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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, das
mit Harz durch Pressspritzen versiegelt ist, und das hinsichtlich
der Leistungsfähigkeit ausgezeichnet ist. Die vorliegende
Erfindung betrifft insbesondere ein Leistungshalbleitermodul mit
einer verringerten Größe, das mit Harz durch Pressspritzen
versiegelt ist.
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2. Beschreibung des Hintergrunds
der Erfindung
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Eines
der harzversiegelten Leistungshalbleitermodule, die durch Pressspritzen
gebildet werden, welches in der Lage ist, die durch seinen Betrieb
erzeugte Hitze effizient nach außen abzuführen,
und fähig zu einem Betrieb mit großen Strömen
ist, ist eines, in dem: Leistungshalbleiterbauelemente wie z. B.
ein IGBT und dergleichen sind auf einer Schaltkreisstruktur befestigt
und mit einem Metallkühlkörperfuß verbunden;
und Haupt- und Steuerungs-Außenverbindungsanschlüsse
sind mit der Schaltkreisstruktur derart verbunden, dass sie im Wesentlichen senkrecht
zu einer Oberfläche der Schaltkreisstruktur sind.
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Ein
Kupferblock, ein Zylinder mit einem Schraubenloch und eine Mutter,
die durch Harzspritzen befestigt ist, werden jeweils für
einen Hauptanschluss verwendet, der mit einem Hauptschaltkreis dieses
Leistungshalbleitermoduls verbunden ist. Der Hauptanschluss, der
ein Kupferblock ist, ist mit einer externen Verdrahtung durch Löten
verbunden. Der Hauptanschluss, der ein Zylinder mit einem Schraubenloch
ist, oder der Hauptanschluss, in dem eine Mutter durch Harzspritzen
befestigt ist, ist mit einer externen Verdrahtung durch eine Schraube
verbunden. Ferner wird eine Anschlussbuchse als ein Steuerungsanschluss
verwendet, der zu einem Steuerungsschaltkreis des Leistungshalbleitermoduls
verbindet, und die Anschlussbuchse ist mit einem Pin-Typ-Anschluss
verbunden, der auf einem externen Steuerungssubstrat bereitgestellt
wird.
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Diese
Haupt- und Steuerungsanschlüsse werden jeweils derart bereitgestellt,
dass sie im Wesentlichen senkrecht zu der Schaltkreisstrukturoberfläche
sind. Teile dieser Anschlüsse, die mit der externen Verdrahtung
eine Verbindung herstellen, sind an einer Oberfläche des
Pressspritzharzes freiliegend. Ferner stellt Drahtbonden zwischen
einem Leistungshalbleiterbauelement und dem Hauptanschluss, zwischen
einem Leistungshalbleiterbauelement und dem Steuerungsanschluss,
und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen elektrisch eine Verbindung
her (siehe z. B. Seite 7 bis 9,
2 und
6 der
japanischen Offenlegungs-Patentpublikation
Nr. 2007-184315 (nachfolgend als Patentdokument 1 bezeichnet)).
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In
dem Leistungshalbleitermodul, das mit Pressspritzharz versiegelt
ist, welches im Patentdokument 1 beschrieben ist (nachfolgend einfach
als ein Leistungshalbleitermodul bezeichnet) stellt Drahtbonden
zwischen einem Leistungshalbleiterbauelement und einer Schaltkreisstruktur,
auf der die Hauptanschlüsse bereitgestellt werden, zwischen
einem Leistungshalbleiterbauelement und einer Schaltkreisstruktur,
auf der der Steuerungsanschluss bereitgestellt wird, und zwischen
den Leistungshalbleiterbauelementen elektrisch eine Verbindung her.
