DE69937739T2 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE69937739T2
DE69937739T2 DE69937739T DE69937739T DE69937739T2 DE 69937739 T2 DE69937739 T2 DE 69937739T2 DE 69937739 T DE69937739 T DE 69937739T DE 69937739 T DE69937739 T DE 69937739T DE 69937739 T2 DE69937739 T2 DE 69937739T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
base plate
insulating
electrode
insulating substrate
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69937739T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69937739D1 (de
Inventor
Hideo Chiyoda-ku MATSUMOTO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE69937739D1 publication Critical patent/DE69937739D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69937739T2 publication Critical patent/DE69937739T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/053—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • 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
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • 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
    • H01L2224/45117—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—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
    • 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
    • H01L2224/48225—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 non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—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 non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die zum Steuern von Hochleistungsströmen verwendet wird, und befaßt sich mit Verbesserungen bei der Isolierung und der Wärmeabführungsausbildung einer Halbleitervorrichtung, die zum Steuern von Hochleistungsströmen verwendet wird.
  • Stand der Technik
  • Halbleitervorrichtungen, die zum Steuern von Hochleistungsströmen in der Lage sind, werden in industriellen Anlagen auf solchen Gebieten wie Verkehrssteuersystemen und Motorsteuersystemen verwendet. Für derartige Halbleitervorrichtungen ist es notwendig, eine zufriedenstellende elektrische Isolierung und Wärmeabführung sicherzustellen.
  • Offenbarungen von Vorrichtungen des einschlägigen Standes der Technik finden sich in der EP-A-0 752 720 , der US-A-5 014 159 und der DE-A-18 15 799 .
  • Eine Halbleitervorrichtung zum Steuern von Hochleistungsstrom gemäß dem Stand der Technik hat eine Ausbildung, wie sie in 7 gezeigt ist.
  • Ein Halbleiterelement 1 ist mit einem Isoliersubstrat 3 durch Bonden mittels Lötmaterial 2 verbunden, und das Isoliersubstrat 3 ist mit einer aus Kupfer gebildeten Basisplatte 6 über eine rückseitige Elektrode 32 mittels Lötmaterial 5 durch Bonden verbunden. Das Isoliersubstrat 3 ist dadurch gebildet, daß eine vordere Elektrode 4 und die rückseitige Elektrode 32 durch Bonden an den jeweiligen Seiten einer Isolierplatte 31 angebracht sind.
  • Das Halbleiterelement 1 und das Isoliersubstrat 3 sind mit einer isolierenden Abdeckung 11 bedeckt, wobei ein unterhalb der isolierenden Abdeckung 11 vorhandener Raum mit einem Gel 9 gefüllt ist, das durch eine Öffnung 11a eingespritzt wird, die durch ein Epoxy-Harz 10 abgedichtet ist. Eine Emitterelektrode des Halbleiterelements 1 ist über einer vordere Elektrode 41 mit einer Hauptelektrode 81 verbunden, während eine Kollektorelektrode über einen Aluminiumdraht 14 und eine vordere Elektrode 42 mit einer Hauptelektrode 82 verbunden ist.
  • Die Halbleitervorrichtung wird in der Weise verwendet, daß Leitungsdrähte von einer externen Schaltung mittels Muttern 12 mit den Hauptelektroden 81, 82 verbunden werden und ein Kühlkörper (nicht gezeigt) mittels Schrauben und Einstellöffnungen 13 an der Basisplatte 6 angebracht wird. Wärme, die von dem Halbleiterelement 1 aufgrund des von der externen Schaltung zugeführten elektrischen Stroms erzeugt wird, wird über das Isoliersubstrat 3 und die Basisplatte 6 zu dem Kühlkörper übertragen.
  • Zum Vermindern des thermischen Widerstands zwischen dem Halbleiterelement und dem Kühlkörper ist die gesamte Oberfläche des Isoliersubstrats 3 mittels des Lötmaterials 5 an der Basisplatte 6 befestigt. Im allgemeinen ist ein wärmeleitfähiges Fett auf die Grenzfläche zwischen der Basisplatte 6 und dem Kühlkörper aufgebracht.
