DE112014006113B4

DE112014006113B4 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112014006113B4
Application number: DE112014006113.1T
Authority: DE
Inventors: Ryoji MURAI; Shintaro Araki; Takaaki Shirasawa; Korehide Okamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2034-01-07
Also published as: DE112014006113T5; WO2015102046A1; JP6214678B2; JPWO2015102046A1; US10049960B2; CN105900229A; US20160276245A1; CN105900229B

Abstract

Halbleitervorrichtung, aufweisend:ein Halbleitermodul (30, und 30B bis 30F) mit einer Wärmeableitungsfläche (32, 34 und 38) an dessen Unterseite;ein Kühlelement (40, und 40B bis 40F) mit einer Oberfläche, die der Wärmeableitungsfläche gegenüberliegt;ein Fettelement (61 bis 63), das in einem Füllbereich angeordnet ist, der zwischen der Wärmeableitungsoberfläche des Halbleitermoduls und der Oberfläche des Kühlelements angeordnet ist; undein fest anhaftendes Umfangselement (51 und 52), das auf der Oberfläche des Kühlelements ausgebildet ist und einen Seitenflächenbereich des Fettelements ohne irgendeinen Zwischenraum abdeckt, wobeidas fest anhaftende Umfangselement (52) ein Gelmaterial mit einer Penetrationszahl von nicht mehr als 55 als Einsatzmaterial aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einer Struktur, die ein Fettelement zwischen einem Kühler und einem Halbleitermodul umfasst.
Stand der Technik
Zum Füllen eines Zwischenraums zwischen verzogenen Konfigurationen eines Halbleitermoduls und eines Kühlelements zum Zwecke einer Verbesserung der Wärmeableitungseigenschaften weist eine herkömmliche Halbleitervorrichtung eine Struktur auf, bei der ein Fettelement in einem Füllbereich zwischen dem Halbleitermodul, wie z. B. einem T-PM (Spritzpressform-Leistungsmodul), und dem Kühlelement vorgesehen ist, und bei dem das Halbleitermodul nach unten gedrückt und unter Verwendung einer Platte und dergleichen von der gegenüberliegenden Seite des Halbleitermoduls vom Kühlelement aus befestigt ist, wobei das Fettelement Beeinträchtigungen verursacht. Eine derartige Struktur der Halbleitervorrichtung ist z. B. in der Patentliteratur 1 offenbart.
Aus der DE 10 2012 214 917 A1 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, welche beinhaltet: ein Halbleitermodul, das einen wärmeleitenden Abschnitt aufweist, der aus Metall gebildet ist und auch ein gegossenes Harz aufweist, der eine Oberfläche aufweist, an der der Hitzeleitfähigkeitsanteil freiliegt, einen Kühlkörper, der an dem Halbleitermodul mittels eines Bondmaterials befestigt ist und ein Hitzeleitfähigkeitsmaterial, das zwischen dem wärmeleitenden Abschnitt und dem Kühlkörper gebildet ist und diese thermisch miteinander koppelt.
Aus der US 2012 / 0 001 318 A1 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, welche ein Gehäuse und einen Kühler umfasst. Das Halbleiterpaket umfasst ein Halbleiterelement, ein Metallelement und ein Formelement zum Einkapseln des Halbleiterelements und des Metallelements. Das Metallelement hat einen Metallabschnitt, der thermisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, eine Isolierschicht auf dem Metallabschnitt und eine leitende Schicht auf der Isolierschicht. Die leitende Schicht liegt zumindest teilweise außerhalb des Formteils frei und dient als Strahlungsfläche zum Abstrahlen von Wärme des Halbleiterelements. Der Kühler hat einen Kühlmitteldurchgang, durch den ein Kühlmittel zirkuliert, um die leitende Schicht zu kühlen. Die leitende Schicht und der Kühler sind elektrisch miteinander verbunden.
Aus der DE 10 2010 017 814 A1 ist eine elektronische Steuereinheit bekannt, welche eine Halbleitereinrichtung, welche an einer Leiterplatte installiert ist, einen Halbleiterchip, mehrere Leitungen und einen Harz- bzw. Kunstharzkörper aufweist. Der Halbleiterchip ist elektrisch mit der Leiterplatte durch die Leitungen verbunden und ist in dem Harzkörper eingegossen. Ein Gehäuse nimmt die Halbleitereinrichtung auf. Ein Wärmeabgabegel kontaktiert die Halbleitereinrichtung und leitet Wärme, welche von der Halbleitereinrichtung erzeugt wird, zu einer ersten Abdeckung des Gehäuses, welche auf einer Seite der Halbleitereinrichtung platziert ist, welche gegenüber der Leiterplatte ist. Ein Nut-Teilbereich als eine Bewegungsbeschränkungseinrichtung ist an einem Ort zwischen der Leiterplatte und der ersten Abdeckung platziert. Demzufolge ist die Bewegung des Wärmeabgabegels beschränkt, und Wärme kann an eine Seite des Gehäuses durch das Wärmeabgabegel mit hoher Effizienz abgegeben werden.
Aus der JP 2008- 4 745 A ist eine Vorrichtung bekannt, welche ein Substrat, das mit einem Heizelement auf seiner Oberfläche versehen ist, und einen Kühlkörper aufweist. Das Substrat ist auf dem Kühlkörper angeordnet, während die Rückseite des Substrats dem Kühlkörper zugewandt ist, und ein Wärmeübertragungsfett ist in einem Raum angeordnet, in dem die Rückseite des Substrats und der Kühlkörper einander zugewandt sind . Das Substrat und der Kühlkörper sind durch Klebstoffe verbunden, die sich in den äußeren Umfangsenden des Substrats befinden.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2000 - 323 631 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Leider gab es ein Problem, bei dem die thermische Verformung eines Übergangs zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlelement aufgrund von Änderungen von Temperaturen des Halbleitermoduls selbst und der Umgebung im tatsächlichen Betrieb ein Fett-Auspumpen (Phänomen) verursacht, sodass das Fett im Fettelement aus der Füllregion zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlelement herausgedrückt wird, was zur Abnahme der Menge des Fetts im Fettelement führt, das in der Füllregion vorgesehen ist. Es gab ein weiteres Problem, bei dem das vorgenannte Auspumpen und ein Luftmitnahme-Phänomen des Fetts, wobei Luft in das Fettelement eintritt, einen Anstieg des thermischen Widerstands des gesamten Produkts verursachten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die zum Verhindern und Unterdrücken des Auspumpens eines Fettelements strukturiert ist, das in einer Füllregion vorgesehen ist, die zwischen einem Halbleitermodul und einem Kühlelement angeordnet ist.
Problemlösungen
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Halbleitermodul mit einer Wärmeableitungsoberfläche an dessen Unterseite; ein Kühlelement mit einer Oberfläche, die der Wärmeableitungsfläche gegenüberliegt; ein Fettelement, das in einer Füllregion vorgesehen ist, die zwischen der Wärmeableitungsoberfläche des Halbleitermoduls und der Oberfläche des Kühlelements angeordnet ist; und ein fest anhaftendes Umfangselement, das auf der Oberfläche des Kühlelements ausgebildet ist und einen Seitenflächenbereich des Fettelements ohne Zwischenraum abdeckt.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Halbleitermodul mit einer Wärmeableitungsfläche an dessen Unterseite; ein Kühlelement mit einer Oberfläche, die der Wärmeableitungsfläche gegenüberliegt; und erste und zweite Fettelemente, die in einer Füllregion zwischen der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls und der Oberfläche des Kühlelements vorgesehen sind, wobei das erste Fettelement in entsprechender Beziehung zu einer Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche vorgesehen ist, das zweite Fettelement in entsprechender Beziehung zu einer Umfangsbereich mit Ausnahme der Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche vorgesehen ist, wobei das erste Fettelement einen halbfesten ersten Fetttyp als Einsatzmaterial aufweist, das zweite Fettelement einen verfestigten zweiten Fetttyp mit höherer Härte als der erste Fetttyp als Einsatzmaterial aufweist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese das fest anliegende Umfangselement aufweist, das auf der Oberfläche des Kühlelements ausgebildet ist, und die Seitenflächenregion des Fettelements ohne irgendeinen Zwischenraum abdeckt.
Das Halbleiterelement gemäß dem ersten Aspekt mit den vorgenannten Eigenschaften ist in der Lage, das Auspumpen, das ein Phänomen ist, zuverlässig zu unterbinden, sodass das Fett, welches das Fettelement bildet, aus der Füllregion herausgedrückt wird, die zwischen der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls und der Oberfläche des Kühlelements angeordnet ist. Dadurch wird der geringe thermische Widerstand der gesamten Halbleitervorrichtung erreicht, um die Verbesserung der Qualität der Halbleitervorrichtung aufrechtzuerhalten und die lange Lebensdauer der Halbleitervorrichtung zu erreichen.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das erste Fettelement (mit dem halbfesten ersten Fetttyp als Einsatzmaterial), das in entsprechender Beziehung zum Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche vorgesehen ist, in der Lage, die Wärmeableitungseigenschaften zu verbessern, und das zweite Fettelement (mit dem verfestigten zweiten Fetttyp als Einsatzmaterial), das in entsprechender Beziehung zur Umfangsbereich vorgesehen ist, ist in der Lage, die Bewegung des ersten Fetttyps im ersten Fettelement zu unterbinden.
