DE112015006112B4 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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    • H01L2224/37638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/37655—Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
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    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
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    • H01L2224/45139—Silver (Ag) as principal constituent
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    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
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    • H01L2224/45001—Core members of the connector
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    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/8384—Sintering
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    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/84801—Soldering or alloying
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    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/8538—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/85399—Material
    • H01L2224/854—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/85438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/85439—Silver (Ag) as principal constituent
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    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/8538—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/85399—Material
    • H01L2224/854—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/85438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/85455—Nickel (Ni) as principal constituent
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    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
    • H01L2224/9212—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92152—Sequential connecting processes the first connecting process involving a strap connector
    • H01L2224/92157—Sequential connecting processes the first connecting process involving a strap connector the second connecting process involving a wire connector
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    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92246—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a strap connector
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    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92247—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector
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    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293—Organic, e.g. plastic
    • H01L23/295—Organic, e.g. plastic containing a filler
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    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49503—Lead-frames or other flat leads characterised by the die pad
    • H01L23/49513—Lead-frames or other flat leads characterised by the die pad having bonding material between chip and die pad
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    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49517—Additional leads
    • H01L23/49524—Additional leads the additional leads being a tape carrier or flat leads
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    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
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Abstract

Halbleitervorrichtung (300), die Folgendes aufweist:- ein Dichtungsharz (8);eine Wärmeabführungsplatte (2), die innerhalb des Dichtungsharzes (8) eingeschlossen ist;- einen Isolierflächenkörper (3), der derart montiert ist, dass er mit einer Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte (2) innerhalb des Dichtungsharzes (8) in Kontakt steht;- einen Leiterrahmen (4), der sich von dem Inneren des Dichtungsharzes (8) zu der Außenseite bzw. der äußeren Umgebung des Dichtungsharzes (8) erstreckt, und derart angeordnet ist, dass er mit einer Hauptfläche des Isolierflächenkörpers (3) in Kontakt steht, die der Wärmeabführungsplatte (2) gegenüberliegt; und- ein Halbleiterelement (1), das mit zumindest einem Bereich einer Hauptfläche des Leiterrahmens (4) verbunden ist, die dem Isolierflächenkörper (3) innerhalb des Dichtungsharzes (8) gegenüberliegt,wobei die Wärmeabführungsplatte (2) flach ausgebildet ist, so dass eine Endregion (ER), die zumindest einen Bereich eines äußersten Endes (2E) der Wärmeabführungsplatte (2) in der Draufsicht enthält, und eine andere Region als die Endregion (ER) der Wärmeabführungsplatte (2) die gleiche Höhe an der oberen Oberfläche der Wärmeabführungsplatte (2) haben,wobei die obere Oberfläche der Wärmeabführungsplatte (2) einer Oberfläche der Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte (2), die mit dem Isolierflächenkörper (3) in Kontakt steht, entspricht,wobei die Fläche des Isolierflächenkörpers (3), die mit dem Leiterrahmen (4) in Kontakt steht, geneigt ist und derart abgesenkt ist, dass sie sich weg von dem Leiterrahmen (4) in einer Endregion (ER) bewegt, die zumindest einen Bereich eines äußersten Endes (3E) des Isolierflächenkörpers (3) in Draufsicht enthält, wobei das Dichtungsharz (8) in eine Region zwischen dem Leiterrahmen (4) und dem Isolierflächenkörper (3) in der Endregion (ER) eintritt,wobei der Leiterrahmen (4) zumindest innerhalb des Dichtungsharzes (8) flach ausgebildet ist,wobei der Isolierflächenkörper (3) eine Struktur aufweist, bei der ein wärmehärtendes Harz mit einem anorganischen Pulverfüllstoff mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit gefüllt ist, wobei der anorganische Pulverfüllstoff kristallines Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Bornitrid oder Aluminiumnitrid ist, wobei das Dichtungsharz (8) das wärmehärtende Harz ohne dem kristallinen Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Bornitrid oder Aluminiumnitrid, aber mit einem anorganischen Pulverfüllstoff aus Quarzglas gefüllt ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen, und insbesondere solche Halbleitervorrichtungen, die ein Leistungs-Halbleiterelement aufweisen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren sind Halbleitervorrichtungen mit einem Leistungs-Halbleiterelement in ihrer Leistungsfähigkeit verbessert und in der Größe reduziert worden, und es wird ein höheres Wärmeabführungs-Vermögen als bisher möglich gefordert. Es ist erforderlich, dass ein Leistungs-Halbleiterelement in einer solchen Halbleitervorrichtung hohe Wärmeabführungs-Eigenschaften zu umgebenden Komponenten oder zu der Außenseite der Komponenten aufweist, während die Isolierung gegenüber den umgebenden Komponenten gewährleistet wird. Aus diesem Grund wird oft ein Keramiksubstrat, das die Eigenschaft der thermischen Leitfähigkeit und Isoliereigenschaften miteinander verbindet, in solchen Halbleitervorrichtungen verwendet. Jedoch hat ein keramisches Substrat den Nachteil, dass es brüchig ist und eine ungenügende Verarbeitbarkeit besitzt.
  • Zwischenzeitlich ist in der letzten Zeit ein Isolierflächenkörper vermehrt verwendet worden, und zwar in einer Halbleitervorrichtung, die Wärmeabführungs-Eigenschaften aufweisen muss. Ein Isolierflächenkörper wird aus Harz hergestellt, und zwar gefüllt mit anorganischen Pulverfüllstoffen, die beispielsweise aus keramischen Partikeln bestehen.
  • In einem Leistungsmodul gemäß der WO 2012/ 073 306 A1 (PTD1) verbessert ein Isolierflächenkörper, der derart angeordnet ist, dass er die obere Fläche einer Wärmeabführungsplatte bedeckt, die Effizienz der thermischen Leitung von einem Leiterrahmen zu der Wärmeabführungsplatte, während gleichzeitig eine elektrische Isolierung zwischen dem Leiterrahmen und der Wärmeabführungsplatte gewährleistet wird.
  • Darüber hinaus weist das Leistungsmodul gemäß der WO 2012/ 073 306 A1 einen Aufbau auf, in dem ein Leistungs-Halbleiterelement, die Wärmeabführungsplatte, der Isolierflächenkörper und dergleichen von einem Epoxidharz eingeschlossen und abgedichtet sind. In einem solchen Leistungsmodul ändert sich die Dicke des Leiterrahmens zwischen einer Region, in der das Leistungs-Halbleiterelement direkt darauf angeordnet ist, und der anderen Region zur elektrischen Verbindung zu der Außenseite.
  • Durch die Verwendung eines solchen Leiterrahmens, der sich in der Dicke zwischen den Regionen ändert, kann eine lange sogenannte Kriechstrecke gewährleistet werden, die beispielsweise der Abstand zwischen dem Leiterrahmen und der Wärmeabführungsplatte in einer Richtung entlang der Fläche der Wärmeabführungsplatte ist, so dass die elektrische Isolierung zwischen dem Leiterrahmen und der Wärmeabführungsplatte weiter verbessert werden kann.
  • Die Druckschrift JP 2008 - 28 006 A betrifft eine Halbleitervorrichtung, die ein Dichtungsharz und eine Wärmeabführungsplatte, welche innerhalb des Dichtungsharzes angeordnet ist, aufweist. Die Halbleitervorrichtung weist ferner einen Isolierflächenkörper auf, der derart montiert ist, dass er mit einer Fläche der Wärmeabführungsplatte innerhalb des Dichtungsharzes in Kontakt steht. Die Halbleitervorrichtung weist ferner einen Leiterrahmen auf, der sich von dem Inneren des Dichtungsharzes zu einer Außenseite bzw. zu der äußeren Umgebung des Dichtungsharzes erstreckt und derart angeordnet ist, dass er mit einer Fläche des Isolierflächenkörpers in Kontakt steht, die der Wärmeabführungsplatte gegenüberliegt.
  • Die Druckschrift WO 2014/ 122 908 A1 betrifft eine Halbleitervorrichtung, welche ein erstes Substrat, auf dem ein Halbleiterelement montiert ist, eine wärmeableitende Platte und eine isolierende Schicht aufweist, die zwischen dem ersten Substrat und der wärmeableitenden Platte angeordnet ist.
  • LITERATURLISTE
  • Patentdokument
  • PTD1: WO 2012/ 073 306 A1
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Technische Problemstellung
  • Der Leiterrahmen, der sich in der Dicke zwischen den Regionen ändert, wie in der WO 2012/ 073 306 A1 gezeigt, kann die Wärmeabführung und Isolierung wie oben beschrieben verbessern, hat aber den Mangel von höheren Herstellungskosten. Im Gegensatz dazu, neigt ein Leiterrahmen, der eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke als Ganzes aufweist, aber derart gebogen worden ist, dass er sich beispielsweise in eine andere Richtung erstreckt, während seiner Montage zum Flattern und Instabilität, und erfordert daher mehr Arbeitsschritte, wie z. B. die Vorbereitung einer Haltevorrichtung zur Positionskontrolle. Wenn ein Leiterrahmen, der flach als Ganzes ausgebildet ist (der nicht gebogen worden ist), verwendet wird, kann die Kriechstrecke zwischen dem Leiterrahmen und einer Wärmeabführungsplatte nicht gewährleistet werden, was zu einer verringerten Isolierung zwischen diesen führen kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme konzipiert und hat die Aufgabe, eine Halbleitervorrichtung anzugeben, die geeignet ist, sowohl eine gute Isolierung als auch Wärmeabführungs-Eigenschaften zwischen einem Leiterrahmen und einer Wärmeabführungsplatte zu gewährleisten, ohne höhere Herstellungskosten zu verursachen.
  • Lösung des Problems
  • Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung in den abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist insbesondere Folgendes auf:
    • ein Dichtungsharz, eine Wärmeabführungsplatte, einen Isolierflächenkörper, einen Leiterrahmen und ein Halbleiterelement. Die Wärmeabführungsplatte ist in dem Dichtungsharz eingeschlossen (und abgedichtet). Der Isolierflächenkörper ist so montiert,
    • dass er mit einer Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte innerhalb des Dichtungsharzes in Kontakt steht. Der Leiterrahmen erstreckt sich vom Inneren des Dichtungsharzes zu der Außenseite bzw. äußeren Umgebung außerhalb des Dichtungsharzes, und ist derart angeordnet, dass er mit einer Hauptfläche des Isolierflächenkörpers in Kontakt steht, die der Wärmeabführungsplatte gegenüberliegt. Das Halbleiterelement ist zumindest mit einem Bereich einer Hauptfläche des Leiterrahmens innerhalb des Dichtungsharzes verbunden, die dem Isolierflächenkörper gegenüberliegt.
  • Die Fläche des Isolierflächenkörpers, die mit dem Leiterrahmen in Kontakt steht, ist geneigt und abgesenkt, so dass sie sich von dem Leiterrahmen in einer Endregion weg erstreckt, die zumindest einen Bereich eines äußersten Endes des Isolierflächenkörpers in der Draufsicht bzw. zumindest einen Bereich eines äußersten Endes in der Draufsicht auf den Isolierflächenkörper aufweist. Das Dichtungsharz dringt in eine Region zwischen dem Leiterrahmen und dem Isolierflächenkörper in der Endregion ein. Der Leiterrahmen ist flach ausgebildet, und zwar zumindest innerhalb des Dichtungsharzes.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Leiterrahmen flach ausgebildet und braucht deshalb keinem Biegeverfahren oder dergleichen unterworfen werden. Darüber hinaus ist die Endregion des Isolierflächenkörpers, der auf der Wärmeabführungsplatte montiert ist, in einem Zustand, in dem sie abgesenkt ist, und sich von dem Leiterrahmen weg erstreckt. Daher können sowohl eine gute Isolierung als auch Wärmeabführungs-Eigenschaften zwischen dem Leiterrahmen und der Wärmeabführungsplatte gewährleistet werden, ohne höhere Herstellungskosten zu verursachen.