  • Die Halbleitervorrichtung des Standes der Technik beinhaltet jedoch Probleme, wie diese im folgenden angegeben werden.
  • Bei einem Vorgang zum Herstellen der Halbleitervorrichtung werden das Isoliersubstrat 3 und die Basisplatte 6 bis zum Schmelzpunkt des Lötmaterials 5 erhitzt und dann abgekühlt. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient der aus Kupfer gebildeten Basisplatte 6 etwa vier Mal größer ist als der der Isolierplatte 31, die aus Keramik hergestellt ist, sind die Basisplatte 6 und das Isoliersubstrat 3 unterschiedlichen Expansions- und Kontraktionsauswirkungen ausgesetzt.
  • Infolgedessen verzieht sich die an das Isoliersubstrat 3 gebondete Basisplatte 6 während des Abkühlvorgangs und wird an der oberen Oberfläche konvex. Wenn sich die Basisplatte 6 verzieht, entsteht ein Spalt zwischen der Basisplatte 6 und dem Kühlkörper. Dadurch wird der thermische Widerstand zwischen der Basisplatte 6 und dem Kühlkörper höher, so daß es zu einer verminderten Effizienz bei der Wärmeabführung von dem Halbleiterelement 1 kommt.
  • Wenn das Halbleiterelement 1 während des Lötvorgangs erhitzt/abgekühlt wird oder wenn die Temperatur um das Halbleiterelement 1 herum durch Einschalten/Ausschalten der Stromzufuhr zu der Halbleitervorrichtung erhöht/reduziert wird, wird ferner das Lötmaterial 5, das zwischen der Basisplatte 6 und dem Isoliersubstrat 3 mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten angeordnet ist, Belastungen ausgesetzt.
  • Diese Belastungen führen tendenziell zur Entstehung von Rissen in dem Lötmaterial 5 oder in der Bondverbindungs-Grenzfläche von diesem. Wenn Risse in dem Lötmaterial 5 oder in dessen Grenzfläche erzeugt werden, wird der thermische Widerstand zwischen dem Isoliersubstrat 3 und der Basisplatte 6 größer, so daß es zu einer Verminderung der Effizienz bei der Wärmeabführung von dem Halbleiterelement 1 kommt.
  • Wenn der Kühlkörper auf die Basisplatte 6 aufgeschraubt ist, wird in der Basisplatte 6 und dem Isoliersubstrat 3 eine Biegebelastung hervorgerufen, da die Verbindungsflächen nicht vollständig eben sind. Die Biegebelastung wird besonders signifikant, wenn die Basisplatte 6 und das Isoliersubstrat 6 bis zum Verziehen verformt werden. Wenn die aus Keramikmaterial hergestellte Isolierplatte 31 aufgrund der Biegebelastung bricht, kommt es zu einem dielektrischen Durchbruch des Halbleiterelements 1.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme vorgesehen, und ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Halbleitervorrichtung, die einen niedrigen thermischen Widerstand zwischen einem Halbleiterelement und einem Kühlkörper aufweist und die in der Lage ist, das Auftreten eines dielektrischen Durchbruchs bei dem Halbleiterelement aufgrund von Rissen in einer Isolierplatte zu unterbinden.
  • Zum Erreichen des vorstehend geschilderten Ziels gibt die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 an.
  • Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung wird in ähnlicher Weise wie beim Stand der Technik mit einem an ihrer Basisplatte befestigten Kühlkörper verwendet. Im Gegensatz zum Stand der Technik befindet sich das Isoliersubstrat jedoch in direktem Kontakt mit dem Kühlkörper, ohne daß die Basisplatte dazwischen angeordnet ist. Infolgedessen wird in dem Halbleiterelement erzeugte Wärme von dem Isoliersubstrat direkt zu dem Kühlkörper übertragen, so daß sich ein verminderter thermischer Widerstand zwischen dem Halbleiterelement und dem Kühlkörper ergibt.
  • Da das Isoliersubstrat nur an der Peripherie der auf ihrer Rückseite angeordneten rückseitigen Elektrode mit der Basisplatte in Kontakt steht, kommt es ferner kaum zum Auftreten von Verformung aufgrund der Differenz bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Isoliersubstrat und der Basisplatte.