Demzufolge ist die Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt in der Lage, das Auspumpen, das ein Phänomen ist, zuverlässig zu unterbinden, sodass der erste Fetttyp aus der Füllregion herausgedrückt wird, die zwischen der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls und der Oberfläche des Kühlelements angeordnet ist. Dadurch wird der geringe thermische Widerstand der gesamten Halbleitervorrichtung erreicht, um die Verbesserung der Qualität der Halbleitervorrichtung aufrechtzuerhalten.
diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen klarer ersichtlich.
Figurenliste

[1] 1 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[2] 2 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[3] 3 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Form eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
[4] 4 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Form des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
[5] 5 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Form eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
[6] 6 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Form des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
[7] 7 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[8] 8 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[9] 9 zeigt eine Draufsicht einer ebenen Struktur der in 8 dargestellten Halbleitervorrichtung.
[10] 10 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[11] 11 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[12] 12 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[13] 13 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[14] 14 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[15] 15 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[16] 16 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[17] 17 zeigt eine Schnittansicht eines Teils einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[18] 18 zeigt eine Schnittansicht eines Teils einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[19] 19 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[20] 20 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einem siebzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[21] 21 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zugrundeliegenden Technik.
[22] 22 zeigt eine Darstellung, die das Auspumpen der in 21 dargestellten Halbleitervorrichtung schematisch veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
<Zugrunde liegende Technik>
21 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zugrundeliegenden Technik der vorliegenden Erfindung, die eine Struktur mit einem Fettelement zwischen einem Kühlelement und einem Halbleitermodul aufweist.
Wie in 21 dargestellt, weist eine Halbleitervorrichtung 91 gemäß der zugrunde liegenden Technik eine Struktur auf, bei der eine Fettschicht 69 (ein Fettelement) mit einem Fett als Einsatzmaterial in einer Füllregion vorgesehen ist, die zwischen einem Halbleitermodul 30 und einem Kühlelement 40 angeordnet ist. Das Kühlelement 40 weist ein Metall, wie z. B. Aluminium (AL) und Edelstahl (SUS: Steel Special Use Stainless) als Einsatzmaterial auf.
Das Halbleitermodul 30 weist ein Harz-Dichtteil 31 mit zumindest einem im Harz versiegelten Halbleiterchip (nicht dargestellt) auf. Ein Wärmeableitungsmaterial 32 ist auf der Hauptregion der Bodenfläche des Hartz-Dichtungsteils 31 ausgebildet. Das Wärmeableitungsmaterial 32 weist ein Metall, wie z. B. Aluminium, Kupfer (Cu), eine Kupfer/Molybdänlegierung (Cu/Mo), ALSiC und Molybdän, als Einsatzmaterial auf und ist durch eine Verarbeitung, wie z. B. Ätzen, Kugelstrahlen, Pressen und eine Laser-Bearbeitung ausgebildet, um eine Dicke im Bereich von 10 bis 50 µm aufzuweisen.
Das Harz-Dichtungsteil 31 ist über die oberen und Seitenflächen des Wärmeableitungsmaterials 32 ausgebildet. Darüber hinaus sind Anschlussteile 33, die aus Metall und dergleichen hergestellt sind und eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, sich von den Seitenflächen des Harz-Dichtungsteils 31 erstreckend ausgebildet. Die Anschlussteile 33 sind mit dem Halbleiterchip elektrisch verbunden und ragen in einer L-Form nach außen vor.
Die Halbleitervorrichtung 91 ist durch Vorsehen der Harzschicht 69 in der Füllregion aufgebaut, die zwischen einer Wärmeableitungsfläche, welche die Bodenfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 des Halbleitermoduls 30 mit einer derartigen Struktur bildet, und einer Oberfläche des Kühlelements 40 angeordnet ist.
Der Ausdruck „Fett“, wie hierin verwendet, bedeutet ein „Schmiermittel, das durch Halbverfestigen eines Basisöls mit einem darin dispergierten Verdickungsmittel erhalten wurde“.
22 zeigt eine Darstellung, die das Auspumpen der in 21 dargestellten Halbleitervorrichtung 91 schematisch veranschaulicht. Wie in 22 dargestellt, gab es ein Problem, bei dem der thermische Verformungseffekt des Halbleitermoduls 30 oder des Kühlelements 40 aufgrund von Änderungen der Temperaturen des Halbleitermoduls 30 selbst und der Umgebung im tatsächlichen Betrieb ein Fett-Auspumpen verursacht, sodass, wie bei einer in 22 dargestellten Fettschicht 69e, ein Teil des Fetts aus der Füllregion herausgedrückt wird, die zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 angeordnet ist.
Eine Halbleitervorrichtung mit einer Struktur, die eine Fettschicht (ein Fettelement) in einer Füllregion aufweist, die zwischen einem Kühlelement und einem Halbleitermodul angeordnet ist, ist zum Zwecke des Lösen dieses Problems jeweils eine Halbleitervorrichtung in ersten bis siebzehnten Ausführungsbeispielen, die nachfolgend beschrieben werden.
<Erstes Ausführungsbeispiel>
1 ist eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die eine Struktur mit einer Fettschicht in einer Füllregion aufweist, die zwischen einem Kühlelement und einem Halbleitermodul angeordnet ist.
Wie in 1 dargestellt, weist eine Halbleitervorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Struktur auf, bei der eine Fettschicht 61 (ein Fettelement) in der Füllregion vorgesehen ist, die zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 angeordnet ist.
Das Halbleitermodul 30 umfasst ein Harz-Dichtungsteil 31 mit zumindest einem in Harz versiegelten Halbleiterchip (nicht dargestellt) und das Wärmeableitungsmaterial 32 auf, das auf der Hauptregion der Unterseite des Harz-Dichtungsteils 31 ausgebildet ist. Das Harz-Dichtungsteil 31 ist über die oberen und Seitenflächen des Wärmeableitungsmaterials 32 ausgebildet. Das Halbleitermodul 30 weist ferner die Anschlussteile 33 auf, die jeweils aus Metall und dergleichen hergestellt sind und eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die sich von den Seitenflächen des Harz-Dichtungsteils 31 erstreckend ausgebildet sind. Die Anschlussteile 33 sind mit dem Halbleiterchip elektrisch verbunden und ragen in einer L-Form nach außen vor.
Die Fettschicht 61 mit einem Fett als Einsatzmaterial ist in der Füllregion vorgesehen, die zwischen der Wärmeableitungsfläche, welche die Bodenfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 des Halbleitermoduls 30 mit einer solchen Struktur bildet, und einer Oberfläche des Kühlelements 40 angeordnet ist. Das Halbleitermodul 30, die Fettschicht 61 und das Kühlelement 40 sind stabil aneinander befestigt, da eine vertikale Kraft, welche die Fettschicht 61 dazwischen einschließt, darauf durch Befestigen mit nicht dargestellten Schrauben ausgeübt wird.
Die Halbleitervorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst ferner ein Dichtmaterial 51, das ein fest anhaftendes Umfangselement ist, das auf der Oberfläche des Kühlelements 40 ausgebildet ist und die Umfänge der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 und die Fettschicht 61 ohne irgendeinen Zwischenraum, in einer Draufsicht gesehen, abdeckt, d.h. die gesamte Seitenflächenregion der Fettschicht 61 ohne irgendeinen Zwischenraum abdeckt. Ein flüssiges härtbares Dichtmittel wird als Einsatzmaterial des Dichtmaterials 51 verwendet.
Der Ausdruck „flüssiges härtbares Dichtmittel“, wie hierin verwendet, bedeutet ein Dichtmittel, das die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt.

(1) Das Dichtmittel ist anfangs in flüssigem Zustand und wird durch Wärme, Feuchtigkeit oder eine chemische Reaktion gehärtet.
(2) Nach dem Aushärten weist das Dichtmittel eine Haftfähigkeit auf und ist härter als das „Fett“.

Folglich ist die Halbleitervorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Struktur gekennzeichnet, bei der die Fettschicht 61, die das Fett zur Wärmeableitung als Einsatzmaterial aufweist, in der Füllregion vorgesehen ist, die zwischen der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 und der Oberfläche des Kühlelements 40 angeordnet ist, und bei welcher der Außenumfang der Füllregion mit dem Dichtmaterial 51 hermetisch versiegelt ist, das aus dem flüssigen härtbaren Dichtmittel zusammengesetzt ist.
Das Dichtmaterial 51 dichtet die Fettschicht 61, die in der Füllregion vorgesehen ist, die zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 angeordnet ist, von außen hermetisch ab, um die Struktur zu erreichen, die das Auspumpen der Fettschicht 61 zur Außenseite verhindert, falls eine thermische Verformung in oder in der Nähe der Füllregion, die einen Übergang zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 bildet, aufgrund der thermischen Verformung des Halbleitermoduls 30 und des Kühlelements 40 auftritt.
