DE102018202490A1

DE102018202490A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102018202490A1
Application number: DE102018202490.1A
Authority: DE
Inventors: Taichi Itoh; Seiichi Takahashi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2018-10-18
Also published as: CN108735679A; US20180301397A1; JP2018182143A; JP6907671B2; US10692800B2; CN108735679B

Abstract

In einer Halbleitervorrichtung befindet sich die Randkante eines Abdeckmittels auf der einem Substrat näher liegenden Seite zwischen einer ersten und einer zweiten Position auf einer metallischen Grundplatte. Die erste Position befindet sich direkt unter einer äußeren Seitenfläche einer Metallplatte. Die zweite Position befindet sich außerhalb der ersten Position und ist von einer dritten Position auf der Metallgrundplatte direkt unter einer äußeren Seitenfläche der elektrischen Isolierplatte durch einen Abstand entfernt, der durch Dividieren „der Höhe von einer Hauptfläche der Metallgrundplatte zur Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte“ durch „den Tangens des Kontaktwinkels des Lots, der durch die Randkante entsteht, die den Lotfluss stoppt“ berechnet wird. Dadurch ist es möglich, ausreichende Isolationsstrecken zwischen Leiterbahnen und Lot sicherzustellen und die Kriechstrecken der Leiterbahnen über die elektrische Isolierplatte zu reduzieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die hierin besprochenen Ausführungsformen betreffen eine Halbleitervorrichtung
Allgemeiner Stand der Technik
Halbleitervorrichtungen umfassen beispielsweise Halbleiterelemente wie Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) und Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs). Solche Halbleitervorrichtungen werden z.B. als Leistungswandlervorrichtungen eingesetzt.
Ein solches Halbleiterbauelement wird nun mit Bezug auf 9 und 10 beschrieben.
9 ist eine Draufsicht auf eine herkömmliche Halbleitervorrichtung und 10 ist eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Halbleitervorrichtung. 10 ist in diesem Zusammenhang eine Querschnittsansicht entlang einer strichpunktierten Linie X1-X1 in 9.
Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst ein Substrat 140 und eine Metallgrundplatte 15, mit der das Substrat 140 durch ein Lot 16 verbunden ist.
Das Substrat 140 umfasst eine elektrische Isolierplatte 110, eine auf der Rückfläche der elektrischen Isolierplatte 110 angeordnete Metallplatte 12 und auf der Vorderseite der elektrischen Isolierplatte 110 ausgebildete Leiterbilder 13a bis 13n. Halbleiterelemente, Bonddrähte, externe Anschlussklemmen und dergleichen, die nicht dargestellt sind, sind mit den Leiterbildern 13a bis 13n verbunden. Die Metallplatte 12 im Substrat 140 wird mit der Metallgrundplatte 15 durch das Lot 16 verbunden.
Wird in dieser Halbleitervorrichtung 100 eine geringe Menge Lot 16 aufgetragen, können im Lot 16 zwischen dem Substrat 140 und der Metallgrundplatte 15 Hohlräume oder nicht verbundene Bereiche auftreten. Hohlräume oder dergleichen im Lot 16 reduzieren die Wärmeleitfähigkeit des Substrats 140 zu der Metallgrundplatte 15, was zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 100 führt. Um das Auftreten von Hohlräumen und dergleichen zu vermeiden, wird die Menge des Lotes 16 so eingestellt, dass ein Teil des Lotes 16 bis zu einem gewissen Grad aus dem Umfang des Substrats 140 auf die Metallgrundplatte 15 ragt. Mit Bezug auf die Halbleitervorrichtung 100 von 9 ragen die Auspressungen 16a, 16b, 16c und 16d des Lotes 16 vom Umfang des Substrats 140 zum Umfang der Metallgrundplatte 15 hin. Wie in 10 dargestellt, bedeckt daher die Auspressung 16c des aus dem Substrat 140 herausragenden Lotes 16 die Seitenfläche 110a der elektrischen Isolierplatte 110 in dem Substrat 140, sodass das Leiterbild 13a und die Auspressung 16c des Lotes 16 eine Isolationsstrecke L2 zwischen sich aufweisen, wie durch eine gestrichelte Linie angezeigt.
Zum Verbinden des Substrats 140 mit der Metallgrundplatte 15 durch das Lot 16 wird auf der Metallgrundplatte 15 ein Lötabdeckmittel mit einer Öffnung an einer Stelle ausgebildet, die der Position entspricht, an der das Substrat 140 auf der Metallgrundplatte 15 angeordnet ist. Dadurch wird es möglich, eine geeignete Positionsausrichtung des Substrates 140 auszuführen. Außerdem ist es auch möglich, das Auftreten von Lötkugeln aufgrund von Spritzern des Lotes 16 beim Entfernen von Hohlräumen beim Schmelzen des Lotes 16 zu verhindern. Siehe beispielsweise die Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2017-5137 .
In der obengenannten Halbleitervorrichtung 100 haben jedoch das Leiterbild 13a und die Auspressung 16c des Lotes 16 eine kurze Isolationsstrecke L2 zwischen sich, da die Auspressung 16c des Lotes 16 aus dem Substrat 140 vorsteht, wie in 10 dargestellt. Die kurze Isolationsstrecke L2 kann einen Kurzschluss zwischen dem Leiterbild 13a und der Auspressung 16c des Lotes 16 erzeugen, und dies verursacht ein Problem eines Isolationsdurchschlags.
Um eine ausreichende Isolationsstrecke L2 einzuhalten, damit in dieser Halbleitervorrichtung 100 kein Isolationsdurchschlag verursacht wird, muss das Leiterbild 13a eine lange Kriechstrecke W2 über die elektrische Isolierplatte 110 aufweisen. Allerdings muss das Substrat 140 für die lange Kriechstrecke W2 vergrößert werden, und dies führt zu einem Problem der Vergrößerung der Halbleitervorrichtung 100.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegenden Ausführungsformen wurden im Hinblick auf die oben genannten Punkte gemacht, und es ist eine Aufgabe der Ausführungsformen, eine miniaturisierte Halbleitervorrichtung mit einem geringen Risiko eines Isolationsdurchschlags bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt ist eine Halbleitervorrichtung vorgesehen, die umfasst: ein Substrat mit einer elektrischen Isolierplatte, einer Metallplatte, die auf einer Rückfläche der elektrischen Isolierplatte angeordnet ist, und ein Leiterbild, das auf einer Vorderseite der elektrischen Isolierplatte ausgebildet ist; eine Grundplatte mit einer Hauptfläche, mit der die Metallplatte in dem Substrat durch ein Verbindungselement verbunden ist; und ein Abdeckmittel, das in Streifenform auf der Grundplatte parallel zu einer ersten Seitenfläche des Leiterbilds, die in einer ebenen Ansicht nach außen zeigt, ausgebildet ist, wobei das Abdeckmittel eine Randkante auf einer dem Substrat näher liegenden Seite aufweist und sich die Randkante zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position befindet, wobei die erste Position eine Position auf der Grundplatte direkt unter einer zweiten, der Außenseite zugewandten Seitenfläche der Metallplatte ist, wobei die zweite Position eine Position außerhalb der ersten Position auf der Grundplatte ist, und wobei die zweite Position von einer dritten Position auf der Grundplatte direkt unter einer der Außenseite zugewandten dritten Seitenfläche der elektrischen Isolierplatte durch einen Abstand entfernt ist, der berechnet wird, indem „eine Höhe von der Hauptfläche der Grundplatte zur Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte“ durch „einen Tangens eines Kontaktwinkels zwischen der Grundplatte und dem Verbindungselement“ dividiert wird.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts mit einem Abdeckmittel im Halbleiterbauelement gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts ohne Abdeckmittel in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären, wo in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ein Abdeckmittel ausgebildet ist;
5 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären, wo in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ein Abdeckmittel ausgebildet ist;
6 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären, wo in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ein Abdeckmittel ausgebildet ist;
7 ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
8 ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
9 ist eine Draufsicht auf eine herkömmliche Halbleitervorrichtung; und
10 ist eine Querschnittsansicht durch die herkömmliche Halbleitervorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BEECHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugsziffern durchweg gleiche Elemente betreffen.
Erste Ausführungsform
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
1 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts mit einem Abdeckmittel in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts ohne Abdeckmittel in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. In diesem Zusammenhang ist 2 eine Querschnittsansicht entlang einer strichpunktierten Linie X1-X1 in 1, und 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer strichpunktierten Linie X2-X2 in 1.
Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst ein Substrat 14, ein Halbleiterelement 18, das über das nicht dargestellte Lot auf dem Substrat 14 angeordnet ist, und eine Metallgrundplatte 15 (Grundplatte), mit der das Substrat 14 durch ein Lot 16 (Verbindungselement) verbunden ist.
Nachfolgend werden die Leiterbilder 13a bis 13n zusammenfassend als Leiterbilder 13 bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.
Das Substrat 14 umfasst eine elektrische Isolierplatte 11, eine auf der Rückfläche der elektrischen Isolierplatte 11 angeordnete Metallplatte 12 und die auf der Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte 11 ausgebildeten Leiterbilder 13a bis 13n. In diesem Zusammenhang hat das Substrat 14 eine vertikale Länge von jeweils einschließlich 20 mm bis 100 mm und eine horizontale Länge von jeweils einschließlich 10 mm bis 60 mm in einer ebenen Ansicht.
Die elektrische Isolierplatte 11 besteht aus Keramiken mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid. In diesem Zusammenhang hat die elektrische Isolierplatte 11 eine Dicke von jeweils einschließlich 0,1 mm bis 1,0 mm.
Die Metallplatte 12 besteht aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die mindestens eines von den genannten enthält. In diesem Zusammenhang hat die Metallplatte 12 eine Dicke von jeweils einschließlich 0,1 mm bis 4,0 mm.
Die Leiterbilder 13a bis 13n bestehen aus Metall mit hoher Leitfähigkeit, wie etwa Kupfer oder einer Kupferlegierung. In diesem Zusammenhang sind die auf der elektrischen Isolierplatte 11 ausgebildeten Leiterbilder 13a bis 13n lediglich ein Beispiel, und solche Leiterbilder können in einer anderen Form ausgebildet werden, oder es kann eine beliebige Anzahl von Leiterbildern ausgebildet werden. In diesem Zusammenhang weisen die Leiterbilder 13a bis 13n eine Dicke von jeweils einschließlich 0,1 mm bis 4,0 mm auf.
Außerdem sind die Leiterbilder 13a bis 13n auf der elektrischen Isolierplatte 11 mit folgenden Kriechstrecken von den einzelnen Seiten der elektrischen Isolierplatte 11 angeordnet. Die Leiterbilder 13a, 13b, 13d und 13e, oder insbesondere deren äußere Seitenflächen im rechten Teil von 1 weisen eine Kriechstrecke W1 von der rechten Seite der elektrischen Isolierplatte 11 in 1 auf. Nachfolgend werden Seitenflächen der Leiterbilder 13a bis 13n, die dem Umfang des Substrats 14 zugewandt sind, als erste Seitenflächen bezeichnet. Mit Bezug auf 2 ist beispielsweise eine Seitenfläche 13a1 eine erste Seitenfläche. Die im unteren Teil von 1 dargestellten ersten Seitenflächen der Leiterbilder 13e, 13f, 13h und 13i weisen eine Kriechstrecke W2 von der Unterseite der elektrischen Isolierplatte 11 in 1 auf. Die ersten Seitenflächen der Leiterbilder 13i, 13k, 13l und 13n, dargestellt im linken Teil von 1, weisen die Kriechstrecke W1 von der linken Seite der elektrischen Isolierplatte 11 in 1 auf. Die ersten Seitenflächen der Leiterbilder 13m, 13n, 13g und 13a, dargestellt im oberen Teil von 1, weisen die Kriechstrecke W2 von der Oberseite der elektrischen Isolierplatte 11 in 1 auf. In diesem Zusammenhang beträgt beispielsweise die Kriechstrecke W1 0,6 mm und die Kriechstrecke W2 beträgt 1,5 mm, was länger als die Kriechstrecke W1 ist.
Als das wie oben ausgestaltete Substrat 14 kann beispielsweise ein Direct-Copper-Bonding(DCB)-Substrat oder ein Active-Metal-Brazed(AMB)-Substrat verwendet werden. Das Substrat 14 leitet die vom Halbleiterelement 18 erzeugte Wärme über die Leiterbilder 13, die elektrische Isolierplatte 11, die Metallplatte 12 und das zwischen der Metallplatte 12 und der Metallplatte 15 aufgetragene Lot 16 zur Metallgrundplatte 15.
Beispiele für das Halbleiterelement 18 umfassen ein Schaltelement wie ein IGBT oder ein Leistungs-MOSFET. Das Halbleiterelement 18 dieses Typs hat beispielsweise auf seiner Rückfläche eine Drain-Elektrode oder eine Kollektor-Elektrode als Hauptelektrode, und eine Gate-Elektrode und eine von einer Source-Elektrode und einer Emitter-Elektrode als Hauptelektroden auf seiner Vorderfläche.
Außerdem umfasst das Halbleiterelement 18 je nach Bedarf eine Diode, wie eine Schottky-Diode (SBD) oder Freilauf-Diode (FWD). Das Halbleiterelement 18 dieses Typs hat auf seiner Rückfläche eine Kathoden-Elektrode als Hauptelektrode und auf seiner Vorderseite eine Anoden-Elektrode als Hauptelektrode.
Die Rückfläche des Halbleiterelements 18 wird beispielsweise durch ein nicht abgebildetes Lot mit dem Leiterbild 13g verbunden. Die Anordnung des Halbleiterelements 18 ist jedoch nicht darauf beschränkt, und eine Vielzahl von Halbleiterelementen kann bei Bedarf mit den Leiterbildern 13 verbunden werden.
In diesem Zusammenhang sind auf dem Substrat 14 nicht abgebildete Bonddrähte vorgesehen, um die Leiterbilder 13 miteinander und ein vorgeschriebenes Leiterbild 13 und das Halbleiterelement 18 miteinander elektrisch zu verbinden. Auf diese Weise wird eine das Halbleiterelement 18 umfassende vorgegebene Schaltung konfiguriert.
Als Lot 16 wird beispielsweise bleifreies Silber-, Gold-, Kupfer- oder Zinn-basiertes Lot verwendet. Um das Substrat 14 mit der Metallgrundplatte 15 zu verbinden, wird eine Lotpaste aufgetragen oder eine Lotplatte dort auf einen Verbindungsbereich der Metallgrundplatte 15 montiert, wo das Substrat 14 platziert werden soll, und dann wird das Substrat 14 darauf montiert. Dann wird die Lotpaste oder die Lotplatte durch Erhitzen geschmolzen und dann erstarrt. Dadurch wird die Metallplatte 12 im Substrat 14 mit der Metallgrundplatte 15 durch das Lot 16 verbunden. In diesem Zusammenhang hat das Lot 16 zwischen der Metallgrundplatte 15 und der Metallplatte 12 eine Dicke von jeweils einschließlich 0,05 mm bis 0,5 mm.
Da zu diesem Zeitpunkt die Fließrichtung des Lotes 16 entsprechend dem gekrümmten Zustand der Metallgrundplatte 15 variiert und da eine Fehlausrichtung des Substrats 14 gegenüber der Metallgrundplatte 15 vorliegt, fließt das Lot 16 aus dem Umfang des Substrats 14 aus.
Es ist jedoch schwierig, eine Stelle zu erwarten, von der das Lot 16 ausfließt. Im Fall von 1 werden beispielsweise die Abdeckmittel 17a und 17b parallel auf der rechten und linken Seite des Substrats 14 auf der Metallgrundplatte 15 ausgebildet, wie später beschrieben. Diese Abdeckmittel 17a und 17b lassen das Lot 16 nicht von der rechten und linken Seite des Substrats 14 abfließen. Allerdings ragen die Auspressungen 16a und 16b des Lotes 16 aus der Ober- und Unterseite des Substrats 14 heraus.
Die Metallgrundplatte 15 besteht beispielsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die mindestens eines der genannten enthält, einem Verbundwerkstoff, der Aluminium und Siliziumkarbid umfasst, einem Verbundwerkstoff, der Magnesium und Siliziumkarbid umfasst, oder ein anderes Material. Außerdem kann zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit beispielsweise ein Material wie Nickel auf die Oberfläche der Metallgrundplatte 15 durch ein Plattierungsverfahren oder dergleichen aufgebracht werden. Beispiele für das Material umfassen, neben Nickel, eine Nickel-Phosphor-Legierung, eine Nickel-Bor-Legierung und andere.
Außerdem sind auf der Metallgrundplatte 15 die Abdeckmittel 17a und 17b entlang der rechten und linken Seite des Substrats 14 in 1 streifenförmig ausgebildet. Die Abdeckmittel 17a und 17b sind so ausgebildet, dass das Lot 16 nicht in unerwünschte Bereiche ausfließen kann, beispielsweise nach außen von der rechten und linken Seite des Substrats 14 in 1. Diese Abdeckmittel 17a und 17b bestehen aus einem Material mit einer schlechteren Lotbenetzbarkeit als die Metallgrundplatte 15. Zum Beispiel kann ein organisches Material, wie Epoxidharz oder Acrylharz oder ein anorganisches Material, wie Kohlenstoff oder Silikat, verwendet werden. Die auf der Metallgrundplatte 15 ausgebildeten Abdeckmittel 17a und 17b haben eine Breite von jeweils einschließlich 0,2 mm bis 5,0 mm.
Um in diesem Zusammenhang eine Wärmeabführung zu verbessern, kann eine nicht dargestellte Kühleinheit mit der Rückseite der Metallgrundplatte 15 durch Lot, Silberlot oder dergleichen verbunden werden, oder kann mechanisch durch Wärmeleitpaste oder dergleichen verbunden werden. Die Kühleinheit kann in diesem Fall beispielsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die mindestens eines der genannten enthält, hergestellt werden. Als Kühleinheit können Rippen oder ein Kühlkörper mit einer Vielzahl von Rippen und eine Kühlvorrichtung, die Wasserkühlung einsetzt, verwendet werden. Außerdem kann die Metallgrundplatte 15 einstückig mit einer solchen Kühleinheit ausgebildet werden. In diesem Fall besteht das Kühlgerät aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminium, Eisen, Silber oder Kupfer oder einem Material, das mindestens eines der genannten enthält. Um außerdem die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, kann beispielsweise ein Werkstoff, wie Nickel, auf die Oberfläche einer Wärmeabfuhrplatte aufgebracht werden, die durch ein Plattierungsverfahren oder dergleichen einstückig mit einer Kühleinheit ausgebildet ist. Spezifische Beispiele für das Material umfassen, neben Nickel, eine Nickel-Phosphor-Legierung, eine Nickel-Bor-Legierung und andere.
In der wie oben ausgestalteten Halbleitervorrichtung 10 sind die Abdeckmittel 17a und 17b auf der rechten und linken Seite des Substrats 14 auf der Metallgrundplatte 15 in 1 streifenförmig ausgebildet. Diese Abdeckmittel 17a und 17b lassen das Lot 16 nicht von der rechten und linken Seite des Substrats 14 in Richtung auf den Umfang der Metallgrundplatte 15 in der Halbleitervorrichtung 10 ausfließen. Beispielsweise befindet sich auf der rechten Seite des Substrats 14 in 1 eine Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a auf der dem Substrat 14 näher liegenden Seite an einer Position 15b direkt unter der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11, wie in 2 dargestellt. In diesem Fall hindert das Abdeckmittel 17a das Lot 16 daran, zwischen dem Substrat 14 und der Metallgrundplatte 15 auszufließen. Obwohl das Lot 16 nicht aus dem Substrat 14 herausfließt und die Rückfläche 11b des vorstehenden Abschnitts der elektrischen Isolierplatte 11 teilweise bedeckt, bedeckt es die Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 nicht. Dadurch hat das Leiterbild 13a auf alle Fälle eine durch eine unterbrochene Linie angezeigte Isolationsstrecke L1 zum Lot 16. Die Isolationsstrecke L1 sollte wünschenswerterweise mindestens einen Teil der Länge umfassen, die der Höhe der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 entspricht. Ist dies der Fall, kann die Kriechstrecke W1 des Leiterbilds 13a über die elektrische Isolierplatte 11 reduziert werden. Insbesondere ist es möglich, die Kriechstrecke W1 auf kürzer als mindestens die Kriechstrecke W2 zu reduzieren, wenn die Abdeckmittel 17a und 17b nicht ausgebildet werden. Daher ist es beispielsweise möglich, die Breite Wa des Substrats 14 in 1 auf kleiner als die Breite Wb des Substrats 140 ohne Abdeckmittel in 9 zu reduzieren und somit die Halbleitervorrichtung 10 zu miniaturisieren. Alternativ ist es möglich, die Anordnungsfläche der Leiterbilder 13 in der Richtung der Breite Wa des Substrats 14 in 1 zu vergrößern.
In diesem Zusammenhang kann die in 1 dargestellte Halbleitervorrichtung 10 mit den Abdeckmitteln 17a und 17b an der Ober- und Unterseite des Substrats 14 anstelle der rechten und linken Seite des Substrats 14 ausgestaltet werden. Wenn jedoch die Abdeckmittel 17a und 17b auf der oberen, unteren, linken und rechten Seite des Substrats 14 in 1 so ausgebildet sind, dass sie den Umfang des Substrats 14 umgeben, kann das Lot 16 bei einem Lötprozess nicht ausfließen und spritzt daher auf die Leiterbilder 13a bis 13n, das Halbleiterelement 18 und andere. Das Spritzen des Lotes 16 verursacht einen Kurzschluss zwischen den Leiterbildern 13a bis 13n und dem Halbleiterelement 18, was zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 10 führt. Um dieses Problem zu verhindern ist es erforderlich, einen Freiraum sicherzustellen, um dem Lot 16 zu ermöglichen, auszufließen, wenn die Abdeckmittel 17a und 17b um den Umfang des Substrats herum ausgebildet werden. Es besonders bevorzugt, die Abdeckmittel 17a und 17b entlang gegenüberliegender Seiten des Umfangs des Substrats 14 auszubilden. Dies ermöglicht dem Lot 16, während des Lötprozesses reibungslos unter dem Substrat 14 abzufließen. Außerdem ist es möglich, die Kriechstrecke zu verringern und ein lokales Fließen oder Spritzen des Lotes 16 zu verhindern.
In diesem Zusammenhang ragen bei der Halbleitervorrichtung 10 von 1 die Auspressungen 16a und 16b des Lotes 16 vom Substrat 14 in Richtung auf den Umfang der Metallgrundplatte 15 an der Ober- und Unterseite des Substrats 14, wo die Abdeckmittel 17a und 17b nicht ausgebildet sind. Wie in 3 dargestellt ragt beispielsweise in der Halbleitervorrichtung 10 die Auspressung 16a des Lotes 16 von zwischen dem Substrat 14 und der Metallgrundplatte 15 auf der Oberseite des Substrats 14 auf der Metallgrundplatte 15 in 1 heraus und bedeckt so die Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11. Damit das Leiterbild 13a eine ausreichende Isolationsstrecke L2 von der Auspressung 16a des Lotes 16 hat, muss daher die Kriechstrecke W2 des Leiterbildes 13a über der elektrischen Isolierplatte 11 länger eingestellt werden als die Kriechstrecke W1.
Das Folgende beschreibt mit Bezug auf die 2, 4 und 5, wo die Abdeckmittel 17a und 17b auf der Metallgrundplatte 15 in Bezug auf das Substrat 14 ausgebildet sind.
Die 4 und 5 sind Querschnittsansichten zum Erklären, wo ein Abdeckmittel in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird. In diesem Zusammenhang sind die 4 und 5 die Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung 10 entlang der strichpunktierten Linie X1-X1 in 1.
Es ist wünschenswert, dass die Isolationsstrecke L1 zwischen dem Leiterbild 13a und dem Lot 16 mindestens einen Teil der Länge umfasst, der der Höhe der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 entspricht. Daher wird davon ausgegangen, dass das Abdeckmittel 17a so ausgebildet wird, dass seine Randkante 17a1 auf der dem Substrat 14 näher liegenden Seite auf der Metallgrundplatte 15 zwischen einer in 4 dargestellten Position 15a, die sich direkt unter der Seitenfläche 12a der Metallplatte 12 befindet, und der in 2 dargestellten Position 15b, die sich direkt unter der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 befindet, liegt. Es wird ferner davon ausgegangen, dass das Abdeckmittel 17a so ausgebildet ist, dass seine Randkante 17a1 auf der Metallgrundplatte 15 zwischen der in 4 dargestellten Position 15a und einer Position in der Nähe der Position 15b direkt unter der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 in 5 liegt.
Nachfolgend werden Seitenflächen der Metallplatte 12, die dem Umfang des Substrats 14 zugewandt sind, als zweite Seitenflächen bezeichnet. Beispielsweise ist die Seitenfläche 12a eine zweite Seitenfläche. Gleichermaßen werden Seitenflächen der elektrischen Isolierplatte 11, die dem Umfang des Substrats 14 zugewandt sind, als dritte Seitenflächen bezeichnet. Beispielsweise ist die Seitenfläche 11a eine dritte Seitenfläche. Die Position 15a direkt unter der Seitenfläche 12a (zweite Seitenfläche) auf der Metallgrundplatte 15 wird als eine erste Position bezeichnet. Gleichermaßen wird die Position 15b direkt unter der Seitenfläche 11a (dritte Seitenfläche) auf der Metallgrundplatte 15 als eine dritte Position bezeichnet.
In diesem Zusammenhang haben in 2, 4 und 5 die Seitenfläche 13a1 (erste Seitenfläche), die eine dem Umfang des Substrats 14 zugewandte Seitenfläche des Leiterbilds 13a ist, und die Seitenfläche 12a (zweite Seitenfläche), die eine dem Umfang des Substrats 14 zugewandte Seitenfläche der Metallplatte 12 ist, den gleichen Abstand von der Seitenfläche 11a (dritte Seitenfläche), die eine dem Umfang des Substrats 14 zugewandte Seitenfläche der elektrischen Isolierplatte 11 ist, sie können jedoch auch unterschiedliche Abstände haben. Solange die Seitenfläche 11a (dritte Seitenfläche)im Substrat 14 als äußerste Fläche vorgesehen ist, kann sich die Seitenfläche 13a1 (erste Seitenfläche) innerhalb der Seitenfläche 12a (zweite Seitenfläche) befinden, oder die Seitenfläche 12a (zweite Seitenfläche) kann sich innerhalb der Seitenfläche 13a1 (erste Seitenfläche) befinden.
In dem Fall von 4 befindet sich die Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a auf der dem Substrat 14 näher liegenden Seite der Metallgrundplatte 15 an der Position 15a (erste Position), sodass die Rückfläche 11b des vorstehenden Abschnitts der elektrischen Isolierplatte 11 nicht mit dem Lot 16 bedeckt ist. Die Isolationsstrecke L1 zwischen dem Leiterbild 13a und dem Lot 16 ist die Summe aus der Länge der Rückfläche 11b des vorstehenden Abschnitts, der Länge, die der Höhe der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 entspricht, und der Kriechstrecke W1. In diesem Fall ist die Isolationsstrecke L1 die maximale Strecke. Daher ist es auch möglich, die Kriechstrecke W1 des Leiterbildes 13a über die elektrische Isolierplatte 11 zu minimieren. Befindet sich in diesem Zusammenhang die Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a auf der dem Substrat 14 näher liegenden Seite zwischen der Metallplatte 12 und der Metallgrundplatte 15 innerhalb des Substrats 14, d.h. innerhalb der Position 15a (erste Position), so wird die Verbundfestigkeit des Lotes 16 zwischen der Metallplatte 12 und der Metallgrundplatte 15 gering, und somit ist diese Ausgestaltung nicht bevorzugt.
Außerdem befindet sich in dem Fall von 2 die Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a auf der dem Substrat 14 näher liegenden Seite auf der Metallgrundplatte 15 an der Position 15b (dritte Position). Daher bedeckt das Lot 16 teilweise die Rückfläche 11b des vorstehenden Abschnitts der elektrischen Isolierplatte 11. Die Isolationsstrecke L1 zwischen dem Leiterbild 13a und dem Lot 16 ist die Summe aus der Länge eines nicht mit dem Lot 16 bedeckten Teils des vorstehenden Abschnitts der Rückfläche 11b, der Länge, die der Höhe der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 entspricht, und der Kriechstrecke W1. Dies ermöglicht dem Leiterbild 13a, eine ausreichende Isolationsstrecke L1 zum Lot 16 aufzuweisen. Daher ist es zudem möglich, die Kriechstrecke W1 des Leitbildes 13a über die elektrische Isolierplatte 11 zu reduzieren.
Gemäß der obigen Beschreibung bezüglich der 2 bis 4 ist das Abdeckmittel 17a auf der Metallgrundplatte 15 so ausgebildet, dass sich seine Randkante 17a1 zwischen der in 4 dargestellten Position 15a (erste Position) und der in 2 dargestellten Position 15b (dritte Position) befindet. Dadurch wird es im Vergleich zu dem Fall, in dem das Abdeckmittel 17a nicht wie in 3 dargestellt ausgebildet ist, möglich, einen größeren Isolationsabstand L1 zwischen dem Leiterbild 13a und dem Lot 16 sicherzustellen. Wie in 2 und 4 dargestellt ist es daher möglich, die Kriechstrecke W1 des Leiterbildes 13a über die elektrischen Isolierplatte 11 auf eine kürzere als die in 3 dargestellte Kriechstrecke W2 zu reduzieren.
Außerdem befindet sich in dem Fall von 5 die Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a auf der dem Substrat 14 näher liegenden Seite der Metallgrundplatte 15 in der Nähe der Position 15b (dritte Position). Da das Lot 16 die Rückfläche 11b des vorstehenden Abschnitts der elektrischen Isolierplatte 11 bedeckt, ist die Isolationsstrecke L1 zwischen dem Leiterbild 13a und dem Lot 16 die Summe aus der Länge, die der Höhe der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 entspricht, und der Kriechstrecke W1. Dies ermöglicht dem Leiterbild 13a, eine ausreichende Isolationsstrecke L1 zum Lot 16 aufzuweisen.
In diesem Zusammenhang sind die Positionsbeziehungen des Abdeckmittels 17a auf der Metallgrundplatte 15 zu den Leiterbildern 13b, 13d und 13e die gleichen wie oben. Außerdem wird das Abdeckmittel 17b an einer geeigneten Position auf der Metallgrundplatte 15 derart ausgebildet, dass es in Bezug auf die Leiterbilder 13i, 13k, 13l und 13n die gleichen Positionsbeziehungen wie das Abdeckmittel 17a aufweist.
Das Folgende beschreibt mit Bezug auf 6 den Fall des Verschiebens des Abdeckmittels 17a aus der Position in der Nähe der Position 15b (dritte Position) direkt unter der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 in 5 in eine Position näher am Umfang der Metallgrundplatte 15.
6 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären, wo im Halbleiterbauelement gemäß der ersten Ausführungsform ein Abdeckmittel ausgebildet wird. In 6 wird die Höhe von der Vorderfläche der Metallgrundplatte 15 bis zur Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte 11 als H angenommen und die Länge von der Position 15b (dritte Position) direkt unter der Seitenfläche 11a (dritte Seitenfläche) der elektrischen Isolierplatte 11 auf der Metallgrundplatte 15 bis zur Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a wird als L angenommen.
In dem Fall, in dem das Abdeckmittel 17a so ausgebildet ist, dass sich seine Randkante 17a1 an einer Position 15c befindet, die durch eine unterbrochene Linie angezeigt ist (nachfolgend als zweite Position bezeichnet), deckt die Auspressung 16a des Lotes 16 aus dem Substrat 14 die Rückfläche 11b und die Seitenfläche 11a des vorstehenden Abschnitts der elektrischen Isolierplatte 11 vollständig ab, wie durch eine unterbrochene Linie angezeigt. In diesem Fall wird L (=L_max) als die folgende Gleichung (1) ausgedrückt: $L=H/ (tan α) {=L}_{max}$
In dieser Gleichung bezeichnet α einen Kontaktwinkel zwischen der Metallgrundplatte 15 und dem Lot 16 in der Auspressung 16a des Lotes 16, der dadurch verursacht wird, dass das Abdeckmittel 17a einen Ausfluss aus dem Lot 16 stoppt. Dieser Kontaktwinkel α kann durch Änderung des Materials für das Lot 16, des Oberflächenzustandes der Metallgrundplatte 15, der Temperatur für das Schmelzen des Lotes usw. eingestellt werden. Es ist vorzuziehen, dass α von jeweils einschließlich 30° bis 60° beträgt. Im Falle des Kontaktwinkel α von 30° wird L_max = H√3 erhalten. In dem Fall, in dem beispielsweise die elektrische Isolierplatte 11 im Substrat 14 eine Dicke von 0,64 mm aufweist, die Metallplatte 12 eine Dicke von 0,40 mm aufweist, das Lot 16 zwischen der Metallgrundplatte 15 und der Metallplatte 12 eine Dicke von 0,20 mm aufweist und der Kontaktwinkel α 30° beträgt, wird L_max als 2,15 mm berechnet.
Um in diesem Fall eine ausreichende Isolationsstrecke zwischen dem Leiterbild 13a und der Auspressung 16a des Lotes 16 einzuhalten, muss das Leiterbild 13a eine lange Kriechstrecke über die elektrische Isolierplatte 11 aufweisen. Dazu muss sich die Seitenfläche 13a1 (erste Seitenfläche) des Leiterbildes 13a beispielsweise an einer Position befinden, die durch eine unterbrochene Linie angezeigt ist.
Mit Bezug auf das Abdeckmittel 17a wird dessen Randkante 17a1 von der Position 15c (zweite Position) in die Position 15b (dritte Position) direkt unter der Seitenfläche 11a der elektrischen Isolierplatte 11 entlang einer Richtung des Pfeils A verschoben. Da der Kontaktwinkel α des Lotes 16 an der Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a fest ist, wird die die Seitenfläche 11a (dritte Seitenfläche) der elektrischen Isolierplatte 11 bedeckende Auspressung 16a des Lotes 16 in Richtung des Pfeils B verschoben. Dadurch wird die Seitenfläche 11a (dritte Seitenfläche) der elektrischen Isolierplatte 11 freigelegt und das Leiterbild 13a weist eine größere Isolationsstrecke zum Lot 16 auf. Folglich wird es möglich, die Seitenfläche 13a1 (erste Seitenfläche) des Leiterbilds 13a von der durch die unterbrochene Linie angezeigten Position zu der Position zu verschieben, die durch eine tatsächliche Linie in Richtung eines Pfeils C angezeigt ist.
Gemäß der obigen Beschreibung bezüglich der 2 bis 6 ist das Abdeckmittel 17a auf der Metallgrundplatte 15 so ausgebildet, dass sich seine Randkante 17a1 zwischen der in 4 dargestellten Position 15a (erste Position) und der in 6 dargestellten Position 15c (zweite Position) befindet, so dass das Leiterbild 13a und das Lot 16 eine große Isolationsstrecke zwischen sich aufweisen. Zu diesem Zeitpunkt müssen die Position 15b (dritte Position) und die Position 15c (zweite Position) 0 < L < L_max erfüllen.
In diesem Zusammenhang wird das Abdeckmittel 17a auf der Metallgrundplatte 15 so ausgebildet, dass es in Bezug auf die Leiterbilder 13b, 13d und 13e die gleichen Positionsbeziehungen wie oben aufweist. Außerdem ist das Abdeckmittel 17b auf der Metallgrundplatte 15 so ausgebildet, dass es in Bezug auf die Leiterbilder 13i, 13k, 13l und 13n die gleichen Positionsbeziehungen wie das Abdeckmittel 17a aufweist.
Wie oben beschrieben, umfasst die Halbleitervorrichtung 10 das Substrat 14, das die elektrische Isolierplatte 11, die auf der Rückfläche der elektrischen Isolierplatte 11 angeordnete Metallplatte 12 und die auf der Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte 11 ausgebildeten Leiterbilder 13 umfasst, wobei die Metallgrundplatte 15 die Vorderfläche, mit der die Metallplatte 12 im Substrat 14 durch das Lot 16 verbunden ist, und das in Streifenform auf der Metallgrundplatte 15 parallel zu der Metallgrundplatte 15 ausgebildete Abdeckmittel 17a aufweist.
In dieser Ausgestaltung befindet sich die Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a auf der dem Substrat 14 näher liegenden Seite in der Nähe der Position 15b (dritte Position) auf der Metallgrundplatte 15 direkt unter der äußeren Seitenfläche 11a (dritte Seitenfläche) der elektrischen Isolierplatte 11. Insbesondere befindet sich die Randkante 17a1 zwischen der Position 15a (erste Position) auf der Metallgrundplatte 15 direkt unter der äußeren Seitenfläche 12a (zweite Seitenfläche) der Metallplatte 12 und der Position 15c (zweite Position). Die Position 15c (zweite Position) ist von der Position 15b (dritte Position) durch einen Abstand (H/(tanα)) entfernt, der durch Dividieren „der Höhe H von der Vorderfläche der Metallgrundplatte 15 zur Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte 11“ durch „den Tangens (tanα) des Kontaktwinkels α zwischen der Metallgrundplatte 15 und dem Lot 16“ berechnet wird. Beispielsweise befindet sich die Randkante 17a1 des Abdeckmittels 17a auf der dem Substrat 14 näher liegenden Seite zwischen der Position 15a (erste Position) und der Position 15c (zweite Position), die von der Position 15b (dritte Position) durch „H√3“ nach außen entfernt ist. Das Abdeckmittel 17b wird auf die gleiche Weise ausgebildet.
Die obige Ausgestaltung ermöglicht, dass die Leiterbilder 13 ausreichende Isolationsstrecken zum Lot 16 haben, wodurch ermöglicht wird, dass die Kriechstrecken der Leiterbilder 13 über die elektrische Isolierplatte 11 reduziert werden können. Da es möglich ist, die Fläche der elektrischen Isolierplatte 11 zu verkleinern, ist es auch möglich, die Fläche des Halbleiterbauelements 10 zu verkleinern und das Risiko eines Isolationsdurchschlags zu reduzieren.
Zweite Ausführungsform
Eine Halbleitervorrichtung 10a einer zweiten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 7 beschrieben.
7 ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
Die Halbleitervorrichtung 10a umfasst drei Substrate 14, 24 und 34 und eine Metallgrundplatte 25, mit der die Substrate 14, 24 und 34 durch ein nicht abgebildetes Lot parallel verbunden sind.
Wie beim Substrat 14 der ersten Ausführungsform umfassen die Substrate 24 und 34 jeweils eine elektrische Isolierplatte 21, 31, eine nicht abgebildete Metallplatte, die auf der Rückfläche der elektrischen Isolierplatte 21, 31 angeordnet ist, und auf der Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte 21, 31 ausgebildete Leiterbilder 23a bis 23n, 33a bis 33n.
Die elektrischen Isolierplatten 21 und 31 bestehen aus dem gleichen Material wie die elektrische Isolierplatte 11 der ersten Ausführungsform. Die Metallplatten bestehen aus dem gleichen Material wie die Metallplatte 12 der ersten Ausführungsform. Außerdem bestehen die Leiterbilder 23a bis 23n und 33a bis 33n aus dem gleichen Material wie die Leiterbilder 13a bis 13n der ersten Ausführungsform.
Die Metallgrundplatte 25 besteht aus dem gleichen Material wie die Metallgrundplatte 15 der ersten Ausführungsform und wird dem gleichen Plattierungsprozess wie die Metallgrundplatte 15 unterzogen. Außerdem hat die Metallgrundplatte 25 in einer ebenen Ansicht eine rechteckige Form.
Das Substrat 14 ist mit der Mitte der Vorderfläche der Metallgrundplatte 25 verbunden, und die Abdeckmittel 17a und 17b sind entlang des Substrats 14 auf der rechten und linken Seite des Substrats 14 in 7 ausgebildet. Außerdem ist das Substrat 24 mit der Vorderfläche der Metallgrundplatte 25 auf der linken Seite des Substrats 14 bei dazwischenliegendem Abdeckmittel 17b verbunden und das Substrat 34 ist mit der Vorderfläche der Metallgrundplatte 25 auf der rechten Seite des Substrats 14 bei dazwischenliegendem Abdeckmittel 17a verbunden.
Wie in der ersten Ausführungsform weisen die Leiterbahnen 13a, 13b, 13d und 13e zu diesem Zeitpunkt auf dem Substrat 14 eine nicht dargestellte Kriechstrecke W1 von der rechten Seite der elektrischen Isolierplatte 11 in 7 auf. Die Leiterbilder 13e, 13f, 13h und 13i weisen eine Kriechstrecke W2 von der Unterseite der elektrischen Isolierplatte 11 in 7 auf. Die Leiterbilder 13i, 13k, 13l und 13n weisen die nicht dargestellte Kriechstrecke W1 von der linken Seite der elektrischen Isolierplatte 11 in 7 auf. Die Leiterbilder 13m, 13n, 13g und 13a weisen die Kriechstrecke W2 von der Oberseite der elektrischen Isolierplatte 11 in 7 auf.
Wie in der ersten Ausführungsform in den 2, 4 und 5 ist daher das Abdeckmittel 17a so ausgebildet, dass die Kriechstrecke W1 der Leiterbilder 13a, 13b, 13d und 13e im Substrat 14 über die elektrische Isolierplatte 11 kürzer als die Kriechstrecke W2 ist. Gleichermaßen ist das Abdeckmittel 17b so ausgebildet, dass die Kriechstrecke W1 der Leiterbilder 13i, 13k, 13l und 13n über die elektrische Isolierplatte 11 kürzer als die Kriechstrecke W2 ist.
Außerdem weisen die Leiterbilder 23a, 23b, 23d und 23e im Substrat 24 die Kriechstrecke W1 von der rechten Seite der elektrischen Isolierplatte 21 in 7 auf. Die Leiterbilder 23e, 23f, 23h und 23i weisen die Kriechstrecke W2 von der Unterseite der elektrischen Isolierplatte 21 in 7 auf. Die Leiterbilder 23i, 23k, 23l und 23n weisen die Kriechstrecke W2 von der linken Seite der elektrischen Isolierplatte 21 in 7 auf. Die Leiterbilder 23m, 23n, 23g und 23a weisen die Kriechstrecke W2 von der Oberseite der elektrischen Isolierplatte 21 in 7 auf.
Wie in der in den 2, 4 und 5 dargestellten ersten Ausführungsform, stoppt daher das Abdeckmittel 17b in Bezug auf die Leiterbilder 23a, 23b, 23d und 23e auf der rechten Seite des Substrats 24, wo das Abdeckmittel 17b in 7 ausgebildet ist, einen Ausfluss von Lot, wodurch die Leiterbilder 23a, 23b, 23d und 23e ausreichende Isolationsstrecken zum Lot einhalten können. Dadurch ist es möglich, die Kriechstrecke W1 der Leiterbilder 23a, 23b, 23d und 23e über die elektrische Isolierplatte 21 auf eine kürzere als die Kriechstrecke W2 zu reduzieren.
Da Lot ausfließen kann, haben die Leiterbahnen 23e, 23f, 23i, 23k, 23l, 23n, 23g und 23a im Substrat 24, für die das Abdeckmittel 17b nicht ausgebildet ist, eine längere Kriechstrecke W2 von der Unterseite, der linken Seite, der Oberseite der elektrischen Isolierplatte 21 als die Kriechstrecke W1 in 7.
Außerdem weisen die Leiterbilder 33a, 33b, 33d und 33e im Substrat 34 die Kriechstrecke W2 von der rechten Seite der elektrischen Isolierplatte 31 in 7 auf. Die Leiterbilder 33e, 33f, 33h und 33i weisen die Kriechstrecke W2 von der Unterseite der elektrischen Isolierplatte 31 in 7 auf. Die Leiterbilder 33i, 33k, 33l und 33n weisen die Kriechstrecke W1 von der linken Seite der elektrischen Isolierplatte 31 in 7 auf. Die Leiterbilder 33m, 33n, 33g und 33a weisen die Kriechstrecke W2 von der Oberseite der elektrischen Isolierplatte 31 in 7 auf.
Wie in der in den 2, 4 und 5 dargestellten ersten Ausführungsform stoppt daher das Abdeckmittel 17a in Bezug auf die Leiterbilder 33i, 33k, 33l und 33ne auf der linken Seite des Substrats 34, wo das Abdeckmittel 17a ausgebildet ist, einen Ausfluss von Lot, wodurch die Leiterbilder 33i, 33k, 33l und 33n ausreichende Isolationsstrecken zum Lot einhalten können. Dadurch ist es möglich, die Kriechstrecke W1 der Leiterbilder 33i, 33k, 33l und 33n über die elektrische Isolierplatte 31 auf eine kürzere als die Kriechstrecke W2 zu reduzieren.
Da Lot ausfließen kann, haben die Leiterbahnen 33a, 33b, 33d, 33e, 33f, 33g, 33i, 33m und 33n im Substrat 34, für die das Abdeckmittel 17b nicht ausgebildet ist, eine längere Kriechstrecke W2 von der rechten Seite, der Unterseite und der Oberseite der elektrischen Isolierplatte 31 als die Kriechstrecke W1 in 7.
Im Übrigen hat die rechteckige Metallgrundplatte 25, die in einer ebenen Ansicht eine rechtwinklige Form aufweist, eine starke Tendenz, sich in konkaver Form mit der Mitte ihrer Vorderfläche nach unten gerichtet zu krümmen. Daher fließt das nicht dargestellte Lot zum Verbinden der Substrate 14, 24 und 34 mit der Metallgrundplatte 25, wie in 7 dargestellt, auf der Metallgrundplatte 25 in durch unterbrochene Pfeile in 7 angezeigte Richtungen. Um sich damit zu befassen, werden die Abdeckmittel 17a und 17b auf der rechten und linken Seite des Substrats 14 in 7 ausgebildet. Diese Abdeckmittel 17a und 17b sind in der Lage, den Ausfluss von Lot auf der Metallgrundplatte 25 in den durch die unterbrochenen Pfeile von 7 angezeigten Richtungen zu stoppen.
Wie oben beschrieben, sind in der Halbleitervorrichtung 10a von 7 weitere Substrate 24 und 34 auf der Metallgrundplatte 25 bei dazwischenliegenden Abdeckmitteln 17a und 17b an den Seiten des Substrats 14 angeordnet. Das heißt, unter Verwendung von wenigen Abdeckmitteln 17a und 17b ist es möglich, die Kriechstrecken der Leiterbilder 13 über die elektrischen Isolierplatte 11 effizient zu reduzieren. Dies verringert die Fläche der Halbleitervorrichtung 10a und reduziert ferner das Risiko eines Isolationsdurchschlags. Außerdem wird ein Ausfluss von Lot über die Substrate 14, 24 und 34 verhindert und somit wird eine gleichmäßige Lotmenge zwischen den Substraten 14, 24 und 34 erreicht. Dies ermöglicht, dass die Erzeugung von leeren, nicht verbundenen Bereichen in dem Lot in den Räumen zwischen den Substraten 14, 24 und 34 und der Metallgrundplatte 25 verhindert wird und ein übermäßiger Ausfluss von Lot aus den Substraten 14, 24 und 34 verhindert wird.
Dritte Ausführungsform
Eine Halbleitervorrichtung 10b einer dritten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 8 beschrieben.
8 ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
Die Halbleitervorrichtung 10b umfasst ein Substrat 44 und eine Metallgrundplatte 45, mit der das Substrat 44 durch ein nicht dargestelltes Lot verbunden ist.
Wie beim Substrat 14 der ersten Ausführungsform umfasst das Substrat 44 eine elektrische Isolierplatte 41, eine nicht abgebildete Metallplatte, die auf der Rückfläche der elektrischen Isolierplatte 41 angeordnet ist, und auf der Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte 41 ausgebildete Leiterbilder 43a bis 43n.
In diesem Zusammenhang besteht die elektrische Isolierplatte 41 aus dem gleichen Material wie die elektrische Isolierplatte 11 der ersten Ausführungsform. Die Metallplatte besteht aus dem gleichen Material wie die Metallplatte 12 der ersten Ausführungsform. Des Weiteren bestehen die Leiterbilder 43a bis 43n aus dem gleichen Material wie die Leiterbilder 13a bis 13n der ersten Ausführungsform.
Die Metallgrundplatte 45 besteht aus dem gleichen Material wie die Metallgrundplatte 15 der ersten Ausführungsform und wird dem gleichen Plattierungsprozess wie die Metallgrundplatte 15 der ersten Ausführungsform unterzogen.
Die Metallplatte auf der Rückfläche des Substrats 44 ist mit der Vorderfläche der Metallgrundplatte 45 durch ein Lot verbunden, und die Abdeckmittel 27a1, 27b1, 27b2 und 27c1 sind an den Seiten des Substrats 44 passend ausgebildet.
Insbesondere ist das Abdeckmittel 27a1 auf der rechten Seite des Substrats 44 auf der Metallgrundplatte 45 so ausgebildet, dass es der rechten Seitenfläche des Leiterbilds 43a in 8 zugewandt ist. Das Abdeckmittel 27b1 ist auf der linken Seite des Substrats 44 auf der Metallgrundplatte 45 so ausgebildet, dass es der linken Seitenfläche des Leiterbildes 43i in 8 zugewandt ist. Das Abdeckmittel 27b2 ist auf der linken Seite des Substrats 44 auf der Metallgrundplatte 45 so ausgebildet, dass es der linken Seitenfläche des Leiterbildes 43l in 8 zugewandt ist. Das Abdeckmittel 27c1 ist auf der Unterseite des Substrats 44 auf der Metallgrundplatte 45 so ausgebildet, dass es der Unterseite des Leiterbildes 43h in 8 zugewandt ist.
Das heißt, dass wie in der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Leiterbilder 43a, 43i, 43l und 43h, die den Abdeckmitteln 27a1, 27b1, 27b2 und 27c1 zugewandt sind, die Abdeckmittel 27a1, 27b1, 27b2 und 27c1 einen Ausfluss von Lot stoppen, und dies ermöglicht den Leiterbildern 43a, 43i, 43l und 43h, eine ausreichende Isolationsstrecke zum Lot einzuhalten. Dadurch ist es möglich, die Kriechstrecke W1 der Leiterbilder 43a, 43i, 43l und 43h über die elektrischen Isolierplatte 51 auf eine kürzere als die Kriechstrecke W2 zu reduzieren.
Wie oben beschrieben, sind die Leiterbilder 43a, 43i, 43l und 43h so ausgebildet, dass sie den Abdeckmitteln 27a1, 27b1, 27b2 und 27c1 zugewandt sind. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Flächen der Hauptflächen der Leiterbilder 43a, 43i, 43l und 43h auf mehr als die Flächen der Hauptflächen der Leiterbilder 13a, 13i, 13l und 13h von 9 zu vergrößern.
Die Abdeckmittel 27a1, 27b1, 27b2, 27c1 dienen nicht nur zur Vergrößerung der Hauptflächen der Leiterbilder 43a, 43i, 43l und 43h, sondern können auch an Stellen ausgebildet werden, an denen das Lot aufgrund des gekrümmten Zustandes und dergleichen der metallischer Grundplatte 45 leicht aus dem Substrat 44 ausfließen kann.
Die offenbarten Techniken ermöglichen es, eine Halbleitervorrichtung zu miniaturisieren, das Risiko eines Isolationsdurchschlags zu reduzieren und eine Reduzierung der Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung zu verhindern.
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 20175137 [0008]

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat mit einer elektrischen Isolierplatte, einer Metallplatte, die auf einer Rückfläche der elektrischen Isolierplatte angeordnet ist, und einem Leiterbild, das auf einer Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte ausgebildet ist; eine Grundplatte mit einer Hauptfläche, mit der die Metallplatte in dem Substrat durch ein Verbindungselement verbunden ist; und ein Abdeckmittel, das in Streifenform auf der Grundplatte parallel zu einer ersten Seitenfläche des Leiterbilds, die in einer ebenen Ansicht nach außen zeigt, ausgebildet ist, wobei das Abdeckmittel eine Randkante auf einer dem Substrat näher liegenden Seite aufweist und sich die Randkante zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position befindet, wobei die erste Position eine Position auf der Grundplatte direkt unter einer, der Außenseite zugewandten zweiten Seitenfläche der Metallplatte ist, wobei die zweite Position eine Position außerhalb der ersten Position auf der Grundplatte ist, und wobei die zweite Position von einer dritten Position auf der Grundplatte direkt unter einer der Außenseite zugewandten dritten Seitenfläche der elektrischen Isolierplatte durch einen Abstand entfernt ist, der berechnet wird, indem „eine Höhe von der Hauptfläche der Grundplatte zur Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte“ durch „einen Tangens eines Kontaktwinkels zwischen der Grundplatte und dem Verbindungselement“ dividiert wird.
Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat mit einer elektrischen Isolierplatte, einer Metallplatte, die auf einer Rückfläche der elektrischen Isolierplatte angeordnet ist, und einem Leiterbild, das auf einer Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte ausgebildet ist; eine Grundplatte mit einer Hauptfläche, mit der die Metallplatte in dem Substrat durch ein Verbindungselement verbunden ist; und ein Abdeckmittel, das in Streifenform auf der Grundplatte parallel zu einer ersten Seitenfläche des Leiterbilds, die in einer ebenen Ansicht nach außen zeigt, ausgebildet ist, wobei das Abdeckmittel eine Randkante auf einer dem Substrat näher liegenden Seite aufweist und sich die Randkante zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position befindet, wobei die erste Position eine Position auf der Grundplatte direkt unter einer der Außenseite zugewandten zweiten Seitenfläche der Metallplatte ist, wobei die zweite Position eine Position außerhalb der ersten Position auf der Grundplatte ist, und wobei die zweite Position von einer dritten Position auf der Grundplatte direkt unter einer der Außenseite zugewandten dritten Seitenfläche der elektrischen Isolierplatte durch einen Abstand entfernt ist, der berechnet wird, indem „eine Höhe von der Hauptfläche der Grundplatte zur Vorderfläche der elektrischen Isolierplatte“ mit einer Quadratwurzel aus drei“ multipliziert wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei Abdeckmittel auf der Grundplatte entlang gegenüberliegenden Seiten eines Umfangs des Substrats ausgebildet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Randkante des Abdeckmittels zwischen der ersten Position und der dritten Position auf der Grundplatte befindet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Abdeckmittel auf der Grundplatte so ausgebildet ist, dass es der ersten Seitenfläche des Leiterbilds in einer ebenen Ansicht zugewandt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend ein weiteres Substrat, das auf einer Seite des Substrats mit zwischen dem Substrat und dem weiteren Substrat liegendem Abdeckmittel auf der Grundplatte angeordnet ist.