  • Darüber hinaus wird die Biegebelastung, die in der Isolierplatte beim Befestigen des Kühlkörpers an der Basisplatte durch einen Schraubvorgang erzeugt wird, durch die rückseitige Elektrode abgeschwächt. Infolgedessen kann ein Trennen zwischen der rückseitigen Elektrode und der vorderen Elektrode aufgrund von Rissen in der Isolierplatte verhindert werden.
  • Bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die rückseitige Elektrode vorzugsweise dicker als die vordere Elektrode. Bei der Ausbildung mit einer derartigen Konfiguration kommt es bei steigender Temperatur der Halbleitervorrichtung zu einer Verformung des Isoliersubstrats, so daß dieses aufgrund der Differenz bei der Belastung, die auf der Seite der vorderen Elektrode und der Seite der rückseitigen Elektrode erzeugt wird, an der Bodenseite konvex wird.
  • Eine derartige Verformung des Isoliersubstrats mit konvexer Ausbildung der Bodenfläche verbessert den engen Kontakt zwischen dem Isoliersubstrat und dem Kühlkörper. Infolgedessen wird der thermische Widerstand zwischen dem Halbleiterelement und dem Kühlkörper mit steigender Temperatur der Halbleitervorrichtung geringer, so daß sich eine verbesserte Effizienz bei der Wärmeabführung ergibt.
  • Ferner können gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Materialien zum Herstellen der Basisplatte verwendet werden, da die Basisplatte an dem thermischen Widerstand keinen Anteil hat. Die Basisplatte ist vorzugsweise z. B. aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, mit dem sich das Gewicht der Halbleitervorrichtung reduzieren läßt.
  • Auch können die Basisplatte und das Isoliersubstrat aus dem gleichen Material gebildet werden, wenn die Basisplatte und die isolierende Abdeckung zu einem integralen Körper geformt werden. Durch Formen der Basisplatte und der isolierenden Abdeckung als integraler Körper läßt sich die Konstruktion der Halbleitervorrichtung vereinfachen, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch mit einer Basisplatte in einer derartigen Konfiguration versehen sein, daß eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen in dieser ausgebildet ist. Die einzelnen Isoliersubstrate mit daran angebrachten Halbleiterelementen sind in den jeweiligen Durchgangsöffnungen befestigt. Mit dieser Konfiguration kann durch die Vielzahl der Halbleiterelemente erzeugte Wärme über einen gemeinsamen Kühlkörper abgeführt werden.
  • Alternativ hierzu kann die Basisplatte in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt sein, so daß Durchgangsöffnungen durch geeignete Anordnung der Segmente gebildet sind. Diese Konfiguration vereinfacht die Konstruktion der Halbleitervorrichtung und reduziert die Herstellungskosten.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Bodenansicht zur Erläuterung der Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Bodenansicht zur Erläuterung einer Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Bodenansicht zur Erläuterung einer Halbleitervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung der Halbleitervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Halbleitervorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 7 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
  • Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • 1 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Halbleiterelement 1 ist mit einem Lötmaterial 2 auf einem Isoliersubstrat 3 durch Bonden angebracht. Das Isoliersubstrat 3 ist dadurch gebildet, daß vordere Elektroden 41, 42, die aus einem Material wie Kupfer oder Aluminium gebildet sind, an einer Isolierplatte 31 aus Aluminiumnitrid oder dergleichen durch Bonden angebracht sind. Eine rückseitige Elektrode 32 ist größer ausgebildet als die Isolierplatte 31.
  • In der Basisplatte 6 ist eine Durchgangsöffnung 6a ausgebildet, die kleiner ist als die rückseitige Elektrode 32 und größer ist als die Isolierplatte 31. Das Isoliersubstrat 3 ist in der Durchgangsöffnung 6a angeordnet und an der rückseitigen Oberfläche der Basisplatte 6 über die Peripherie der rückseitigen Elektrode 32 befestigt. Da gemäß der vorliegenden Erfindung der thermische Widerstand zwischen dem Isoliersubstrat 3 und der Basisplatte 6 keine Probleme verursacht, kann das Isoliersubstrat 3 durch verschiedene Verfahrensweisen, wie z. B. einen Klebstoff oder Verschweißen sowie Verlöten, an der Basisplatte 6 befestigt werden.