Das flüssige härtbare Dichtmittel, das als Dichtmaterial 51 verwendet wird, weist eine klebrigen auf und härtet aus, während es am Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 anhaftet, um das Auspumpen ohne den Eintritt eines Teils des Dichtmittels, welches das Dichtmaterial 51 bildet, in die Fettschicht 61 zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 zu unterdrücken. Dadurch wird ein hohes Maß der Wärmeableitungseigenschaften der Halbleitervorrichtung 1 Aufrechterhalten.
Das Einsatzmaterial des Dichtmaterials 51 ist somit das flüssige härtbare Dichtmittel. Folglich ist das Dichtmaterial 51 in der Lage, die gesamte Seitenflächenregion der Fettschicht 61 ohne irgendeinen Zwischenraum abzudecken, um eine präzise Abdichtung bereitzustellen, ohne durch die Form und Größe der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30, der Dicke der Fettschicht 61 und dergleichen beschränkt zu sein.
Die vertikale Kraft, welche die Fettschicht 61 dazwischen einschließt, wird z. B. auf die Fettschicht 61 durch das Befestigen mit Schrauben ausgeübt, die das Halbleitermodul 30 und das Kühlelement 40 zusammen fixieren, sodass sich die Dicke der Fettschicht 61 auf etwa den Füllmitteldurchmesser des Fetts reduziert, welches das Einsatzmaterial der Fettschicht 61 bildet. Danach kann das Dichtmaterial 51 mit einer der Dicke der Fettschicht 61 entsprechenden Dicke, exakt ausgebildet werden.
Folglich ist die Halbleitervorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass diese das Dichtmaterial 51 (das fest anhaftende Umfangselement) aufweist, das auf der Oberfläche des Kühlelements 40 ausgebildet ist und die gesamte Seitenflächenregion, die den Außenumfangsteil der Fettschicht 61 bildet, ohne irgendeinen Zwischenraum abdeckt.
Die Halbleitervorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit den oben beschriebenen Eigenschaften ist in der Lage, das Auspumpen, das ein Phänomen darstellt, zuverlässig zu unterbinden, sodass das Fett, welches das Einsatzmaterial der Fettschicht 61 bildet, aus der Füllregion herausgedrückt wird, die zwischen der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 und der Oberfläche des Kühlelements 40 angeordnet ist. Dadurch wird der geringe thermische Widerstand der gesamten Halbleitervorrichtung 1 erreicht, um die Verbesserung der Qualität der Halbleitervorrichtung 1 beizubehalten und die lange Lebensdauer der Halbleitervorrichtung 1 zu erreichen.
<Zweites Ausführungsbeispiel>
2 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 dargestellt, ist die Halbleitervorrichtung 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass ein Gelteil 52 anstelle des Dichtmaterials 51 des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen ist, das als fest anhaftendes Umfangselement verwendet wurde. Weitere Bauteile in 2, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Das Gelteil 52 weist ein hartes Gel mit einer Penetrationszahl von nicht größer als 55 (gemäß dem Testverfahren JIS2220) als Einsatzmaterial auf.
dementsprechend verwendet das Gelteil 52, welches das fest anhaftende Umfangselement in der Halbleitervorrichtung 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, ein Gelmaterial mit einer Penetrationszahl von nicht größer als 55 als Einsatzmaterial. Somit werden das Auspumpen des Fetts in der Fettschicht 61 und die Luftmitnahme des Fetts unterbunden. Folglich wird dadurch der geringe thermische Widerstand der gesamten Halbleitervorrichtung 2 erreicht, um die Qualitätsverbesserung der Halbleitervorrichtung 2 beizubehalten und die lange Lebensdauer der Halbleitervorrichtung 2 zu erreichen.
<Drittes Ausführungsbeispiel>
(Erste Form)
3 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 3A gemäß einer ersten Form eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 dargestellt, ist die Halbleitervorrichtung 3A gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlelement 40B anstelle des Kühlelements 40 des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen ist. Weitere Bauteile in 3, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Das Kühlelement 40B gemäß der ersten Form des dritten Ausführungsbeispiels ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Oberfläche mit einer unebenen Region 81 (eine kühlelementspezifische unebene Region) aufweist. Die unebene Region 81 wird insbesondere durch Vorsehen von feinen streifenförmigen Nuten in der Oberfläche des Kühlelements 40B gebildet. Jede Vertiefung der im Kühlelement 40B ausgebildeten unebenen Region 81 weist eine Vertiefungs-Einheitsbreite W3A auf.
Bei der Halbleitervorrichtung 3A gemäß der ersten Form des dritten Ausführungsbeispiels unterdrückt die raue Oberfläche der unebenen Region 81, die in der Oberfläche des Kühlelements 40B ausgebildet ist und die Vertiefungs-Einheitsbreite W3A aufweist, auf diese Weise die Bewegung des Fetts in der Fettschicht 61. Dies kann mit der hermetischen Dichtwirkung des Dichtmaterials 51 mit dem flüssigen härtbaren Dichtmittel als Einsatzmaterial kombiniert werden, um eine Struktur zu erreichen, die das Auspumpen weiter verhindert.
(Zweite Form)
4 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 3B gemäß einer zweiten Form des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 dargestellt, umfasst die Halbleitervorrichtung 38 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ein Kühlelement 40C anstelle des Kühlelements 40 des ersten Ausführungsbeispiels. Weitere Bauteile in 4, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Im Gegensatz zum Kühlelement 40 ist das Kühlelement 40C dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Oberfläche mit einer unebenen Region 83 (eine kühlelementspezifische unebene Region) aufweist. Genauer gesagt sind schlitzförmige (streifenförmige) Nuten in der Oberfläche des Kühlelements 40 C zum Ausbilden der unebenen Region 83 vorgesehen. Jede Vertiefung der im Kühlelement 40 C ausgebildeten unebenen Region 83 weist eine Vertiefungs-Einheitsbreite W3B auf.
Die unebene Region 83, die im Kühlelement 40C gemäß der zweiten Form ausgebildet ist, weist die Vertiefungs-Einheitsbreite W3B (> W3A) auf, die größer als die Vertiefungs-Einheitsbreite W3A der unebenen Region 81 ist, die im Kühlelement 40B gemäß der ersten Form des dritten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist. Folglich ist die Vertiefungs-Einheitsbreite W3B der unebenen Region 83 größer als die Vertiefungs-Einheitsbreite W3A der unebenen Region 81, da der Hauptzweck der zweiten Form das Unterdrücken einer Verwerfung im Kühlelement 40 C ist.
Das heißt, die Vertiefungs-Einheitsbreite W3A gemäß der ersten Form ist auf eine relativ geringe Breite festgelegt, die zum Unterdrücken der Bewegung des Fetts in der Fettschicht 61 geeignet ist, wohingegen die Vertiefungs-Einheitsbreite W3B gemäß der zweiten Form auf eine relativ große Breite festgelegt ist, die zum Unterdrücken einer Verwerfung im Kühlelement 40 C geeignet ist.
Bei der Halbleitervorrichtung 3B gemäß der zweiten Form des dritten Ausführungsbeispiels ist die schlitzförmige, mit Nuten versehene Oberfläche der unebenen Region 83, die in der Oberfläche des Kühlelements 40 C ausgebildet ist und die Vertiefungs-Einheitsbreite W3B aufweist, auf diese Weise in der Lage, die Verformung der Oberfläche des Kühlelements 40 C aufgrund von Wärme zu unterdrücken, um zu verhindern, dass das Fett in der Fettschicht 61 aus der Fettschicht 61 herausgedrückt wird. In Kombination mit der hermetischen Dichtwirkung des Dichtmaterials 51, das aus dem flüssigen härtbaren Dichtmittel zusammengesetzt ist, erreicht die Halbleitervorrichtung 3B gemäß der zweiten Form des dritten Ausführungsbeispiels eine Struktur, die das Auspumpen weiter verhindert.
<Viertes Ausführungsbeispiel>
(Erste Form)
5 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 4A gemäß einer ersten Form eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 4A gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ein Halbleitermodul 30B anstelle des Halbleitermoduls 30 des ersten Ausführungsbeispiels. Weitere Bauteile in 5, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Im Gegensatz zum Halbleitermodul 30 ist das Halbleitermodul 30B dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeableitungsmaterial 34 auf der Unterseite des Harz-Dichtteils 31 anstelle des Wärmeableitungsmaterials 32 vorgesehen ist, und dass das Wärmeableitungsmaterial 34 eine Wärmeableitungsfläche aufweist, die dessen Unterseite mit einer unebenen Region 82 (einer modulspezifischen unebenen Region) ist. Genauer gesagt ist die unebene Region 82 durch Vorsehen von feinen streifenförmigen Nuten in der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 34 ausgebildet. Jede Vertiefung der unebenen Region 82, die in der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 34 ausgebildet ist, weist eine Vertiefungs-Einheitsbreite W4A auf.
Bei der Halbleitervorrichtung 4A gemäß der ersten Form des vierten Ausführungsbeispiels unterbindet die raue Oberfläche der unebenen Region 82, die in der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 34 ausgebildet ist und die Vertiefungs-Einheitsbreite W4A aufweist, auf diese Weise die Bewegung in der Füllregion der Fettschicht 61. Dies kann durch die hermetische Dichtwirkung des Dichtmaterials 51, das aus dem flüssigen härtbaren Dichtmittel zusammengesetzt ist, zum Erreichen einer Struktur kombiniert werden, die das Auspumpen weiter verhindert.