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In
dem Leistungshalbleitermodul, das im Patentdokument 1 beschrieben
wird, wird Drahtbonden zum Verdrahten innerhalb des Leistungshalbleitermoduls
verwendet. Aus diesem Grund werden anders als die Schaltkreisstruktur,
auf der die Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind, die Schaltkreisstrukturen,
auf denen die Haupt- und Steuerungsanschlüsse befestigt
sind, bereitgestellt. Dies führt zu einem Problem, dass
die Größenreduzierung des Leistungshalbleitermoduls
beschränkt ist.
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Da
ein vorher festgelegter breiter Raum für den Kopf einer
Drahtbondausrüstung zum Betreiben nötig ist, ist
es schwierig, Drahtbonden in der Nähe des Haupt- oder Steuerungsanschlusses
auszuführen. Mit anderen Worten ist es notwendig, einen
breiten Raum zwischen dem Haupt- oder Steuerungsanschluss und einem
Teil zu haben, an dem das Drahtbonden ausgeführt wird,
um den Betrieb der Drahtbondausrüstung zu ermöglichen.
Dies führt auch zu dem Problem, dass die Größenreduzierung
des Leistungshalbleitermoduls beschränkt ist.
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Die
vorliegende Erfindung löst das obige Problem. Das Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leistungshalbleitermodul
bereitzustellen, das mit Harz durch Pressspritzen versiegelt ist,
welches in der Größe weiter reduziert werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst: ein Schaltkreissubstrat umfassend einen Metallkühlkörper
und umfassend eine Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
die mit einer Oberfläche des Metallkühlkörpers
verbunden ist, und umfassend eine Schaltkreisstruktur, die auf einer
Oberfläche der Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit
angeordnet ist, deren Oberfläche gegenüber einer
Oberfläche liegt, die mit dem Metallkühlkörper
verbunden ist; Leistungshalbleiterbauelemente, die mit der Schaltkreisstruktur
verbunden sind; eine Verdrahtungsmetallplatte zum elektrischen Verbinden
zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen
und der Schaltkreisstruktur; zylindrische Hauptanschlüsse,
die im Wesentlichen senkrecht jeweils mit der Verdrahtungsmetallplatte
und der Schaltkreisstruktur verbunden sind; einen zylindrischen
Steuerungsanschluss, der im Wesentlichen senkrecht mit einem der
Leistungshalbleiterbauelemente verbunden ist; und Pressspritzharz
zum Versiegeln mindestens der Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
der Schaltkreisstruktur, der Leistungshalbleiterbauelemente, der
Verdrahtungsmetallplatte, der äußeren Seitenflächen
der Hauptanschlüsse, und einer äußeren
Seitenfläche des Steuerungsanschlusses. Die Haupt- und
Steuerungsanschlüsse haben jeweils eine Öffnung,
die an einer Oberfläche des Pressspritzharzes bereitgestellt
wird. Da das Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden
Erfindung die obige Konfiguration hat, kann das Leistungshalbleitermodul
in seiner Größe weiter reduziert werden.
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Die
vorangehenden und andere Ziele, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte
Beschreibung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die ein Leistungshalbleitermodul
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 zeigt,
dass Leistungshalbleiterbauelemente auf Metallstrukturen in einem
Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt werden;
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3 zeigt,
dass Hauptanschlüsse und Steuerungsanschlüsse
in dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt
werden;
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4 ist
eine schematische Ansicht von oben eines Leistungshalbleitermoduls
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls
gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls
gemäß der dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls
gemäß der vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; und
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8 zeigt
Außenanschlüsse, die in dem Leistungshalbleitermodul
gemäß der vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die ein Leistungshalbleitermodul
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt, wird eine Isolierplatte 4,
welche eine Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit
ist, in einem Leistungshalbleitermodul 100 der vorliegenden
Ausführungsform auf einer Oberfläche einer Metallgrundplatte 3 bereitgestellt,
die als ein Metallkühlkörper zum Ableiten der
Wärme des Leistungshalbleitermoduls 100 fungiert.
Eine erste Metallstruktur 5a und eine zweite Metallstruktur 5b,
die Schaltkreisstrukturen sind, werden auf einer Oberfläche
der Isolierplatte 4 bereitgestellt, deren Oberfläche
gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit der
Metallgrundplatte 3 verbunden ist.
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Das
heißt, die Metallgrundplatte 3, die Harzplatte 4 und
die erste und zweite Metallstruktur 5a und 5b bilden
ein Metallsubstrat 9, das ein Schaltkreissubstrat ist.
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Leistungshalbleiterbauelemente,
die ein erster IGBT-Chip 1a und ein erster FWD(Freilaufdiode)-Chip 2a sind,
sind mit der ersten Metallstruktur 5a durch Lötmittel 8 verbunden.
Leistungshalbleiterbauelemente, die ein zweiter IGBT-Chip 1b und
ein zweiter FWD-Chip 2b sind, sind durch Lötmittel 8 mit
der zweiten Metallstruktur 5 verbunden. Mit anderen Worten
ist das Leistungshalbleitermodul 100 der vorliegenden Ausführungsform
ein 2-in-1 IGBT-Modul, bei dem zwei Gruppen von IGBT-Chips und FWD-Chips
auf dem Metallsubstrat 9 befestigt sind.
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Eine
Oberfläche des ersten IGBT-Chips 1a, dessen Oberfläche
gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit der
ersten Metallstruktur 5a verbunden ist, und eine Oberfläche
des ersten FWD-Chips 2a, dessen Oberfläche gegenüber
einer Oberfläche liegt, die mit der ersten Metallstruktur 5a verbunden
ist, sind über eine Metallische Kontaktplatte 7a verbunden. Eine
Oberfläche des zweiten IGBT-Chips 1b, dessen Oberfläche
gegenüber einer Oberfläche liegt, die mit der
zweiten Metallstruktur 5b verbunden ist; eine Oberfläche
des zweiten FWD-Chips 2b, dessen Oberfläche gegenüber
einer Oberfläche liegt, die mit der zweiten Metallstruktur 5b verbunden
ist; und die erste Metallstruktur 5a sind über
eine zweite Metallische Kontaktplatte 7b verbunden.
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Ein
zylindrischer Anschluss 13 (nachfolgend als Hauptanschluss 13 bezeichnet)
verbunden mit einem Hauptschaltkreis des Leistungshalbleitermoduls 100 wird
auf der ersten Metallischen Kontaktplatte 7a, auf der zweiten
Metallischen Kontaktplatte 7b und auf der zweiten Metallstruktur 5b bereitgestellt, so
dass die zylindrischen Anschlüsse 13 im Wesentlichen
senkrecht zu einer Oberfläche des Metallsubstrats 9 sind.
Ein zylindrischer Anschluss 14 (nachfolgend als ein Steuerungsanschluss 14 bezeichnet) verbunden
mit einem Steuerungsschaltkreis des Leistungshalbleitermoduls 100 wird
im Wesentlichen senkrecht an dem Ausgang jedes IGBT-Chips 1b und 1b bereitgestellt.
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Die
Oberfläche des Metallsubstrats 9 des Leistungshalbleitermoduls 100,
auf dessen Oberfläche die Metallstrukturen gebildet werden;
die Umfangsseitenflächen des Metallsubstrats 9;
alle Leistungshalbleiterbauelemente 1a, 1b, 2a und 2b;
alle Metallischen Kontaktplatten 7a und 7b; und
die äußeren Seitenoberflächen der Hauptanschlüsse 13 und der
Steuerungsanschlüsse 14 sind mit Pressspritzharz 6 versiegelt.