  • Das Halbleiterelement 1 und das Isoliersubstrat 3 sind wie beim Stand der Technik von einer isolierenden Abdeckung 11 bedeckt. Bei der isolierenden Abdeckung 11 kann es sich z. B. um ein Formteil handeln, das aus einem Kunststoffmaterial, wie z. B. PPS, hergestellt ist. Ein Raum unterhalb der isolierenden Abdeckung 11 ist vorzugsweise mit einem Gel 9 gefüllt, das durch eine Öffnung 11a injiziert wird, um die elektrische Isolierung zu verbessern.
  • Zum Verbessern der Feuchtigkeitsbeständigkeit der Halbleitervorrichtung ist die Öffnung 11a vorzugsweise mit einem Epoxy-Harz 10 dicht verschlossen. Das Umschließen des Halbleiterelements 1 und des Isoliersubstrats 3 mit einer isolierenden Abdeckung kann auch durch direktes Aufformen eines Harzmaterials über dem Halbleiterelement 1 und dem Isoliersubstrat 3 erfolgen.
  • Eine Emitterelektrode des Halbleiterelements 1 ist mittels des Lötmaterials 2 mit der vorderen Elektrode 41 verbunden, während eine Kollektorelektrode des Halbleiterelements 1 über einen Aluminiumdraht 14 mit einer vorderen Elektrode 42 verbunden ist. Die vorderen Elektroden 41, 42 sind mit einer Emitter-Hauptelektrode 81 bzw. einer Kollektor-Hauptelektrode 82 verbunden, die aus der isolierenden Abdeckung 11 heraus nach außen geführt sind.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch bei Anbringung eines Kühlkörpers (nicht gezeigt) an der Basisplatte 6 unter Verwendung von Schrauben und Einstellöffnungen 13 verwendet. Da das Isoliersubstrat 3 nicht von der Basisplatte 6 bedeckt ist, sondern freiliegt und über die Bodenfläche der Basisplatte 6 vorsteht, tritt das Isoliersubstrat 3 in direkten Kontakt mit dem Kühlkörper. Zum Verbessern der Wärmeübertragung ist vorzugsweise eine wärmeleitendes Fett zwischen dem Isoliersubstrat 3 und dem Kühlkörper aufgebracht.
  • Wärme, die von dem Halbleiterelement 1 durch den von der externen Schaltung zugeführten elektrischen Strom erzeugt wird, wird nur über das Isoliersubstrat 3 zu dem Kühlkörper übertragen. Infolgedessen kann der Widerstand zwischen dem Halbleiterelement 1 und dem Kühlkörper niedriger gemacht werden als bei der Konstruktion des Standes der Technik, bei der die Wärme durch das Isoliersubstrat 3, das Lötmaterial 5 und die Basisplatte 6 übertragen wird.
  • Das Isoliersubstrat 3 steht nur an der Peripherie der rückseitigen Elektrode 32, die auf seiner Rückseite vorgesehen ist, mit der Basisplatte 6 in Kontakt. Infolgedessen kommt es kaum zum Auftreten von Verformung aufgrund der Differenz bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Isoliersubstrat 3 und der Basisplatte 32.
  • Obwohl die Isolierplatte 31 auch der Biegebelastung ausgesetzt ist, die beim Anschrauben des Kühlkörpers an die Basisplatte 6 durch die rückseitige Elektrode 32 übertragen wird, wird die in der Isolierplatte 31 wirkende Biegebelastung abgeschwächt, da die rückseitige Elektrode 32 dünn und somit flexibel ist. Auf diese Weise wird das Auftreten von Rissen in der Isolierplatte 31 unterbunden.
  • 2 zeigt eine Bodenansicht der in 1 dargestellten Halbleitervorrichtung. Da bei der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung die rückseitige Elektrode 32, die durch Bonden an der rückseitigen Oberfläche des Isoliersubstrats 3 angebracht ist, über die Basisplatte 6 hinaus vorsteht, berührt fast nur die rückseitige Elektrode 32 den Kühlkörper. Dies bedeutet eine kleinere Kontaktfläche zwischen der Halbleitervorrichtung und dem Kühlkörper als beim Stand der Technik.