(Zweite Form)
6 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 4B gemäß einer zweiten Form des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Wie in 6 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 4B gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ein Halbleitermodul 30C anstelle des Halbleitermoduls 30 des ersten Ausführungsbeispiels auf. Weitere Bauteile in 6, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Im Gegensatz zum Halbleitermodul 30 ist das Halbleitermodul 30C dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeableitungsmaterial 38 auf der Unterseite des Harz-Dichtteils 31 anstelle des Wärmeableitungsmaterials 32 vorgesehen ist, und dass das Wärmeableitungsmaterial 38 die Wärmeableitungsfläche aufweist, die dessen Bodenfläche mit einer unebenen Region 84 (einer modulspezifischen unebenen Region) ist. Genauer gesagt wird die unebene Region 84 durch Vorsehen von schlitzförmigen (streifenförmigen) Nuten in der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 38 gebildet. Jede Vertiefung der unebenen Region 84, die in der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 38 ausgebildet ist, weist eine Vertiefungs-Einheitsbreite W4B auf.
Die unebene Region 84, die in der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 38 ausgebildet ist, weist gemäß der zweiten Form die Vertiefungs-Einheitsbreite W4B (> W4A) auf, die größer als die Vertiefungs-Einheitsbreite W4A des unebenen Bereichs 82 ist, die in der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 34 gemäß der ersten Form ausgebildet ist. Auf diese Weise ist Vertiefungs-Einheitsbreite W4B der unebenen Region 84 größer als die Vertiefungs-Einheitsbreite W4A der unebenen Region 82, da der Hauptzweck der zweiten Form das Unterdrücken einer Verwerfung im Wärmeableitungsmaterial 38 ist.
Das heißt, die Vertiefungs-Einheitsbreite W4A gemäß der ersten Form ist auf eine relativ schmale Breite festgelegt, die zum Unterdrücken der Bewegung des Fetts in der Fettschicht 61 geeignet ist, wohingegen die Vertiefungs-Einheitsbreite W4B gemäß der zweiten Form auf eine relativ große Breite festgelegt ist, die zum Unterdrücken einer Verwerfung im Wärmeableitungsmaterial 38 geeignet ist.
Bei der Halbleitervorrichtung 4B gemäß der zweiten Form des vierten Ausführungsbeispiels ist die schlitzförmige, mit Nuten versehene Oberfläche des unebenen Bereichs 84 der in der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 38 ausgebildet ist und die Vertiefungs-Einheitsbreite W4B aufweist, auf diese Weise in der Lage die Verformung der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 C aufgrund von Wärme zu unterdrücken, um ein Herausdrücken des Fetts in der Fettschicht 61 aus der Fettschicht 61 zu verhindern. In Kombination mit der hermetischen Dichtwirkung des Dichtmaterials 51, das aus dem flüssigen härtbaren Dichtmittel zusammengesetzt ist, erreicht die Halbleitervorrichtung 4B gemäß der zweiten Form des vierten Ausführungsbeispiels eine Struktur, die das Auspumpen weiter verhindert.
<Fünftes Ausführungsbeispiel>
7 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 5 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 7 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 5 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ein Halbleitermodul 30D anstelle des Halbleitermoduls 30 des ersten Ausführungsbeispiels und ein Kühlelement 40D anstelle des Kühlelements 40 auf.
Das Halbleitermodul 30D weist ein mit einem Vorsprung versehenes Harz-Dichtteil 35 anstelle des Harz-Dichtteils 31 auf. Das mit dem Vorsprung versehene Harz-Dichtteil 35 ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Vorsprung 35a aufweist, der nach unten vorragt und entlang des Außenumfangs der Wärmeableitungsfläche (= der Füllregion der Fettschicht 61), d. h. der Unterseite des Wärmeableitungsmaterials 32 in einer Draufsicht gesehen ausgebildet ist.
Andererseits ist das Kühlelement 40D dadurch gekennzeichnet, dass eine Befestigungsnut 42 in einer Region dessen Oberfläche entsprechend dem Vorsprung 35a vorgesehen ist. Wie in 7 dargestellt, sind das Halbleitermodul 30D und das Kühlelement 40D in einer entsprechenden Positionsbeziehung angeordnet, die das temporäre Befestigen des Halbleitermoduls 30D und des Kühlelements 40D aneinander durch Einfügen eines Teils des Vorsprungs 35a in die Befestigungsnut 42 ermöglicht, wenn das Halbleitermodul 30D und des Kühlelements 40D montiert werden. Weitere Bauteile in 7, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Bei der Halbleitervorrichtung 5 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel werden das Halbleitermodul 30D und das Kühlelement 40D auf diese Weise durch Einfügen eines Spitzenbereichs, der ein Teil des Vorsprungs 35a des Halbleitermoduls 30D ist, in die Befestigungsnut 42 temporär aneinander befestigt. Somit werden das Halbleitermodul 30D und das Kühlelement 40D während der Fertigung auf relativ einfache Weise fluchtend ausgerichtet.
Darüber hinaus ist das mit einem Vorsprung versehene Harz-Dichtteil 35 entlang des Außenumfangs der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 ausgebildet, um die Fettschicht 61 in einer Draufsicht gesehen zu umschließen. Der Vorsprung 35a des mit einem Vorsprung versehenen Harz-Dichtteils 35 ist in Verbindung mit dem Dichtmaterial 51 in der Lage, die Harzschicht 61 abzudichten. Dadurch wird eine Struktur erreicht, welche die verbesserte Funktion zum Unterdrücken des Auspumpens aufweist.
<Sechstes Ausführungsbeispiel>
8 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 6 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 zeigt eine Draufsicht einer ebenen Struktur der in 8 dargestellten Halbleitervorrichtung 6. Wie in 8 und 9 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 6 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ein Kühlelement 40E anstelle des Kühlelements 40 des ersten Ausführungsbeispiels auf.
Wie in 8 und 9 dargestellt, ist das Kühlelement 40E dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Oberfläche mit einer streifenförmigen fettspezifischen Nut 43 aufweist, die sich von einem Mittenbereich, der unter dem Halbleitermodul 30, d. h. der Fettschicht 61, angeordnet ist, zur Außenseite des Halbleitermoduls 30 und des Dichtmaterials 51 in einer Draufsicht gesehen erstreckt.
Wie in 9 dargestellt, deckt das Dichtmaterial 51 das Harz-Dichtteil 31 des Halbleitermoduls 30, d. h. die Fettschicht 61, die unter dem Halbleitermodul 30 angeordnet ist, ohne irgendeinen Zwischenraum wie in einer Draufsicht gesehen ab. Diese Eigenschaft ist im sechsten Ausführungsbeispiel nicht inhärent, jedoch mit den oben beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsbeispielen und den nachfolgend beschriebenen siebten bis fünfzehnten Ausführungsbeispielen gemein (obwohl das Dichtmaterial 51 durch das Gelteil 52 in den zweiten und achten Ausführungsbeispielen ersetzt wurde). Weitere Bauteile in 8 und 9, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Auf diese Weise weist die Kühleinheit 40E in der Halbleitervorrichtung 6 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel die Oberfläche mit der fettspezifischen Nut 43 auf, die sich vom Mittenbereich, der unter der Fettschicht 61 angeordnet ist, zur Außenseite des Halbleitermoduls 30 und des Dichtmaterials 51 erstreckt. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, dass zusätzliches Fett zur Außenseite der Füllregion durch die fettspezifische Nut 43 ausgestoßen wird, die als Austrittsweg dient, wenn die Fettschicht 61 während der Fertigung ausgebildet wird. Dies erzeugt die Wirkung einer Reduzierung der Fettschicht 61 auf eine gewünschte Dicke, um den thermischen Widerstand zu mindern.
Außerdem erzeugt das sechste Ausführungsbeispiel die Wirkung einer Unterdrückung des Auspumpens des Fetts in der Fettschicht 61 durch das Ausbilden der fettspezifischen Nut 43 mit einer ausreichend geringen Breite wie in den anderen Ausführungsbeispielen.
<Siebtes Ausführungsbeispiel>
10 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 7 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 10 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 7 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ein Kühlelement 40F anstelle des Kühlelements 40 des ersten Ausführungsbeispiels.
Das Kühlelement 40F ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Erhebung 48, die von dessen Oberfläche nach oben herausragt, in entsprechender Beziehung zum Mittenbereich des Halbleitermoduls 30, d. h. zum Wärmeableitungsmaterial 32, in einer Draufsicht gesehen umfasst. Die Erhebung 48 ist mit der Oberfläche des Kühlelements 40F während und nach der Ausbildung des Kühlelements 40F verbunden, und ist somit einstückig mit dem Kühlelement 40F vorgesehen.