  • Figurenliste
  • Die Zeichnungen zeigen in:
    • 1 eine schematische Teilansicht, die die Anordnung der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Ausführungsform zeigt,
    • 2 eine schematische, vergrößerte Teilansicht (A), die die Form und Dimensionen einer Wärmeabführungsplatte in einer Region II, die in 1 bei der ersten Ausführungsform mit einer gestrichelten Linie umrandet ist, und eine schematische, vergrößerte Teilansicht (B), die die Formen und Dimensionen der Wärmeabführungsplatte und eines Isolierflächenkörpers in der Region II zeigt, die mit einer gestrichelten Linie in 1 bei der ersten Ausführungsform umrandet ist,
    • 3 eine schematische Draufsicht (A), die ein erstes Beispiel eines Zustands zeigt, in dem die C-Fläche als eine Endregion in der Wärmeabführungsplatte und dem Isolierflächenkörper der ersten Ausführungsform gebildet ist, eine schematische Draufsicht (B), die ein zweites Beispiel des Zustands zeigt, in dem die C-Fläche als eine Endregion in der Wärmeabführungsplatte und des Isolierflächenkörpers der ersten Ausführungsform gebildet ist, und eine schematische Draufsicht (C), die ein drittes Beispiel des Zustands zeigt, in dem die C-Fläche als eine Endregion in der Wärmeabführungs-platte und dem Isolierflächenkörper der ersten Ausführungsform gebildet ist,
    • 4 eine schematische Teilansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
    • 5 eine schematische Teilansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
    • 6 eine schematische Teilansicht, die einen dritte Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
    • 7 eine schematische Teilansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
    • 8 eine schematische Teilansicht, die einen fünften Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
    • 9 eine schematische Teilansicht, die einen sechsten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
    • 10 eine schematische Teilansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Anordnung zeigt, in dem der Isolierflächenkörper auf der Wärmeabführungsplatte befestigt wird, die in 6 dargestellt ist,
    • 11 eine schematische Teilansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Anordnung zeigt, in dem der Isolierflächenkörper auf der Wärmeabführungsplatte montiert wird, die in 6 dargestellt ist,
    • 12 eine schematische Teilansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Anordnung zeigt, in dem der Isolierflächenkörper auf der Wärmeabführungsplatte montiert wird, die in 6 dargestellt ist,
    • 13 eine schematische Teilansicht, die die Anordnung einer Leistungs-Halbleitervorrichtung eines Vergleichsbeispiels zeigt,
    • 14 eine schematische, vergrößerte Teilansicht (A), die die Form und Dimensionen der Wärmeabführungsplatte in der Region zeigt, die der Region II in einer zweiten Ausführungsform entspricht, die in 1 mit der gestrichelten Linie umrandet ist, und eine schematische, vergrößerte Teilansicht (B), die die Formen und Dimensionen der Wärmeabführungsplatte und des Isolierflächenkörpers in der Region zeigt, die der Region II bei der zweiten nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Ausführungsform entspricht, die in 1 mit der gestrichelten Linie umrandet ist,
    • 15 eine schematische Teilansicht, die die Anordnung einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten zur beanspruchten Erfindung gehörenden Ausführungsform zeigt,
    • 16 eine schematische, vergrößerte Teilansicht, die die Formen und Dimensionen der Wärmeabführungsplatte und des Isolierflächenkörpers in einer Region XVI zeigt, die in 15 bei der dritten Ausführungsform mit der gestrichelten Linie umrandet ist,
    • 17 eine schematische Teilansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Anordnung zeigt, in dem der Isolierflächenkörper bei der dritten Ausführungsforma auf der Wärmeabführungsplatte montiert wird,
    • 18 eine schematische Teilansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Anordnung zeigt, in der der Isolierflächenkörper bei der dritten Ausführungsform auf der Wärmeabführungsplatte montiert wird,
    • 19 eine schematische Teilansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Anordnung zeigt, in der der Isolierflächenkörper bei der dritten Ausführungsform auf der Wärmeabführungsplatte montiert wird, und
    • 20 eine schematische Teilansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Anordnung zeigt, in der der Isolierflächenkörper bei der dritten Ausführungsform auf der Wärmeabführungsplatte montiert wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
  • Erste Ausführungsform (nicht zur beanspruchten Erfindung gehörend)
  • Zunächst wird die Konfiguration einer Leistungs-Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform anhand der 1 bis 3 beschrieben.
  • Wie unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, weist die Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich ein Halbleiterelement 1, eine Wärmeabführungsplatte 2, einen Isolierflächenkörper 3, einen Leiterrahmen 4 und einen inneren Leiter 5 auf.
  • Das Halbleiterelement 1 ist derart angeordnet, dass es auf einer Basis montiert ist, die aus der Wärmeabführungsplatte 2 in Form eines rechteckigen Parallelepipeds und eines Isolierflächenkörpers 3 in Form einer flachen Platte, z. B. mit einem dazwischenliegenden Leiterrahmen 4 ausgebildet ist. Anders ausgedrückt, es ist die Wärmeabführungsplatte 2 eine Komponente zum Abgeben von Wärme, die während des Betriebs des Halbleiterelements 1 generiert wird, und zwar zur Außenseite bzw. äußeren Umgebung der Halbleitervorrichtung 100, und sie ist unterhalb des Halbleiterelements 1 angeordnet.
  • Der Isolierflächenkörper 3 ist sandwichartig zwischen dem Halbleiterelement 1 und der Wärmeabführungsplatte 2, sowie zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 angeordnet, um diese elektrisch voneinander zu isolieren. Genauer gesagt, es ist der Isolierflächenkörper 3 eine flache plattenartige Komponente, die derart montiert ist, dass sie mit der einer Hauptfläche (obere Hauptfläche in 1) der Wärmeabführungsplatte 2 im Kontakt steht. Aufgrund seiner hohen Isoliereigenschaften und exzellenten Handhabbarkeit wird der Isolierflächenkörper 3 für eine Vorrichtung verwendet, bei der Wärmeabführungs-Eigenschaften erforderlich sind, wie z.B. einer Leistungs-Halbleitervorrichtung 100.
  • Der Leiterrahmen 4 ist eine leitfähige Komponente, die sich von einem zentralen Bereich der Halbleitervorrichtung 100 mit dem Halbleiterelement 1, das darauf montiert ist, zu der Außenseite bzw. der äußeren Umgebung der Halbleitervorrichtung 100 erstreckt, um z. B. den zentralen Bereich der Halbleitervorrichtung 100 und die Außenseite der Halbleitervorrichtung 100 elektrisch zu verbinden. Der Leiterrahmen 4 in 1 weist einen inneren Leiterrahmen 4A und einen äußeren Leiterrahmen 4B auf.
  • Dabei wird eine Region des Leiterrahmens 4, die nur innerhalb der Halbleitervorrichtung 100 angeordnet ist (die z. B. nur innerhalb eines Dichtungsharzes 8, das später näher beschrieben wird, angeordnet ist und sich nicht zu einer Außenseite der Halbleitervorrichtung 100 erstreckt) als innerer Leiterrahmen 4A bezeichnet, und eine Region des Leiterrahmens 4, die sich zu der Außenseite der Halbleitervorrichtung 100 erstreckt, wird als äußerer Leiterrahmen 4B bezeichnet. Der innere Leiterrahmen 4A und der äußere Leiterrahmen 4B können miteinander integriert sein (siehe 3, die später beschrieben wird). Beispielsweise weist der Leiterrahmen 4 auf der rechten Seite in 1 sowohl den inneren Leiterrahmen 4A als auch den äußeren Leiterrahmen 4B auf (der mit „4B (4A)“ in 1 bezeichnet ist).
  • Der Leiterrahmen 4 ist hauptsächlich derart angeordnet, dass er mit einer Hauptfläche (obere Hauptfläche) des Isolierflächenkörpers 3 in Kontakt steht, die einer Hauptfläche des Isolierflächenkörpers 3 gegenüberliegt, die mit der Wärmeabführungs-platte 2 in Kontakt steht.
  • Das Halbleiterelement 1 ist mittels eines Verbindungsmaterials 6A zumindest mit einem Bereich einer Hauptfläche (der oberen Hauptfläche) des Leiterrahmens 4 verbunden, die einer Hauptfläche des Leiterrahmens 4 gegenüberliegt, die mit dem Isolierflächenkörper 3 in Kontakt steht.
  • Der innere Leiter 5 ist auf eine ähnliche Weise mit dem Leiterrahmen 4 verbunden; allerdings ist dies eine leitfähige Komponente zum elektrischen Verbinden einer Vielzahl von Halbleiterelementen 1. Der innere Leiter 5 ist mittels eines Verbindungsmaterials 6B zumindest mit einem Bereich einer Hauptfläche (der oberen Hauptfläche) des Halbleiterelements 1 verbunden, die einer dem Leiterrahmen 4 zugewandten Hauptfläche des Hauptleiterelements 1 gegenüberliegt. Das Verbindungsmaterial 6A und das Verbindungsmaterial 6B werden kollektiv als Verbindungsmaterial 6 bezeichnet.
  • Das Halbleiterelement 1 und der Leiterrahmen 4 können mittels des Verbindungsmaterials 6A elektrisch miteinander verbunden werden, und sie können elektrisch miteinander mittels eines Bonding-Drahts 7 verbunden werden. Beispielsweise sind das Halbleiterelement 1 auf der linken Seite und der äußere Leiterrahmen 4B auf der linken Seite in 1 mittels eines Bonding-Drahts 7 verbunden.
  • Die jeweiligen oben beschriebenen Komponenten sind nahezu vollständig mit einem Dichtungsharz 8 eingeschlossen und abgedichtet, so dass sie bedeckt sind. Mit anderen Worten, es sind die Flächen von allen folgenden Elementen nahezu vollständig mit Dichtungsharz 8 abgedeckt: Halbleiterelement 1, Wärmeabführungsplatte 2, Isolierflächenkörper 3, innerer Leiterrahmen 4A, innerer Leiter 5 und Bonding-Draht 7.
  • Jedoch ist der äußere Leiterrahmen 4B, der sich nach außen erstreckt, nur teilweise (die innere Region) mit dem Dichtungsharz 8 abgedeckt, und der andere Bereich (insbesondere die äußere Region) ist nicht mit Dichtungsharz 8 bedeckt. Der unbedeckte Bereich des äußeren Leiterrahmens 4B kann dadurch elektrisch mit der Außenseite der Halbleitervorrichtung 100 verbunden werden.
  • Durch das Bedecken der Peripherie des Halbleiterelements 1 kann das Dichtungsharz 8 die Zuverlässigkeit bei zahlreichen Tests verbessern, wie z. B. bei einem Wärmezyklustest, einem Leistungszyklustest und einem Feuchtigkeitsbeständigkeit-Zuverlässigkeitstest.
  • Wie unter Bezugnahme auf 1 und 2 (A) ersichtlich, ist bei der vorliegenden Ausführungsform die obere Fläche der Wärmeabführungsplatte 2 in einer Endregion ER, die zumindest einen Bereich eines äußersten Endes 2E (äußerster Randbereich) aufweist, in der Draufsicht auf die Wärmeabführungsplatte 2 relativ zu einer anderen Region als der Endregion ER (innere Region in der Draufsicht) abgesenkt, so dass sie auf der Seite (abgesenkte Seite) angeordnet ist, die der Seite gegenüberliegt, die mit dem Isolierflächenkörper 3 in Kontakt steht. Dabei wird angemerkt, dass die Endregion ER nicht auf das äußerste Ende 2E selbst begrenzt ist, beispielsweise als ein Punkt (äußerster Randbereich) in der horizontalen Richtung in 1 und 2A, sondern eine Region sehr nahe bei diesem äußersten Ende 2E enthält.
  • Insbesondere befindet sich die obere Fläche der Wärmeabführungsplatte 2 in einem Zustand, in dem sie eine C-Fläche 2C (geneigte Fläche) in der Endregion ER bildet. Dadurch hat die Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion ER eine kleinere Dicke und eine geringere Höhe der oberen Fläche als in der anderen Region. Da die Wärmeabführungsplatte 2 die C-Fläche 2C in der Endregion ER aufweist, vergrößert sich der Wert des Abstands nach unten der Wärmeabführungsplatte 2 weg von dem Leiterrahmen 4 (4B) monoton in Richtung des äußersten Endes 2E.
  • Wie unter Bezugnahme auf 2 (A) ersichtlich, ist die Dimension a der C-Fläche 2C der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion ER in 1 in einer Richtung entlang der einer Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 (horizontale Richtung in 2) nicht geringer als 0,5 mm und nicht größer als 2,0 mm. In der C-Fläche 2C der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion ER in 1 ist ein Maximalwert b des abgesenkten Abstands der oberen Fläche der Wärmeabführungsplatte 2 relativ zu der anderen Region als der Endregion ER nicht geringer als 0,025 mm und nicht größer als 0,25 mm. Die C-Fläche 2C ist am niedrigsten an ihrem äußersten Ende 2E relativ zu einer anderen Region als die C-Fläche 2C.
  • Wie unter Bezugnahme auf 1 und 2 (B) ersichtlich, weist der Isolierflächenkörper 3 auf der oberen Fläche der Wärmeabführungsplatte 2 hauptsächlich eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke t als Ganzes auf. So ist eine (obere) Fläche des Isolierflächenkörpers 3, die mit dem Leiterrahmen 4 (4B) in Kontakt steht, geneigt und abgesenkt, so dass sie sich nach unten weg von dem Leiterrahmen 4 (4B) zu der Endregion ER erstreckt, die einen Bereich eines äußersten Ende 3E (äußerster Randbereich) in der Draufsicht aufweist, so dass sie der abgesenkten Region der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion ER folgt, wie es oben beschrieben ist.
  • Insbesondere ist die obere Fläche des Isolierflächenkörpers 3 in einem Zustand, in dem sie eine C-Fläche 3C (geneigte Fläche) in der Endregion ER bildet. Der Isolierflächenkörper 3 weist dadurch in der Endregion ER eine kleinere Dicke und eine geringere Höhe der oberen Fläche auf als in der anderen Region. Da der Isolierkörper 3 die C-Fläche 3C in der Endregion ER aufweist, vergrößert sich der Wert des nach unten gerichteten Abstands des Isolierflächenkörpers 3 weg von dem Leiterrahmen 4 (4B) monoton in Richtung des äußersten Endes 3E.
  • Es wird angemerkt, dass das äußerste Ende 2E der Wärmeabführungsplatte 2 und das äußerste Ende 3E des Isolierflächenkörpers 3 einander im Wesentlichen in Draufsicht überlappen und daher sind die Endregion ER, in der die C-Fläche 2C der Wärmeabführungsplatte 2 ausgebildet ist und die Endregion ER, in der die C-Fläche 3C des Isolierflächenkörpers 3 ausgebildet ist, in der gleichen Region ausgebildet. Die wesentliche Überlappung zwischen dem äußersten Ende 2E der Wärmeabführungsplatte 2 und dem äußersten Ende 3E des Isolierflächenkörpers 3 in der Draufsicht erleichtert das Positionieren während eines Bonding-Vorgangs bei dem Isolierflächenkörper 3 und der Wärmeabführungsplatte 2.
  • Wenn der Isolierflächenkörper 3 in der Draufsicht größer ist als die Wärmeabführungsplatte 2, kann ein Abplatzen des Isolierflächenkörpers 3 während Handhabungsaktionen auftreten, und zwar nachdem der Isolierflächenkörper 3 auf der Wärmeabführungsplatte 2 montiert worden ist, was ein Problem beim Gewährleisten der Isolierung verursacht.
  • Wie unter Bezugnahme auf 2 (B) ersichtlich, ist die Dimension a der C-Fläche 3C des Isolierflächenkörpers 3 in der Endregion ER der 1 in einer Richtung entlang der oberen Fläche des Isolierflächenkörpers 3, der mit dem Leiterrahmen 4 in Kontakt steht (horizontale Richtung in 2), nicht geringer als 0,5 mm und nicht größer als 2,0 mm, ähnlich zur Dimension a der Wärmeabführungsplatte 2. In der C-Fläche 3C des Isolierflächenkörpers 3 in der Endregion ER der 2, ist ein Maximalwert b des abgesenkten Abstands der oberen Fläche des Isolierflächenkörpers 3 relativ zu der anderen Region als der Endregion ER nicht geringer als 0,025 mm und nicht größer als 0,25 mm.
  • Die C-Fläche 3C ist am niedrigsten an ihrem äußersten Ende 3E relativ zu einer anderen Region als der C-Fläche 3C. Dies ist das Ergebnis davon, dass die C-Fläche 3C des Isolierflächenkörpers 3 direkt auf der C-Fläche 2C der Wärmeabführungsplatte 2 ausgebildet ist, um der Form der C-Fläche 2C zu folgen, da der Isolierflächenkörper 3 eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke als Ganzes aufweist.
  • Während der Wert des oben beschriebenen a der Wärmeabführungsplatte 2 ansteigt, steigt eine isolierende Kriechstrecke des Dichtharzes 8 in einer Region an, die sandwichartig zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 angeordnet ist. Die isolierende Kriechstrecke, wie sie hier verwendet wird, bedeutet die Länge einer isolierenden Region, die sandwichartig zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 angeordnet ist, insbesondere entlang der Fläche des Isolierflächenkörpers 3.
  • Aus dieser Perspektive ist ein hoher Wert a der Wärmeabführungsplatte 2 bevorzugt. Jedoch wird ein exzessiv hoher Wert a zu einer erhöhten Menge an Dichtharz 8 führen, das zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion ER sandwichartig angeordnet wird. Da das Dichtharz 8 eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweist, kann die Wärmeabführung von dem Leiterrahmen 4 zu der Wärmeabführungsplatte 2 verringert werden. Aus dieser Sichtweise ist ein niedriger Wert a der Wärmeabführungsplatte 2 bevorzugt. Angesichts der oben beschriebenen Zusammenhänge ist der Wert der Wärmeabführungsplatte 2 bevorzugt nicht geringer als 0,5 mm und nicht größer als 2,0 mm wie oben beschrieben.
  • Darüber hinaus kann, wenn die C-Flächen 2C und 3C so geformt sind, dass sie einen Bereich des Halbleiterelements 1 überlappen, der Effekt der Abführung von Wärme des Halbleiterelements 1 an der Wärmeabführungsplatte 2 in dem überlappenden Bereich reduziert werden. Aus der Sichtweise der Unterdrückung solcher Nachteile und der Gewährleistung der Wärmeabführung ist es bevorzugt, die C-Flächen 2C und 3C in der Draufsicht (nur) außerhalb der Region auszubilden, in der das Halbleiterelement 1 angeordnet ist.
  • Während der Wert des oben beschriebenen b der Wärmeabführungsplatte 2 zunimmt, vergrößert sich die isolierende Kriechstrecke des Dichtharzes 8 in der Region, die sandwichartig zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 angeordnet ist. Aus dieser Sichtweise ist ein hoher Wert b der Wärmeabführungsplatte 2 bevorzugt. Jedoch wird ein übermäßig hoher Wert b dazu führen, dass die C-Fläche 2C signifikant nach unten absacken wird, was zu einer verringerten Adhäsion des Isolierflächenkörpers 3 direkt auf der C-Fläche 2C der Wärmeabführungsplatte 2 führen kann. Die verringerte Adhäsion zwischen der Wärmeabführungsplatte 2 und dem Isolierkörper 3 kann zu einem Bruch des Isolierflächenkörpers 3 während der Handhabung der Wärmeabführungsplatte 2 führen. Aus dieser Perspektive ist ein niedriger Wert b der Wärmeabführungsplatte 2 zu bevorzugen.
  • Der Isolierflächenkörper 3, der auf der Wärmeabführungsplatte 2 montiert ist, muss in der Endregion ER der Wärmeabführungsplatte 2 fest an der Wärmeabführungsplatte 2 mit einer ausreichenden Stärke haften, und zwar durch Ausgleichen des Niveauunterschieds aufgrund der C-Fläche 2C. Aus diesem Grund ist der Wert des oben beschriebenen b der Wärmeabführungsplatte 2 bevorzugt ungefähr die Hälfte der Dicke t des Isolierflächenkörpers 3.
  • Die Dicke t des Isolierflächenkörpers 3 ist vorzugsweise nicht geringer als 0,05 mm und nicht größer als 0,5 mm, wie später beschrieben wird. Im Lichte all der oben beschriebenen Zusammenhänge, ist der Wert des oben beschriebenen b der Wärmeabführungsplatte 2 vorzugsweise nicht geringer als 0,025 mm und nicht größer als 0,25 mm, wie es oben beschrieben ist.
  • Wenn der Wert des oben beschriebenen b der Wärmeabführungsplatte 2 geringer ist als 0,025 mm, ist der Effekt der Gewährleistung der Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 mittels des Isolierflächenkörpers 3 verringert. Wenn der Wert des oben beschriebenen b größer ist als 0,25 mm, sind die Wärmeabführungs-Eigenschaften der Wärmeabführungsplatte 2 von dem Leiterrahmen 4, dem Halbleiterelement 1 und dergleichen verringert. Auch aus dieser Sichtweise ist der Wert des oben beschriebenen b der Wärmeabführungsplatte 2 vorzugsweise nicht geringer als 0,025 mm und nicht größer als 0,25 mm, wie es oben beschrieben ist.
  • Die Endregion ER der Wärmeabführungsplatte 2 ist mit einem Neigungsgradienten von nicht weniger als 1,25 % und nicht größer als 50 % vorgesehen. Der Neigungsgradient, wie er hier verwendet wird, bezeichnet einen Anteil eines Werts, der durch Dividieren des Werts b durch den Wert a erhalten wird. Durch das Vorsehen der Endregion ER der Wärmeabführungsplatte 2 mit einem Neigungsgradienten innerhalb dieses Bereichs kann der Isolierflächenkörper 3 einfach an der Wärmeabführungsplatte 2 montiert werden.
  • Wenn der Neigungsgradient 50 % übersteigt, können Schäden aufgrund von Bruch oder Ablösen des Isolierflächenkörpers 3 während des Montierens des Isolierflächenkörpers 3 auf der Wärmeabführungsplatte 2 auftreten, was zu einem Verlust der Isoliereigenschaften des Isolierflächenkörpers 3 führen kann. Auf der anderen Seite kann, wenn der Neigungsgradient unterhalb von 1,25 % fällt, das Dichtharz 8 nicht in den Spalt zwischen Isolierflächenkörper 3 und Leiterrahmen 4 eintreten. Wenn das Dichtungsharz 8 nicht in den Spalt zwischen dem Isolierflächenkörper 3 und dem Leiterrahmen 4 eintritt, kann die isolierende Kriechstrecke nicht vergrößert werden.
  • Wie unter Bezugnahme auf 3 (A) ersichtlich, hat in dem Leiterrahmen 4 jeder innere Leiterrahmen 4A, der vollständig mit Dichtungsharz 8 bedeckt ist, beispielsweise eine rechteckige Form (relativ nahe an einem Quadrat), bei der die Höhe und die Breite in der Draufsicht im Wesentlichen nicht unterschiedlich von der Länge sind. Im Gegenteil weist jeder äußere Leiterrahmen 4B (der zumindest teilweise aus dem Dichtungsharz 8 heraussteht) eine Stangenform in der Draufsicht auf, und er erstreckt sich zu der Außenseite bzw. der äußeren Umgebung der Halbleitervorrichtung 100, um die äußersten Enden 2E und 3E in der Draufsicht (im rechten Winkel) zu kreuzen.
  • Wie in 3 (A) dargestellt, kann die C-Fläche 2C und C-Fläche 3C in der Endregion ER um die gesamte Peripherie (äußerste Enden 2E und 3E) in Draufsicht auf die Wärmeabführungsplatte 2 und den Isolierflächenkörper 3 ausgebildet sein. Jedoch können mit Bezug auf 3 (B) aus den vier äußersten Endflächen (vier Flächen) der rechtwinkligen, ebenen Form der Wärmeabführungsplatte 2 und des Isolierflächenkörpers 3 zum Beispiel die C-Fläche 2C und die C-Fläche 3C nur an den Flächen gebildet werden, die durch äußere Leiterrahmen 4B gekreuzt werden.
  • Wie unter Bezugnahme auf 3 (C) ersichtlich, können alternativ aus den äußersten Endflächen der rechtwinkligen, ebenen Form der Wärmeabführungsplatte 2 und des Isolierflächenkörpers 3 zum Beispiel die C-Fläche 2C und die C-Fläche 3C nur in Bereichen, die durch äußere Leiterrahmen 4B gekreuzt werden, und in der Umgebung davon gebildet sein.
  • Wenn der abgesenkte Bereich, wie in 3 (A) dargestellt, um die gesamte Peripherie ausgebildet ist, gibt es keine Richtwirkung der Wärmeabführungsplatte 2 und des Isolierflächenkörpers 3. Daher besteht keine Notwendigkeit, die Richtungen während der Herstellung zu berücksichtigen, so dass die Herstellung erleichtert wird. Im Gegenteil, wenn der abgesenkte Bereich, wie in 3 (C) dargestellt, nur bereichsweise gebildet wird, ist die Anzahl an Bereichen, die einem Verdünnungsverfahren der Enden der unterworfen sind, reduziert, so dass die Verfahrenskosten gesenkt werden können.
  • In jedem Fall sind bei der vorliegenden Ausführungsform die C-Flächen 2C und 3C zumindest bereichsweise um die Peripherie (äußerste Enden 2E und 3E) in Draufsicht auf die Wärmeabführungsplatte 2 und Isolierflächenkörper 3 gebildet. Insbesondere sind die C-Flächen 2C und 3C in der Endregion, die diese äußersten Enden 2E und 3E aufweist, derart geformt, dass sie zumindest einen Bereich aufweisen, wo der äußeren Leiterrahmen 4B diese äußersten Enden 2E und 3E kreuzt.
  • Wie unter erneuter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, ist bei der vorliegenden Ausführungsform in der Endregion ER der Wärmeabführungsplatte 2, das Dichtungsharz 8 in dem Zustand, in dem es in eine Region zwischen der C-Fläche 3C des Isolierflächenkörpers 3 und dem direkt darüber liegenden Leiterrahmen 4 (4B) eintritt und eindringt. Mit anderen Worten, es sind die obere Fläche 3C in der Endregion ER des Isolierflächenkörpers 3 und die abgesenkte Oberfläche des Leiterrahmens 4 direkt darüber nahezu vollständig durch Dichtungsharz 8 bedeckt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Leiterrahmen 4 (4A, 4B) flach als Ganzes. Mit anderen Worten, es wird dieser Leiterrahmen 4 beispielsweise keinem Biegeverfahren unterworfen worden, und weist daher keinen sichtbaren, gebogenen Bereich (wie ein Bereich, der in einem rechten Winkel zu der Erstreckungsrichtung gebogen ist) und dergleichen auf. Insbesondere ist die Änderung der Position (Koordinaten) in der vertikalen Richtung in 1 der oberen Fläche dieses Leiterrahmens 4 beispielsweise nicht größer als 0,1 mm als Ganzes.
  • Als nächstes werden die Materialien, Größen und dergleichen der jeweiligen, oben beschriebenen Komponenten im Detail beschrieben.
  • Das Halbleiterelement 1 ist eine chip-artige Komponente mit einem Element, wie einem IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), einem Schaltelement wie einem MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und einem Gleichrichter-Element, wie einer Diode, welche darauf montiert sind. Da ein IGBT ein Element ist, das durch Durchgang eines großen Stroms betrieben wird, wird Halbleiterelement 1 als Leistungs-Halbleiterelement betrieben, und eine Halbleitervorrichtung 100 mit diesem darauf montierten Element ist ein sogenanntes Leistungsmodul.
  • Ein Halbleiterchip, der das Halbleiterelement 1 bildet, zum Beispiel ist vorzugsweise aus Silicium (Si) hergestellt. Allerdings ist der Halbleiterchip des Halbleiterelements 1 besonders bevorzugt aus irgendeinem der folgenden Elemente abweichend von Silicium hergestellt: Siliciumcarbid (SiC), ein Galliumnitrid-basiertes Material (z. B. Galliumnitrid (GaN)), und Diamant, zum Beispiel. Diese sind sogenannte Materialien für Halbleiter mit breitem Bandabstand, die breitere Bandabstände aufweisen als Silicium.
  • Das Halbleiterelement 1, das unter Verwenden eines solchen Materials für einen Halbleiter mit breitem Bandabstand gebildet ist, kann bei Hochtemperaturbetrieb angewendet werden, hervorgerufen durch den Durchgang eines großen Stroms durch das montierte Element,wie z. B. einen IGBT. Obwohl in 1 zwei Halbleiterelemente 1 mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, ist dies nicht einschränkend, und jegliche Anzahl von Halbleiterelementen 1 kann angeordnet sein (d. h. nur ein Halbleiterelement 1, oder drei oder mehr Halbleiterelemente 1 können angeordnet sein).
  • Die Wärmeabführungsplatte 2 ist aus irgendeinem der Folgenden hergestellt: Kupfer, Aluminium, Kupfer- oder Aluminiumlegierung, und einem Komplex aus Kupfer oder Aluminium, die hohe thermische Leitfähigkeiten aufweisen. Als Kupfer- oder Aluminiumlegierung wird beispielsweise eine Kupfer-Molybdän-Legierung verwendet. Als Komplex von Kupfer oder Aluminium wird beispielsweise ein Komplex aus Aluminium und Siliciumcarbid verwendet.
  • Die Dicke der Wärmeabführungsplatte 2 ist nicht besonders eingeschränkt. Sie ist jedoch zum Beispiel vorzugsweise nicht geringer als 1 mm und nicht größer als 5 mm. Eine dick ausgebildete Wärmeabführungsplatte 2 weist eine hohe Wärmekapazität auf und kann Wärme zur Abführung verteilen, und dadurch die Wärmeabführung vergrößern. Genauer gesagt, wenn die Dicke der Wärmeabführungsplatte 2 nicht geringer als 1 mm ist, wird die Wärme breiter verteilt, was das Wärmeabführungs-Vermögen ferner vergrößern kann. Wenn die Dicke der Wärmeabführungsplatte 2 nicht größer als 5 mm ist, wird die Verarbeitbarkeit der Wärmeabführungsplatte 2 verbessert (das Verfahren wird vereinfacht), was die Herstellungskosten geringhalten kann.
  • Die Wärmeabführungsplatte 2 wird bearbeitet, um eine gewünschte Größe aufzuweisen, und zwar dadurch, dass eine Metallplatte mit einer bestimmten Dicke einem Pressformverfahren unterworfen wird. Das Pressformverfahren verursacht ein Auftreten einer Absackfläche in der Endregion ER der Wärmeabführungsplatte 2. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diese Absackfläche effektiv genutzt, um die C-Fläche 2C auszubilden.
  • Der Isolierflächenkörper 3 weist eine Struktur auf, bei der ein wärmehärtendes Harz, wie etwa Epoxidharz mit einem anorganischen Pulverfüllstoff (aus keramischen Partikeln) mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit gefüllt wird. Das wärmehärtende Harz, wie Epoxidharz, das mit einem anorganischen Pulverfüllstoff von keramischen Partikeln gefüllt ist, wird auch als Dichtungsharz 8 verwendet, das später im Detail beschrieben wird. Wenn ein mit anorganischem Pulverfüllstoff gefülltes Epoxidharz als Isolierflächenkörper 3 verwendet wird und beispielsweise auch ein mit anorganischem Pulverfüllstoff gefülltes Epoxidharz als Dichtungsharz 8 verwendet wird, reagieren der Isolierflächenkörper 3 und das Dichtungsharz 8 an einer Grenzschicht mit dem gleichen Epoxidharz miteinander, so dass eine starke Grenzschicht gebildet wird.
  • Der Isolierflächenkörper 3 muss ein hohes Wärmeabführungs-Vermögen aufweisen. Es ist effektiv, einen anorganischen Pulverfüllstoff mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit zu verwenden, um das Wärmeabführungs-Vermögen zu vergrößern. Genauer gesagt, es kann für den Isolierflächenkörper 3 beispielsweise ein anorganischer Pulverfüllstoff mit Isoliereigenschaften und hoher thermischer Leitfähigkeit, wie kristallines Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Bornitrid oder Aluminiumnitrid verwendet werden.
  • Die Dicke t des Isolierflächenkörpers 3 ist vorzugsweise nicht geringer als 0,05 mm und nicht größer als 0,5 mm. Ein anorganischer Pulverfüllstoff mit einer maximalen Partikelgröße von nicht weniger als 0,05 mm und nicht größer als 0,15 mm wird oft für den Isolierflächenkörper 3 verwendet. Die maximale Partikelgröße des anorganischen Pulverfüllstoffs, wie hierin verwendet, bedeutet einen Maximalwert der Dimension einer geraden Linie, die in dem anorganischen Pulverfüllstoff gezeichnet wurde (lineare Dimension in dem anorganischen Pulverfüllstoff in einer Projektion davon). Dann würde ein Isolier-flächenkörper 3, der dünner ist als 0,05 mm, dünner sein als die maximale Partikelgröße des anorganischen Füllstoffs, der in dem Isolierflächenkörper enthalten ist, was zu signifikant verringerten Isoliereigenschaften des Isolierflächenkörpers 3 führen kann.
  • Der Isolierflächenkörper 3, der dicker als 0,5 mm ist, hat auf der anderen Seite gute Isoliereigenschaften, aber vergrößert den thermischen Widerstand, und kann ein verringertes Wärmeabführungs-Vermögen aufweisen. Aus der oben beschriebenen Perspektive, ist die Dicke t des Isolierflächenkörpers 3 vorzugsweise nicht geringer als 0,05 mm und nicht größer als 0,5 mm. Es wird angemerkt, dass der Isolierflächenkörper 3 nicht aus einer einzigen Schicht ausgebildet sein muss, sondern so ausgebildet sein kann, dass er beispielsweise eine Vielzahl von übereinander angeordneten Schichten mit unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeiten zu hat.
  • Wie oben beschrieben, ist der Isolierflächenkörper 3 aus einem Harzmaterial als Basis hergestellt. So wird der Unterschied der linearen Expansionskoeffizienten zwischen dem Isolierflächenkörper 3 und dem Dichtungsharz 8 sowie der Wärmeabführungsplatte 2 verringert, verglichen mit einem Fall, bei dem der Isolierflächenkörper 3 aus einem keramischen Material hergestellt ist, das beispielsweise für ein Substrat einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung verwendet wird. So kann die Rissbildung des Harzes und ein Ablösen zwischen zwei Flächen des Isolierkörpers 3 aufgrund eines Wärmezyklus unterdrückt werden im Vergleich zu dem Fall, bei dem Isolierflächenkörper 3 ein keramisches Material ist.
  • Der Isolierflächenkörper 3 aus einem Harzmaterial als Basis fungiert auch als Haftmittel. So wird während des Wärmeaushärtens, das in einem Schritt des Abdichtens der Halbleitervorrichtung 100 ausgeführt wird, der nachfolgend beschrieben wird, der Isolierflächenkörper 3 derart verbunden, dass er dicht an dem Leiterrahmen 4, der Wärmeabführungsplatte 2 und dem Dichtungsharz 8 anhaftet. So ist es nicht nötig, ein Haftmittel auf die eine oder die andere Hauptfläche des Isolierflächenkörpers 3 aufzutragen zum Verbinden mit dem Leiterrahmen 4, der Wärmeabführungsplatte 2 und dem Dichtungsharz 8.
  • Das Haftmittel führt zu einer Zunahme des thermischen Widerstands. So kann mittels des Nichtanwendens des Haftmittels, eine Zunahme des thermischen Widerstands zwischen dem Isolierflächenkörper 3 und dem Leiterrahmen 4, der Wärmeabführungsplatte 2 und dem Dichtharz 8 unterdrückt werden, so dass die Halbleitervorrichtung 100 mit einem hohen Wärmeabführungs-Vermögen erhalten werden kann.
  • Als nächstes werden sowohl der Leiterrahmen 4 als auch der innere Leiter 5 beispielsweise bevorzugt aus einem Material hergestellt, das aus der der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgenden besteht: Kupfer, Eisen, Kupferlegierung und Eisenlegierung. Aus diesen ist es besonders bevorzugt, Kupfer oder eine Kupferlegierung zu verwenden. Die Verwendung von diesen kann eine besonders verbesserte thermische Leitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit des Leiterrahmens 4 und des inneren Leiters 5 erzielen.
  • Der Leiterrahmen 4 und der innere Leiter 5 können durch Plattieren der Oberfläche eines Basismetalls, das aus dem oben beschriebenen Kupfer oder dergleichen hergestellt ist, mit einem dünnen Film aus Nickel, Silber, oder Nickel-Palladium-Gold gebildet werden. Dadurch kann eine Oxidation des Basismetalls unterdrückt werden, und ein besserer Verbindungszustand zwischen dem Basismetall und dem Bonding-Draht 7 kann erzielt werden.
  • Im Verbindungsmaterial 6 ist das Verbindungsmaterial 6A, das den Leiterrahmen 4 und das Halbleiterelement 1 verbindet, vorzugsweise ein Material, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Folgenden besteht: Lot, sinterfähiger Füllstoff, der hauptsächlich aus Silber zusammengesetzt ist, Hartlot, das hauptsächlich aus Silber zusammengesetzt ist, ein Material, das in Zinn dispergiertes Kupfer enthält, Gold-Zinn, das hauptsächlich aus Gold zusammengesetzt ist, und eine Gold-basierte Legierung, wie Gold-Germanium. Dies sind Verbindungsmaterialien mit hohen thermischen Leitfähigkeiten und hohen elektrischen Leitfähigkeiten.
  • Im Verbindungsmaterial 6, ist das Verbindungsmaterial 6B, das die Vielzahl von Halbleiterelementen 1 über den inneren Leiter 5 verbindet, vorzugsweise ein Material, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Folgenden besteht: Lot, sinterfähiger Füllstoff, der hauptsächlich aus Silber zusammengesetzt ist, Hartlot, das hauptsächlich aus Silber zusammengesetzt ist, und ein Material, das in Zinn dispergiertes Kupfer enthält. Dies sind Verbindungsmaterialien mit hohen elektrischen Leitfähigkeiten.
  • Der Bonding-Draht 7 ist vorzugsweise ein Material, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Folgenden besteht: Aluminium, Kupfer, Gold, Silber und einer Legierung, die hauptsächlich aus diesen Metallen zusammengesetzt ist.
  • Als Dichtungsharz 8 wird ein Material verwendet, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient und Elastizitätsmodul angepasst worden sind durch das Mischen von einem anorganischen Pulverfüllstoff, wie Quarzglas, kristallines Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid in einem wärmeaushärtenden Harz, wie Epoxidharz. Von diesen ist es besonders bevorzugt, Quarzglas als Füllstoff für das Dichtungsharz 8 zu verwenden. Es ist nicht erforderlich, dass das Dichtungsharz 8 thermisch leitfähig ist.
  • So kann durch das Beifügen von Quarzglas, das eine niedrige thermische Leitfähigkeit, aber einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, in das Dichtungsharz 8, die Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des gesamten Dichtungsharzes 8 erleichtert werden. Es wird angemerkt, dass das Dichtungsharz 8 eine Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 0,7 W/mK und nicht größer als 0,9 W/mK aufweist (geringer als die Wärmeleitfähigkeiten der anderen Komponenten, die die Halbleitervorrichtung 100 bilden).
  • Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 100 anhand 4 bis 12 beschrieben.
  • Wie unter Bezugnahme auf 4 ersichtlich, werden zunächst die Vielzahl von Halbleiterelementen 1, und zwar in einem Abstand zueinander, mit einer (oberen) Hauptfläche von Leiterrahmen 4A und 4B mit einem dazwischenliegenden Verbindungsmaterial 6A verbunden. Dieser Schritt wird als Chip-Bonden bezeichnet. Während des Chip-Bondens werden die Vielzahl von Halbleiterelementen 1 über den inneren Leiter 5 via Verbindungsmaterial 6B simultan verbunden.
  • Als Halbleiterelemente 1 sind beispielsweise ein Halbleiterchip aus Silicium, der einen darauf montierten IGBT aufweist, und beispielsweise ein Halbleiterchip aus Silicium, der eine darauf montierte Diode aufweist, in einem Abstand zueinander mit Leiterrahmen 4 verbunden. Hier weist beispielsweise das Halbleiterelement 1 mit dem darauf montierten IGBT eine Größe von 10 mm x 10 mm x 0,25 mm in der Draufsicht auf, und das Halbleiterelement 1 mit der darauf montierten Diode weist beispielsweise eine Größe von 10 mm x 8 mm x 0,25 mm in der Draufsicht auf.
  • Ein Lotmaterial, das kein Blei enthält (99,25 Massen-% Zinn, 0,75 Massen-% Kupfer) wird beispielsweise als Verbindungsmaterial 6A verwendet, um Halbleiterelement 1 an einer gewünschten Position des Kupfer-Leiterrahmens 4 fest zu verbinden, der flach ist (Änderungen in Koordinaten in der Dickenrichtung sind nicht mehr als 0,1 mm als Ganzes) und der auf seiner gesamten Fläche stromlos Nickel-plattiert worden ist. Auch wenn nicht dargestellt, ist eine (obere) Hauptfläche des Halbleiterelements 1, die der Fläche, die mit dem Leiterrahmen 4 verbunden ist, gegenüberliegt, bereichsweise Nickel-Gold-plattiert worden.
  • Die Nickel-Gold-plattierten Bereiche der Vielzahl von Halbleiterelementen 1 sind elektrisch mit dem inneren Leiter 5 (0,6 mm dick) verbunden, und zwar über Verbindungsmaterial 6B als ein Lotmaterial, das kein Blei (99,25 Massen-% Zinn, 0,75 Massen-% Kupfer) enthält. Die Vielzahl von Halbleiterelementen 1 sind dadurch elektrisch miteinander über den inneren Leiter 5 verbunden. Die Verbindung, die das Verbindungsmaterial 6A auf der unteren Fläche des Halbleiterelements 1 verwendet, und die Verbindung, die Verbindungsmaterial 6B auf der oberen Fläche des Halbleiterelements 1 verwendet, werden miteinander verbunden unter Verwendung einer Reflow-Lötvorrichtung.
  • Wie unter Bezugnahme auf 5 ersichtlich, sind Halbleiterelement 1 und der äußere Leiterrahmen 4B (der ein Teil des Leiterrahmens 4 ist) elektrisch mittels Bonding-Draht 7 verbunden. Dieser Schritt wird als Draht-Bonden bezeichnet. Der Bonding-Draht 7, der hierin verwendet wird, ist aus Aluminium hergestellt und hat im Wesentlichen eine Kreisform, deren Querschnitt, der die Richtung, in der der Bonding-Draht 7 sich erstreckt, schneidet, einen Durchmesser von beispielsweise 0,15 mm hat.
  • Wie unter Bezugnahme auf 6 ersichtlich, wird der Isolierflächenkörper 3, der nach seiner Platzierung auf der einen Hauptfläche mit einer (oberen) Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 durch Erhitzten und Pressen verbunden worden ist, als eine andere Komponente vorbereitet als die Komponente, mit der das Halbleiterelement 1 und dergleichen verbunden worden sind, wie in 5 gezeigt. Der Schritt des Erhitzens und Pressens des Isolierflächenkörpers 3 auf die Wärmeabführungsplatte 2 wird als Press-Schritt bezeichnet.
  • Hierbei wird eine Wärmeabführungsplatte 2 vorbereitet, bei der die obere Fläche nach unten hin an einem (Endregion ER beinhaltende) äußersten Ende 2E relativ zu der anderen Region als der Endregion ER abgesenkt ist, wobei die Endregion ER mit der C-Fläche 2C bereitgestellt ist. Da der Isolierflächenkörper 3 mit einer gleichmäßigen Dicke auf die Wärmeabführungsplatte 2 verbunden ist, ist der Isolierflächenkörper 3 auch mit einer C-Fläche 3C in der Endregion ER vorgesehen.
  • Als Beispiel ist eine Wärmeabführungsplatte 2 vorbereitet, die mit einer C-Fläche 2C vorgesehen ist, die einen Neigungsgradienten von 10 % aufweist, so dass die obere Fläche der Wärmeabführungsplatte 2 derart ausgebildet, dass sie am äußersten Ende 2E um 0,1 mm niedriger ist als in der anderen Region als der Endregion ER (Dimension b in 2 ist 0,1 mm), und so dass die Endregion ER (C-Fläche 2C) in einem Bereich von 1 mm von dem äußersten Ende 2E (Dimension a in 2 ist 1 mm) ausgebildet ist. Diese Wärmeabführungsplatte 2 ist beispielsweise aus einem sauerstofffreien Kupfer hergestellt und weist eine Größe von 30 mm x 20 mm x 3 mm in der Draufsicht auf. Der Isolierflächenkörper 3 ist derart vorbereitet, um eine Wärmeleitfähigkeit von 12 W/mK und eine Dicke von 0,2 mm aufzuweisen.
  • Auch wenn eigens nicht dargestellt, ist ein Silikongummi-Flächenkörper auf der oberen Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 angeordnet, und der Isolierflächenkörper 3 ist auf dem Silikongummi-Flächenkörper angeordnet. Mit anderen Worten, es ist der Silikongummi-Flächenkörper derart angeordnet, dass er zwischen der Wärmeabführungsplatte 2 und dem Isolierflächenkörper 3 sandwichartig angeordnet ist. Der Silikongummi-Flächenkörper ist aus einem Material mit Hitzebeständigkeitseigenschaften und Polstereigenschaften bei einer Temperatur hergestellt, die gleich der oder höher als die Schmelztemperatur des Isolierflächenkörpers 3 ist.
  • In diesem Zustand werden Isolierflächenkörper 3 und die Wärmeabführungsplatte 2 unter Druck gesetzt, und zwar von einem Ort über dem Isolierflächenkörper 3 in dem Press-Schritt, und sie werden erhitzt. Die Hitzebedingungen während des Press-Schritts sind beispielsweise: eine Temperatur von 120 °C, ein Druck von 3 MPa und eine Heizdauer von 3 min. Zu diesem Zeitpunkt ist der Isolierflächenkörper 3 nicht vollständig ausgehärtet und wird wieder schmelzen bei einem Temperaturanstieg.
  • Wie unter Bezugnahme auf 7 ersichtlich, werden die Leiterrahmen 4A und 4B, mit denen die Halbleiterelemente 1 verbunden worden sind und die dem Drahtbond-Schritt unterworfen worden sind, und die Wärmeabführungsplatte 2, die dem Press-Schritt unterworfen worden ist und mit der der Isolierflächenkörper 3 verbunden worden ist, in einer gewünschten Position in das Formwerkzeug 9 eingesetzt zum Durchführen des Harzversiegelns (Gießschritt).
  • Das Formwerkzeug 9 ist zum Durchführen des Harzversiegelns in einem Spritzpress-Schritt vorhanden. Der Leiterrahmen 4 und die Wärmeabführungsplatten 2 werden, wie oben beschrieben, in eine behälterartige Komponente eingesetzt, die mit einem oberen Formwerkzeug 9A und einem unteren Formwerkzeug 9B ausgebildet ist, und das Formwerkzeug 9 wird geschlossen.
  • Genauer gesagt, es wird der Leiterrahmen 4A auf dem Isolierkörper 3 platziert (auf der Wärmeabführungsplatte 2), um mit dem Isolierflächenkörper 3 in Kontakt zu stehen. Der Isolierflächenkörper 3 wird mittels einer Hochtemperatur-Atmosphäre in dem Formwerkzeug 9 geschmolzen und wird dadurch mit dem Leiterrahmen 4 verbunden.
  • Hierbei wird ein Tiegel 10, der mit einem Zylinder verbunden ist, der von der Innenseite mit der Außenseite bzw. der äußeren Umgebung des Formwerkzeugs 9 in Verbindung steht, außerhalb des Formwerkzeugs 9 angeordnet. Der Tiegel 10 ist eine Komponente, in die eine Platte 8A aus Dichtmaterial, die als Material zum Durchführen des Harzversiegelns dient, eingesetzt wird. Die Platte 8A als Dichtungsmaterial ist aus Dichtungsharzmaterial hergestellt, das in Form einer flachen Platte (Tablettenform) fest geworden ist.
  • Wie unter Bezugnahme auf 8 ersichtlich, wird bei geschlossenem Formwerkzeug 9 und der Platte 8A als Dichtungsmaterial aus 7, die im Tiegel 10 aus 7 angeordnet ist, die Platte 8A aus Dichtungsmaterial in dem Tiegel 10 in das Formwerkzeug 9 zugeführt, während die unter Druck steht. Die Platte 8A aus Dichtungsmaterial wird in fester Form in eine Region zwischen dem oberen Formwerkzeug 9A und dem unteren Formwerkzeug 9B des Formwerkzeugs 9 kontinuierlich aus dem Innenraum des Zylinders injiziert, während es allmählich geschmolzen wird und mittels des Erhitzens seine Fluidität zunimmt.
  • Das Harzmaterial als fluide Platte 8A aus Dichtungsmaterial, die in das Formwerkzeug 9 injiziert worden ist, wird weiter erhitzt und verfestigt mittels des Formwerkzeugs 9, und dient dann als Dichtungsharz 8. Wenn das Dichtungsharz 8 das Formwerkzeug 9 füllt, werden die Flächen von allen entsprechenden Komponenten, wie dem Halbleiterelement 1 und der Wärmeabführungsplatte 2 in dem Formwerkzeug 9 mit erstarrtem Dichtungsharz 8 bedeckt.
  • Hierbei weist zumindest ein Bereich des äußersten Endes 2E der Wärmeabführungsplatte 2 eine abgesenkte obere Fläche (eine geringere Dicke) auf. Aus diesem Grund wird während der Injektion des geschmolzenen Dichtungsharzes 8 in das Formwerkzeug 9 ein Spalt gebildet, und zwar zwischen dem Leiterrahmen 4 und dem Isolierflächenkörper 3 (Wärmeabführungsplatte 2) an dem äußersten Ende 2E und in der Endregion ER in der Umgebung davon, und das Dichtungsharz 8 dringt auch in diesen Spalt ein. So tritt das Dichtungsharz tief ein, um die Flächen des Leiterrahmens 4 und auch des Isolierflächenkörpers 3 (der Wärmeabführungsplatte 2) in der Endregion ER vollständig zu bedecken.
  • In dem Spritzpress-Schritt ist die Temperatur, um das Dichtungsharz 8 und den Isolierflächenkörper 3 auszuhärten, auf 180 °C gesetzt und der Druck ist auf 10 MPa in dem Formwerkzeug 9 gesetzt, und die Heizdauer ist beispielsweise auf 3 min gesetzt. Allerdings kann die Heizdauer in dem Spritzpress-Schritt auf jegliche geeignete Dauer gesetzt werden, und zwar abhängig von der Reaktivität des Dichtungsharzes 8 und des Isolierflächenkörpers 3.
  • Der Isolierflächenkörper 3 wird auch geschmolzen, wie oben beschrieben, bei einem Temperaturanstieg, und wird wärmeausgehärtet bei einem zusätzlichen Temperaturanstieg in dem Spritzpress-Schritt.
  • Wie unter Bezugnahme auf 9 ersichtlich, wird, nachdem das Dichtungsharz 8 verfestigt worden ist, die Halbleitervorrichtung 100, die in dem Dichtungsharz 8 eingeschlossen bzw. mit diesem versiegelt ist, aus dem Formwerkzeug 9 entnommen. Es wird angemerkt, dass nachdem die Halbleitervorrichtung 100 aus dem Formwerkzeug 9 entnommen worden ist, ein zusätzliches Wärmeaushärten durch Erhitzen bei 180 °C für beispielsweise acht Stunden durchgeführt werden kann, um den Aushärtegrad des Dichtungsharzes 8 weiter zu erhöhen.
  • Obwohl das Dichtungsharz 8 in dem oben beschriebenen Spritzpress-Schritt zugeführt wird, ist das Verfahren des Zuführens des Dichtungsharzes 8 nicht auf diesen beschränkt.
  • Als nächstes wird ein unnötiger Bereich des Leiterrahmens 4 abgeschnitten. Dieser Schritt wird als Führungsstangen-Schneiden bezeichnet. Dann wird der äußere Leiterrahmen 4B, der aus dem Dichtungsharz 8 hervorsteht und sich beispielsweise in eine Richtung entlang der Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 erstreckt, um beispielsweise etwa 90° außerhalb des Dichtungsharzes 8 gebogen, um sich in 9 nach oben zu erstrecken.
  • Dann wird ein thermisch leitfähiges Verbindungsmaterial 11 auf eine Hauptfläche (untere Hauptfläche) der Wärmeabführungsplatte 2 aufgetragen, die der Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 gegenüberliegt, die mit dem Isolierflächenkörper 3 verbunden ist, und ein Kühlkörper 12 wird mit dieser gegenüberliegenden Hauptfläche mit diesem dazwischenliegenden Material verbunden. Die Halbleitervorrichtung 100 und der Kühlkörper 12 sind jetzt in einem Zustand, in dem sie miteinander verbunden sind. Es wird angemerkt, dass der Kühlkörper 12 eine Komponente zum Freisetzen von Hitze, die während des Betriebs der Halbleitervorrichtung 100 (wie Halbleiterelement 1) generiert wird, zu der Außenseite bzw. zu der äußeren Umgebung ist.
  • Das thermisch leitfähige Verbindungsmaterial 11 ist bevorzugt ein fluides oder ein wärmeaushärtendes Material. Wenn das thermisch leitfähige Verbindungsmaterial 11 beispielsweise wärmeabführendes Silikonfett ist, wird eine Last, die angelegt wird, um die Halbleitervorrichtung 100 und den Kühlkörper 12 miteinander zu verbinden, annähernd optimiert, und zwar abhängig von dem Typ des verwendeten leitfähigen Verbindungsmaterials 11. Wenn das thermisch leitfähige Verbindungsmaterial 11 ein wärmeabführendes Haftmittel ist, wird ein Erhitzen beispielsweise bei 125 °C für 30 min durchgeführt, wobei die Last zwischen der Halbleitervorrichtung 100 und dem Kühlkörper 12 angelegt wird, so dass dafür gesorgt wird, dass das thermisch leitfähige Verbindungsmaterial 11 wärmeausgehärtet wird, so dass die Halbleitervorrichtung 100 und der Kühlkörper 12 miteinander verbunden werden.
  • Es wird angemerkt, dass die Halbleitervorrichtung 100 und der Kühlkörper 12 miteinander verbunden werden können, und zwar indem sie mittels Schrauben verbunden werden oder mit einer Blattfeder festgehalten werden, nach Bedarf.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Zustand der Halbleitervorrichtung 100 (ohne den Kühlkörper 12) ein endgültig vervollständigter Artikel (Produkt) sein, oder ein Zustand, in dem der Kühlkörper 12 mit der Halbleitervorrichtung 100 (Halbleiter - vorrichtung 110) verbunden worden ist, kann ein endgültig fertiggestellter Artikel (Produkt) sein.
  • Nachstehend wird ein Beispiel eines Verfahrens eines Bildens einer Wärmeabführungsplatte 2 und eines Isolierflächenkörpers 3 mit besonders abgesenkten Bereichen (C-Flächen 2C und 3C) anhand der 10 bis 12 beschrieben.
  • Wie unter Bezugnahme auf 10 ersichtlich, sind die Wärmeabführungsplatte 2, bei der die Endregion, die das äußerste Ende 2E umfasst, niedriger ist als die andere Region und die mit einer C-Fläche 2C versehen worden ist, und der Isolierflächenkörper 3, der die Wärmeabführungsplatte 2 in Draufsicht überlappt (der im Wesentlichen die gleiche Form und Größe wie die Wärmeabführungsplatte 2 in Draufsicht aufweist) hergestellt. Es wird angemerkt, dass die C-Fläche 2C der Wärmeabführungsplatte 2 beispielsweise durch das Verwenden eines Formwerkzeugs geformt ist, das derart geformt ist, um eine C-Fläche 2C während des Gießens davon auszubilden, oder durch das Durchführen eines Schneideprozesses beim Verwenden eines speziellen Fasenschneiders.
  • Der Isolierflächenkörper 3 ist in 10 nicht mit der C-Fläche 3C versehen und hat eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke auf seiner gesamten Oberfläche (ist flach auf seiner gesamten Oberfläche) inklusive des äußersten Endes 3E. Dann wird der Isolierflächenkörper 3 auf einer (oberen) Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 montiert, so dass er die Wärmeabführungsplatte 2 überlappt.
  • Wie unter Bezugnahme auf 11 ersichtlich, werden die Wärmeabführungsplatte 2 und der Isolierflächenkörper 3 der 10 an einer gewünschten Position auf einer unteren Pressplatte 13A der Presse 13 platziert. Ein Polsterflächenkörper 14 ist auf einer (unteren) Fläche einer oberen Pressplatte 13B der Presse 13 montiert, die der unteren Pressplatte 13A zugewandt ist, und zwar an einer Position, die die Wärmeabführungsplatte 2 und den Isolierflächenkörper 3 in Draufsicht überlappt.
  • Der Polsterflächenkörper 14 ist eine Komponente in Form einer flachen Platte, die aus einem Material hergestellt ist, das fähig ist, (komprimierbar) verformt zu werden, während eines Erhitzens und Unter-Druck-Setzens, und das fähig ist, den Isolierflächenkörper 3 mittels Gedrückt-Werdens gegen den Isolierflächenkörper 3 zu verformen. Genauer gesagt, es ist der Polsterflächenkörper 14 aus einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgenden besteht: Silikonharz, Acrylharz und Fluor-basiertes Harz.
  • Wie unter Bezugnahme auf 12 ersichtlich, erstreckt sich die obere Pressplatte 13B nach unten, um zu bewirken, dass Polsterflächenkörper 14 dicht an dem Isolierflächenkörper 13 anliegt, wobei der Isolierflächenkörper 3 erhitzt wird auf seine Schmelztemperatur, während die obere Pressplatte 13B einen nach unten gerichteten Druck auf den Isolierkörper 3 und die Wärmeabführungsplatte 2 ausübt. Es wird angemerkt, dass die Erhitzungstemperatur hierbei eine niedrige Temperatur ist, so dass die Reaktion des Isolierflächenkörpers 3 fortschreitet und der Isolierflächenkörper 3 nicht wärmeausgehärtet wird.
  • Die Heizdauer ist auch so, dass die Reaktion des Isolierflächenkörpers 3 fortschreitet und der Isolierflächenkörper 3 nicht wärmeausgehärtet wird. Der Isolierflächenkörper 3 wird dadurch so verformt, dass er der Form der C-Fläche 2C der Wärmeabführungsplatte 2 und dergleichen folgt (so dass die C-Fläche 3C gebildet wird).
  • Durch das Entnehmen* der Wärmeabführungsplatte 2 und dergleichen aus der Presse 13, steht die Wärmeabführungsplatte 2 mit C-Fläche 2C (und C-Fläche 3C) zur Verfügung, wie in 6 dargestellt.
  • Um einen Nachteil zu vermneiden, dass der Isolierflächenkörper 3 dicht an dem Polsterflächenkörper 14 anliegt und nicht mehr fähig ist, von diesem abgelöst zu werden, kann eine Formwerkzeug-Ablöseschicht angeordnet werden, auch wenn dies nicht eigens dargestellt ist, und zwar auf der oberen Fläche des Isolierflächenkörpers (die Fläche, die dicht an dem Polsterflächenkörper 14 anliegt).
  • Als nächstes werden die Funktion und der Effekt der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf ein Vergleichsbeispiel gemäß 13 beschrieben.
  • Wie unter Bezugnahme auf 13 ersichtlich, weist in einer Halbleitervorrichtung 150 des Vergleichsbeispiels die Wärmeabführungsplatte 2 nicht die Form einer abgesenkten oberen Fläche (wie die C-Fläche 2C in 1), wie bei der vorliegenden Ausführungsform auf, und zwar in der Endregion, die das äußerste Ende 2E in Draufsicht enthält. Mit anderen Worten, es weist die Wärmeabführungsplatte 2 aus 13 eine im Wesentlichen gleichmäßige (flache) Dicke in der vertikalen Richtung auf der Figur als Ganzes auf.
  • Da die Wärmeabführungsplatte 2 flach ist, weist der Isolierflächenkörper 3, der auf seiner Hauptfläche montiert ist, gleichermaßen nicht die Form einer abgesenkten oberen Fläche (wie C-Fläche 3C in 1) bei der vorliegenden Ausführungsform auf, und zwar in der Endregion, die das äußerste Ende 3E in Draufsicht enthält, und ist als Ganzes im Wesentlichen flach.
  • Es wird angemerkt, dass der Aufbau der Halbleitervorrichtung 150 davon abgesehen im Wesentlichen der gleiche ist wie der Aufbau der Halbleitervorrichtung 100, und so die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und eine Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
  • In dem Vergleichsbeispiel steht die Oberseite des äußersten Endes 3E des Isolierflächenkörpers 3 mit dem äußeren Leiterrahmen 4B in Kontakt. So wird der Abstand (isolierende Kriechstrecke) zwischen dem leitfähigen äußeren Leiterrahmen 4B und (dem äußersten Ende 2E) der Wärmeabführungsplatte 2 direkt darunter verringert. Die verringerte isolierende Kriechstrecke zwischen dem äußeren Leiterrahmen 4B und der Wärmeabführungsplatte 2 kann in nachteiliger Weise einen Kurzschluss zwischen dem äußeren Leiterrahmen 4B und der Wärmeabführungsplatte 2 während des Betreibens der Halbleitervorrichtung 150 verursachen.
  • Daher ist bei der vorliegenden Ausführung die (obere) Fläche des Isolierflächenkörpers 3, die mit dem Leiterrahmen 4 in Kontakt steht, abgesenkt, so dass sie sich nach unten weg von dem Leiterrahmen 4 in der Endregion ER, die zumindest einen Bereich des äußersten Endes 3E des Isolierflächenkörpers 3 in Draufsicht bzw. zumindest einen Bereich des äußersten Endes 3E in Draufsicht auf den Isolierflächenkörper 3 enthält, erstreckt. Darüber hinaus ist das Dichtungsharz 8 eingetreten und befindet sich in einer Region zwischen dem Leiterrahmen 4 und dem Isolierflächenkörper 3 in dieser Endregion ER (mit anderen Worten, die Wärmeabführungsplatte 2 ist direkt darunter angeordnet).
  • Daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform die isolierende Kriechstrecke zwischen dem leitfähigen Leiterrahmen 4 und der leitfähigen, direkt darunter angeordneten Wärmeabführungsplatte 2 länger als in dem Vergleichsbeispiel. Darüber hinaus ist, da das Dichtungsharz 8 in die Region zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion ER eingetreten ist, das isolierende Dichtungsharz 8 in einem Zustand, in dem es in eine Region zwischen dem Leiterrahmen 4 und dem Isolierflächenkörper 3 eintritt (auf der oberen Fläche der Wärmeabführungsplatte 2).
  • Folglich kann die vorliegende Ausführungsform eine höhere Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 erzielen, als in dem Vergleichsbeispiel, und sie kann eine hohe Performance zum Freisetzen von Wärme, die durch das Halbleiterelement 1 und dergleichen generiert wird, mittels der Wärmeabführungsplatte 2 gewährleisten (sie kann sowohl die Isolierung als auch die Wärmeabführungs-Eigenschaften gewährleisten).
  • Der oben beschriebene Aufbau wird mittels der Tatsache realisiert, dass die obere Fläche der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion, die zumindest einen Bereich des äußersten Endes der Wärmeabführungsplatte 2 in Draufsicht bzw. zumindest einen Bereich des äußersten Endes in Draufsicht auf die Wärmeabführungsplatte 2 enthält, abgesenkt ist relativ zu der anderen Region als die Endregion der Wärmeabführungsplatte, so dass sie gegenüberliegend zu dem Isolierflächenkörper angeordnet ist. Dies ist der Fall, da der Isolierflächenkörper 3 an seinem äußersten Ende 3E abgesenkt ist, um der Form des abgesenkten äußersten Endes 2E der Wärmeabführungsplatte 2 zu folgen.
  • Dabei kann, wenn der äußere Leiterrahmen 4B eine gebogene Form aufweist, die sich nach oben erstreckt, um den Abstand von der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion ER der Wärmeabführungsplatte 2 zu vergrößern, die Isolierung zwischen dem äußeren Leiterrahmen 4B und der Wärmeabführungsplatte 2 problemlos gewährleistet werden. In einem solchen Fall, wird allerdings die Anzahl an Schritten, die zum Ausbilden des Leiterrahmens 4 erforderlich sind, wie das Durchführen eines Biegevorgangs des Leiterrahmens 4, vergrößert, was zu höheren Herstellungskosten davon führen kann. Darüber hinaus muss, da der Leiterrahmen 4, der einem Biegevorgang unterworfen worden ist, zum Flattern neigt und während seines Einbaus schlecht in einer Position fixiert ist, das Flattern des Leiterrahmens 4 unterdrückt und gehandhabt werden. Darüber hinaus ist, wenn das Halbleiterelement 1 auf der Oberfläche des Leiterrahmens 4, der einem Biegevorgang unterworfen worden ist, montiert wird oder, wenn der Bonding-Draht 7 mit dieser Fläche verbunden wird, eine spezielle Haltevorrichtung vonnöten, die Niveauunterschiede des Leiterrahmens 4 berücksichtigt, was Probleme hinsichtlich einer zusätzlichen Kostenerhöhung und verringerte Produktivität hervorruft.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Leiterrahmen 4 allerdings flach als Ganzes ausgebildet und ist keinem Biegevorgang unterzogen worden, und zwar zumindest innerhalb des Dichtungsharzes 8 (obwohl er nach dem Harzversiegeln außerhalb des Dichtungsharzes 8 in 9 gebogen wird). So können die Herstellungskosten des Leiterrahmens 4 reduziert werden, und die Möglichkeit des Flatterns des Leiterrahmens 4 innerhalb des Dichtungsharzes 8 kann gesenkt werden. Darüber hinaus muss keine spezielle Haltevorrichtung verwendet werden, die die Niveauunterschiede des Leiterrahmens 4 berücksichtigt, so dass die Produktivität der nachfolgenden Schritte, wie der Schritt des Anordnens des Halbleiterelements 1, verbessert werden können.
  • Auf diese Weise ist der praktische Vorteil der vorliegenden Ausführungsform der, dass selbst dann, wenn der Leiterrahmen 4 flach ist, sowohl die Isolierung als auch die Wärmeabführungs-Eigenschaften verbessert werden können, und zwar durch das Vergrößern der isolierenden Kriechstrecke zwischen dem Leiterrahmen 4 und der direkt darunter angeordneten Wärmeabführungsplatte 2. Dies ist so, da die Verarbeitbarkeit und Handhabbarkeit des Leiterrahmens 4, dadurch, dass Leiterrahmen 4 flach ausgebildet wird, verbessert werden kann, und die Isolierung zwischen der isolierenden Kriechstrecke der Endregion ER der Wärmeabführungsplatte 2 kann gewährleistet werden.
  • Zweite Ausführungsform (nicht zur beanspruchten Erfindung gehörend)
  • Wie unter Bezugnahme auf 14A und 14B ersichtlich, unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform gemäß 2 (A) und 2 (B) dadurch, dass die Hauptflächen der Wärmeabführungsplatte 2 und des Isolierflächenkörpers 3 bogenförmige Flächen 2R und 3R in der Endregion in der Nähe der äußersten Enden 2E und 3E bilden. Mit anderen Worten, es sind die bogenförmigen Oberflächen 2R und 3R bei der vorliegenden Ausführungsform anstelle der C-Flächen 2C und 3C bei der ersten Ausführungsform gebildet. Aufgrund dieser bogenförmigen Flächen 2R und 3R weisen die Wärmeabführungsplatte 2 und der Isolierflächenkörper 3 jeweils eine abgesenkte obere Fläche (mit einer geringeren Dicke) in der Endregion ER, die die äußersten Enden 2E und 3E enthält, auf als in der anderen Region als der Endregion ER.
  • Die bogenförmigen Flächen 2R und 3R können eine sphärische Form aufweisen oder eine andere bogenförmige Flächenform als die sphärische Form. Da der Isolierflächenkörper 3 eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke als Ganzes aufweist, ist die bogenförmige Fläche 3R des Isolierflächenkörpers 3 derart ausgebildet, dass sie der Form der bogenförmigen Fläche 2R der Wärmeabführungsplatte 2 folgt.
  • Die Dimension a der bogenförmigen Flächen 2R und 3R in der Richtung entlang einer Hauptfläche (die horizontale Richtung in 14) und die Dimension b der bogenförmigen Flächen 2R und 3R in der Richtung, die die Hauptfläche kreuzt (die vertikale Richtung in 14) sind im Wesentlichen ähnlich zu den Werten der Dimension a und der Dimension b gemäß 2.
  • Obwohl die bogenförmigen Flächen 2R und 3R eine nach oben ragende Form in 14 aufweisen, können sie auch eine nach unten ragende Form aufweisen.
  • Es wird angemerkt, dass der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ansonsten im Wesentlichen der gleiche ist wie bei der ersten Ausführungsform, und somit sind die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
  • Als nächstes wird die Funktion und der Effekt der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform kann die folgenden Funktionen und Effekte zusätzlich zu denen der ersten Ausführungsform bewirken.
  • Durch das Ausbilden der Endregion ER als eine bogenförmige Fläche wie bei der vorliegenden Ausführungsform, kann, selbst wenn die Endregion ER die gleichen Dimensionen a und b wie bei der ersten Ausführungsform aufweist, die isolierende Kriechstrecke zwischen dem äußeren Leiterrahmen 4B und der direkt darunter angeordneten Wärmeabführungsplatte 2 vergrößert werden im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Endregion ER eine ebene Form wie bei der ersten Ausführungsform aufweist. Zusätzlich kann bei der vorliegenden Ausführungsform, da die Endregion ER derart gebildet ist, dass sie eine bogenförmige Form aufweist, die Möglichkeit verringert werden, dass der Isolierflächenkörper 3 von der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion ER abgelöst wird, und zwar verglichen mit der ersten Ausführungsform, in der die Endregion ER als eine C-Fläche gebildet ist.
  • Dritte Ausführungsform (zur beanspruchten Erfindung gehörend)
  • Wie unter Bezugnahme auf 15 und 16 ersichtlich, unterscheidet sich eine Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform (1) dadurch, dass die Wärmeabführungsplatte 2, die die Endregion ER enthält, als Ganzes flach ausgebildet ist, und dass sie nicht mit einer C-Fläche 2C vorgesehen ist, deren obere Fläche in der Endregion ER nach unten abgesenkt ist relativ zu der anderen Region.
  • Insbesondere ist die Wärmeabführungsplatte 2 in 15 und 16 flach, so dass deren obere Fläche (im Wesentlichen) die gleiche Höhe zwischen der Endregion ER und der anderen Region als die Endregion ER aufweist. Genauer gesagt, es ist zum Beispiel die Änderung der Position (Koordinaten) in der vertikalen Richtung in 15 der oberen Fläche dieser Wärmeabführungsplatte 2 als Ganzes nicht größer als 0,1 mm. Allerdings wird der Isolierflächenkörper 3, der auf der oberen Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 montiert ist, in der Dicke verringert, und mit der C-Fläche 3C in seiner Endregion ER vorgesehen.
  • Folglich ist die C-Fläche 3C geneigt und abgesenkt, so dass sie sich nach unten weg von dem darüber liegenden äußeren Leiterrahmen 4B in der Endregion ER des Isolierflächenkörpers 3 erstreckt (ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform). Der Wert des nach unten gerichteten Abstands des Isolierflächenkörpers 3 weg von dem Leiterrahmen 4 (4B) vergrößert sich in Richtung des äußersten Endes 3E monoton, und die C-Fläche 3C ist so ausgebildet, dass sie die am weitesten abgesenkte Oberfläche des Isolierflächenkörpers 3 an seinem äußersten Ende 3E erreicht (so dass das äußerste Ende 3E einen punktförmigen Querschnitt in 16 aufweist).
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die C-Fläche 3C anders als bei der ersten Ausführungsform nicht so ausgebildet, dass sie der Form der direkt darunterliegenden C-Fläche 2C folgt, sondern ist so ausgebildet, dass der Isolierflächenkörper 3 eine geringere Dicke in der Endregion ER aufweist als in der anderen Region. Die C-Fläche 3C des Isolierflächenkörpers ist so ausgebildet, dass sie eine Dicke von im Wesentlichen Null an ihrem äußersten Ende 3E aufweist.
  • Somit hat das äußerste Ende 3E des Isolierflächenkörpers 3 keine Komponente in der vertikalen Richtung in 15 (und eine Komponente in der vertikalen Richtung in 15), und weist nur eine Komponente in der umlaufenden Richtung in Draufsicht auf. Allerdings ist dieser Zustand nicht einschränkend, und die C-Fläche 3C kann derart ausgebildet sein, dass das äußerste Ende 3E eine Komponente in der vertikalen Richtung in 15 aufweist.
  • Wie unter Bezugnahme auf 16 ersichtlich, entspricht eine Dimension c der C-Fläche 3C des Isolierflächenkörpers 3 in der Endregion ER der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung (die horizontale Richtung in 16) entlang der oberen Fläche, die mit dem Leiterrahmen 4 in Kontakt steht, der Dimension a der Wärmeabführungsplatte 2 in 2, und ist nicht geringer als 0,5 mm und nicht größer als 2,0 mm, ähnlich der Dimension a in 2.
  • Bei der C-Fläche 3C des Isolierflächenkörpers 3 in der Endregion ER der 16, entspricht ein Maximalwert d des abgesenkten Abstands von der oberen Fläche des Isolierkörpers 3 relativ zu der anderen Region als die Endregion ER der Dimension b in 2, und ist nicht geringer als 0,025 mm und nicht größer als 0,25 mm, ähnlich zu der Dimension b in 2.
  • Es wird angemerkt, dass der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ansonsten im Wesentlichen der gleiche ist, wie der bei der ersten Ausführungsform, und daher die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und eine Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
  • Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens eines Ausbildens einer Wärmeabführungsplatte 2 und eines Isolierflächenkörpers 3 mit einem abgesenkten Bereich (C-Fläche 3C), und zwar nur von dem Isolierflächenkörper 3 bei der vorliegenden Ausführungsform, anhand der 17 bis 20 beschrieben.
  • Wie unter Bezugnahme auf 17 ersichtlich, werden die Wärmeabführungsplatte 2 und der Isolierflächenkörper 3 als erstes vorbereitet. Der Isolierflächenkörper 3 weist eine ebene Form auf, die die Wärmeabführungsplatte 2 in Draufsicht überlappt (der Isolierflächenkörper 3 hat im Wesentlichen die gleiche Form und Größe wie die Wärmeabführungsplatte 2 in Draufsicht). In 17 ist die C-Fläche 3C nicht ausgebildet, und die Wärmeabführungsplatte 2 und der Isolierflächenkörper 3 weisen jeweils eine im Wesentlichen gleichmäßige (im Wesentlichen flache) Dicke auf ihrer gesamten Fläche auf, die die äußersten Enden 2E und 3E enthält.
  • Wie unter Bezugnahme auf 18 ersichtlich, ist der Isolierflächenkörper 3 auf einer (der oberen) Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 montiert, so dass er die Wärmeabführungsplatte 2 überlappt. Die Wärmeabführungsplatte 2 und der Isolierflächenkörper 3 in 17 sind in einer gewünschten Position auf einer unteren Pressplatte 15A der Presse 15 angeordnet. Eine (untere) Fläche der oberen Pressplatte 15B der Presse 15, die der unteren Pressplatte 15A zugewandt ist, ist mit einer Neigung 15C ausgebildet, die der Form der C-Fläche 3C entspricht, die auf dem Isolierflächenkörper 3 ausgebildet werden soll.
  • Wie unter Bezugnahme auf 19 ersichtlich, erstreckt sich die obere Pressplatte 15B nach unten, um zu bewirken, dass ihre untere Fläche (die den Bereich der Neigung 15C enthält) dicht an dem Isolierflächenkörper 3 anliegt, wobei der Isolierflächenkörper 3 erhitzt wird bis zu seiner Schmelztemperatur, während die obere Pressplatte 13B einen nach unten gerichteten Druck auf den Isolierflächenkörper 3 und die Wärmeabführungsplatte 2 ausübt.
  • Es wird angemerkt, dass die Heiztemperatur dabei eine niedrige Temperatur ist, so dass die Reaktion des Isolierflächenkörpers 3 fortschreitet, und der Isolierflächenkörper 3 nicht wärmeausgehärtet wird. Die Heizdauer ist auch derart vorgegeben, dass die Reaktion des Isolierflächenkörpers 3 fortschreitet und der Isolierflächenkörper 3 nicht wärmeausgehärtet wird. Der Isolierflächenkörper fließt bereichsweise aufgrund dieser Erhitzung und Druckbeaufschlagung, und die Form der Neigung 15C auf der unteren Fläche der unteren Pressplatte B wird auf den Isolierflächenkörper 3 übertragen, wobei die C-Fläche 3C in der Endregion ER, wie in 15 und 16 gezeigt, gebildet wird.