  • Selbst wenn der Kühlkörper durch Festschrauben mit demselben Festziehmoment wie bei dem Stand der Technik befestigt ist, wird somit ein höherer Kontaktdruck als beim Stand der Technik zwischen dem Kühlkörper und der Halbleitervorrichtung erzielt, so daß der thermische Widerstand vermindert ist.
  • Zum Zweck des Reduzierens des thermischen Widerstands zwischen dem Halbleiterelement und dem Kühlkörper bei hoher Temperatur ist es wünschenswert, die rückseitige Elektrode 32 dicker auszubilden als die vordere Elektrode 4. Wenn die Temperatur der Halbleitervorrichtung ansteigt, wird aufgrund der Differenz bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der vorderen Elektrode 4 oder der rückseitigen Elektrode 32 und der Isolierplatte 31 eine Spannungsbelastung von der vorderen Elektrode 4 und der rückseitigen Elektrode 32 zu der Isolierplatte 31 übertragen.
  • Da die Größe der Belastung in Abhängigkeit von der Dicke der Elektrode variiert, ist die von der rückseitigen Elektrode 32 übertragene Spannungsbelastung größer als die von der vorderen Elektrode 4 übertragene Spannungsbelastung. Infolgedessen verformt sich das Isoliersubstrat 3 bei steigender Temperatur und wird an der Bodenfläche konvex.
  • Wenn sich das Isoliersubstrat 3 verformt und an der Bodenfläche konvex wird, verbessert sich der enge Kontakt zwischen dem Isoliersubstrat 3 und dem Kühlkörper, so daß der thermische Widerstand zwischen dem Halbleiterelement und dem Kühlkörper geringer wird. Auf diese Weise läßt sich der Effekt einer Verminderung des thermischen Widerstands bei hohen Temperaturen erzielen, bei denen eine Wärmeabführung notwendiger ist.
  • Bei der Konstruktion des Standes der Technik, wie sie in 7 gezeigt ist, kann selbst dann kein ähnlicher Effekt wie vorstehend beschrieben erzielt werden, wenn die rückseitige Elektrode dicker ausgebildet ist als die vordere Elektrode. Der Grund hierfür besteht darin, daß das Isoliersubstrat 3 auf die Basiselektrode 6, die hohe Steifigkeit aufweist, vollflächig aufgelötet ist. Dies macht das Auftreten von Verformung aufgrund der Differenz in der Dicke der Elektroden weniger wahrscheinlich.
  • Bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Basisplatte 6 keinen Anteil beim Abführen der Wärme von dem Halbleiterelement 1, und sie und kann somit aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Zum Beispiel kann die Basisplatte 6 aus Stahl hergestellt sein, der kostengünstiger ist als Kupfer. Die Basisplatte 6 kann auch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, um dadurch das Gewicht der Halbleitervorrichtung zu reduzieren.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • 3 zeigt eine Bodenansicht der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei der Halbleitervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels ist eine Vielzahl von Halbleiterelementen in einen einzelnen Baustein untergebracht. Beispielsweise sind drei Durchgangsöffnungen 6a in der einzelnen Basisplatte 6 ausgebildet. Isoliersubstrate, die jeweils ein daran befestigtes Halbleiterelement tragen, sind in den Durchgangsöffnungen 6a über die rückseitige Elektrode 32 befestigt. Diese Konstruktion ermöglicht die Verwendung eines gemeinsamen Kühlkörpers für die drei Halbleiterelemente. Auf diese Weise kann die Anzahl der Kühlkörper verringert werden, und der Vorgang zum Ansetzen des Kühlkörpers kann vereinfacht werden.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Die 4 und 5 zeigen eine Bodenansicht bzw. eine Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels. In 5 sind alle Komponenten mit Ausnahme einer Basisplatte 16, die auch als isolierende Abdeckung dient, sowie die rückseitige Elektrode 32 weggelassen.