Die Dicke der Erhebung 48, die auf der Oberfläche des Kühlelements 40F vorgesehen ist regelt den Abstand zwischen der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 und der Oberfläche des Kühlelements 40F, d. h. die Untergrenze der Dicke der Fettschicht 61. Beispiele der ebenen Form der Erhebung 48 umfassen eine rechteckige Form und eine kreisförmige Form. Weitere Bauteile in 10, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Bei der Halbleitervorrichtung 7 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel gewährleistet die Dicke der Erhebung 48, die auf der Oberfläche des Kühlelements 40F vorgesehen ist, den Abstand (Zwischenraum) mit einem konstanten Wert oder darüber zwischen der Wärmeableitungsfläche und des Halbleitermoduls 30 und der Oberfläche des Kühlers 40F. Demzufolge verhindert die Halbleitervorrichtung 7 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel, dass ein Teil des Fetts in der Fettschicht 61, aufgrund der Verformung des Kühlelements 40F und des Halbleitermoduls 30 und dergleichen, aus der Füllregion herausgedrückt wird. In Kombination mit der hermetischen Dichtwirkung des Dichtmaterials 51, das aus dem flüssigen härtbaren Dichtmittel zusammengesetzt ist, erreicht die Halbleitervorrichtung 7 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel eine Struktur, die hinsichtlich des Auspumpens weniger anfällig ist.
Zudem erreicht die Halbleitervorrichtung 7 gemäß dem siebten Ausführungsform eine Verbesserung der Wärmeableitungseigenschaften durch die Verwendung eines Materials mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie die Erhebung 48.
<Achtes Ausführungsbeispiel>
11 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 8 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 11 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 8 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel das Gelteil 52 wie im zweiten Ausführungsbeispiel anstelle des Dichtmaterials 51 des ersten Ausführungsbeispiels, das als fest anhaftendes Umfangselement verwendet wird, und ein Kühlelement 40G anstelle des Kühlelements 40 des ersten Ausführungsbeispiels auf.
Das Kühlelement 40G ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses vier Erhöhungen 49 (von denen in 11 nur zwei dargestellt sind) umfasst, die von dessen Oberfläche in entsprechender Beziehung zu den vier Eckbereichen des Halbleitermoduls 30, d. h. zum Wärmeableitungsmaterial 32 in einer Draufsicht gesehen nach oben vorragen. Die vier Erhöhungen 49 sind mit der Oberfläche des Kühlelements 40G während oder nach der Ausbildung des Kühlelements 40G verbunden und sind daher einstückig mit dem Kühlelement 40G vorgesehen.
Die Dicke der vier Erhöhungen 49 regelt den Abstand zwischen der Wärmeableitungsoberfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 und der Oberfläche des Kühlelements 40G, d. h. die Untergrenze der Dicke der Fettschicht 61. Beispiele der ebenen Form der vier Erhöhungen 49 umfassen eine rechteckige Form oder eine kreisförmige Form. Weitere Bauteile in 11, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Bei der Halbleitervorrichtung 8 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel gewährleistet die Dicke der vier Erhöhungen 49 den Abstand (Zwischenraum) mit einem konstanten Wert oder darüber zwischen der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 und der Oberfläche des Kühlelements 40. Folglich verhindert die Halbleitervorrichtung 8 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel, dass ein Teil des Fetts in der Fettschicht 61 aufgrund der Verformung des Halbleitermoduls 30 und des Kühlelements 40G und dergleichen, aus der Füllregion herausgedrückt wird. In Kombination mit der hermetischen Dichtwirkung des Gelteils 52 erreicht die Halbleitervorrichtung 8 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel eine Struktur, die hinsichtlich des Auspumpens weniger anfällig ist.
Außerdem erreicht die Halbleitervorrichtung 8 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel eine Verbesserung der Wärmeableitungseigenschaften durch die Verwendung eines Materials mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit wie die vier Erhöhungen 49. Darüber hinaus sind die Fettschicht 61 und das Halbleitermodul 30 in einem relativ großen Bereich durch die Bereitstellung des Gelteils 52 abgedeckt, das auf einfache Weise mit geringeren Kosten als das Dichtmaterial 51 als das fest anhaftende Umfangselement hergestellt ist.
Obwohl das Gelteil 52 als fest anhaftendes Umfangselement im achten Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann das Dichtmaterial 51 als fest anhaftendes Umfangselements wie im siebten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
<Neuntes Ausführungsbeispiel>
12 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 9 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 12 dargestellt, ist die Halbleitervorrichtung 9 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass Fettschichten 62 und 63 (erste und zweite Fettelemente) mit zwei unterschiedlichen Fetttypen als jeweilige Einsatzmaterialien anstelle der Fettschicht 61 vorgesehen sind. Weitere in 12, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Die Fettschicht 62 weist ein erstes Fett auf, das einen kleinen Füllstoff mit einer Füllstoffgröße FS1 (erste Füllstoffgröße) als Einsatzmaterial enthält, und die Fettschicht 63 weist ein zweites Fett auf, das einen großen Füllstoff mit einer Füllstoffgröße FS2 (zweite Füllstoffgröße; FS2 > FS1) als Einsatzmaterial enthält. Beispiele für die Füllstoffgrößen FS1 und FS2 sind wie folgt: die Füllstoffgröße FS1 ist ein Füllstoffdurchmesser von kleiner als 70 µm und die Füllstoffgröße FS2 ist ein Füllstoffdurchmesser von größerer als 70 µm.
Die Fettschicht 62 ist in entsprechender Beziehung zu einem Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 vorgesehen, und die Fettschicht 63 ist in entsprechender Beziehung zu einem Umfangsbereich mit Ausnahme des Mittenbereichs der Wärmeableitungsfläche vorgesehen.
Bei die Halbleitervorrichtung 9 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel wird das erste Fett, das einen ersten Füllstoff enthält, der relativ empfindlich auf eine Außenbewegung (wie z. B. eine Verformung) reagiert, als Einsatzmaterial der Fettschicht 62 verwendet, die in entsprechender Beziehung zum Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche vorgesehen ist. Dadurch wird ein kleiner Zwischenraum, der aus der Verformung des Halbleitermoduls 30 und des Kühlelements 40 aufgrund der von der Halbleitervorrichtung 9 selbst erzeugten Wärme resultiert, erreicht.
Bei der Halbleitervorrichtung 9 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel wird jedoch das zweite Fett, das einen großen Füllstoff enthält, der relativ empfindlich auf eine Außenbewegung (wie z. B. eine Verformung) reagiert, als Einsatzmaterial der Fettschicht 63 verwendet, die in entsprechender Beziehung zum Umfangsbereich vorgesehen ist. Demzufolge ist die Halbleitervorrichtung 9 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel in der Lage, nicht nur das zweite Fett in der Fettschicht 63, sondern auch das erste Fett in der Fettschicht 62 daran zu hindern, aufgrund der Verformung des Halbleitermoduls 30 des Kühlelements 40 herausgedrückt zu werden. In Kombination mit der hermetischen Dichtwirkung des Dichtmaterials 51, das aus dem flüssigen härtbaren Dichtmittel zusammengesetzt ist, erreicht die Halbleitervorrichtung 9 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel eine Struktur, die hinsichtlich des Auspumpens weniger anfällig ist.
<Zehntes Ausführungsbeispiel>
13 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 13 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 10 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel ein Kühlelement 40H anstelle des Kühlelements 40 des ersten Ausführungsbeispiels auf. Weitere Bauteile in 13, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Im Gegensatz zum Kühlelement 40 ist das Kühlelement 40H dadurch gekennzeichnet, dass eine dichtmaterialspezifische Nut 45 in einer Region dessen Oberfläche entlang dem Außenumfang der Fettschicht 61, d. h. einer Region dessen Oberfläche ausgebildet ist, die einer Region entspricht, in der das Dichtmaterial 51 ausgebildet ist, und dadurch, dass ein Teil des Dichtmaterials 51 in der dichtmaterialspezifischen Nut 45 eingebettet ist. Das heißt, die dichtmaterialspezifische Nut 45 in der Halbleitervorrichtung 10 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel ist in der Oberfläche des Kühlelements 40H entlang des Außenumfangs der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 in einer Draufsicht gesehen ausgebildet.
Bei der Halbleitervorrichtung 10 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel ist ein Teil des Dichtmaterials 51, welches das Fest anhaftende Umfangselement ist in der dichtmaterialspezifische 45 eingebettet, die auf diese Weise eine Nut für das Fest anhaftende Umfangselement ist. Dies vergrößert die Haftfläche zwischen dem Dichtmaterial 51 und dem Kühlelement 40H zur weiteren Verbesserung der Dichtwirkung des Dichtmaterials 51.
<Elftes Ausführungsbeispiel>
14 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 11 gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 14 dargestellt, ist ein Abdecklack 25, der aus Harz und dergleichen hergestellt ist, auf der Oberfläche des Kühlelements 40 ausgebildet. Der Abdecklack 25 ist auf der Oberfläche des Kühlelements 40 entlang des Außenumfangs der Fettschicht 61 mit einem Abstand d25 für das Dichtmaterial 51 ausgebildet, das zwischen dem Abdecklack 25 und dem Rand der Fettschicht 61 in einer Draufsicht gesehen gehalten wird.
Demzufolge weist die Halbleitervorrichtung 11 gemäß dem elften Ausführungsbeispiel den Abdecklack 25 auf, der auf der Oberfläche des Kühlelements 40 vorgesehen ist. Ein Teil des Dichtmaterials 51 ist in eine Nut eingebettet, die durch den Abstand d25 zwischen der Fettschicht 61 und dem Fotolack 25 definiert ist.