  • Dabei kann unter dem Aspekt der Unterdrückung eines Nachteils, nämlich, dass der Isolierflächenkörper 3 dicht an der oberen Pressplatte 15B anliegt, und von dieser nicht abgelöst werden kann, eine Formwerkzeug-Ablöseschicht angeordnet werden, obwohl dies nicht eigens dargestellt ist, und zwar auf der oberen Fläche des Isolierflächenkörpers 3. Der Isolierflächenkörper 3, der aufgrund des Flusses direkt über der Wärmeabführungsplatte 2 hervorsteht, wird entfernt nach der Entnahme aus der Presse 15.
  • Wie unter Bezugnahme auf 20 ersichtlich, steht nach dem Entnehmen der Wärmeabführungsplatte 2 und dergleichen aus der Presse 15, die Wärmeabführungsplatte 2 mit dem darauf montierten Isolierflächenkörper 3 mit der C-Fläche 3C zur Verfügung.
  • Als nächstes werden die Funktion und der Effekt der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Aufbau, in dem die Endregion des Isolierflächenkörpers 3 dünner wird, gebildet werden, und zwar ohne das Bilden einer dünneren (abgesenkten oberen Fläche) Region in der Endregion der Wärmeabführungsplatte 2. Da es unnötig ist, die C-Fläche auf der Wärmeabführungsplatte 2 auszubilden, ist es sehr viel einfacher als bei der ersten Ausführungsform, den Isolierflächenkörper 3 mit einer gewünschten Form bereitzustellen.
  • Selbst wenn die Endregion der Wärmeabführungsplatte 2 nicht notwendigerweise abgesenkt wird und flach ist, wenn zumindest der Isolierflächenkörper 3 in der Endregion abgesenkt ist, so kann das Dichtungsharz 8 in die Region zwischen dem Isolierflächenkörper 3 und den direkt darüber liegenden äußeren Leiterrahmen 4B eingebracht werden, so dass die Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 verbessert wird. Darüber hinaus kann eine lange isolierende Kriechstrecke zwischen dem Leiterrahmen 4 und der Wärmeabführungsplatte 2 in der Endregion des Isolierflächenkörpers 3 gewährleistet werden.
  • Beispiel 1
  • Die Haftung des Isolierflächenkörpers 3 auf der Wärmeabführungsplatte 2 in dem Press-Schritt (siehe 6), während der Isolierflächenkörper 3 auf einer Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 montiert wird, sowie die Isolierung und Wärmeabführung der Halbleitervorrichtung 100, die mittels dieser Wärmeabführungsplatte 2 (siehe 1 und 9) gebildet ist, wurden bewertet, und zwar durch das Variieren von Werten des Neigungsgradienten und durch Variieren der Werte der Dimensionen a und b in 2A und 2B bei der ersten Ausführungsform.
  • Probennummern 1 bis 15 in Tabelle 1 zeigen Proben der Halbleitervorrichtung 100, in der ein Epoxidharz-basierter Isolierflächenkörper 3 in dem Press-Schritt mit einer Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte 2 aus sauerstofffreiem Kupfer verbunden wurde (ebene Größe sind 30 mm auf 20 mm auf 3 mm). Es wird angemerkt, dass der Isolierflächenkörper 3eine Menge von 85 Vol.-% Bornitrid als anorganischen Pulverfüllstoff enthält. Der Isolierflächenkörper 3 weist eine Dicke von 0,2 mm und eine thermische Leitfähigkeit von 12 W/mK auf. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Bewertung der Haftung zwischen der Wärmeabführungsplatte 2 und dem Isolierflächenkörper 3, die dielektrische Durchbruchsspannung (Isolierung) zwischen dem äußeren Leiterrahmen 4B und der Wärmeabführungsplatte 2 der Halbleitervorrichtung 100 sowie die Wärmeabführungs-Eigenschaften (Wärmeabführung) der Halbleitervorrichtung 100 über die Wärmeabführungsplatte 2 für jede Probe. Tabelle 1
    Probennummer a(mm) b(mm) Neigungsgradient Adhäsion Isolierung Wärmeabführung
    1 0 0 null Gut 2 kV 100
    2 0,3 0,1 33,3% Gut 2 kV 100
    3 0,5 0,1 20,0% Gut 4 kV 100
    4 1 0,1 10,0% Gut 5 kV 100
    5 1,5 0,1 6,7% Gut 6 kV 100
    6 2 0,1 5,0% Gut 6 kV 102
    7 2,5 0,1 4,0% Gut 6 kV 115
    8 1 0,01 1,0% Gut 2 kV 100
    9 1 0,025 2,5% Gut 5 kV 100
    10 1 0,1 10,0% Gut 6 kV 100
    11 1 0,25 25,0% Gut 6 kV 100
    12 1 0,3 30,0% Abgelöst - -
    13 2 0,25 12,5% Gut 6 kV 103
    14 0,4 0,25 62,5% Abgelöst - -
    15 0,4 0,2 50,0% Abgelöst - -
  • Die „Isolierung“-Spalte in Tabelle 1 zeigt die maximale Spannung, bei der die Isolierung aufrechterhalten werden konnte, wenn eine Wechselspannung über eine Minute an jede Probe der Halbleitervorrichtung 100 angelegt wurde, während die Spannung in Schritten von 0,5 kV vergrößert wurde; die Isolierung wurde als „Gut“ bestimmt, wenn der Wert dieser Spannung 4 kV oder mehr war.
  • Während der Bewertung der Isolierung, wurde der Spannungswert gemessen, während das gleiche Potential über den gesamten Leiterrahmen 4 aufrechterhalten wurde, und zwar ohne Abschneiden eines unnötigen Bereichs des Leiterrahmens 4 (ohne das Führungsstangen-Schneiden durchzuführen). Die „Wärmeabführung“-Spalte in Tabelle 1 zeigt einen Relativwert an unter der Annahme, dass der Wärmewiderstand der Wärmeabführungsplatte 2 mit einer gleichmäßigen Dicke als ein Ganzes (nicht mit C-Fläche 2C vorgesehen; Dimensionen a und b sind beide Null) (Probe 1) 100 ist und die Wärmeabführung wurde als niedrig bestimmt, wenn der entsprechende Wert 110 oder mehr war.
  • Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass dann, wenn der Wert von a niedrig ist, die Isolierung dazu neigt, reduziert zu werden, und wenn der Wert von a hoch ist, dass die Wärmeabführung dazu neigt, niedrig zu werden. Wenn der Wert von b niedrig ist, neigt die Isolierung dazu, reduziert zu werden, und wenn der Wert von b hoch ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Adhäsion zwischen der Wärmeabführungsplatte 2 und dem Isolierflächenkörper 3 gewährleistet wird.
  • Wenn der Neigungsgradient, der als Wert von b/a bezeichnet ist, hoch ist, besteht eine Tendenz zum Ablösen während des Montierens des Isolierflächenkörpers 3 auf der Wärmeabführungsplatte 2, und es ist weniger wahrscheinlich, dass die Adhäsion zwischen der Wärmeabführungsplatte 2 und dem Isolierflächenkörper 3 gewährleistet wird. Wenn der Neigungsgradient niedrig ist, dann neigt auf der anderen Seite die Isolierung des Isolierflächenkörpers 3 dazu, geringer zu werden.
  • Angesichts der oben beschriebenen Zusammenhänge, kann gesagt werden, dass der optimale Wert von a nicht geringer als 0,5 mm und nicht größer als 2,0 mm ist, und der optimale Wert von b nicht geringer als 0,025 mm und nicht mehr als 0,25 mm ist. Insbesondere genügen die Proben mit den Probennummern 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 und 13 den oben beschriebenen numerischen Konditionen von a und b und zeigen gute Ergebnisse für folgenden Parameter: Adhäsion, Isolierung und Wärmeabführung.
  • Es sollte verstanden werden, dass die Ausführungsformen, wie hier gezeigt, nur illustrativ und nicht-einschränkend in jeglicher Hinsicht sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird viel mehr durch den Wortlaut der Ansprüche definiert, als durch die obenstehende Beschreibung und ist derart zu verstehen, dass jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und dem Sinn, die dem Wortlaut der Ansprüche äquivalent sind, dadurch abgedeckt sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterelement
    2
    Wärmeabführungsplatte
    2C, 3C
    C-Fläche
    2E, 3E
    äußerstes Ende
    3
    Isolierflächenkörper
    4
    Leiterrahmen
    4A
    innerer Leiterrahmen
    4B
    äußerer Leiterrahmen
    5
    innerer Leiter
    6, 6A, 6B
    Verbindungsmaterial
    7
    Bonding-Draht
    8
    Dichtungsharz
    8A
    Platte aus Dichtungsmaterial
    9
    Formwerkzeug
    9A
    oberes Formwerkzeug
    9B
    unteres Formwerkzeug
    10
    Tiegel
    11
    thermisch leitfähiges Verbindungsmaterial
    12
    Kühlkörper
    13, 15
    Presse
    13A, 15A
    untere Pressplatte
    13B, 15B
    obere Pressplatte
    14
    Polsterflächenkörper
    100, 110, 150, 300
    Halbleitervorrichtung
    ER
    Endregion

Claims (4)

  1. Halbleitervorrichtung (300), die Folgendes aufweist: - ein Dichtungsharz (8); eine Wärmeabführungsplatte (2), die innerhalb des Dichtungsharzes (8) eingeschlossen ist; - einen Isolierflächenkörper (3), der derart montiert ist, dass er mit einer Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte (2) innerhalb des Dichtungsharzes (8) in Kontakt steht; - einen Leiterrahmen (4), der sich von dem Inneren des Dichtungsharzes (8) zu der Außenseite bzw. der äußeren Umgebung des Dichtungsharzes (8) erstreckt, und derart angeordnet ist, dass er mit einer Hauptfläche des Isolierflächenkörpers (3) in Kontakt steht, die der Wärmeabführungsplatte (2) gegenüberliegt; und - ein Halbleiterelement (1), das mit zumindest einem Bereich einer Hauptfläche des Leiterrahmens (4) verbunden ist, die dem Isolierflächenkörper (3) innerhalb des Dichtungsharzes (8) gegenüberliegt, wobei die Wärmeabführungsplatte (2) flach ausgebildet ist, so dass eine Endregion (ER), die zumindest einen Bereich eines äußersten Endes (2E) der Wärmeabführungsplatte (2) in der Draufsicht enthält, und eine andere Region als die Endregion (ER) der Wärmeabführungsplatte (2) die gleiche Höhe an der oberen Oberfläche der Wärmeabführungsplatte (2) haben, wobei die obere Oberfläche der Wärmeabführungsplatte (2) einer Oberfläche der Hauptfläche der Wärmeabführungsplatte (2), die mit dem Isolierflächenkörper (3) in Kontakt steht, entspricht, wobei die Fläche des Isolierflächenkörpers (3), die mit dem Leiterrahmen (4) in Kontakt steht, geneigt ist und derart abgesenkt ist, dass sie sich weg von dem Leiterrahmen (4) in einer Endregion (ER) bewegt, die zumindest einen Bereich eines äußersten Endes (3E) des Isolierflächenkörpers (3) in Draufsicht enthält, wobei das Dichtungsharz (8) in eine Region zwischen dem Leiterrahmen (4) und dem Isolierflächenkörper (3) in der Endregion (ER) eintritt, wobei der Leiterrahmen (4) zumindest innerhalb des Dichtungsharzes (8) flach ausgebildet ist, wobei der Isolierflächenkörper (3) eine Struktur aufweist, bei der ein wärmehärtendes Harz mit einem anorganischen Pulverfüllstoff mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit gefüllt ist, wobei der anorganische Pulverfüllstoff kristallines Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Bornitrid oder Aluminiumnitrid ist, wobei das Dichtungsharz (8) das wärmehärtende Harz ohne dem kristallinen Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Bornitrid oder Aluminiumnitrid, aber mit einem anorganischen Pulverfüllstoff aus Quarzglas gefüllt ist.
  2. Halbleitervorrichtung (300) nach Anspruch 1, wobei die Dimension der Endregion (ER) des Isolierflächenkörpers (3) in einer Richtung entlang der Fläche des Isolierflächenkörpers (3), die mit dem Leiterrahmen (4) in Kontakt steht, nicht geringer ist als 0,5 mm und nicht größer als 2,0 mm, und wobei der Maximalwert des abgesenkten Abstands (d) von der Fläche des Isolierflächenkörpers (3), die mit dem Leiterrahmen (4) in Kontakt steht, in der Endregion (ER) des Isolierflächenkörpers (3) relativ zu einer anderen Region als die Endregion (ER) des Isolierflächenkörpers (3) nicht geringer als 0,025 mm und nicht größer als 0,25 mm ist.
  3. Halbleitervorrichtung (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Isolierflächenkörper (3) eine Dicke von nicht weniger als 0,05 mm und nicht größer als 0,5 mm aufweist.
  4. Halbleitervorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das wärmehärtende Harz ein Epoxidharz ist.
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