Allerdings ist eine Oberfläche der Metallgrundplatte 3,
welche gegenüber der Oberfläche liegt, auf der
die Isolierplatte 4 bereitgestellt wird, nicht mit dem
Pressspritzharz 6 versiegelt, und Löcher des Hauptanschlusses 13 und
des Steuerungsanschlusses 14 sind nicht mit dem Pressspritzharz 6 versiegelt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform sind der erste IGBT-Chip 1a und
der erste FWD-Chip 2a über die erste Metallische
Kontaktplatte 7a verbunden; der zweite IGBT-Chip 1b,
der zweite FWD-Chip 2b und die erste Metallstruktur 5a sind über
die zweite Metallische Kontaktplatte 7b verbunden; und
der Hauptanschluss 13 ist auf der zweiten Metallstruktur 5b bereitgestellt.
Alternativ können der erste IGBT-Chip 1a, der
erste FWD-Chip 2a und die zweite Metallstruktur 5b über
die erste Metallische Kontaktplatte 7b verbunden werden;
der zweite IGBT-Chip 1b und der zweite FWD-Chip 2b können über
die zweite Metallische Kontaktplatte 7b verbunden werden;
und der erste Hauptanschluss 13 kann auf der ersten Metallstruktur 5a bereitgestellt
werden.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform kann Metall, das eine
ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit hat, wie z.
B. Aluminium oder Kupfer, für die Metallgrundplatte 3 verwendet
werden. Außerdem wird eine Harzisolierplatte, die verschiedene
Keramik- und anorganische Pulver beinhaltet, die eine ausgezeichnete
Wärmeleitfähigkeit haben, für die Isolierplatte 4 verwendet
werden.
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Beispielsweise
wird eine Kupferplatte für die erste Metallstruktur 5a und
die zweite Metallstruktur 5b verwendet. Ein Kupfermaterial
wird auch beispielsweise für die erste Metallische Kontaktplatte 7a und
die zweite Metallische Kontaktplatte 7b verwendet.
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Ferner
werden zylindrische und elektrisch leitende Bauteile, wie z. B.
Metallzylinder, als die Hauptanschlüsse 13 und
die Steuerungsanschlüsse 14 verwendet. Epoxyharz
gefüllt mit Kieselerdepulverfüllmasse wird beispielsweise
als Pressspritzharz 6 verwendet.
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Als
nächstes wird ein Beispiel des Herstellungsverfahrens des
Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben.
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Zuerst
werden die Metallgrundplatte 3, die Isolierplatte 3 im
B-Zustand und die Kupferplatte zusammengeschichtet. Dann werden
diese erhitzt und unter Druck gesetzt, so dass sie miteinander verbunden
werden und einen mehrschichtigen Körper bilden. Als nächstes
wird das Ätzen auf die Kupferplatte des mehrschichtigen
Körpers angewandt, wodurch die erste Metallstruktur 5a und
die zweite Metallstruktur 5b gebildet werden. Auf diese
Art wird die Metallstruktur 9 vollendet.
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Als
nächstes werden der erste IGBT-Chip 1a und der
erste FWD-Chip 2a durch das Lötmittel oder dergleichen
mit der ersten Metallstruktur 5a des Metallsubstrats 9 verbunden.
Auch wird der zweite IGBT-Chip 1b und der zweite FWD-Chip 2b durch
das Lötmittel 8 oder dergleichen mit der zweiten
Metallstruktur 5b des Metallsubstrats 9 verbunden.
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2 zeigt,
dass die Leistungshalbleiterbauelemente auf den Metallstrukturen
in dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt
werden.
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Wie
in 2 gezeigt, sind der erste IGBT-Chip 1a,
der erste FWD-Chip 2a, der zweite FWD-Chip 2b und
der zweite IGBT-Chip 1b in einer Reihe in der genannten
Reihenfolge von Links nach Rechts angeordnet. Ferner hat die Metallstruktur 5a einen
seitlich hervorstehenden Teil, mit dem die zweite Metallische Kontaktplatte 7b verbunden
ist und an deren Seitenflächen parallel zu den Seitenflächen
eines seitlich hervorstehenden Teils der zweiten Metallstruktur 5b angeordnet
sind, mit dem der Hauptanschluss 13 verbunden ist. Auf
diese Weise kann ein Abstand zwischen der ersten Metallstruktur 5a und der
zweiten Metallstruktur 5b verringert werden, was zu der
Größenreduzierung des Leistungshalbleitermoduls
beiträgt.
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Als
nächstes wird die Metallische Kontaktplatte 7a mit
dem ersten IGBT-Chip 1a und dem ersten FWD-Chip 2a durch
Löten oder dergleichen verbunden; und die zweite Metallische
Kontaktplatte 7b wird mit dem zweiten IGBT-Chip 1b,
dem zweiten FWD-Chip 2b und dem vorstehenden Teil der ersten Metallstruktur 5a durch
Löten oder dergleichen verbunden.
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Als
nächstes werden die Hauptanschlüsse 13 mit
der ersten Metallischen Kontaktplatte 7a, der zweiten Metallischen
Kontaktplatte 7b und dem vorstehenden Teil der zweiten
Metallstruktur 5b durch Löten oder dergleichen
verbunden; und die Steuerungsanschlüsse 14 werden
mit den jeweiligen Ausgängen des ersten IGBT-Chips 1a und
des zweiten IGBT-Chips 2b durch Löten oder dergleichen
verbunden.
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3 zeigt,
dass die Hauptanschlüsse und die Steuerungsanschlüsse
in dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt werden.
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Wie
in 3 gezeigt, sind die Hauptanschlüsse 13,
an die jeweils ein größerer Strom angelegt wird,
größer als die Steuerungsanschlüsse 14. Hierbei
sind die erste Metallische Kontaktplatte 7a und die zweite
Metallische Kontaktplatte 7b jeweils eine einzelne breite
Platte.
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Schließlich
wird eine Pressform benutzt, um das Spritzen durch Pressspritzen
durchzuführen, wodurch das Leistungshalbleitermoduls 100,
das mit dem Pressspritzharz 6 versiegelt ist, vollendet
wird.
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4 zeigt
eine Aufsicht auf das Leistungshalbleitermodul gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 4 gezeigt, liegen die Öffnungen der Hauptanschlüsse 13 und
der Steuerungsanschlüsse 14 an einer Oberfläche
des versiegelten Pressspritzharzes 6 frei. Ein externer
Anschluss, der mit einem externen Schaltkreis verbunden wird, kann in
jede der Öffnungen eingesteckt werden.
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Ein
Verfahren, bei dem das Spritzen ausgeführt wird, so dass
die Öffnungen der Hauptanschlüsse 13 und
der Steuerungsanschlüsse 14 an der Oberfläche
des versiegelten Pressspritzharzes 6 freiliegen, ist z.
B. dasjenige, bei dem das Spritzen mit einer toleranzabsorbierenden
thermoplastischen Platte durchgeführt wird, die in die
Pressform platziert wird.
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In
dem Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls 100 der
vorliegenden Ausführungsform werden die Metallischen Kontaktplatten
mit den Leistungshalbleiterbauelementen verbunden, nachdem die Leistungshalbleiterbauelemente
mit den jeweiligen Metallstrukturen verbunden wurden. Danach werden
die Hauptanschlüsse und die Steuerungsanschlüsse
verbunden. Alternativ kann, nachdem die Leistungshalbleiterbauelemente,
die Metallischen Kontaktplatten, die Hauptanschlüsse und
die Steuerungsanschlüsse vorübergehend unter Verwendung
von Lötpaste miteinander verbunden wurden, Reflow-Löten
für diese Bauteile gleichzeitig durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann das Herstellungsverfahren des Leistungshalbleitermoduls vereinfacht
werden, und dementsprechend die Leistungsfähigkeit des
Leistungshalbleitermoduls verbessert werden.
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In
dem Leistungshalbleitermodul 100 der vorliegenden Ausführungsform
wird das Drahtbonden nicht für das Verdrahten innerhalb
des Leistungshalbleitermoduls verwendet. Stattdessen werden die Metallischen
Kontaktplatten dazu verwendet, zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen
und zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und einer Metallstruktur
zu verbinden, auf der Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind.
Ferner werden Hauptanschlüsse auf den Metallischen Kontaktplatten
bereitgestellt, und Steuerungsanschlüsse werden auf den
IGBT-Chips bereitgestellt. Deshalb ist es nicht mehr notwendig,
Metallstrukturen zum Befestigen der Haupt- und Steuerungsanschlüsse
darauf bereitzustellen, zusätzlich zu den Metallstrukturen, auf
denen die Leistungshalbleiterbauelemente befestigt sind. Dies erlaubt
es, das Leistungshalbleitermodul in seiner Größe
weiter zu verringern.
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Da
Drahtbonden nicht verwendet wird, ist ein breiter Raum nicht notwendig,
den eine Drahtbondausrüstung für ihren Betrieb
braucht. Auch insofern kann das Leistungshalbleitermodul weiter
in seiner Größe verringert werden.
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In
dem Fall, bei dem Verdrahten durch Drahtbonden in einem Leistungshalbleitermodul
durchgeführt wird, das eine große Stromführleistung
aufweist, ist es notwendig, eine große Anzahl von Verbindungsdrähten
parallel zu verbinden. Dies erhöht die Menge an defekten
Verbindungen. Jedoch ist die Menge an defekten Verbindungen gering,
da eine Metallische Kontaktplatte an Stelle des Drahtbondens zum
Verdrahten in dem Leistungshalbleitermodul 100 der vorliegenden
Ausführungsform verwendet wird. Daher ist das Leistungshalbleitermodul 100 hoch
zuverlässig.
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Das
Leistungshalbleitermodul 100 der vorliegenden Ausführungsform
ist ein 2-in-1 IGBT-Modul, bei dem zwei Gruppen von IGBT-Chips und FWD-Chips
auf dem Metallsubstrat 9 befestigt sind. Jedoch ist diese
Konfiguration, bei der das Verdrahten nicht durch Drahtbonden entsteht,
sondern durch Metallische Kontaktplatten, und die Hauptanschlüsse auf
den Schaltkreismetallplatten bereitgestellt und die Steuerungsanschlüsse
auf den IGBT-Elementen bereitgestellt werden, auch anwendbar auf
ein Leistungshalbleitermodul, bei dem eine Gruppe eines IGBT-Chips
und eines Diodenchips auf einer einzelnen Metallstruktur befestigt
sind.
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Ferner
ist diese Konfiguration auch im Fall des Verbindens zwischen den
gleichen Typen von Chips, wie z. B. zwischen IGBT-Chips oder zwischen Diodenchips,
anwendbar.
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Zweite Ausführungsform
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5 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls
gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 5 gezeigt, ist ein Leistungshalbleitermodul 200 der
vorliegenden Ausführungsform das Gleiche wie das Leistungshalbleitermodul 100 der
ersten Ausführungsform, außer dass: eine dritte Metallische
Kontaktplatte 7c mit dem Ausgang des ersten IGBT-Chips 1a verbunden
ist; eine vierte Metallische Kontaktplatte 7d mit dem Ausgang
des zweiten IGBT-Chips 1b verbunden ist; und die Steuerungsanschlüsse 14 jeweils
mit der dritten Metallischen Kontaktplatte 7c und der vierten
Metallischen Kontaktplatte 7d verbunden sind. Hierbei haben
Teile der dritten Metallischen Kontaktplatte 7c und der
vierten Schaltkreismetallplatte 7d, deren Teile mit den Ausgängen
der IGBT-Chips verbunden sind, jeweils die gleiche oder kleinere
Größen als die entsprechenden Ausgänge.
Auch haben Teile der dritten Metallischen Kontaktplatte 7c und
der vierten Metallischen Kontaktplatte 7d, mit denen Teile
der Steuerungsanschlüsse 14 verbunden sind, jeweils
die gleiche oder größere Größen
als der verbundene Teil des entsprechenden Steuerungsanschlusses 14.
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Der
Leistungshalbleiter 200 der vorliegenden Ausführungsform
bietet die gleichen Ergebnisse als die des Leistungshalbleitermoduls 100 der
ersten Ausführungsform. Zusätzlich können
die Steuerungsanschlüsse darin bereitgestellt werden, selbst wenn
IGBT-Chips kleinerer Kapazität verwendet werden und die
Ausgänge der IGBT-Chips kleiner in ihrer Größe
sind als die verbundenen Teile der Steuerungsanschlüsse.
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Dritte Ausführungsform
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6 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls
gemäß der dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 6 gezeigt ist ein Leistungshalbleitermodul 300 der
vorliegenden Ausführungsform das gleiche wie das Leistungshalbleitermodul 100 der ersten
Ausführungsform, außer dass ein Keramiksubstrat 10 als
ein Schaltkreissubstrat verwendet wird. In dem Keramiksubstrat 10 ist
eine wärmeableitende Metallplatte 10, die als
ein Kühlkörper fungiert, mit einer Seite einer
Keramikplatte 15 verbunden, die eine Isolierschicht mit
hoher Wärmeleitfähigkeit ist, und die erste Metallstruktur 5a und
die zweite Metallstruktur 5b, die Schaltkreisstrukturen
sind, werden auf der anderen Oberfläche der Keramikplatte 15 bereitgestellt.
Vorzugsweise wird eine Platte aus Aluminium, Aluminiumnitrit, Bornitrit
oder dergleichen als die Keramikplatte 15 verwendet.
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Das
Leistungshalbleitermodul 300 der vorliegenden Ausführungsform
bietet dieselben Ergebnisse wie die des Leistungshalbleitermoduls 100 der ersten
Ausführungsform. Zusätzlich kann der Wärmewiderstand
des Leistungshalbleitermoduls weiter verringert werden, da das Keramiksubstrat 10 als
ein Schaltkreissubstrat verwendet wird.
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Die
Verwendung des Keramiksubstrats 10 als ein Schaltkreissubstrat
ist auch in dem Leistungshalbleitermodul 200 der zweiten
Ausführungsform anwendbar, und die gleichen Ergebnisse
wie die des Leistungshalbleitermoduls 300 können
dementsprechend erlangt werden.
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Vierte Ausführungsform
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7 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls
gemäß der vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 7 gezeigt ist ein Leistungshalbleitermodul 400 der
vorliegenden Ausführungsform ein Ergebnis des Einsteckens
und Verbindens externer Anschlusskontakte 11 mit den Hauptanschlüssen 13 und
den Steuerungsanschlüssen 14 des Leistungshalbleitermoduls 100 der
ersten Ausführungsform.
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Das
Leistungshalbleitermodul 400 ist in der Lage, mit einem
externen Schaltkreis über die externen Anschlusskontakte 11 leitend
zu werden, die jeweils eingesteckt und mit den Hauptanschlüssen 13 oder
den Steuerungsanschlüssen 14 verbunden werden.
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8 zeigt
Außenanschlüsse, die in dem Leistungshalbleitermodul
gemäß der vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Der
untere Teil des jeweiligen externen Anschlusskontakte 11,
die in 8 gezeigt sind, welche in den Hauptanschluss 13 oder
in den Steuerungsanschluss 14 eingesteckt werden, hat eine
Form eines übereinstimmenden Anschlusses, d. h. eine Presssitzstruktur.
Entsprechend ist jeder der externen Anschlusskontakte 11 mit
dem Hauptanschluss 13 oder dem Steuerungsanschluss 14 elektrisch
verbunden dadurch, dass er durch eine Einpressverbindung darin befestigt
ist. Die Einpressstruktur jedes externen Anschlusskontakte 11 kann
eine Star-Pin-Struktur oder dergleichen sein.