Wenn der Abdecklack 25, der auf dem Kühlelement 40 mit einer hohen dichten Haftfestigkeit vorgesehen ist, als Teil des Kühlelements 40 angesehen wird, vergrößert der vorgesehene Abdecklack 25 bei der Halbleitervorrichtung 11 gemäß dem elften Ausführungsbeispiel die Haftfläche zwischen dem Dichtmaterial 51 und dem Kühlelement 40 (plus dem Abdecklack 25) zur Verbesserung der Dichtwirkung des Dichtmaterials 51.
Die Wärmeableitungseigenschaften sind für den Abdecklack 25 nicht speziell erforderlich, da der Abdecklack 25 auf dem Außenumfang der Region vorgesehen ist, die dem Wärmeableitungsmaterial 32 entspricht.
<Zwölftes Ausführungsbeispiel>
15 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 12 gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 15 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 12 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel ein Kühlelement 40I anstelle des Kühlelements 40 des ersten Ausführungsbeispiels. Weitere Bauteile in 15, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Im Gegensatz zum Kühlelement 40 weist das Kühlelement 401 ferner einen Vorsprung 46 auf, der auf dessen Oberfläche ausgebildet ist. Der Vorsprung 46 ragt aus der Oberfläche des Kühlelements 401 nach oben vor und ist entlang des Außenumfangs der Fettschicht 61 mit einem Abstand d46 für das Dichtmaterial 51 ausgebildet, das zwischen dem Vorsprung 46 und dem Rand der Fettschicht 61 gehalten wird.
Demzufolge umfasst die Halbleitervorrichtung 12 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel den Vorsprung 46, der auf der Oberfläche des Kühlelements 40I vorgesehen ist. Ein Teil des Dichtmaterials 51 ist in einer Nut ein gebettet, die durch den Abstand d46 zwischen der Fettschicht 61 und dem Vorsprung 46 definiert ist.
Auf diese Weise vergrößert der vorgesehene Vorsprung 46 als Teil des Kühlelements 40I bei der Halbleitervorrichtung 12 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel die Haftfläche zwischen dem Dichtmaterial 51 und dem Kühlelement 40I zur Verbesserung der Dichtwirkung des Dichtelements 51.
<Dreizehntes Ausführungsbeispiel>
16 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 13 gemäß einem 13. Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 16 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 13 gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel ein Kühlelement 40J anstelle des Kühlelements 40 des ersten Ausführungsbeispiels auf. Weitere Bauteile in 16, die denen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Im Gegensatz zum Kühlelement 40 weist das Kühlelement 40J zudem eine Vertiefung 47 in dessen Oberfläche auf. Im dreizehnten Ausführungsbeispiel ist die Füllregion der Fettschicht 61 eine Region, die zwischen der Unterseite der Ausnehmung 47 und der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 angeordnet ist. Die Ausnehmung 47 ist mit einem Abstand d47 für das Dichtmaterial 51 ausgebildet, das vom Rand der Seitenfläche der Fettschicht 61 gehalten wird.
Somit weist das Kühlelement 40J der Halbleitervorrichtung 13 gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel die Ausnehmung 47 auf, die ausgehend von dessen Oberfläche vertieft ist und in einer Region ausgebildet ist, welche die Gesamtheit des Halbleitermoduls 30 und einen Teil des Dichtmaterials 51 in einer Draufsicht gesehen umfasst. Ein Teil des Dichtmaterials 51 ist in einer Zwischenraumregion eingelassen, der durch den Abstand d47 zwischen dem Rand der Seitenfläche der Fettschicht 61 und der Seitenfläche der Ausnehmung 47 definiert ist. Das Vorsehen der Ausnehmung 47 im Kühlelement 40J bei der Halbleitervorrichtung 13 gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel vergrößert die Haftfläche zwischen dem Dichtmaterial 51 und dem Kühlelement 40J zur Verbesserung der Dichtwirkung des Dichtelements 51.
<Vierzehntes Ausführungsbeispiel>
17 zeigt eine Schnittansicht eines Teils einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 14 gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 17 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 14 gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel ein Halbleitermodul 30E anstelle des Halbleitermoduls 30 des ersten Ausführungsbeispiels auf.
Im Gegensatz zum Halbleitermodul 30 weist das Halbleitermodul 30E ein abgeschrägtes Harz-Dichtungsteil 39 anstelle des Hartz-Dichtungsteils 31 auf. Jede der vier Seiten, die den Umfang der Bodenfläche des abgeschrägten Hartz-Dichtungsteils 39 bilden, weist eine Abschrägung 71 auf, die durch Abschrägen erhalten wird.
Die Abschrägung 71 wird durch Abschrägen nach oben in eine zum Rand der Seitenfläche des Harz-Dichtungsteils 39 gerichtete Richtung, d. h. durch Abschrägen so ausgebildet, dass ein Abstand von der Oberfläche des Kühlelements 40 in Richtung zum Rand der Seitenfläche (in 17 nach rechts) zunimmt.
Das Wärmeableitungsmaterial 32 ist auf der Bodenfläche des abgeschrägten Harz-Dichtungsteils 39 mit Ausnahme der Abschrägung 71 vorgesehen, und die Fettschicht 61 ist in der Füllregion vorgesehen, die zwischen der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 und der Oberfläche des Kühlelements 40 angeordnet ist. Weitere Bauteile in 17, die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Das Halbleitermodul 30E weist bei der Halbleitervorrichtung 14 gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel die Abschrägung 71 auf, sodass der Abstand, der zum Rand hin immer weiter wird, unter der Abschrägung 71 des abgeschrägten Harz-Dichtteils 39 ausgebildet ist. Das flüssige härtbare Dichtmittel, welches das Einsatzmaterial des Dichtmaterials 51 bildet und das anfangs in flüssigem Zustand vorliegt, neigt daher dazu, während der Fertigung nach außen (in Bezug auf das Halbleitermodul 30) zu fließen. Das mögliche Eindringen des flüssigen härtbaren Dichtmittels in die Fettschicht 61 wird somit unterdrückt, sodass die Wärmeableitungseigenschaften der Fettschicht 61 aufrechterhalten werden.
Darüber hinaus vergrößert sich die Haftfläche zwischen dem Dichtmaterial 51 und dem Halbleitermodul 30E dadurch, dass die Abschrägung 71 im Halbleitermodul 30E vorgesehen ist. Dies verbessert die Dichtwirkung des Dichtmaterials 51.
<Fünfzehntes Ausführungsbeispiel>
18 zeigt eine Schnittansicht eines Teils einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 15 gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 18 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 15 gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel ein Halbleitermodul 30F anstelle des Halbleitermoduls 30E des vierzehnten Ausführungsbeispiels auf.
Im Gegensatz zum Halbleitermodul 30E weist das Halbleitermodul 30F ein abgeschrägtes Harz-Dichtteil 39t anstelle des abgeschrägten Harz-Dichtteils 39 auf. Das abgeschrägte Harz-Dichtteil 39t weist die Abschrägung 71 ähnlich jener des abgeschrägten Harz-Dichtteils 39 auf, und weist ferner einen Vorsprung 72, der eine sich verjüngende Vorsprungspitze aufweist und nach unten entlang des Rands einer jeden der vier Seiten der Bodenfläche vorragt, an denen die Abschrägung 71 ausgebildet ist. Weitere Bauteile in 18, die jenen des im vierzehnten in 17 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Das abgeschrägte Harz-Dichtteil 39t bei der Halbleitervorrichtung 15 gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel weist den Vorsprung 72 zusätzlich zur Abschrägung 71 auf.
Das Dichtmaterial 51 mit dem flüssigen härtbaren Dichtmittel als Einsatzmaterial weist den Vorteil auf, dass dessen Aushärten von einer Oberfläche in Kontakt mit Luft beginnt, um an dessen Oberfläche einen Film zu bilden. Während der Fertigung des Dichtmaterials 51 wird der Film auf der Oberfläche gegebenenfalls durch die scharfe Spitze des Vorsprungs 72 durchdrungen, der im abgeschrägten Harz-Dichtteil 39t ausgebildet ist, sodass ungehärtetes Dichtmittel im Innern nach außen fließt. Dies erzeugt die Wirkung des Unterbindens des Eintritts des Dichtmittels in die Fettschicht 61 zum Aufrechterhalten der Wärmeableitungseigenschaften der Fettschicht 61.
Außerdem gewährleistet das Vorsehen der Abschrägung 71 wie im vierzehnten Ausführungsbeispiel die Wärmeableitungseigenschaften der Füllregion der Fettschicht 61 und verbessert die Dichtwirkung des Dichtmaterials 51.
<Sechzehntes Ausführungsbeispiel>
19 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 16 gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 19 dargestellt, weist die Halbleitervorrichtung 16 gemäß dem sechzehnten Ausführungsbeispiel eine Struktur auf, bei der Fettschichten 64 und 65 (erste und zweite Fettelemente) mit zwei entsprechend unterschiedlichen Fetttypen als Einsatzmaterialien zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 vorgesehen sind. Die Fettschichten 64 und 65 sind insbesondere in der Füllregion vorgesehen, die zwischen der Wärmeableitungsfläche, welche die Bodenfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 des Halbleitermoduls 30 bildet, und der Oberfläche des Kühlers 40 angeordnet ist. Weitere Bauteile in 19 die jenen des im ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Die Fettschicht 64 ist in entsprechender Beziehung zu einem Mittenbereich der oben genannten Wärmeableitungsfläche vorgesehen, und die Fettschicht 65 ist in entsprechender Beziehung zu einem Umfangsbereich mit Ausnahme des Mittenbereichs der oben genannten Wärmeableitungsfläche vorgesehen.