  • Auch bei der Halbleitervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in ähnlicher Weise wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Halbleiterelementen in einem einzelnen Baustein untergebracht. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Basisplatte 16 in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt, und Durchgangsöffnungen 16a sind durch geeignete Anordnung der Segmente gebildet. Zum Beispiel ist die Basisplatte 16 in fünf Segmente 16-1 bis 16-5 unterteilt, wie dies in 4 gezeigt ist. Ein solches Unterteilen der Basisplatte 16 macht die Konfiguration der Basisplatte einfacher und vereinfacht das Formen der Basisplatte.
  • Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Basisplatte und die isolierende Abdeckung zu einem integralen Körper geformt. Da das Material zum Herstellen der Basisplatte in der vorstehend erwähnten Weise aus einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden kann, können die Basisplatte und die isolierende Abdeckung in integraler Weise aus dem gleichen Material geformt werden. Das Formen der Basisplatte und der isolierenden Abdeckung zu einem integralen Körper ermöglicht eine Reduzierung der Anzahl der Komponenten der Halbleitervorrichtung sowie eine Verringerung der Herstellungskosten.
  • Wie in 5 gezeigt ist, können die Basisplatte und die isolierende Abdeckung als integraler Körper derart geformt werden, daß sich die Seitenwand der isolierenden Abdeckung bis zu der Basisplatte fortsetzt. Die Basisplattensegmente 16-1 bis 16-3 sind an den entsprechenden Bereichen integral mit der isolierenden Abdeckung ausgebildet. Zum Verhindern, daß das Gel, das in den Raum unter der isolierenden Abdeckung eingefüllt ist, austritt, werden vorzugsweise Komponenten mit einem Silikongummi-Klebstoff oder dergleichen nach der Montage der Segmente 16-1 bis 16-5 angebracht.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Basisplatte geteilt, und dann werden die geteilten Basisplattensegmente einem Formvorgang unterzogen, um einen integralen Körper mit der isolierenden Abdeckung zu bilden. Die Basisplatte und die isolierende Abdeckung können jedoch auch in einem einzigen Formvorgang gebildet werden, ohne daß die Basisplatte geteilt wird.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • 6 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels, bei dem das Halbleiterelement 1 und die Hauptelektrode 82 in einer anderen Weise verbunden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kollektorelektrode des Halbleiterelements 11 mit der Hauptelektrode 82 direkt, und nicht über die vordere Elektrode, verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise unter Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffs erfolgen. Da bei dieser Konfiguration die vordere Elektrode in einem Bereich, in dem die Kollektorelektrode angeschlossen ist, nicht notwendig ist, kann die Fläche der Isolierplatte 31 reduziert werden.
  • Das heißt, das Verhältnis der Oberfläche der Isolierplatte 31 zu der rückseitigen Elektrode 32 kann vermindert werden. Da die eine höhere Steifigkeit aufweisende relative Fläche der Isolierplatte 31 vermindert ist, läßt sich die rückseitige Elektrode 32 flexibler ausbilden, und ein enger Kontakt zwischen der rückseitigen Elektrode 32 und dem Kühlkörper läßt sich in einfacher Weise erzielen.
  • Während die vorliegendende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen vorstehend unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen in allen Details beschrieben worden ist, versteht es sich für den Fachmann, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß man den Umfang der Erfindung verläßt. Es ist darauf hinzuweisen, daß alle derartigen Modifikationen und Änderungen in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (6)

  1. Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: a) eine Basisplatte (6, 16), b) ein Isoliersubstrat (3), das eine Isolierplatte (31) mit einer vorderen Elektrode (41, 42) und einer rückseitigen Elektrode (32) aufweist, die durch Bonden an dieser angebracht sind, wobei das Isoliersubstrat (3) über die rückseitige Elektrode (32) an der Basisplatte (6, 16) befestigt ist, c) ein Halbleiterelement (1), das über die vordere Elektrode (41, 42) an dem Isoliersubstrat (3) befestigt ist, d) eine isolierende Abdeckung (11), die das Halbleiterelement (1) überdeckt, und e) Elektroden (81, 82), die mit dem Halbleiterelement (1) elektrisch verbunden sind und sich zur Außenseite der isolierenden Abdeckung (11) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige Elektrode (32) größer ist als die Isolierplatte (31) und daß die Basisplatte (6, 16) eine Durchgangsöffnung (6a, 16a) aufweist, die kleiner ist als die rückseitige Elektrode (32) und größer ist als die Isolierplatte (31); und daß das Isoliersubstrat (3) in der Durchgangsöffnung (6a, 16a) angeordnet ist und an der rückseitigen Oberfläche der Basisplatte (6, 16) über die Peripherie der rückseitigen Elektrode (32) befestigt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die rückseitige Elektrode (32) dicker ist als die vordere Elektrode (41, 42).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Basisplatte (6, 16) aus Kunststoffmaterial hergestellt ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Basisplatte (6, 16) mit der isolierenden Abdeckung (11) in integraler Weise ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Basisplatte (16) eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (16a) aufweist und wobei eine Vielzahl der Isoliersubstrate (3), an denen jeweils die Halbleiterelemente (1) befestigt sind, in den jeweiligen Durchgangsöffnungen (16a) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Basisplatte (16) in eine Vielzahl von Segmenten (16-1 bis 16-5) unterteilt ist und die Durchgangsöffnungen (16a) durch geeignete Anordnung der Segmente (16-1 bis 16-5) gebildet sind.