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Vorzugsweise
wird für die externen Anschlusskontakte 11 ein
Material benutzt, das von einem Kupferlegierungstyp ist, welches
eine belastbare Charakteristik hat und dessen elektrischer Widerstand
klein ist. Die Querschnittsgrößen der externen Anschlusskontakte 11 sind
beruhend auf der Stromtragfähigkeit passend bestimmt.
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Die
Form des oberen Teils jedes externen Anschlusskontakte 11 wird
auf Grundlage der Form einer externen Vorrichtung bestimmt, die
mit dem Leistungshalbleitermodul elektrisch verbunden ist.
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In
dem Fall, bei dem eine Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul
und der externen Vorrichtung an einem Strukturteil einer gedruckten
Platine der externen Vorrichtung gebildet ist, wird ein externer
Anschlusskontakt 11a, dessen oberer Teil, der mit dem Strukturteil
verbunden werden soll, eine Spiralfederform hat, oder ein zweiter
externer Anschlusskontakt 11b, dessen oberer Teil, der
mit dem Strukturteil verbunden werden soll, eine Tellerfederform
hat, verwendet.
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Ferner
wird in dem Fall, bei dem eine Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul
und der externen Vorrichtung an einem Durchgangsloch der Leiterplatte
der externen Vorrichtung gebildet wird, ein drittes externes Anschlusskontakt 11c,
dessen oberer Teil, der durch das Durchgangsloch verbunden werden
soll, eine Form zum Lötverbinden hat, oder ein vierter
externer Anschlusskontakt 11d, dessen oberer Teil, der
durch das Durchgangsloch verbunden werden soll, eine Form für
eine Einpressverbindung hat, verwendet.
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Obwohl
nicht gezeigt können, beispielsweise in dem Fall einer
hohen Stromtragfähigkeit, die Hauptanschlüsse
Metallzylinder sein, in denen jeweils eine Schraube mit Innengewinde
gebildet wird, und die externen Anschlusskontakte können
Kontakte sein, die jeweils in einer Form einer Schraube mit Außengewinde
gebildet werden.
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Das
Leistungshalbleitermodul 400 der vorliegenden Ausführungsform
bietet die gleichen Ergebnisse wie die des Leistungshalbleitermoduls 100 der ersten
Ausführungsform. Zusätzlich kann das Leistungshalbleitermodul 400 mit
externen Vorrichtungen unterschiedlicher Form verbunden werden,
was eine ausgezeichnete Einfachheit bietet.
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Die
Struktur, bei der die externen Anschlusskontakte 11, die
jeweils eine Einpressstruktur haben, in die Hauptanschlüsse 13 und
die Steuerungsanschlüsse 14 eingeführt
werden, ist auf die Leistungshalbleitermodule 200 und 300 der
zweiten und dritten Ausführungsform anwendbar, und dementsprechend können
die gleichen Ergebnisse wie die des Leistungshalbleitermoduls 400 erlangt
werden.
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In
dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es nicht notwendig, Metallstrukturen, auf denen die
Haupt- und Steuerungsanschlüsse befestigt werden sollen,
auf einem Schaltkreissubstrat bereitzustellen. Dementsprechend kann
das Leistungshalbleitermodul in seiner Größe verringert
werden. Demzufolge kann die vorliegende Erfindung wirksam auf eine Leistungshalbleitervorrichtung
angewandt werden, bei der Leistungshalbleitermodule mit einer hohen
Dichte befestigt sind.
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Verschiedene
Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung sind dem
Fachmann offenkundig, ohne sich von dem Bereich oder der Wesensart dieser
Erfindung zu entfernen, und es sollte verstanden werden, dass dies
nicht auf die erläuternden Ausführungsformen beschränkt
ist, die hierin dargelegt wurden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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