Das Einsatzmaterial der Fettschicht 64, das jenem der Fettschicht 61 ähnelt, ist ein Fett (erster Typ eines Fetts), das nach der Fertigstellung der Vorrichtung halbfest bleibt. Demgegenüber wird ein härtbares Zweiflüssigkeitsfett (zweiter Fetttyp) als Einsatzmaterial der Fettschicht 65 verwendet. Das härtbare Zweiflüssigkeitsfett verfestigt sich nach der Fertigstellung der Vorrichtung aufgrund seiner Eigenschaft sich zu verfestigen, wenn dieses durch eine chemische Reaktion der beiden Flüssigkeiten aushärtet. Der Ausdruck „halbfest“ bedeutet das Aufweisen einer Viskosität von nicht mehr als 600 [Pa·s].
Folglich ist die Halbleitervorrichtung 16 gemäß dem sechzehnten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die Fettschichten 64 und 65 welche die zwei unterschiedlichen Fetttypen (ersten und zweiten Fetttypen) als jeweilige Einsatzmaterialien aufweisen, zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 vorgesehen sind.
Bei der Halbleitervorrichtung 16 mit den vorbeschriebenen Merkmalen ist der erste Fetttyp der Fettschicht 64 (des ersten Fettelements), die in entsprechender Beziehung zum Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 vorgesehen ist, in der Lage, die Wärmeableitungseigenschaften zu verbessern, und der zweite Fetttyp der Fettschicht 65 (des zweiten Fettelements), die in entsprechender Beziehung zum Umfangsbereich vorgesehen ist, ist in der Lage, die Bewegung des Fetts in der Fettschicht 64 zu unterdrücken. Das heißt, die Fettschicht 64 weist die Funktion der Fettschicht 61 (62 und 63) auf, die in den ersten bis fünfzehnten Ausführungsbeispielen verwendet wurden, und die Fettschicht 65 weist die Funktion des fest anhaftenden Umfangselements (des Dichtmaterials 51 und des Gelteils 52) auf, das in den ersten bis fünfzehnten Ausführungsbeispielen verwendet wurde.
Im Allgemeinen weist das härtbare Zweiflüssigkeitsfett die Eigenschaft einer geringeren Steifigkeit und Härte nach dem Aushärten als das flüssige härtbare Dichtmittel auf, welches das Einsatzmaterial des Dichtmaterials 51 bildet. Das Kühlelement 40 und das Halbleitermodul 30 drücken jedoch die Fettschicht 65, welche das härtbare Zweiflüssigkeitsfett als Einsatzmaterial wie in 19 dargestellt aufweist, zusammen, sodass die Dichtefunktion verbessert wird.
Somit ist die Halbleitervorrichtung 16 gemäß dem sechzehnten Ausführungsbeispiel in der Lage, das Auspumpen, das ein Phänomen ist, zuverlässig zu unterbinden, sodass der erste Fetttyp in der Fettschicht 64 aus der Füllregion herausgedrückt wird, die zwischen der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 und der Oberfläche des Kühlelements angeordnet ist. Dadurch wird der geringe thermische Widerstand der gesamten Halbleitervorrichtung erreicht, um die Verbesserung der Qualität der Halbleitervorrichtung aufrechtzuerhalten und die lange Lebensdauer der Halbleitervorrichtung zu erreichen.
Außerdem wird der zweite Fetttyp, der das Einsatzmaterial der Fettschicht 65 bildet, die das härtbare Zweiflüssigkeitsfett ist, an deren Innenseite ohne Kontakt mit Luft ausgehärtet, um eine stabile Dichtwirkung zu erzielen. Das Auspumpen der Fettschicht 64 wird unterdrückt, ohne dass Dichtelemente mit Ausnahme der Fettschichten 64 und 65 abgedichtet werden müssen.
Zudem weist das härtbare Zweiflüssigkeitsfett eine Wärmeleitfähigkeit auf, die höher als jene des Dichtmittels, wie zum Beispiel des flüssigen härtbaren Dichtmittels, ist, um die Abnahme der Wärmeleitfähigkeitseigenschaften zu unterbinden. Darüber hinaus ist die Fettschicht 65 nur im Umfangsbereich der Wärmeableitungsfläche ausgebildet. Somit ist nur eine minimale Menge des zweiten Fetttyps erforderlich, um die Halbleitervorrichtung 16 mit den oben beschriebenen Wirkungen zu erreichen.
<Siebzehntes Ausführungsbeispiel>
20 zeigt eine Schnittansicht einer Struktur einer Halbleitervorrichtung 17 gemäß einem siebzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 20 dargestellt weist die Halbleitervorrichtung 17 gemäß dem siebzehnten Ausführungsbeispiel eine Struktur auf, bei der zwei unterschiedliche Typen von Fettschichten 64 und 65 (erste und zweite Fettelemente) zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 wie im sechzehnten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind. Weitere Bauteile in 20, die jenen in 1 und 19 gezeigten ersten sechzehnten Ausführungsbeispielen ähneln, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben gekennzeichnet und werden gegebenenfalls nicht beschrieben.
Die Fettschicht 64 ist in entsprechender Beziehung zum Mittenbereich der vorbeschriebenen Wärmeabstrahlfläche vorgesehen, und die Fettschicht 65 ist über dem Umfangsbereich mit Ausnahme des Mittenbereichs der vorbeschriebenen Wärmeabstrahlungsfläche und eines Teils der Fläche des Kühlelements 40 außerhalb des Umfangsbereichs vorgesehen.
Folglich ist die Halbleitervorrichtung 17 gemäß dem siebzehnten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die Fettschichten 64 und 65 mit den zwei unterschiedlichen Fetttypen (ersten und zweiten Fetttypen) als jeweilige Einsatzmaterialien zwischen dem Halbleitermodul 30 und dem Kühlelement 40 wie im sechzehnten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind.
Bei der Halbleitervorrichtung 17 mit den vorbeschriebenen Merkmalen ist die Fettschicht 64, die in entsprechender Beziehung zum Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls 30 vorgesehen ist, in der Lage, die Wärmeableitungseigenschaften zu verbessern, und die Fettschicht 65, die in entsprechender Beziehung zum Umfangsbereich und eines Teils der Oberfläche des Kühlelements 40 außerhalb des Umfangsbereichs vorgesehen ist, ist in der Lage, die Bewegung der Fettschicht 64 wie im sechzehnten Ausführungsbeispiel zu unterbinden.
Außerdem ist der zweite Fetttyp, der das Einsatzmaterial der Fettschicht 65 bildet, die das härtbare Zweiflüssigkeitsfett ist, in der Lage, das Auspumpen zu unterdrücken und die Abnahme der Wärmeableitungseigenschaften wie im sechzehnten Ausführungsbeispiel zu unterbinden.
Darüber hinaus erstreckt sich die Fettschicht 65 vom Umfangsbereich der Wärmeableitungsfläche zu einem Teil der Oberfläche des Kühlelements 40 außerhalb des Umfangsbereichs. Dies vergrößert die Haftfläche zwischen der Fettschicht 65 und dem Kühlelement 40 zum Verbessern der Dichtwirkung der Fettschicht 65.
<Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung>
Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der Halbleitervorrichtung 1 des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels beispielhaft beschrieben.
Das Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung wird im Wesentlichen durch Ausführen der nachfolgenden Schritte (a) bis (d) erreicht:

(a) den Schritt des Herstellens des Halbleitermoduls 30, welches das Harz-Dichtteil 31, das Wärmeableitungsmaterial 32 und die Anschlussteile 33 umfasst, und des Kühlelements 40;
(b) den Schritt des Aufbringens der Fettschicht 61 auf die Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 durch Drucken;
(c) den Schritt des Ausbildens eines flüssigen härtbaren Dichtmittels zum Abdecken der gesamten Seitenflächenregion der Fettschicht 61 um das Dichtmaterial 51 bereitzustellen; und
(d) das Fixieren des Halbleitermoduls 30 und des Kühlelements 40 aneinander durch Befestigen mit Schrauben und dergleichen, wodurch die Halbleitervorrichtung 1 fertig gestellt wird.

Im Schritt (a) wird die Verarbeitung zum Bereitstellen der Halbleitermodule 30B bis 39F und der Kühlelemente 40B bis 40J, die in den dritten bis achten Ausführungsbeispielen, dem zehnten Ausführungsbeispiel und den zwölften bis fünfzehnten Ausführungsbeispielen beschrieben sind, zusätzlich ausgeführt.
Im Schritt (b) werden die Fettschichten 62 und 63 anstelle der Fettschicht 61 im neunten Ausführungsbeispiel ausgebildet, und die Fettschichten 64 und 65 werden anstelle der Fettschicht 61 in den sechzehnten und siebzehnten Ausführungsbeispielen ausgebildet. Auf die Ausführung des Schritts (c) wird in den sechzehnten und siebzehnten Ausführungsbeispielen verzichtet.