DE69937739T 1999-05-11 1999-05-11 Halbleitervorrichtung Expired - Lifetime DE69937739T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP1999/002417 WO2000068992A1 (en) 1999-05-11 1999-05-11 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69937739D1 DE69937739D1 (de) 2008-01-24
DE69937739T2 true DE69937739T2 (de) 2008-11-27

Family

ID=14235649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69937739T Expired - Lifetime DE69937739T2 (de) 1999-05-11 1999-05-11 Halbleitervorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6369411B2 (de)
EP (1) EP1104025B1 (de)
JP (1) JP3610015B2 (de)
DE (1) DE69937739T2 (de)
WO (1) WO2000068992A1 (de)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4540884B2 (ja) * 2001-06-19 2010-09-08 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2003264265A (ja) * 2002-03-08 2003-09-19 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JP3910497B2 (ja) * 2002-07-03 2007-04-25 株式会社オートネットワーク技術研究所 電力回路部の防水方法及び電力回路部をもつパワーモジュール
JP2004228352A (ja) * 2003-01-23 2004-08-12 Mitsubishi Electric Corp 電力半導体装置
JP3858834B2 (ja) * 2003-02-24 2006-12-20 オンキヨー株式会社 半導体素子の放熱器
DE102004042367B4 (de) * 2004-09-01 2008-07-10 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul
DE102005002813B4 (de) * 2005-01-20 2006-10-19 Robert Bosch Gmbh Steuermodul
US20100301349A1 (en) * 2005-01-26 2010-12-02 Harvatek Corporation Wafer level led package structure for increasing light-emitting efficiency and heat-dissipating effect and method for manufacturing the same
US20060258031A1 (en) * 2005-01-26 2006-11-16 Bily Wang Wafer-level electro-optical semiconductor manufacture fabrication method
DE102005046404B4 (de) * 2005-09-28 2008-12-24 Infineon Technologies Ag Verfahren zur Minderung von Streuungen in der Durchbiegung von gewalzten Bodenplatten und Leistungshalbleitermodul mit einer nach diesem Verfahren hergestellten Bodenplatte
JP2008060204A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Nec Lcd Technologies Ltd Ｌｅｄバックライトユニットおよびそれを用いた液晶表示装置
DE102006046789A1 (de) * 2006-10-02 2008-04-03 Infineon Technologies Ag Elektronisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung elektronischer Bauteile
JP5252819B2 (ja) * 2007-03-26 2013-07-31 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP5061717B2 (ja) * 2007-05-18 2012-10-31 富士電機株式会社 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法
US8651704B1 (en) 2008-12-05 2014-02-18 Musco Corporation Solid state light fixture with cooling system with heat rejection management
US8535989B2 (en) 2010-04-02 2013-09-17 Intel Corporation Embedded semiconductive chips in reconstituted wafers, and systems containing same
US9068707B1 (en) 2010-04-06 2015-06-30 Musco Corporation Compact LED light source and lighting system
JP5260592B2 (ja) * 2010-04-08 2013-08-14 デクセリアルズ株式会社 保護素子、バッテリ制御装置、及びバッテリパック
JP5467933B2 (ja) 2010-05-21 2014-04-09 株式会社東芝 半導体装置
CN104335472A (zh) * 2012-05-28 2015-02-04 三菱电机株式会社 半导体装置
JP5939041B2 (ja) 2012-06-01 2016-06-22 住友電気工業株式会社 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法
US9685390B2 (en) * 2012-06-08 2017-06-20 Intel Corporation Microelectronic package having non-coplanar, encapsulated microelectronic devices and a bumpless build-up layer
JP2014033092A (ja) * 2012-08-03 2014-02-20 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2014056982A (ja) * 2012-09-13 2014-03-27 Mitsubishi Electric Corp パワー半導体装置およびその製造方法
