es Fälle gibt, in denen der Fangabschnitt (dünner Abschnitt) 5a nur in einer Richtung vorgesehen ist, eine Verformung nicht vermieden werden, wenn Orte in nur zwei Richtungen durch das Gießharz 6 gehalten werden.
  • Ein Material mit einer konstanten Dicke wird als ein Material des Leadframes 3 verwendet, und der Leadframe (dicker Abschnitt) 3a kann aus einem dünnen Abschnitt hergestellt werden, der durch abtragende Bearbeitung bearbeitet wird. Auch kann dadurch, dass ein variierendes (engl.: „variant“) Walzmaterial, eine variierendes extrudiertes Material oder ähnliches, bei denen der zentrale Abschnitt mit einer Dicke in der Richtung nach unten bereitgestellt wird, als ein Material des Leadframes 3 verwendet wird, ein kostengünstiges Material mit einer beliebigen Querschnittsform mit einer hohen Abmessungsgenauigkeit gewählt werden. Außerdem kann, wenn eine Form in einer planaren Richtung des Fangabschnitts (dünner Abschnitt) 5a von einer verringerten Größe ist, die Dicke des Fangabschnitts (dünner Abschnitt) 5a durch Pressbearbeitung verringert werden, wodurch der gesamte Leadframe 3 alleine durch eine Pressbearbeitung hergestellt werden kann und eine Kostenverringerung erzielt werden kann.
  • Hingegen ist 3 eine Draufsicht, die schematische eine Leistungshalbleitereinrichtung nach einem Vergleichsbeispiel zeigt, und 4 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B der Leistungshalbleitereinrichtung der 3.
  • Hier wird unter Verwendung von 3 und 4 eine vorhandene Leistungshalbleitereinrichtung 20 als Vergleichsbeispiel beschrieben. In 3 und 4 sind das Leistungshalbleiterelement 1 und der innere Leite 2 mit dem Leadframe 3 verlötet, an dem ein Fangabschnitt 5 vorgesehen ist, und das Ganze ist durch ein Gießharz 6 versiegelt. Da eine Kühlung des Leistungshalbleiterelements 1 essentiell ist, muss der Leadframe 3 einschließlich des externen Drahtabschnitts 4 und des Fangabschnitts 5 von dem Kühlkörper 8 isoliert werden, weshalb der Leadframe 3 über die Isolierfolie 7 an einem vorstehenden Abschnitt 8a des Kühlkörpers 8 befestigt ist.
  • Das Leistungshalbleiterelement 1 und der innere Leiter 2 sind an den Leadframe 3 reflow-gelötet, aber da das Anbringen nur an einer Seite durchgeführt ist, entsteht eine beträchtliche Verformung aufgrund der thermischen Verformung, wenn die Steifigkeit des Leadframes 3 gering ist. Da der Leadframe 3 so begradigt wird, dass er flach innerhalb einer Gussform ist, wenn spritzgegossen wird, wird eine große Spannung aufgrund der Begradigung in dem Leistungshalbleiterelement 1 und dem Lot erzeugt und die Lebensdauer wird verkürzt.
  • Die mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung nach dem Vergleichsbeispiel ist von einer solchen Struktur, dass die Steifigkeit des Leadframes 3 dadurch sichergestellt wird, dass der externe Drahtabschnitt 4 und der Fangabschnitt 5 gehalten werden, wodurch eine Verformung in der Nähe des Leistungshalbleiterelements 1 aufgrund des Lötens vermieden wird, eine Spannung, die beim Spritzguss erzeugt wird, eliminiert wird, und eine Verkürzung der Lebensdauer vermieden wird.
  • Normalerweise wird der Leadframe 3 hergestellt, indem ein Kupfermaterial mit einer konstanten Dicke gepresst wird und eine Oberfläche des Leadframes 3 gegenüber zu derjenigen, auf der das Leistungshalbleiterelement 1 angebracht ist, freigelegt wird, um die Kühleffizienz zu erhöhen. Abgesehen von dem freiliegenden Abschnitt kann der Leadframe 3, einschließlich eines Gießharzes (Drahthalteabschnitt) 6a zum Halten des externen Drahtabschnitts 4, durch das Gießharz 6 isoliert werden, aber da der freiliegende Abschnitt isoliert werden muss, wird die Isolierfolie 7 zum Anbringen an dem vorstehenden Abschnitt 8a des Kühlkörpers 8 verwendet. Im Vergleichsbeispiel steht das Gießharz (Drahthalteabschnitt) 6a über die freiliegende Oberfläche des Leadframe 3 hinaus vor, weshalb der externe Drahtabschnitt 4 isoliert werden muss, indem eine Stufe in dem Kühlkörper 8 bereitgestellt wird, und es gibt einen Nachteil dahingehend, dass Einschränkungen im Herstellungsverfahren des Kühlkörpers 8 und der Gestaltung des Leistungshalbleiterelements 1 auftreten und die Kosten nicht verringert werden können.
  • Jedoch ist die mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung so, dass keine Notwendigkeit besteht, eine gestufte Form in dem Kühlkörper 8 bereitzustellen, weshalb ein Kühlkörper aus einem extrudierten Aluminiummaterial, einer gestanzten Kupferplatte oder ähnlichem mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, der kostengünstig hergestellt werden kann, verwendet werden kann. Daher kann eine Größenverringerung und eine Kostenverringerung erzielt werden und auch eine Erhöhung in der Gestaltungsfreiheit der Leistungshalbleitereinrichtung 20 auf der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 8.
  • In der ersten Ausführungsform wird eine einzige Isolierfolie 7 zur Isolierung verwendet, aber die Rückoberfläche der mit Gießharz versiegelten Leistungshalbleiter-Einrichtung kann mit einer Isolierfunktion versehen sein durch einstückiges Spritzgießen der Isolierfolie 7, wenn das Gießharz spritzgegossen wird, durch das Versiegeln mit dem Gießharz 6 bis hin zur Rückoberfläche des Leadframes (dicker Abschnitt) 3a, wenn das Gießharz spritzgegossen wird, und ähnliches, wodurch die Leichtigkeit der Montage des Kühlkörpers 8 erhöht wird und eine weitere Kostenverringerung erzielt werden kann.

Claims (3)

  1. Mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung mit: einem Leistungshalbleiterelement (1), einem Leadframe (3) mit einem dicken Abschnitt (3a), auf dem das Leistungshalbleiterelement (1) angebracht ist, und einem dünnen Abschnitt (4a, 5a), der dünner als der dicke Abschnitt (3a) ist, einem inneren Leiter (2), der das Leistungshalbleiterelement (1) und den Leadframe (3) elektrisch verbindet, und Gießharz (6), welches das Leistungshalbleiterelement (1), den Leadframe (3) und den inneren Leiter (2) versiegelt, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Abschnitt (4a, 5a) des Leadframes (3) gegenüber der Umgebung in vier Richtungen von Seitenoberflächen des Gießharzes (6) freiliegt und er durch das Gießharz (6) gehalten wird, wobei der dicke Abschnitt (3a) durch den dünnen Abschnitt (4a, 5a) gehalten wird, der in vier Richtungen ausgebildet ist.
  2. Mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der dünne Abschnitt (4a, 5a) des Leadframes (3) ein externer Draht (4a) zur Verbindung mit der Umgebung oder ein Fangabschnitt (5a) ist.
  3. Mit Gießharz versiegelte Leistungshalbleiter-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, mit einem Kühlkörper (8) ohne Stufe, wobei der Leadframe (3) an einer oberen Oberfläche des Kühlkörpers (8) über eine Isolierfolie (7) angebracht ist, und der dicke Abschnitt (3a) des Leadframes (3) eine Dicke in einer Richtung von einer Oberfläche, auf welcher das Leistungshalbleiterelement (1) angebracht ist, zur Seite des Kühlkörpers (8) hin hat.
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