Im Falle der Verwendung der Fettschichten 62 und 63 im Schritt (b), wird die Fettschicht 62 auf den Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 durch Drucken aufgetragen, und die Fettschicht 63 wird auf deren Umfangsbereich durch Drucken aufgetragen.
Im Falle der Verwendung der Fettschichten 64 und 65 im Schritt (b) wird die Fettschicht 64 auf den Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche des Wärmeableitungsmaterials 32 durch Drucken aufgetragen, und die Fettschicht 65 wird auf deren Umfangsbereich durch Drucken aufgetragen. Die Fettschicht 65 kann auf die Oberfläche des Kühlelements 40 (einschließlich des dem vorbeschriebenen Umfangsbereich entsprechenden Bereichs) aufgetragen werden.
Im Schritt (c) wird das Gelteil 52 anstelle des Dichtmaterials 51 in den zweiten und achten Ausführungsbeispielen ausgebildet.
Im Schritt (c) wird der Prozess des Ausbildens des Abdecklacks 25 im elften Ausführungsbeispiel zusätzlich ausgeführt.
zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 10 im zehnten Ausführungsbeispiel, wird z. B. ein Fett mit einer Viskosität im Bereich von 300 bis 600 [Pa·s] als Einsatzmaterial für die Fettschicht 61 verwendet, sodass die dichtmaterialspezifische Nut 45, die in der Oberfläche des Kühlelements 40H ausgebildet ist, nicht mit der Fettschicht 61 während der Ausführung der oben beschriebenen Schritte (c) und (d) gefüllt wird.
<Modifikationen>
Die in den ersten bis siebzehnten Ausführungsbeispielen dargestellten Wärmeableitungsmaterialien 34 und 38 unterscheiden sich in der Form, sind jedoch im Einsatzmaterial für das Wärmeableitungsmaterial 32 ähnlich. Die Formen der jeweiligen Wärmeableitungsmaterial Yen 34 und 38 sind durch bereits existierende Verfahren erreichbar.
Die Kühlelemente 40B bis 40L unterscheiden sich in der Form, sind jedoch im Einsatzmaterial für das Kühlelement 40 ähnlich. Die Form der jeweiligen Kühlelemente 40B bis 40I sind durch bereits existierende Verfahren erreichbar. Die Formen der Harz-Dichtteile 35, 39, 39t und dergleichen sind durch bereits existierende Verfahren mit verschiedenen Metallformen erreichbar.
Die Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung können im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung beliebig kombiniert werden oder die Ausführungsbeispiele können falls erforderlich verändert oder weggelassen werden.
Die Konfigurationen, die das Dichtmaterial 51 oder das Gelteil 52 umfassen, die als das festanhaftende Umfangselement verwendet werden, sind z. B. in den ersten bis siebzehnten Ausführungsbeispielen dargestellt, aber sie können gegebenenfalls ersetzt werden.

Claims

Halbleitervorrichtung, aufweisend: ein Halbleitermodul (30, und 30B bis 30F) mit einer Wärmeableitungsfläche (32, 34 und 38) an dessen Unterseite; ein Kühlelement (40, und 40B bis 40F) mit einer Oberfläche, die der Wärmeableitungsfläche gegenüberliegt; ein Fettelement (61 bis 63), das in einem Füllbereich angeordnet ist, der zwischen der Wärmeableitungsoberfläche des Halbleitermoduls und der Oberfläche des Kühlelements angeordnet ist; und ein fest anhaftendes Umfangselement (51 und 52), das auf der Oberfläche des Kühlelements ausgebildet ist und einen Seitenflächenbereich des Fettelements ohne irgendeinen Zwischenraum abdeckt, wobei das fest anhaftende Umfangselement (52) ein Gelmaterial mit einer Penetrationszahl von nicht mehr als 55 als Einsatzmaterial aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kühlelement (40B und 40C) einen kühlerspezifischen unebenen Bereich (81 und 83) in dessen Oberfläche aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermodul (30B und 30C) einen modulspezifischen unebenen Bereich (82 und 84) in dessen Wärmeableitungsfläche (34 und 38 aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Halbleitermodul (30D) einen Vorsprung (35a) aufweist, der von einem Teil der Wärmeableitungsfläche vorragt; das Kühlelement (40D) eine Befestigungsnut (42) in dessen Oberfläche aufweist; und der Vorsprung des Halbleitermoduls und die Befestigungsnut des Kühlelements in entsprechender Beziehung ausgebildet sind, sodass ein Teil des Vorsprungs in die Befestigungsnut eingefügt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Vorsprung entlang des Außenumfangs der Wärmeableitungsfläche ausgebildet ist, um das Fettelement in einer Draufsicht gesehen zu umschließen.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Kühlelement (40E) eine fettspezifische Nut (43) in dessen Oberfläche aufweist; und die fettspezifische Nut einen Bereich, der eine Region überlappt, in der das Fettelement ausgebildet ist, und einen weiteren Bereich aufweist, der sich zur Außenseite der Region erstreckt, in der das Fettelement in einer Draufsicht gesehen ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kühlelement (40F) eine Erhebung (48) aufweist, die aus dessen Oberfläche nach oben vorragt und in einer Region ausgebildet ist, die einem Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche in einer Draufsicht gesehen entspricht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kühlelement (40G) eine Vielzahl von Erhebungen (49) aufweist, die von dessen Oberfläche nach oben vorragen und in jeweiligen Regionen ausgebildet sind, die den vier Eckbereichen der Wärmeableitungsfläche in einer Draufsicht gesehen entsprechen.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Fettelement (62 und 63) aufweist: ein erstes Fettelement (62), das ein erstes Fett mit einer ersten Füllstoffgröße als Werkstoff aufweist, und ein zweites Fettelement (63), das ein zweites Fett mit einer zweiten Füllstoffgröße, die größer als die erste Füllstoffgröße ist, als Werkstoff aufweist; und das erste Fett in entsprechender Beziehung zu einem Mittenbereich der ersten Wärmeableitungsfläche angeordnet ist, und das zweite Fett in entsprechender Beziehung auf einem Umfangsbereich mit Ausnahme des Mittenbereichs der Wärmeableitungsfläche angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Kühlelement (40H) eine Nut (45) für das fest anhaftende Umfangselement in dessen Oberfläche aufweist, wobei die Nut für das fest anhaftende Umfangselement entlang des Außenumfangs der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls in einer Draufsicht gesehen ausgebildet ist; und ein Teil des fest anhaftenden Umfangselements in die Nut für das fest anhaftende Umfangselement eingebettet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Abdecklack (25), der auf der Oberfläche des Kühlelements entlang des Außenumfangs des fest anhaftenden Umfangselements in einer Draufsicht gesehen ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Kühlelement (401) einen Vorsprung (46) aufweist, der von dessen Oberfläche vorragt und entlang des Außenumfangs des Halbleitermoduls in einer Draufsicht gesehen ausgebildet ist; und das fest anliegende Umfangselement sich vom Umfang des Fettelements zum Vorsprung erstreckt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Kühlelement (40J) eine Ausnehmung (47) in dessen Oberfläche aufweist, wobei die Ausnehmung von dessen Oberfläche vertieft ist und in einer Region ausgebildet ist, die das ganze Halbleitermodul und zumindest einen Teil des fest anhaftenden Umfangselements in einer Draufsicht gesehen aufweist; das Fettelement so angeordnet ist, dass eine Region, die zwischen der Wärmeableitungsfläche und der Unterseite der Ausnehmung des Kühlelements angeordnet ist, als dessen Füllregion verwendet wird; und zumindest ein Teil des fest anhaftenden Umfangselements in die Ausnehmung mit Ausnahme der Füllregion eingebettet ist.
Halbleitervorrichtung, aufweisend: ein Halbleitermodul (30), das eine Wärmeableitungsfläche (32) an dessen Unterseite aufweist; ein Kühlelement (40) das eine Oberfläche aufweist, die der Wärmeableitungsfläche gegenüberliegt; und erste und zweite Fettelemente (64 und 65), die in einer Füllregion zwischen der Wärmeableitungsfläche des Halbleitermoduls und der Oberfläche des Kühlelements angeordnet sind, wobei das erste Fettelement nur in entsprechender Beziehung zu einem Mittenbereich der Wärmeableitungsfläche vorgesehen ist, wobei das zweite Fettelement in entsprechender Beziehung zu einem Umfangsbereich mit Ausnahme des Mittenbereichs der Wärmeableitungsfläche vorgesehen ist, wobei das erste Fettelement einen halbfesten ersten Fetttyp als Einsatzmaterial aufweist, wobei das erste Fettelement einen verfestigten zweiten Fetttyp mit einer höheren Härte als der erste Fetttyp als Einsatzmaterial aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei: der zweite Fetttyp ein härtbares Zweiflüssigkeitsfett ist; und das zweite Fettelement nur in dem Umfangsbereich der Wärmeableitungsfläche ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei: der zweite Fetttyp ein härtbares Zweiflüssigkeitsfett ist; und das zweite Fettelement sich von dem Umfangsbereich der Wärmeableitungsfläche zu einem Teil der Oberfläche des Kühlelements außerhalb des Umfangsbereichs erstreckt.