US9196510B2 (en) * 2013-11-12 2015-11-24 Infineon Technologies Ag Semiconductor package comprising two semiconductor modules and laterally extending connectors
KR101983160B1 (ko) * 2013-11-29 2019-05-28 삼성전기주식회사 전력반도체 모듈
JP6719585B2 (ja) * 2016-11-29 2020-07-08 三菱電機株式会社 半導体装置、制御装置および半導体装置の製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1815799C3 (de) * 1968-12-19 1979-09-13 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Anordnung eines Halbleiterbauelementgehäuses
US5014159A (en) * 1982-04-19 1991-05-07 Olin Corporation Semiconductor package
JPH04273451A (ja) * 1991-02-28 1992-09-29 Nippon Steel Corp 半導体装置
JPH05166962A (ja) * 1991-12-17 1993-07-02 Oki Electric Ind Co Ltd 電力増幅器の実装構造
JP2725952B2 (ja) * 1992-06-30 1998-03-11 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール
JP2854785B2 (ja) * 1993-08-30 1999-02-03 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP3357220B2 (ja) * 1995-07-07 2002-12-16 三菱電機株式会社 半導体装置
JPH09172116A (ja) * 1995-12-21 1997-06-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JPH09213878A (ja) * 1996-01-29 1997-08-15 Toshiba Corp 半導体装置
JP2967065B2 (ja) * 1996-09-20 1999-10-25 株式会社東芝 半導体モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
US6369411B2 (en) 2002-04-09
EP1104025A4 (de) 2007-05-02
WO2000068992A1 (en) 2000-11-16
US20010002051A1 (en) 2001-05-31
EP1104025B1 (de) 2007-12-12
DE69937739D1 (de) 2008-01-24
JP3610015B2 (ja) 2005-01-12
EP1104025A1 (de) 2001-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69937739T2 (de) Halbleitervorrichtung
DE10310809B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
DE102012206596B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE10149580B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE112013007047B4 (de) Halbleitermodul
DE4418426B4 (de) Halbleiterleistungsmodul und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterleistungsmoduls
DE19983419B3 (de) Elektrisch isoliertes verpacktes Leistungshalbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben
DE69637488T2 (de) Halbleiter und Halbleitermodul
DE112013007390B4 (de) Halbleitermodul, Halbleitervorrichtung und Fahrzeug
DE10221891A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE10102621B4 (de) Leistungsmodul
DE3910470C2 (de) Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung mit in den beteiligten Chips verringerter Wärmebelastung, insb. Wärmespannung
DE10056832A1 (de) Halbleiterbauteil-Moduleinheit
DE102014210604A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102015122259B4 (de) Halbleitervorrichtungen mit einer porösen Isolationsschicht
DE112014005694B4 (de) Halbleitermodul
DE19939933A1 (de) Leistungs-Moduleinheit
DE102018124171A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE19634202C2 (de) Halbleitervorrichtung
DE112019005234B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE4316639C2 (de) Halbleitermodul mit verbesserter Wärmeableitung und Verfahren zu seiner Herstellung
DE112015004424T5 (de) Elektronische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung der elektronischen Vorrichtung
DE10337640A1 (de) Leistungshalbleitermodul mit verbessertem thermischen Kontakt
DE102015216779B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE112014006397B4 (de) Leistungshalbleitermodul und Leistungseinheit

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition