DE102020214734A1

DE102020214734A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102020214734A1
Application number: DE102020214734.5A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Miyasaka; Yuichiro HINATA
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US20210235579A1; CN113163586A; US11191157B2; JP7476540B2; JP2021118216A

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasst eine isolierter Leiterplatte, eine gedruckte Schaltung mit Durchgangslöchern, die durch eine Hauptoberfläche der gedruckten Schaltung gehen, und externe Anschlussklemmen, die in die Durchgangslöcher eingepresst sind, so dass ein Endabschnitt jeder externer Anschlussklemme durch eine Frontfläche der isolierten Leiterplatte geht und damit befestigt ist. Die gedruckte Schaltung umfasst auf der Hauptoberfläche Unterstützungsbereiche, die jeweils ein Durchgangsloch aufweisen, und Pufferbereiche, die jeweils einen Unterstützungsbereich umgeben, mindestens ein Pufferloch aufweisen und mindestens einen Torsionsabschnitt aufweisen, der mit dem Unterstützungsbereich verbunden ist, umfasst. Ein Unterstützungsbereich mit einem Durchgangsloch in der gedruckten Schaltung verformt sich entsprechend der Biegung der Torsionsabschnitte, wenn sich eine externe Anschlussklemme verformt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen eine Halbleitervorrichtung.
Stand der Technik
Halbleitervorrichtungen sind mit Halbleiterchips ausgerüstet, einschließlich Leistungsvorrichtungen, und werden als Leistungswandler verwendet. Die hier genannten Leistungsvorrichtungen sind Schaltelemente wie zum Beispiel IGBTs („Insulated Gate Bipolar Transistors“, Bipolartransistor mit isolierter Gatter-Elektrode) oder Leistungs-MOSFETs („Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors“, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor).
Eine Halbleitervorrichtung dieser Art umfasst eine isolierte Leiterplatte, Halbleiterchips und eine gedruckte Schaltung. Die isolierte Leiterplatte weist eine Keramikplatte und eine Vielzahl von Schaltungsmustern, die auf der Keramikplatte angeordnet sind, auf. Die Halbleiterchips sind auf vorgegebenen Schaltungsmustern befestigt. Vorgegebene Schaltkreise sind auf der gedruckten Schaltung ausgebildet. Externe Anschlussklemmen sind in Durchgangslöcher in der gedruckten Schaltung eingesetzt und eingepresst. Die an der gedruckten Schaltung befestigten externen Anschlussklemmen sind mit den vorgegebenen Schaltungsmustern auf der isolierten Leiterplatte verbunden. Eine Halbleitervorrichtung wird hergestellt, indem diese Struktur in eine Gießform gegeben und Harz in die Form eingespritzt wird. Verschiedene Verfahren werden verwendet, um stabförmige Anschlussklemme und ähnliches an Platten, wie einer gedruckten Schaltung zu befestigen (siehe zum Beispiel japanische Offenlegungsschrift Nr. 2019-161174 , internationale Patentanmeldung Nr. WO2014/061211 , internationale Patentanmeldung Nr. WO2014/185050 , internationale Patentanmeldung Nr. WO2014/192298 , und internationale Patentanmeldung Nr. WO2015/151235 ). Ein beispielhaftes Verfahren zum Befestigen der Anschlussklemmen ist das Anbringen von Teilen der Anschlussklemmen über Aufnahmen für Anschlussklemmen in Durchgangslöchern in einer Platte (siehe zum Beispiel japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-114979 ). Ein weiteres beispielhaftes Verfahren ist das Anbringen von Positionsstiften in Löchern in einer Keramikplatte über dünnwandige Messingzylinder (siehe zum Beispiel japanische Offenlegungsschrift Nr. 05-191096 ).
Die in einer Halbleitervorrichtung enthaltenen Komponenten unterscheiden sich aufgrund von Abmessungstoleranzen und Fertigungstoleranzen. Das bedeutet, dass wenn externe Anschlussklemme als eine dieser Komponenten in eine gedruckte Schaltung eingepresst und an eine isolierte Leiterplatte angeschlossen werden, treten Schwankungen in der Höhe der externen Anschlussklemmen auf. Wenn eine isolierte Leiterplatte und dergleichen in einem Zustand, in dem es Schwankungen in der Höhe der externen Anschlussklemmen gibt, in eine Gießform eingesetzt werden, werden solche externe Anschlussklemmen, die mehr als andere abstehen, durch die Gießform gepresst. Abhängig von der Presskraft und der Pressrichtung auf die externen Anschlussklemmen, die von der Gießform berührt und gepresst werden, kann dies zu einer Verformung der externen Anschlussklemmen führen. Darüber hinaus kann bei der Verformung der externen Anschlussklemmen eine Last auf die gedruckte Schaltung, in die die externen Anschlussklemmen eingepresst wurden, aufgebracht werden und diese beschädigen. Eine Halbleitervorrichtung, deren gedruckte Schaltung auf diese Weise beschädigt wurde, hat mit großer Wahrscheinlichkeit eine geringere Zuverlässigkeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegenden Ausführungsformen wurden unter Anbetracht der oben beschriebenen Probleme erdacht und haben zum Ziel, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die das Auftreten von Schäden an einer gedruckten Schaltung reduzieren kann.
Gemäß einem Gesichtspunkt wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, umfassend: eine Platte; eine gedruckte Schaltung mit Durchgangslöchern, die durch eine Hauptoberfläche der gedruckten Schaltung gehen; und externe Anschlussklemmen, die in die Durchgangslöcher eingepresst sind, so dass ein Endabschnitt jeder externer Anschlussklemme durch eine Frontfläche der Platte geht und damit befestigt ist, wobei die gedruckte Schaltung auf der Hauptoberfläche Unterstützungsbereiche, die jeweils ein Durchgangsloch aufweisen, und Pufferbereiche, die jeweils einen Unterstützungsbereich umgeben, mindestens ein Pufferloch aufweisen und mindestens einen Torsionsabschnitt aufweisen, der mit dem Unterstützungsbereich verbunden ist, umfasst.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ist eine Draufsicht einer gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Durchgangslochs in der gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4A und 4B sind Schnittansichten der gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 zeigt das Auftragen von Lot im Verfahren Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
7A und 7B zeigen das Befestigen einer gedruckten Schaltung und dergleichen im Verfahren Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
8 zeigt das Gießen im Verfahren Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
9A und 9B zeigen Risse an Durchgangslöchern einer gedruckten Schaltung als Vergleichsbeispiel;
10A und 10B zeigen Risse an einem Durchgangsloch in der gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
11A und 11B sind vergrößerte Draufsichten anderer Durchgangslöcher, die in der gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind;
12A und 12B sind vergrößerte Draufsichten der Durchgangslöcher in einer gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
13A und 13B sind vergrößerte Draufsichten der Durchgangslöcher in einer gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung beziehen sich die Ausdrücke „Frontfläche“ und „obere Oberfläche“ auf die Oberfläche einer Halbleitervorrichtung 10, die in 1 nach oben zeigt. In gleicher Weise bezieht sich der Ausdruck „oben“ auf die Aufwärtsrichtung der Halbleitervorrichtung 10 in 1. Die Ausdrücke „Rückfläche“ und „untere Oberfläche“ beziehen sich auf die Oberfläche der Halbleitervorrichtung 10, die in 1 nach unten zeigt. In gleicher Weise bezieht sich der Ausdruck „unten“ auf die Abwärtsrichtung der Halbleitervorrichtung 10 in 1. Diese Ausdrücke bezeichnen entsprechend dieselben Richtungen in den anderen Zeichnungen. Die Ausdrücke „Frontfläche“, „obere Oberfläche“, „oben“, „Rückfläche“, „untere Oberfläche“, „unten“ und „Seitenfläche“ sind lediglich zweckdienliche Ausdrücke, die verwendet werden, um Positionsbeziehungen anzugeben, und nicht gedacht, um den technischen Umfang der vorliegenden Ausführungsformen einzuschränken. Beispielsweise bezieht sich „oben“ und „unten“ nicht notwendigerweise auf Richtungen, die senkrecht zum Boden verlaufen. Das heißt, dass die „oben“ und „unten“ -Richtungen sind auf die Richtung der Schwerkraft beschränkt sind.
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und 2 ist eine Draufsicht einer gedruckten Schaltung, die in der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthalten ist. Die Halbleitervorrichtung 10 ist von oben gesehen rechteckig. 1 zeigt einen Querschnitt parallel zur Länge der Halbleitervorrichtung 10. In 2 ist nur die oberen Oberflächenseite der gedruckten Schaltung 30 dargestellt. Außerdem sind um die Durchgangslöcher 34a und 34b der gedruckten Schaltung 30 ausgebildete Pufferbereiche in 2 nicht dargestellt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Halbleitervorrichtung 10 isolierte Leiterplatten 20a und 20b, Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1, und 24b2, eine gedruckte Schaltung 30, externe Anschlussklemme 40a und 40b und Leitpfosten 41a und 41b. In der Halbleitervorrichtung 10 sind diese Komponenten durch ein Dichtungsmittel 50 abgedichtet. Die beispielhafte Halbleitervorrichtung 10 ist durch das Dichtungsmittel 50 abgedichtet, so dass die Rückflächen der isolierten Leiterplatten 20a und 20b freiliegen.
Die isolierten Leiterplatten 20a und 20b sind nebeneinander in horizontaler Richtung angeordnet. Die isolierten Leiterplatten 20a und 20b umfassen Isolierplatten 21a und 21b, auf den Rückflächen der Isolierplatten 21a und 21b angeordnete Metallplatten 22a und 22b und auf den Frontflächen der Isolierplatten 21a und 21b angeordnete Schaltungsmuster 23a1, 23a2, 23b1 und 23b2. Die Isolierplatten 21a und 21b und die Metallplatten 22a und 22b sind von oben gesehen rechteckig. Eckabschnitte der Isolierplatten 21a und 21b und der Metallplatten 22a und 22b können zu einer gerundeten oder abgeschrägten Form abgekantet sein. Von oben gesehen sind die Metallplatten 22a und 22b kleiner als die Isolierplatten 21a und 21b und sind innerhalb der Isolierplatten 21a und 21b ausgebildet. Die Isolierplatten 21a und 21b sind aus einer Keramik oder einem isolierenden Harz mit vorteilhafter Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Beispielhafte Keramiken umfassen Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid. Beispielhafte isolierende Harze umfassen eine Papier-Phenol-Platte, eine Papier-Epoxid-Platte, eine Glasverbundlatte und eine Glas-Epoxid-Platte. Die Metallplatten 22a und 22b sind aus Metall mit überlegener Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Beispielhafte Metalle umfassen Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer und eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält. Die Dicke der Metallplatten 22a und 22b beträgt mindestens 0,1 mm und höchstens 4,0 mm. Die Oberflächen der Metallplatten 22a und 22b können beschichtet sein, um Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Bei diesem Vorgehen umfassen Beispiele des Beschichtungsmaterials Nickel, Nickel-Phosphor-Legierung und Nickel-Bor-Legierung. Die Schaltungsmuster 23a1, 23a2, 23b1 und 23b2 sind aus Metall mit überlegener elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Beispielhafte Metalle umfassen Silber, Kupfer, Nickel und eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält. Die Dicke der Schaltungsmuster 23a1, 23a2, 23b1 und 23b2 beträgt mindestens 0,1 mm und höchstens 4,0 mm. Die Oberflächen der Schaltungsmuster 23a1, 23a2, 23b1 und 23b2 können beschichtet sein, um Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Beispiele des hier verwendeten Beschichtungsmaterials umfassen Nickel, Nickel-Phosphor-Legierung und Nickel-Bor-Legierung. Die Schaltungsmuster 23a1, 23a2, 23b1 und 23b2 werden durch Bilden einer Metallschicht auf den Frontflächen der Isolierplatten 21a und 21b und Verarbeiten der Metallschichten, z.B. durch Ätzen, erhalten. Alternativ können die Schaltungsmuster 23a1, 23a2, 23b1 und 23b2 vorab aus einer Metallschicht ausgeschnitten und dann mit den Frontflächen der Isolierplatten 21a und 21b druckverklebt werden. Die in 1 dargestellten Schaltungsmuster 23a1, 23a2, 23b1 und 23b2 sind lediglich Beispiele. Die Anzahl, Form, Größe und dergleichen der Schaltungsmuster können in geeigneter Weise gewählt werden. Als Beispiele können DCB-Platten („Direct Copper Bonding“), AMB-Platten („Active Metal Brazed“) oder Harzisolierplatten als isolierte Leiterplatten 20a und 20b aus diesen Komponenten verwendet werden.
Die Halbleiterchips 24a1 und 24b1 umfassen Schaltelemente. Beispielsweise sind die Schaltelemente IGBTs oder Leistungs-MOSFETs. Wenn die Halbleiterchips 24a1 und 24b1 IGBTs sind, ist eine Kollektorelektrode auf der Rückfläche als eine Hauptelektrode angeordnet und eine Gatterelektrode und eine Emitterelektrode sind auf der Frontfläche als Hauptelektroden angeordnet. Wenn die Halbleiterchips 24a1 und 24b1 Leistungs-MOSFETs sind, ist eine Drainelektrode auf der Rückfläche als eine Hauptelektrode angeordnet und eine Gatterelektrode und eine Sourcelektrode sind auf der Frontfläche als Hauptelektroden angeordnet. Die Rückflächen der oben beschriebenen Halbleiterchips 24a1 und 24b1 sind mittels Lots (nicht darstellt) mit den Schaltungsmustern 23a1 und 23b1 verbunden. Die Leitpfosten 41a und 41b sind elektrisch und mechanisch verbunden, wie es für die Hauptelektroden und die Gatterelektrode auf der Frontfläche der Halbleiterchips 24a1 und 24b1 angemessen ist.
Die Halbleiterchips 24a2 und 24b2 umfassen Dioden, beispielsweise Freilaufdioden („Free Wheeling Diodes“, FWDs) wie z.B. SBDs („Schottky Barrier Dioden“) oder PiN („P-intrinsic-N) -Dioden. Diese Halbleiterchips 24a2 und 24b2 haben eine Ausgangselektrode (Kathodenelektrode) als Hauptelektrode auf der Rückfläche und eine Eingangselektrode (Anodenelektrode) als Hauptelektrode auf der Frontfläche. Die Rückflächen der Halbleiterchips 24a2 und 24b2 sind mittels Lots (nicht darstellt) mit den Schaltungsmustern 23a1 und 23b1 verbunden. Die Leitpfosten 41a und 41b sind elektrisch und mechanisch verbunden, wie es für die Hauptelektroden auf den Frontflächen der Halbleiterchips 24a2 und 24b2 angemessen ist. Anstelle der Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1 und 24b2 kann ein RC („Reverse Conducting“, rückwärtsleitender) -IGBT mit denselben Funktionen wie jeweils ein IGBT und eine FWD verwendet werden. 1 illustriert lediglich einen beispielhaften Aufbau, in dem die Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1 und 24b2 angeordnet sind. Die vorliegenden Ausführungsformen sind nicht auf diese Anordnung beschränkt und die Anzahl der Chippaare kann gemäß den Anforderungen der Halbleitervorrichtung 10 bereitgestellt werden.
Bleifreies Lot wird als das Lot (nicht dargestellt) zum Verbinden der Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1 und 24b2 und der Schaltungsmuster 23a1 und 23b1 verwendet. Beispielsweise weist das bleifreie Lot mindestens eine der Legierungen Zinn-Silber-Kupfer, Zinn-Zink-Wismut, Zinn-Kupfer oder Zinn-Silber-Iridium-Wismut als Hauptkomponente aus. Das Lot kann auch Zusatzstoffe wie zum Beispiel Nickel, Germanium, Kobalt oder Silizium enthalten. Durch Hinzufügen von Zusatzstoffen ist es möglich, die Benetzbarkeit, den Glanz und die Haftfestigkeit des Lots zu verbessern und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Die gedruckte Schaltung 30 wird den horizontal angeordneten isolierten Leiterplatten 20a und 20b gegenüberliegend bereitgestellt. Wie in 2 dargestellt, ist die gedruckte Schaltung 30 mit einer Isolierplatte 31 und einer Vielzahl von oberen Schaltungsmustern 32 ausgestattet, die auf der Frontfläche der Isolierplatte 31 ausgebildet ist. Die gedruckte Schaltung 30 umfasst auch eine Vielzahl unterer Schaltungsmuster 33 auf der Rückfläche der Isolierplatten 31 (siehe 4A und 4B). Zusätzlich weist die gedruckte Schaltung 30 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 34a und 34b auf, die von der Frontfläche zur Rückfläche gehen und an vorgegebenen Stellen ausgebildet sind. Die Durchgangslöcher 34a sind an gegenüberliegenden Stellen in Eckabschnitten der isolierten Leiterplatten 20a und 20b der gedruckten Schaltung 30 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 34b sind an anderen Orten auf der gedruckten Schaltung 30 ausgebildet. Pufferbereiche (nicht dargestellt) sind um die Durchgangslöcher 34a und 34b herum ausgebildet. Diese Pufferbereiche werden später genauer beschrieben.
Die Isolierplatte 31 ist als flache Platte aus einem Isoliermaterial ausgebildet. Als dieses Material wird ein durch Eintauchen eines Substrats in Harz erhaltenes Material verwendet. Beispiele des Substrats umfassen Papier, Glasfasergewebe und Glasvliesstoff. Als Harz werden beispielsweise Phenolharz, Epoxidharz oder Polyimidharz verwendet. Konkrete Beispiele für die hier verwendete Isolierplatte 31 sind eine Papier-Phenol-Platte, eine Papier-Epoxid-Platte, eine Glas-Epoxid-Platte, eine Glas-Polyimid-Platte und eine Glasverbundplatte. Die Isolierplatte 31 ist von oben gesehen rechteckig. Eckabschnitte der Isolierplatte 31 können zu einer gerundeten oder abgeschrägten Form abgekantet sein.
Die oberen Schaltungsmuster 32 und die unteren Schaltungsmuster 33 weisen eine Vielzahl von Formen auf, um die vorgegebenen Schaltkreise zu bilden. Beispielsweise haben die oberen Schaltungsmuster 32 eine Vielzahl von Musterformen, wie in 2 dargestellt. Obwohl nicht dargestellt haben die unteren Schaltungsmuster 33 auch eine Vielzahl von Formen. Die oberen Schaltungsmuster 32 und die unteren Schaltungsmuster 33 sind aus einem Material mit überlegener Leitfähigkeit gefertigt. Beispielhafte Materialien umfassen Silber, Kupfer, Nickel oder eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält. Die Oberflächen der oberen Schaltungsmuster 32 und der unteren Schaltungsmuster 33 können beschichtet sein, um Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Beispiele des in einem Beschichtungsvorgang verwendeten Materials umfassen Nickel, Nickel-Phosphor-Legierung und Nickel-Bor-Legierung.
Beispielsweise kann die oben beschriebene gedruckte Schaltung 30 wie folgt ausgebildet sein. Metallfolie ist an den Front- und Rückflächen der Isolierplatten 31 befestigt und ein Abdeckmittel mit vorgegebener Form ist auf jede Oberfläche gedruckt. Die Metallfolie auf der Frontfläche und der Rückfläche der Isolierplatte 31 wird dann mit dem gedruckten Abdeckmittel als Maske geätzt und das verbleibende Abdeckmittel wird entfernt. Auf diese Weise werden die oberen Schaltungsmuster 32 und die unteren Schaltungsmuster 33 jeweils auf der Frontfläche und der Rückfläche der Isolierplatte 31 ausgebildet. Ein Lochbildungsvorgang wird dann an vorgegebenen Stellen auf der laminierten Struktur, bestehend aus der Isolierplatte 31, den oberen Schaltungsmustern 32 und den unteren Schaltungsmustern 33, durchgeführt, um die Vielzahl der Durchgangslöcher 34a und 34b sowie die Pufferbereiche zu bilden (siehe 3). Die Vielzahl der Durchgangslöcher 34a, 34b und die Pufferbereiche können beschichtet sein, um Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Dabei können beispielsweise Lötbeschichtungsverfahren und außenstromlose Goldbeschichtungsverfahren durchgeführt werden. Es kann auch eine Behandlung mit wasserlöslichen Flussmitteln durchgeführt werden.
Die externen Anschlussklemmen 40a werden eingepresst, um durch die Durchgangslöcher 34a in der gedruckten Schaltung 30 zu gehen. Dabei werden die Einpressstellen mit Lot bedeckt. Die externen Anschlussklemmen 40a sind elektrisch mit den oberen Schaltungsmustern 32 und den unteren Schaltungsmustern 33 der gedruckten Schaltung 30 verbunden. Ein Ende jeder externen Anschlussklemme 40a ist unter Verwendung von Lot mit einem Schaltungsmuster 23a1 oder 23a2 der isolierten Leiterplatte 20a verbunden. Ersatzweise können Öffnungen an Stellen der Schaltungsmuster 23a1 und 23a2 der isolierten Leiterplatte 20a vorgesehen sein, wo die externen Anschlussklemmen 40a befestigt werden, und ein Ende jeder externen Anschlussklemme 40a kann unter Verwendung von Lot mit diesen Öffnungen verbunden werden. Rohrartige Kontaktkomponenten können mit Lot an den Stellen auf den Schaltungsmustern 23a1 und 23a2 der isolierten Leiterplatte 20a verbunden werden, wo die externen Anschlussklemmen 40a befestigt werden sollen, und ein Ende jeder externen Anschlussklemme 40a kann in diese Kontaktkomponenten eingepresst werden. Die in diesem Aufbau verwendeten Kontaktkomponenten sind aus einem Material mit überlegener elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Beispielsweise kann Silber, Nickel oder eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält, als dieses Material verwendet werden. Die externen Anschlussklemmen 40b werden eingepresst, um durch die Durchgangslöcher in der gedruckten Schaltung 30 zu gehen. Dabei werden die Einpressstellen mit Lot bedeckt. Die externen Anschlussklemmen 40b sind elektrisch mit den oberen Schaltungsmustern 32 und den unteren Schaltungsmustern 33 der gedruckten Schaltung 30 verbunden. Ein Ende jeder externen Anschlussklemme 40b ist unter Verwendung von Lot mit einem Schaltungsmuster 23b1 oder 23b2 der isolierten Leiterplatte 20b verbunden. Ersatzweise können Öffnungen an Stellen der Schaltungsmuster 23b1 und 23b2 der isolierten Leiterplatte 20a vorgesehen sein, wo die externen Anschlussklemmen 40b befestigt werden, und ein Ende jeder externen Anschlussklemme 40b kann unter Verwendung von Lot mit diesen Öffnungen verbunden werden. Rohrartige Kontaktkomponenten können mit Lot an den Stellen auf den Schaltungsmustern 23b1 und 23b2 der isolierten Leiterplatte 20b verbunden werden, wo die externen Anschlussklemmen 40b befestigt werden sollen, und ein Ende jeder externen Anschlussklemme 40b kann in diese Kontaktkomponenten eingepresst werden. Die in diesem Aufbau verwendeten Kontaktkomponenten sind aus einem Material mit überlegener elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Beispielsweise kann Silber, Nickel oder eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält, als dieses Material verwendet werden. Die externen Anschlussklemmen 40a und 40b sind säulenförmig mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt. Die externen Anschlussklemmen 40a und 40b sind aus einem Material mit überlegener elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Beispielsweise kann Silber, Nickel oder eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält, als dieses Material verwendet werden. Die Oberflächen der externen Anschlussklemmen 40a und 40b können beschichtet sein, um Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Beispiele für das im Beschichtungsvorgang verwendete Material sind Nickel, Nickel-Phosphor-Legierung und Nickel-Bor-Legierung. Die Querschnittsdurchmesser (für einen kreisförmigen Querschnitt) oder die Längen der Diagonalen (für einen rechteckige Querschnitt) der externen Anschlussklemmen 40a und 40b sind um einige Prozent größer als die Durchmesser der Durchgangslöcher 34a und 34b in der gedruckten Schaltung. Da sie größer sind, werden die externen Anschlussklemmen 40a in die Durchgangslöcher 34a der gedruckten Schaltung 30 eingepresst.
Die Leitpfosten 41a werden eingepresst, um durch die Durchgangslöcher 34b in der gedruckten Schaltung 30 zu gehen. Dabei werden die Einpressstellen mit Lot bedeckt. Die Leitpfosten 41a sind elektrisch mit den oberen Schaltungsmustern 32 und den unteren Schaltungsmustern 33 der gedruckten Schaltung 30 verbunden. Ein Endabschnitt jedes Leitpfostens 41a wird mit Lot mit den Hauptelektroden oder Steuerelektroden der Halbleiterchips 24a1 und 24a2 verbunden. Die Leitpfosten 41b werden eingepresst, um durch die Durchgangslöcher 34b in der gedruckten Schaltung 30 zu gehen. Dabei werden die Einpressstellen mit Lot bedeckt. Die Leitpfosten 41b sind elektrisch mit den oberen Schaltungsmustern 32 und den unteren Schaltungsmustern 33 der gedruckten Schaltung 30 verbunden. Ein Ende jedes Leitpfostens 41b wird mit Lot mit den Hauptelektroden oder Steuerelektroden der Halbleiterchips 24b1 und 24b2 verbunden. Die Leitpfosten 41a und 41b sind säulenförmig mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt. Die Leitpfosten 41a und 41b sind in ihrer Länge auch ausreichend kürzer als die externen Anschlussklemmen 40a und 40b. Die Leitpfosten 41a und 41b sind aus einem Material mit überlegener elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Beispielsweise kann Silber, Nickel oder eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält, als dieses Material verwendet werden. Die Oberflächen der Leitpfosten 41a und 41b können beschichtet sein, um Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Beispiele für das im Beschichtungsvorgang verwendete Material sind Nickel, Nickel-Phosphor-Legierung und Nickel-Bor-Legierung. Die Querschnittsdurchmesser (für einen kreisförmigen Querschnitt) oder die Längen der Diagonalen (für einen rechteckige Querschnitt) der Leitpfosten 41a und 41b sind um einige Prozent größer als die Durchmesser der Durchgangslöcher 34b in der gedruckten Schaltung. Da sie größer sind, werden die Leitpfosten 41a und 41b in die Durchgangslöcher 34b der gedruckten Schaltung 30 eingepresst.
Das Dichtungsmittel 50 enthält ein wärmehärtbares Harz wie z.B. Epoxidharz, Phenolharz oder Maleimidharz und ein Füllmittel, das im wärmehärtbaren Harz getragen wird. Ein Beispiel des Dichtungsmittels 50 ist Epoxidharz, das ein Füllmittel enthält. Ein anorganisches Füllmittel wird als Füllmittel verwendet. Beispiele für anorganische Füllmittel sind Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid und Aluminiumnitrid. Das Dichtungsmittel 50 enthält ebenfalls eine geeignete Menge eines Trennmittels. Beispiele für Trennmittel sind Mittel auf Wachsbasis, Mittel auf Silikonbasis und Mittel auf Fluorbasis. Die Halbleitervorrichtung 10 ist durch das Dichtungsmittel 50 abgedichtet, so dass die Metallplatten 22a und 22b der isolierten Leiterplatten 20a und 20b auf deren Rückflächen freiliegen. Die Metallplatten 22a und 22b können bündig mit der Rückfläche des Dichtungsmittels 50 sein oder können von der Rückfläche nach außen vorstehen.
Ein (nicht dargestelltes) Kühlmodul kann unter Verwendung von Lot oder Silberlot mit der Rückfläche der Halbleitervorrichtung 10 befestigt sein. Bei diesem Aufbau wird das Kühlmodul mit Verbindungslöchern (nicht dargestellt) der Halbleitervorrichtung 10 verschraubt. Durch Hinzufügen eines Kühlmoduls wird die Wärmeableitung der Halbleitervorrichtung 10 verbessert. Beispielsweise ist das in diesem Aufbau verwendete Kühlmodul aus einem Metall mit überlegener Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Beispielhafte Metalle sind Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält. Als Kühlmodul kann ein aus einer oder mehreren Rippen bestehender Kühlkörper, eine Kühlvorrichtung, die Wasserkühlung verwendet, oder ähnliches verwendet werden. Die Oberfläche des Kühlmoduls kann beschichtet sein, um Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Beispielsweise kann das hier verwendete Beschichtungsmaterial Nickel, Nickel-Phosphor-Legierung oder Nickel-Bor-Legierung sein.
Als nächstes werden die um die Durchgangslöcher 34a der gedruckten Schaltung 30 ausgebildeten Pufferbereiche unter Bezugnahme auf 3, 4A und 4B beschrieben. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Durchgangslochs in einer gedruckten Schaltung, die in der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthalten ist, und 4A und 3B sind Schnittansichten einer gedruckten Schaltung, die in der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthalten ist. 4A und 3B sind Schnittansichten entlang der Punkt-Strich-Linien X1-X1 und X2-X2 in 3.
Auf der gedruckten Schaltung 30 ist ein Pufferbereich 36 um jeden Unterstützungsbereich 35, der ein Durchgangsloch 34a aufweist, ausgebildet. Jeder Pufferbereich 36 umgibt den gesamten Umfang eines Unterstützungsbereichs 35 und weist Pufferlöcher 36a auf, die so ausgebildet sind, dass mit dem Unterstützungsbereich 35 verbundene Torsionsabschnitte 36b belassen werden.
Jeder Unterstützungsbereich 35 umfasst ein Durchgangsloch 34a, das in einem mittigen Bereich des Unterstützungsbereichs 35 ausgebildet ist, und ist von oben gesehen kreisförmig. Der hier illustrierte kreisförmige Unterstützungsbereich 35 ist lediglich ein Beispiel und der Unterstützungsbereich 35 kann rechteckig sein. Der Pufferbereich 36 ist konzentrisch mit dem Unterstützungsbereich 35 angeordnet. Der Pufferbereich 36 ist jedoch nicht auf eine konzentrische Anordnung beschränkt und es ist ausreichend für die Reichweite des Pufferbereichs 36, den Unterstützungsbereich 35 aufzuweisen. Vier Pufferlöcher 36a sind in gleichen Abständen um den äußeren Umfang eines Unterstützungsbereichs 35 in einem Pufferbereich 36 angeordnet. An den Pufferlöchern 36a sind Öffnungen in den oberen Schaltungsmustern 32 angeordnet, beispielsweise durch Ätzen an den Außenseiten jedes Unterstützungsbereichs 35 auf der gedruckten Schaltung 30. Hiernach werden die Pufferlöcher 36a selbst erhalten, indem Öffnungen in der Isolierplatte 31 und den unteren Schaltungsmustern 33 angeordnet werden, indem weiter in den Öffnungen in den oberen Schaltungsmustern 32 geätzt wird. Im Ergebnis wird die Isolierplatte 31 wie in 3 und 4A gezeigt um die Pufferlöcher 36a herum freigelegt. Da das obere Schaltungsmuster 32 beschichtet ist, ist die Haftung mit dem Dichtungsmittel 50, das in einem folgenden Dichtungsvorgang verwendet wird, schlecht. Das bedeutet, dass sich das Dichtungsmittel 50 vom oberen Schaltungsmuster 32 lösen kann, was zu einem Eindringen von Feuchtigkeit oder Ähnlichem führen kann, wo sich das Dichtungsmittel gelöst hat, wodurch die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 10 reduziert wird. Beim oben beschriebenen Aufbau hat die Isolierplatte 31 um die freiliegenden Pufferlöcher 36a herum ausreichend Haftung mit dem Dichtungsmittel 50. Das bedeutet, dass es möglich ist, einen Abfall in Zuverlässigkeit der mit dem Dichtungsmittel 50 abgedichteten Halbleitervorrichtung 10 zu verhindern. Die Durchgangslöcher 34a und die in die Durchgangslöcher 34a eingepressten externen Anschlussklemmen 40a und 40b werden miteinander verlötet. Dabei werden die oberen Schaltungsmuster 32 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine schlechte Benetzbarkeit mit Lot aufweisen. Dies resultiert in einer Tendenz des zum Verbinden der Durchgangslöcher 34a und der externen Anschlussklemmen 40a und 40b verwendeten Lots, auf die um die Pufferlöcher 36a freiliegende Isolierplatte 31 zu fließen und daran zu haften. Dies ermöglicht es, zuverlässig an die externen Anschlussklemmen 40a und 40b zu löten. Diese Wirkung kann mit höherer Zuverlässigkeit erreicht werden, indem die seitens des Durchgangslochs 34a am Rand jedes Pufferlochs 36a freiliegende Fläche der Isolierplatte 31 vergrößert wird. Im Ergebnis wird, wie später beschrieben, eine zuverlässige Dichtung durch das Dichtungsmittel 50 erreicht, selbst wenn der Unterstützungsbereich 35 aufgrund einer auf die externen Anschlussklemmen 40a und 40b angelegten Presskraft verwunden wird.
Die Torsionsabschnitte 36b sind, wie in 3 und 4B dargestellt, zwischen nebeneinanderliegenden Pufferlöchern 36a angeordnet und verbinden den Unterstützungsbereich 35 mit einem Bereich außerhalb des Pufferbereichs 36. Das bedeutet, dass die Ausbildungspositionen und Anzahl der Torsionsabschnitte 36b von der Größe, den Ausbildungspositionen und der Anzahl der Pufferlöcher 36a abhängen. Im illustrierten Beispiel sind die Torsionsabschnitte 36b an insgesamt vier in senkrechter und waagerechter Richtung in 3 angeordneten Stellen mit dem Unterstützungsbereich 35 verbunden. Als weiteres Beispiel können drei Pufferlöcher 36a in gleichen Abständen um den Umfang des Unterstützungsbereichs 35 im Pufferbereich 36 ausgebildet sein, und die Torsionsabschnitte 36b können von oben gesehen an den 0°, 120° und 240°-Positionen mit dem Unterstützungsbereich 35 verbunden sein. Man beachte, dass „0°“ hier die Position des Torsionsabschnitts 36b oben in 3 angibt. Als weiteres Beispiel können zwei Pufferlöcher 36a in gleichen Abständen um den Umfang des Unterstützungsbereichs 35 im Pufferbereich 36 ausgebildet sein, und die Torsionsabschnitte 36b können von oben gesehen an den 0° und 180°-Positionen mit dem Unterstützungsbereich 35 verbunden sein. Andererseits kann ein Pufferloch 36a im Pufferbereich 36 im Umfang des Unterstützungsbereichs 35 ausgebildet sein, und ein Torsionsabschnitt 36b kann von oben gesehen nur an der 0°-Position mit dem Unterstützungsbereich 35 verbunden sein.
Es ist bevorzugt, dass jeder Torsionsabschnitt 36b ein Elastizitätsmodul aufweist, der dem Torsionsabschnitt 36b erlaubt, sich entsprechend der Verformung des Unterstützungsbereichs 35 zu verbiegen, und dann an seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Es wird bevorzugt, dass alle Torsionsabschnitte 36b im Wesentlichen dasselbe Elastizitätsmodul haben. Um Torsionsabschnitt 36b herzustellen, die diese Bedingungen erfüllen, müssen geeignete Materialien für die gedruckte Schaltung 30 ausgewählt werden. Außerdem müssen die Dicken der Torsionsabschnitte 36b, d.h. die verbliebene Länge zwischen benachbarten Pufferlöchern 36a, gleichmäßig gefertigt werden, so dass jeder Torsionsabschnitt 36b ein geeignetes Elastizitätsmodul aufweist. Andererseits fließen Ströme, die von einem Unterstützungsbereich 35 oder zu einem Unterstützungsbereich 35 fließen, durch einen Bereich eines oberen Schaltungsmusters 32, das einem Torsionsabschnitt 36b entspricht. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass die Torsionsabschnitte 36b eine bestimmte Breite aufweisen, die elektrische Leitung ermöglicht, während die gewünschten Elastizitätsmodule erreicht werden. Beispielsweise ist diese Breite vorzugsweise mindestens 15% aber nicht mehr als 25% des Durchmessers des Unterstützungsbereichs 35. Die in 3 dargestellten Torsionsabschnitte 36b sind von oben gesehen im Wesentlichen rechteckig. Die Torsionsabschnitte 36b können neben einer rechteckigen eine beliebige Form annehmen, solange die Torsionsabschnitte 36b ein vorgegebenes Elastizitätsmodul haben und elektrisch leitfähig sind. Beispielsweise können die Torsionsabschnitte 36b von oben gesehen trapezförmig sein mit einer größeren (oder kleineren) Breite am Ende des Unterstützungsbereichs 35 als am Ende des Pufferbereichs 36.
Folgend wird ein Herstellungsverfahren der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung 10 unter Bezugnahme auf 5 bis 8 beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 6 zeigt das Auftragen von Lot im Verfahren Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 7A und 7B zeigen das Befestigen einer gedruckten Schaltung und dergleichen im Verfahren Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 8 zeigt das Gießen im Verfahren Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Zunächst werden die zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 10 benötigten Bestandteile vorbereitet (Schritt S1), d.h. die Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1 und 24b2, die isolierten Leiterplatten 20a und 20b, die externen Anschlussklemmen 40a und 40b, die gedruckte Schaltung 30, die Leitpfosten 41a und 41b, das Lot und dergleichen. Auf den isolierten Leiterplatten 20a und 20b werden zum Beispiel wie in 3 und 4A und 4B die Pufferbereiche 36 im Voraus für die Durchgangslöcher 34a und 34b ausgebildet.
Als nächstes werden die externen Anschlussklemme 40a und 40b in die Durchgangslöcher 34a der gedruckten Schaltung 30 eingepresst, so dass ein Endabschnitt jeder externen Anschlussklemme 40a und 40b durchgeht. Die Leitpfosten 41a und 41b werden ebenfalls in die Durchgangslöcher 34b der gedruckten Schaltung 30 eingepresst, so dass ein Endabschnitt jedes Leitpfostens 41a und 41b durchgeht. Dadurch werden die externen Anschlussklemme 40a und 40b und ähnliches mit der gedruckten Schaltung 30 verbunden (Schritt S2).
Als nächstes werden die isolierten Leiterplatten 20a und 20b an vorgegebenen Stellen angeordnet. Die Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1 und 24b2 werden dann auf dem oberen Schaltungsmuster 32 der isolierten Leiterplatten 20a und 20b über Lötstellen angeordnet (Schritt S3). Hiernach wird Lot durch einen Spender auf den Hauptoberflächen der Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1 und 24b2 und den oberen Schaltungsmuster 32 aufgetragen, mit denen die externen Anschlussklemmen 40a und 40b verbunden werden (Schritt S4). Die Leitpfosten 41a und 41b sind mit den Hauptoberflächen der Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1 und 24b2 verbunden. Entsprechend werden, wie in 6 dargestellt, Mengen an Lot gemäß der Größe der Leitpfosten 41a und 41b und der externen Anschlussklemmen 40a und 40b aufgetragen.
Als nächstes wird die gedruckte Schaltung 30, mit der die Leitpfosten 41a und 41b und die externen Anschlussklemmen 40a und 40b verbunden wurden, in Schritt S2 gegenüber den isolierten Leiterplatten 20a und 20b angeordnet. Anschließend werden die Leitpfosten 41a und 41b und die externen Anschlussklemmen 40a und 40b, wie in 7A dargestellt, in Richtung der isolierten Leiterplatten 20a und 20b bewegt. Im Ergebnis wird die gedruckte Schaltung 30 auf den isolierten Leiterplatten 20a und 20b befestigt, wobei ein Endabschnitt jedes Leitpfostens 41a und 41b und ein Endabschnitt jeder externen Anschlussklemme 40a und 40b im Lot eingetaucht wird (Schritt S5). Zu diesem Zeitpunkt wurde Lot auf der gedruckte Schaltung 30 an Stellen aufgetragen, wo die Leitpfosten 41a und 41b und die externen Anschlussklemmen 40a und 40b in die Durchgangslöcher 34a und 34b eingepresst sind. In diesem Zustand wird ein Erhitzen durchgeführt, um das Lot zu schmelzen, welches dann abkühlt und aushärtet (Schritt S6). Hierdurch werden die Leitpfosten 41a und 41b durch Lot mit den Halbleiterchips 24a1, 24a2, 24b1 und 24b2 verbunden. Die externen Anschlussklemmen 40a und 40b werden ebenfalls durch Lot mit dem oberen Schaltungsmuster 32 der isolierten Leiterplatten 20a und 20b verbunden. Die auf diese Weise aufgebaute Struktur wird im Folgenden, wie in 7B angegeben, als „Halbleiterstruktur 10a“ bezeichnet.
Als nächstes wird die auf diese Weise aufgebaute Halbleiterstruktur 10a in eine Gießform 60 eingesetzt, wie in 8 dargestellt (Schritt S7). Die Gießform 60 weist einen oberen Gießformabschnitt 61 und einen unteren Gießformabschnitt 62 auf. Der obere Gießformabschnitt 61 und der untere Gießformabschnitt 62 sind aus einem Material mit überlegenem Wärmewiderstand gefertigt. Beispiel für Materialien sind keramische Verbundwerkstoffe und Kohlenstoff. Die Gießform 60, die eine Kombination aus oberem Gießformabschnitt 61 und unterem Gießformabschnitt 62ist, umfasst einen Hohlraum 61a, einen zwischen dem oberen Gießformabschnitt 61 und dem unteren Gießformabschnitt 62 angeordneten Lokalisierungsring 62a und eine Einspritzöffnung 61c.
Der Hohlraum 61a ist ein aus dem oberen Gießformabschnitt 61 und dem unteren Gießformabschnitt 62 gebildetes Gehäuse. Der Hohlraum 61a ist mit Anschlussgehäuseteilen 61a1 und 61b1 versehen, die die externen Anschlussklemmen 40a und 40b der Halbleiterstruktur 10a aufnehmen. Wenn die Halbleiterstruktur 10a in den Hohlraum 61a eingesetzt wurde, sind die externen Anschlussklemmen 40a und 40b in den Anschlussgehäuseteilen 61a1 und 61b1 untergebracht. Das Unterbringen der externen Anschlussklemmen 40a und 40b in den Anschlussgehäuseteilen 61a1 und 61b1 wird später genauer beschrieben. Der Lokalisierungsring 62a wird verwendet, um den oberen Gießformabschnitt 61 auf den unteren Gießformabschnitt 62 auszurichten und ist an einem äußersten Teil der Gießform 60 befestigt. Die Einspritzöffnung 61c ist an einem Seitenabschnitt der Gießform 60 angeordnet und ist ein Kanal für ein Dichtungsmittel in geschmolzenem Zustand und geht von außen hindurch zur Innenseite des Hohlraums 61a der Gießform 60.
Nachdem die Halbleiterstruktur 10a auf diese Weise in den Hohlraum 61a eingesetzt wurde, wird geschmolzenes Dichtungsmittel über die Einspritzöffnung 61c in die Gießform 60 eingespritzt. Das eingespritzte Dichtungsmittel füllt den Hohlraum 61a und härtet aus (Schritt S8). Nachdem das Dichtungsmittel 50 ausreichend ausgehärtet ist, um die Halbleiterstruktur 10a abzudichten, werden der obere Gießformabschnitt 61 und der untere Gießformabschnitt 62 getrennt (d.h. die Gießform 60 wird geöffnet) (Schritt S9). Auf diese Weise wird die in 1 dargestellte Halbleitervorrichtung 10 erhalten.
Als nächstes wird das Einsetzen der Halbleiterstruktur 10a in die Gießform 60 im obigen Schritt S7 im Einzelnen unter Bezugnahme auf 9A und 9B und 10A und 10B beschrieben. 9A und 9B zeigen Risse an den Durchgangslöchern einer gedruckten Schaltung als Vergleichsbeispiel; 10A und 10B zeigen Risse an den Durchgangslöchern in einer gedruckten Schaltung, die in der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthalten ist. Das Vergleichsbeispiel in 9A und 9B ist ein Aufbau, bei dem die im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Pufferbereiche 36 nicht ausgebildet sind. In 9A und 9B werden Bestandteile, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel identisch sind, mit denselben Bezugszeichen angegeben, und auf deren wiederholte Beschreibung wird verzichtet. 9A und 9B und 10A und 10B sind Vergrößerungen in der Umgebung des Durchgangslochs 34a. 9a und 10A zeigen Fälle, in denen ein Riss C am Durchgangsloch 34a aufgetreten ist, und 9B und 10B zeigen Fälle, in denen sich der am Durchgangsloch 34a aufgetretene Riss ausgebreitet hat. 9A und 9B und 10A und 10B wurden vereinfacht und zeigen nur die in dieser Beschreibung verwendeten Bezugszeichen. 9A und 9B und 10A und 10B illustrieren beispielhafte Fälle von Rissen, die an einem Durchgangsloch 34a auftreten. Die Beschreibung ist nicht auf die Durchgangslöcher 34a beschränkt und kann auch auf die Durchgangslöcher 34b zutreffen.
In Schritt S7 in 5 wird die Halbleiterstruktur 10a in einer vorgegebenen Position auf den unteren Gießformabschnitt 62 gesetzt und der obere Gießformabschnitt 61 wird von oben befestigt. Wenn für eine der externen Anschlussklemmen 40a und 40b Abmessungstoleranzen existieren, wird es Schwankungen in der Höhe der externen Anschlussklemmen 40a und 40b in der Halbleiterstruktur 10a geben. Wenn solch eine Halbleiterstruktur 10a mit dem oberen Gießformabschnitt 61 bedeckt wird, werden eine oder mehr der externen Anschlussklemmen 40a und 40b nicht ordnungsgemäß in den Anschlussgehäuseteilen 61a1 und 61b1 des oberen Gießformabschnitts 61 untergebracht sein und einer Presskraft ausgesetzt sein.
Die Endabschnitte der externen Anschlussklemmen 40a und 40b sind fest mittels Lots mit den oberen Schaltungsmustern 32 verbunden. Im Vergleichsbeispiel sind keine Pufferbereiche 36 auf der gedruckten Schaltung 30 ausgebildet. Wenn eine oder beide der externen Anschlussklemmen 40a und 40b durch den oberen Gießformabschnitt 61 gepresst wird/werden, wird/werden sich die externe(n) Anschlussklemme(n) 40a und 40b daher aufgrund einer Verbiegung oder ähnlichem verformen. Aufgrund dieser Verformung der externen Anschlussklemmen 40a und 40b wird sich die Umgebung der Durchgangslöcher 34a auf der gedruckten Schaltung 30, in die die externen Anschlussklemmen 40a und 40b eingepresst wurden, ebenfalls verformen. Im Ergebnis wird, wie in 9A gezeigt, der Riss C am Durchgangsloch 34a erzeugt. Wenn ein Riss C gebildet wurde, wird sich ein Bereich einschließlich dem Durchgangsloch 34a der gedruckten Schaltung 30 weiter verformen aufgrund jeglicher weiterer Verformung oder ähnlichem der externen Anschlussklemmen 40a und 40b, so dass sich der Riss C vom Durchgangsloch 34a nach außen fortpflanzen wird. Die Durchgangslöcher 34a sind, wie in 2 dargestellt, insbesondere nahe Kantenabschnitten eines oberen Schaltungsmusters 32 angeordnet. Das bedeutet, dass sich ein Riss C fortpflanzen kann, so dass er sich, wie in 9B gezeigt, quer über das obere Schaltungsmuster 32 erstreckt. In diesem Fall kann die elektrische Leitung durch das obere Schaltungsmuster 32 unterbrochen werden, was einen Abfall der Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 10 verursachen würde.
Andererseits ist im ersten Ausführungsbeispiel ein Pufferbereich 36 um jedes Durchgangsloch 34a ausgebildet. Das bedeutet, dass sich wie zuvor beschrieben, der Unterstützungsbereich 35 der gedruckten Schaltung 30, der das Durchgangsloch 34a aufweist, verwinden wird, entsprechend den Torsionsabschnitten 36b, die sich verbiegen, um einer beliebigen Verformung einer externen Anschlussklemme 40a oder 40b, welche durch den oberen Gießformabschnitt 61 gedrückt wird, zu folgen. Daher ist es möglich, die Beschädigung an der gedruckten Schaltung 30 zu reduzieren. In diesem Fall kann wie in 10A gezeigt ein Riss C am Durchgangsloch 34a auftreten. Dieser am Durchgangsloch 34a erzeugte Riss C kann sich aufgrund eines Verwindens des Unterstützungsbereichs 35 der gedruckten Schaltung 30 vom Durchgangsloch 34a nach außen ausbreiten. Das erste Ausführungsbeispiel ist jedoch mit den Pufferlöchern 36a in jedem Pufferbereich 36 ausgestaltet. Entsprechend wird das Fortpflanzen des Risses C vom Durchgangsloch 34a nach außen durch die Pufferlöcher 36a wie in 10B dargestellt blockiert. Dies verhindert, dass sich der Riss C über das obere Schaltungsmuster 32 erstreckt, so dass die elektrische Leitfähigkeit des oberen Schaltungsmusters 32 beibehalten wird. Im Ergebnis wird ein Abfall der Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 10 unterdrückt.
Die oben beschriebene Halbleitervorrichtung 10 umfasst die isolierten Leiterplatten 20a und 20b, die gedruckte Schaltung 30 mit den Durchgangslöchern 34a, die durch die Hauptoberflächen hindurchgehen, und die externen Anschlussklemmen 40a und 40b, die in die Durchgangslöcher 34a eingepresst sind, so dass sie durch die Durchgangslöcher 34a hindurchgehen und Endabschnitte haben, die an den Frontflächen der isolierten Leiterplatten 20a und 20b befestigt sind. Die gedruckte Schaltung 30 umfasst auf den Hauptoberflächen außerdem die Unterstützungsbereiche 35, welche die Durchgangslöcher 34a und 34b aufweisen, und Pufferbereiche 36, wo die Pufferlöcher 36a als Öffnungen angeordnet sind, so dass die Torsionsabschnitte 36b verbleiben, die mit den Unterstützungsbereichen 35 verbunden sind. Die Unterstützungsbereiche 35 der gedruckten Schaltung 30, die die Durchgangslöcher 34a aufweisen, verwinden sich beim Folgen einer Verbiegung der Torsionsabschnitte 36b, die mit einer Verformung der externen Anschlussklemmen 40a und 40b einhergeht. Das bedeutet, dass es möglich ist, das Auftreten und das Ausmaß der Beschädigung der gedruckten Schaltung 30 zu verringern. Bei diesem Aufbau kann selbst bei Erzeugen eines Risses C an einem Durchgangsloch 34a, der weitere Verlauf des Risses C vom Durchgangsloch 34a nach außen durch die Pufferlöcher 36a verhindert werden. Das bedeutet, dass sich ein Riss C nicht über ein oberes Schaltungsmuster 32 erstreckt, so dass die elektrische Leitfähigkeit des oberen Schaltungsmusters 32 beibehalten wird. Im Ergebnis wird ein Abfall der Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 10 unterdrückt.
Im Folgenden werden verschiedene Formen der Pufferbereiche 36, die um die Unterstützungsbereiche 35, die die Durchgangslöcher 34a aufweisen, ausgebildet sind, unter Bezugnahme auf 11a und 11B beschrieben. 11A und 11B sind vergrößerte Draufsichten anderer Durchgangslöcher, die in einer gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind. 11A und 11B zeigen unterschiedliche Formen von Pufferbereichen.
In 11A wird auf dieselbe Weise wie oben beschrieben ein Pufferbereich 36 um einen Unterstützungsbereich 35, der ein Durchgangsloch 34a aufweist, ausgebildet. In 11A wird anders als im ersten Ausführungsbeispiel das obere Schaltungsmuster 32 im Pufferbereich 36 entfernt, um vier Öffnungen zu bilden, welche die Isolierplatte 31 in gleichen Abständen um den Umfang des Unterstützungsbereichs 35 freilegen. Vier Pufferlöcher 36a sind in jedem dieser Bereiche ausgebildet, der eine Öffnung im oberen Schaltungsmuster 32 ist. Die Torsionsabschnitte 36b sind zwischen nebeneinanderliegenden Öffnungen im oberen Schaltungsmuster 32 angeordnet und verbinden den Unterstützungsbereich 35 mit dem Bereich außerhalb des Pufferbereichs 36. In diesem Aufbau können eine Öffnung oder drei oder zwei Öffnungen in gleichen Abständen im oberen Schaltungsmuster 32 ausgebildet sein. Die Torsionsabschnitte 36 sind zwischen benachbarten Öffnungen ausgebildet. Die Anzahl der in diesen Öffnungen ausgebildeten Pufferlöcher 36a ist nicht auf vier beschränkt und die Form ist nicht auf kreisförmig beschränkt, so dass in Abhängigkeit der Öffnungen eine beliebige Anzahl von Pufferlöchern 36a angeordnet werden kann und die Form kann rechteckig, dreieckig oder elliptisch sein. Im Beispiel der 11A sind die freiliegenden Flächen der Isolierplatte 31 breiter als die Flächen in 3. Dies verbessert die Haftung mit dem Dichtungsmittel 50. Zusätzlich wird die Verbindung der externen Anschlussklemmen 40a und 40b mit den Durchgangslöchern 34a durch Lot verbessert. Entsprechend wird eine zuverlässige Dichtung durch das Dichtungsmittel 50 erreicht, selbst in einem Zustand, in dem sich ein Unterstützungsbereich 35 aufgrund der Verformung einer externen Anschlussklemme 40a oder 40b, die gedrückt wurde, verzogen hat.
In 11b umfasst der Pufferbereich 36 außerdem vier Pufferlöcher 36a, die um einen Unterstützungsbereich 35 ausgebildet sind, der ein Durchgangsloch 34a aufweist, und Torsionsabschnitte 36b, die zwischen nebeneinanderliegenden Pufferlöchern 36a ausgebildet sind. Die Pufferlöcher 36a sind in gleichen Abständen um den Unterstützungsbereich 35 ausgebildet, so dass sie von der Frontfläche zur Rückfläche der gedruckten Schaltung 30 durchgehen. Die Pufferlöcher 36a sind von oben gesehen elliptisch und so ausgebildet, dass Linien, die die Mitten der jeweiligen Ellipsen und die Mitte des Durchgangslochs 34a verbinden, senkrecht zu den Hauptachsen der Ellipsen verlaufen. Die Isolierplatte 31 kann um die Pufferlöcher 36a herum in gleicher Weise wie in 3 freiliegend sein. Die Breite und Form der Torsionsabschnitte 36b unterscheiden sich entsprechend der Form, Größe und Anzahl der Pufferlöcher 36a und der Abstände zwischen benachbarten Pufferlöchern 36a. Die Torsionsabschnitte 36b in 11B sind lediglich Beispiele.
Zweites Ausführungsbeispiel
Für dieses zweite Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel, in dem ein Pufferbereich auf einer gedruckten Schaltung 30 ausgebildet ist, die so ausgelegt ist, dass ein oberes Schaltungsmuster 32 um das Durchgangsloch 34a in der Isolierplatte 31 ausgebildet ist, unter Bezugnahme auf 12A und 12B und 13A und 13B beschrieben. 12A und 12B und 13A und 13B sind vergrößerte Draufsichten der Durchgangslöcher in einer gedruckten Schaltung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Auf der gedruckten Schaltung 30 in 12A und 12B und 13A und 13B ist ein oberes Schaltungsmuster 32 ausgebildet, so dass sie ein Durchgangsloch 34a in der Isolierplatte 31 umgibt, und obere Schaltungsmuster 32 können beabstandet von diesem oberen Schaltungsmuster in den oberen und unteren Teilen in der Zeichnung ausgebildet sein. 12A und 13A zeigen Anordnungen, bei denen das obere Schaltungsmuster 32 um das Durchgangsloch 32a kreisförmig ist, und 12B und 13B zeigen Anordnungen, bei denen das obere Schaltungsmuster 32 um das Durchgangsloch 34a quadratisch ist.
In 12A weist die gedruckte Schaltung 30 den Unterstützungsbereich 35 auf, der das Durchgangsloch 34a und das obere Schaltungsmuster 32 umfasst, welches kreisförmig ist und um das Durchgangsloch 34a herum angeordnet ist, und den Pufferbereich 36, der um den Unterstützungsbereich 35 ausgebildet ist. Der Pufferbereich 36 ist im Wesentlichen rechteckig. Der Pufferbereich 36 weist rechteckige Pufferlöcher 36a auf, die so ausgebildet sind, dass sie den Unterstützungsbereich 35 auf vier Seiten umgeben, und Torsionsabschnitte 36b, die zwischen nebeneinanderliegenden Pufferlöchern 36a angeordnet sind. In 12B ist das um das Durchgangsloch 34a angeordnete obere Schaltungsmuster 32 viereckig. Die hier dargestellte Form, Anzahl, Größe und Formationsstellen der Pufferlöcher 36a sind lediglich Beispiele.
In 13A weist die gedruckte Schaltung 30 den Unterstützungsbereich 35 auf, der das Durchgangsloch 34a und das obere Schaltungsmuster 32 umfasst, welches kreisförmig ist und um das Durchgangsloch 34a herum angeordnet ist, und den Pufferbereich 36, der um den Unterstützungsbereich 35 ausgebildet ist. Der Pufferbereich 36 ist kreisförmig. Der Pufferbereich 36 weist halbkreisförmige Pufferlöcher 36a auf, die so ausgebildet sind, dass sie den Unterstützungsbereich 35 umgeben, und Torsionsabschnitte 36b zwischen nebeneinanderliegenden Pufferlöchern 36a . In 13B ist das um das Durchgangsloch 34a in 13A angeordnete obere Schaltungsmuster 32 viereckig. Aus diesem Grund weist die gedruckte Schaltung 30 einen von oben gesehen rechteckigen Unterstützungsbereich 35 und einen viereckigen Pufferbereich 36, die den Rand des Unterstützungsbereichs 35 umgibt, auf. Die hier angegebene Form, Anzahl, Größe und Formationsstellen der Pufferlöcher 36a sind lediglich Beispiele.
Bei den in 12A und 12B und 13A und 13B dargestellten Ausführungen verzieht sich, wenn die externen Anschlüsse 40a und 40b in die Durchgangslöcher 34a eingepresst und in die Gießform 60 eingesetzt werden, ein Unterstützungsbereich 35 in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel auf der gedruckten Schaltung 30 einschließlich eines Durchgangslochs 34a entsprechend der Biegung der Torsionsabschnitte 36b, wenn sich eine eingepresste externe Anschlussklemme 40a oder 40b verformt. Daher ist es möglich, die Beschädigung an der gedruckten Schaltung 30 zu reduzieren. Auch selbst dann, wenn sich ein Riss vom oberen Schaltungsmuster 32 um das Durchgangsloch 34a nach außen fortpflanzt und den Unterstützungsbereich 35 quert, wird der Riss durch ein Pufferloch 36a blockiert. Das bedeutet, dass der Riss die Isolierplatte 31 nicht queren wird, was jeglichen Abfall der Stehspannung unterdrückt.
Gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist es möglich, das Auftreten von Beschädigung an einer gedruckten Schaltung zu unterdrücken und einen Abfall der Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung zu unterdrücken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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WO 2015/151235 [0003]
JP 2011114979 [0003]
JP 05191096 [0003]

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Platte; eine gedruckte Schaltung mit Durchgangslöchern, die durch eine Hauptoberfläche der gedruckten Schaltung gehen; und externe Anschlussklemmen, die in die Durchgangslöcher eingepresst sind, so dass ein Endabschnitt jeder externer Anschlussklemme durch eine Frontfläche der Platte geht und damit befestigt ist, wobei die gedruckte Schaltung auf der Hauptoberfläche Unterstützungsbereiche, die jeweils ein Durchgangsloch aufweisen, und Pufferbereiche, die jeweils einen Unterstützungsbereich umgeben, mindestens ein Pufferloch aufweisen und mindestens einen Torsionsabschnitt aufweisen, der mit dem Unterstützungsbereich verbunden ist, umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Unterstützungsbereich kreisförmig ist und das mindestens eine Pufferloch um einen äußeren Umfang des Hilfsbereichs angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine Pufferloch eine Vielzahl von Pufferlöchern umfasst, die um den äußeren Umfang eines Unterstützungsbereich angeordnet sind, und der mindestens eine Torsionsabschnitt eine Vielzahl von Torsionsabschnitten umfasst, die den Unterstützungsbereich unterstützen.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gedruckte Schaltung eine Isolierplatte und ein auf einer Frontfläche der Isolierplatte ausgebildetes Schaltungsmuster umfasst, und wobei in jedem Pufferbereich eine Frontfläche der Isolierplatte um einen Randabschnitt des mindestens einen Pufferlochs freiliegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das mindestens eine Pufferloch eine Vielzahl von Pufferlöchern umfasst, die in einem Bereich ausgebildet sind, wo die Frontfläche der Isolierplatte freiliegt, und wobei die Torsionsabschnitte zwischen Bereichen ausgebildet sind, wo die Frontfläche freiliegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Schaltungsmuster in einem Bereich auf der gedruckten Schaltung ausgebildet ist, der die Durchgangslöcher auf der Frontfläche der Isolierplatte umfasst, und wobei die Pufferbereiche auf der Isolierplatte ausgebildet sind, so dass sie das Schaltungsmuster umgeben.