DE102009061178B3 - Power semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Leistungshalbleitervorrichtung mit: einem Substrat (21), das ein Schaltungsmuster (20) auf einer oberen Oberfläche davon aufweist; einem Halbleiterelement (22, 24), das an dem Schaltungsmuster (20) befestigt ist; einer zylindrischen Elektrode (12) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende mit einem offenen Ende an dem zweiten Ende, wobei die zylindrische Elektrode (12) aufrecht auf dem Substrat (21) derart angebracht ist, dass ihr erstes Ende an dem Schaltungsmuster (20) befestigt ist; und einer Harzverpackung (10), die das Substrat (21), das Halbleiterelement (22, 24) und die zylindrische Elektrode (12) derart abdeckt, dass eine hintere Oberfläche des Substrates (21) und das zweite Ende der zylindrischen Elektrode (12) zu Luft offen liegen, wobei die zylindrische Elektrode (70) eine Doppelstruktur enthält, bei der ein innerer Wandabschnitt (74) und ein äußerer Wandabschnitt (76), die beide durch Pressarbeiten gebildet sind, voneinander um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind, das zweite Ende der zylindrischen Elektrode (70) ein gewendeter Abschnitt (75) ist, der durch die Presstätigkeit in eine Kurvenform gebildet ist, und das erste Ende der zylindrischen Elektrode (70) ein Teil des äußeren Wandabschnittes (76) ist, der auf der gegenüberliegenden Seite des gewendeten Abschnittes (75) so angeordnet ist, dass an dem ersten Ende der äußere Wandabschnitt (76) an dem Schaltungsmuster (20) befestigt ist und der innere Wandabschnitt (74) nicht in Kontakt mit dem Schaltungsmuster (20) ist.A power semiconductor device comprising: a substrate (21) having a circuit pattern (20) on an upper surface thereof; a semiconductor element (22, 24) fixed to the circuit pattern (20); a cylindrical electrode (12) having a first end and a second end having an open end at the second end, the cylindrical electrode (12) being mounted upright on the substrate (21) such that its first end abuts the circuit pattern (20 ) is attached; and a resin package (10) covering said substrate (21), said semiconductor element (22, 24) and said cylindrical electrode (12) such that a back surface of said substrate (21) and said second end of said cylindrical electrode (12) in air, the cylindrical electrode (70) including a double structure in which an inner wall portion (74) and an outer wall portion (76), both formed by pressing, are spaced from each other by a predetermined distance, the second end the cylindrical electrode (70) is a turned portion (75) formed into a curved shape by the pressing action, and the first end of the cylindrical electrode (70) is a part of the outer wall portion (76) located on the opposite side of the cylindrical wall turned portion (75) is arranged so that at the first end of the outer wall portion (76) is attached to the circuit pattern (20) and the inner wall portion (74) is not in contact with the circuit pattern (20).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, bei der ein Teil einer zylindrischen Elektrode vom Harz freigelegt ist.The present invention relates to a power semiconductor device in which a part of a cylindrical electrode is exposed from the resin.
Eine Leistungshalbleitervorrichtung weist einen Aufbau auf, bei dem Halbleiterelemente wie ein Leistungs-MOSFET oder ein IGBT (bipolarer Transistor mit isoliertem Gate) und eine Diode mit einem Harz so abgedichtet sind, dass sie eingekapselt und geschützt sind.A power semiconductor device has a structure in which semiconductor elements such as a power MOSFET or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a diode with a resin are sealed so as to be encapsulated and protected.
Die Harzeinkapselung wird ausgeführt durch Benutzen eines Spritzpressprozesses. Das heißt, Injektion von Gießharz in einen Hohlraum, der aus Metalldruckgießformen gebildet ist, wird ausgeführt, nachdem eine Halbleitervorrichtungsanordnung in den Hohlraum eingeführt ist. Es soll angemerkt werden, dass die Halbleitervorrichtungsanordnung, die mit dem Harz abzudichten ist, eine Struktur aufweist, bei der Halbleiterelemente und zylindrische Elektroden auf einem Schaltungsmuster verbunden sind, das an einem Metallbasissubstrat vorgesehen ist.The resin encapsulation is carried out by using a transfer molding process. That is, injection of molding resin into a cavity formed of metal die casting molds is carried out after a semiconductor device array is inserted into the cavity. It should be noted that the semiconductor device device to be sealed with the resin has a structure in which semiconductor elements and cylindrical electrodes are connected on a circuit pattern provided on a metal base substrate.
Die zylindrische Elektrode ist ein Teil, das mit dem zuvor erwähnten Halbleiterelement in dem Harz so verbunden ist, dass das Halbleiterelement mit einer externen Schaltung verbunden ist.The cylindrical electrode is a part connected to the aforementioned semiconductor element in the resin so that the semiconductor element is connected to an external circuit.
Daher wird Spritzpressen auf solch eine Weise ausgeführt, dass die zylindrische Elektrode aufrecht an dem Metallbasissubstrat derart angebracht wird, dass ein Ende der zylindrischen Elektrode mit einem offenen Ende von dem Harz frei liegt.Therefore, transfer molding is performed in such a manner that the cylindrical electrode is attached upright to the metal base substrate so that one end of the cylindrical electrode having an open end is exposed from the resin.
Bei dem Spritzpressprozess wird, da Klemmen der Formen zum Einschließen der Halbleitervorrichtungsanordnung zwischen einer oberen Druckgießform und einer unteren Druckgießform ausgeführt wird, die Injektion des Gießharzes in den Hohlraum, der durch die Metallformen gebildet ist, unter der Bedingung ausgeführt, dass das eine Ende der zylindrischen Elektrode in Kontakt mit der inneren Wand der oberen Druckgießform steht.In the transfer molding process, since clamping of the dies for enclosing the semiconductor device assembly is performed between an upper die and a lower die, injection of the casting resin into the cavity formed by the metal dies is carried out under the condition that the one end of the cylindrical die Electrode is in contact with the inner wall of the upper die.
Von dem Gesichtspunkt des Sicherstellens der Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung ist es wünschenswert, dass die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung mit der Höhe des Hohlraumes übereinstimmt, der durch die Gießformen gebildet ist, zum Vermeiden eines übermäßigen Druckes, dass er auf die Halbleitervorrichtungsanordnung ausgeübt wird, wenn die Gießformen geklemmt werden.From the viewpoint of ensuring the reliability of the power semiconductor device, it is desirable that the thickness of the semiconductor device array agrees with the height of the cavity formed by the molds to avoid excessive pressure being applied to the semiconductor device array when the molds are clamped become.
Techniken zum Erhöhen der Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung sind zum Beispiel in der
Es ist üblich für die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung, dass sie einen bestimmten Variationsbetrag in Abhängigkeit von den Dickenvariationen des Metallbasissubstrates, der Höhenvariationen der zylindrischen Elektrode und der Dickenvariationen des Lötmittels, das die zylindrische Elektrode mit dem Metallbasissubstrat verbindet, aufweist. Das heißt, wenn die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung dicker als die Höhe des Hohlraumes ist, der durch die Gießformen gebildet ist, tritt ein Problem auf, bei dem die zylindrische Elektrode und das Metallbasissubstrat beschädigt werden können, da die zylindrische Elektrode sehr hart auf die Halbleitervorrichtungsanordnung gepresst wird.It is common for the thickness of the semiconductor device device to have a certain amount of variation depending on the thickness variations of the metal base substrate, the height variations of the cylindrical electrode and the thickness variations of the solder connecting the cylindrical electrode to the metal base substrate. That is, if the thickness of the semiconductor device array is thicker than the height of the cavity formed by the molds, a problem occurs in which the cylindrical electrode and the metal base substrate may be damaged because the cylindrical electrode is pressed very hard on the semiconductor device array becomes.
Weiter wird der Innendurchmesser eines Teiles der zylindrischen Elektrode, die von der Harzverpackung freiliegen soll, gezwungen abzunehmen aufgrund des starken Druckes durch die obere Gießform. Als Resultat tritt ein Problem auf, das eine Stiftelektrode nicht leicht in der zylindrischen Elektrode gleiten kann.Further, the inner diameter of a part of the cylindrical electrode to be exposed from the resin package is forced to decrease due to the strong pressure from the upper mold. As a result, there arises a problem that a pin electrode can not easily slide in the cylindrical electrode.
Weiter gibt es ein Problem, dass das Gießharz in die Innenseite der zylindrischen Elektrode fließen kann, wenn die Elektrode schräg in Bezug auf das Basissubstrat vorgesehen ist, oder wenn die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung dünner als die Höhe des Hohlraumes ist, der in den Gießformen gebildet ist.Further, there is a problem that the molding resin can flow into the inside of the cylindrical electrode when the electrode is obliquely provided with respect to the base substrate, or when the thickness of the semiconductor device array is thinner than the height of the cavity formed in the molds ,
Damit die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung mit der Höhe des Hohlraumes übereinstimmt, der in den Gießformen gebildet ist, sollte jedes Teil der Halbleitervorrichtungsanordnung mit hoher Genauigkeit gebildet werden, und die Halbleitervorrichtungsanordnung sollte mit hoher Genauigkeit zusammengesetzt werden. Dieses resultiert in hohen Fabrikationskosten und einem komplizierten Prozess.In order that the thickness of the semiconductor device array agrees with the height of the cavity formed in the molds, each part of the semiconductor device array should be formed with high accuracy, and the semiconductor device array should be composed with high accuracy. This results in high manufacturing costs and a complicated process.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungshalbleitervorrichtung vorzusehen, bei der Probleme aufgrund des Spritzpressens gelöst sind und die Zuverlässigkeit verbessert ist.In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a power semiconductor device in which problems due to transfer molding are solved and reliability is improved.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1.This object is achieved by a power semiconductor device according to claim 1.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen: Other and further objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the drawings. From the figures show:
Erste AusführungsformFirst embodiment
Eine erste Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf
In der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform liegt, wie in
Wie in
Die Größe eines Metallbasissubstrates
Die hintere Oberfläche eines IGBTs
Hier sind eine Gateelektrode und eine Emitterelektrode auf der oberen Oberfläche des IGBTs
Der IGBT und die FWDi
Weiter enthält die Leistungshalbleitervorrichtung eine zylindrische Elektrode
Grundsätzlich weist die zylindrische Elektrode
Konkret, der Innendurchmesser der zylindrischen Elektrode
Die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist den oben beschrieben Aufbau auf. Hier im Folgenden wird ein Herstellungsverfahren der Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf das in
In Schritt
Die Halbleitervorrichtungsanordnung der vorliegenden Ausführungsform ist in
Dann wird das Halbleiterelement mit dem Schaltungsmuster
In Schritt
In dieser Ausführungsform enthalten die Metallgießformen zum Bilden der Harzverpackung eine obere Gießform
Wenn die Metallgießformen unter solch einer Bedingung geklemmt werden, wird das eine Ende der zylindrischen Elektrode
In Schritt
In Schritt
Hier kann ein leitender Klebstoff, der hauptsächlich aus Epoxidharz hergestellt ist, zum Verstärken der Anbringung zwischen der Stiftelektrode
Nach dem Schritt
Allgemein ist es bevorzugt, dass die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung die gleiche ist wie die Höhe der Innenseite der Metallgießformen (die Höhe der Innenseite der Metallgießformen bezeichnet eine Höhe des Hohlraumes, die durch den doppelseitigen Pfeil in
Es ist jedoch üblich für die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung, dass sie einen gewissen Variationsbetrag in Abhängigkeit der Dickenvariationen des Metallbasissubstrates
Wenn daher die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung dicker als die Höhe des Hohlraumes, der in den Druckgießformen gebildet ist, ist, tritt ein Problem auf, bei dem die zylindrische Elektrode und das Metallbasissubstrat beschädigt werden können, da die zylindrische Elektrode sehr hart auf die Halbleitervorrichtungsanordnung gepresst wird.Therefore, when the thickness of the semiconductor device array is thicker than the height of the cavity formed in the die casting molds, a problem occurs in which the cylindrical electrode and the metal base substrate can be damaged because the cylindrical electrode is pressed very hard on the semiconductor device array ,
Wenn weiter der Innendurchmesser des Teiles der zylindrischen Elektrode, die von der Harzverpackung offen liegt, aufgrund der Störung der zylindrischen Elektrode reduziert wird, die durch den starken Druck von der oberen Druckgießform verursacht wird, tritt ein Problem auf, dass die Stiftelektrode nicht länger leicht in der zylindrischen Elektrode gleiten kann.Further, if the inner diameter of the part of the cylindrical electrode exposed from the resin package is reduced due to the disturbance of the cylindrical electrode caused by the strong pressure from the upper die, there is a problem that the pin electrode is no longer easy to insert the cylindrical electrode can slide.
Weiter tritt ein Problem auf, dass Gießharz in die Innenseite der zylindrischen Elektrode eintreten kann, wenn die zylindrische Elektrode schräg in Bezug auf das Basissubstrat vorgesehen wird, oder wenn die Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung dünner als die Höhe des Hohlraumes gemacht wird, der durch die Druckgießformen gebildet wird.Further, a problem arises that cast resin may enter the inside of the cylindrical electrode when the cylindrical electrode is provided obliquely with respect to the base substrate or when the thickness of the semiconductor device array is made thinner than the height of the cavity formed by the die casting molds becomes.
Zum Herstellen der Dicke der Halbleitervorrichtungsanordnung in Übereinstimmung mit der Höhe des Hohlraumes, der durch die Druckgießformen gebildet ist, sollte jedes Teil der Halbleitervorrichtungsanordnung mit einer hohen Genauigkeit gebildet werden, und die Halbleitervorrichtungsanordnung sollte mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Als Resultat tritt ein Problem auf, dass die Herstellungskosten hoch werden und der Herstellungsprozess kompliziert wird.For manufacturing the thickness of the semiconductor device array in accordance with the height of the cavity formed by the die casting molds, each part of the semiconductor device array should be formed with high accuracy, and the semiconductor device array should be manufactured with high accuracy. As a result, there arises a problem that the manufacturing cost becomes high and the manufacturing process becomes complicated.
Das Herstellungsverfahren der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die obigen Probleme lösen. Bei dieser Ausführungsform wird, wenn die Druckgießformen geklemmt werden, das eine Ende der zylindrischen Elektrode
Daher kann der Abwärtsdruck von der oberen Druckgießform
Eine Harzplatte mit Verstärkungseigenschaften/Stretcheigenschaften kann an die innere Oberfläche der oberen Druckgießform geklebt werden. Selbst in solch einem Fall können äquivalente Vorteile oder Effekte wie bei der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden, solange der Abwärtsdruck von der oberen Druckgießform auf die zylindrische Elektrode über die Harzplatte ausgeübt wird.A resin plate having reinforcing properties / stretch properties may be adhered to the inner surface of the upper die. Even in such a case, equivalent advantages or effects as in the present embodiment can be obtained as long as the downward pressure is applied from the upper die to the cylindrical electrode via the resin plate.
Weiter kann der Grad der Anhaftung zwischen der zylindrischen Elektrode
Die vorliegende Ausführungsform trägt auch zur Verbesserung der Produktivität bei. Weiter kann die Halbleitervorrichtungsanordnung umgekehrt in dem Hohlraum eingebaut werden, der in den Druckgießformen gebildet ist, im Vergleich mit dem Fall des obigen Aufbaus. In diesem Fall steht die innere Wand der unteren Druckgießform in Kontakt mit dem einen Ende der zylindrischen Elektrode, und die innere Wand der Gießform steht in Kontakt mit der hinteren Oberfläche des Metallbasissubstrates. Dieses bewirkt die gleichen Vorteile wie der der vorliegenden Ausführungsform. Genauer, die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform können erzielt werden, wenn die Metallgießformen geklemmt werden, so dass die hintere Oberfläche des Metallbasissubstrates und das eine Ende der zylindrischen Elektrode eingeschlossen werden.The present embodiment also contributes to the improvement of productivity. Further, the semiconductor device arrangement can conversely be installed in the cavity formed in the dies, as compared with the case of the above construction. In this case, the inner wall of the lower die is in contact with the one end of the cylindrical electrode, and the inner wall of the die is in contact with the back surface of the metal base substrate. This brings about the same advantages as that of the present embodiment. More specifically, the advantages of the present embodiment can be achieved when the metal molds are clamped to enclose the back surface of the metal base substrate and the one end of the cylindrical electrode.
Da der Innendurchmesser der zylindrischen Elektrode
Da weiter der Innendurchmesser der zylindrischen Elektrode
Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform dient der Teil der zylindrischen Elektrode, bei dem der Innendurchmesser der zylindrischen Elektrode
Weiter kann gemäß dem obigen Aufbau der leitende Klebstoff, der an die zylindrische Elektrode zum Vergrößern des Anhaftens zwischen der Stiftelektrode
Obwohl der Innendurchmesser der zylindrischen Elektrode
Die zylindrische Elektrode der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sie gebogen wird, wenn die Druckgießformen geklemmt werden, wodurch das offene Ende der zylindrischen Elektrode daran gehindert wird, schmal zu werden, und ein übermäßiger Druck daran gehindert wird, auf den Verbindungsabschnitt zwischen der zylindrischen Elektrode und dem Metallbasissubstrat ausgeübt zu werden.The cylindrical electrode of the present embodiment is characterized in that it is bent when the dies are clamped, thereby preventing the open end of the cylindrical electrode from becoming narrow and preventing excessive pressure from being applied to the connecting portion between the cylindrical and the cylindrical electrodes Electrode and the metal base substrate to be exercised.
Es ist zu verstehen, dass die zylindrische Elektrode
Zum Beispiel können die gleichen Vorteile der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden, wenn der Abschnitt der zylindrischen Elektrode
Zum Beispiel können die Vorteile dieser Ausführungsform vergrößert werden, wenn die Plattendicke des einen Endes der zylindrischen Elektrode
Genauer, das eine Ende der zylindrischen Elektrode
Hier weist eine zylindrische Elektrode, die für eine Hauptelektrode zum Erzielen einer hohen Stromtätigkeit benutzt wird, eine vergrößerte Größe auf. Weiter weist solch eine zylindrische Elektrode einen großen Unterschied zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser auf. Somit ist die obige Struktur insbesondere effektiv für solch eine zylindrische Elektrode.Here, a cylindrical electrode used for a main electrode for achieving high current operation has an enlarged size. Further, such a cylindrical electrode has a large difference between the outer diameter and the inner diameter. Thus, the above structure is particularly effective for such a cylindrical electrode.
Diese Struktur ist auch effektiv, wenn die zylindrische Elektrode leicht in Bezug auf das Metallbasissubstrat geneigt ist, da die zylindrische Elektrode lang in einer Längsrichtung ist.This structure is also effective when the cylindrical electrode is slightly inclined with respect to the metal base substrate because the cylindrical electrode is long in a longitudinal direction.
Wenn eine Leistungshalbleitervorrichtung unter hohen Temperaturbedingungen benutzt wird oder wenn eine Leistungshalbleitervorrichtung groß ist, wird thermische Verformung der Leistungshalbleitervorrichtung ernst.When a power semiconductor device is used under high temperature conditions or when a power semiconductor device is large, thermal deformation of the power semiconductor device becomes serious.
Bei solch einer thermischen Verformung gibt es die Gefahr, dass das Harz abpellt und reißt, was von dem Abschnitt herrührt, an dem die zylindrische Elektrode von dem Harz offen liegt. Gemäß der obigen Struktur gibt es jedoch keine Gefahr des Abpellens oder Reißens des Harzes. Wenn nämlich das eine Ende der zylindrischen Elektrode dünner als der andere Abschnitt ist, wie oben erwähnt wurde, wird es leicht für das eine Ende der zylindrischen Elektrode, der thermischen Verformung des Harzes zu folgen.In such a thermal deformation, there is a fear that the resin peels off and ruptures, resulting from the portion where the cylindrical electrode is exposed from the resin. However, according to the above structure, there is no danger of peeling or cracking of the resin. Namely, when one end of the cylindrical electrode is thinner than the other portion as mentioned above, it becomes easy for the one end of the cylindrical electrode to follow the thermal deformation of the resin.
Nun kann die Hochtemperaturfestigkeit einer Leistungshalbleitervorrichtung vergrößert werden, wenn das Halbleiterelement aus einem SiC-Substrat hergestellt ist.Now, the high-temperature strength of a power semiconductor device can be increased when the semiconductor element is made of a SiC substrate.
Dann wird die Hochtemperaturfestigkeit verbessert und das Abpellen oder Reißen des Harzes kann daran gehindert werden, aufzutreten, wenn das Halbleiterelement aus einem SiC-Substrat hergestellt ist, während die oben beschriebene Struktur benutzt wird.Then, the high-temperature strength is improved, and the peeling or cracking of the resin can be prevented from occurring when the semiconductor element is made of a SiC substrate is while the structure described above is used.
Weiter ist das aus einem SiC-Substrat hergestellte Halbleiterelement nützlich zum Verbessern der elektrischen Festigkeit und zum Ermöglichen eines Hochstrombetriebes.Further, the semiconductor element made of a SiC substrate is useful for improving electrical strength and enabling high current operation.
Zum Beispiel kann ein Teil entsprechend zu dem ”Teil der zylindrischen Elektrode, an dem der Innendurchmesser größer als der des anderen Abschnittes ist,” an einer zylindrischen Elektrode mit einem gleichförmigen Innendurchmesser angebracht werden. Die zylindrische Elektrode kann nämlich aus einer Mehrzahl von Teilen anstelle eines einzelnen Teiles zusammengesetzt sein.For example, a part corresponding to the "part of the cylindrical electrode where the inner diameter is larger than that of the other portion" may be attached to a cylindrical electrode having a uniform inner diameter. Namely, the cylindrical electrode may be composed of a plurality of parts instead of a single part.
In diesem Fall kann die zylindrische Elektrode, die einen gleichförmigen Innendurchmesser aufweist, aus einem gut wärmeleitenden Material wie Aluminium oder Kupfer hergestellt werden. Andererseits kann der Teil, der dem ”Teil der zylindrischen Elektrode, an dem der Innendurchmesser größer als der des anderen Abschnittes ist,” entspricht, aus einem Material mit Federeigenschaft wie Phosphorbronze oder einem flexiblen Material wie Aluminium oder Lötmittel hergestellt sein.In this case, the cylindrical electrode having a uniform inner diameter may be made of a good heat conductive material such as aluminum or copper. On the other hand, the part corresponding to the "part of the cylindrical electrode where the inner diameter is larger than that of the other portion" may be made of a material having a spring property such as phosphor bronze or a flexible material such as aluminum or solder.
Die Elektrode der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf die zylindrische Elektrode begrenzt. Die zylindrische Elektrode kann auch mit der externen Schaltung unter Benutzung einer Schraube anstelle des Benutzens der Stiftelektrode verbunden werden.The electrode of the present embodiment is not limited to the cylindrical electrode. The cylindrical electrode can also be connected to the external circuit using a screw instead of using the pin electrode.
Weiter kann die Stiftelektrode an der zylindrischen Elektrode durch Presspassen befestigt werden. Die Größen der zylindrischen Elektrode, die Aufbauten des Metallbasissubstrates und die Arten des Halbleiterelementes sind natürlich nicht auf jene in der oben beschriebenen Ausführungsform begrenzt.Further, the pin electrode can be fixed to the cylindrical electrode by press fitting. Of course, the sizes of the cylindrical electrode, the structures of the metal base substrate, and the types of the semiconductor element are not limited to those in the embodiment described above.
Zweite AusführungsformSecond embodiment
Eine zweite Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Innendurchmesser der zylindrischen Elektrode
Die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch die gleichen Prozesse hergestellt werden, wie in
Da hier der Innendurchmesser des ersten Endes der zylindrischen Elektrode
Genauer, wenn die zylindrische Elektrode lang in der Längsrichtung ist, tritt ein Problem auf, dass die zylindrische Elektrode in Bezug auf das Metallbasissubstrat aufgrund der Variation im Betrag des Lötmittels, das geliefert wird, und der Variation in der Größe des Lötwerkzeuges geneigt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das oben erwähnte Problem gelöst werden.More specifically, when the cylindrical electrode is long in the longitudinal direction, there arises a problem that the cylindrical electrode is inclined with respect to the metal base substrate due to the variation in the amount of solder that is supplied and the variation in the size of the soldering tool. According to the present embodiment, the above-mentioned problem can be solved.
Wenn die Fläche des Kontaktes zwischen dem ersten Ende der zylindrischen Elektrode und dem Schaltungsmuster reduziert wird, kann ein ausreichender Betrag von Lötmittel nicht zwischen das erste Ende der zylindrischen Elektrode und dem Schaltungsmuster geliefert werden. Somit kann ein Raum zwischen dem ersten Ende der zylindrischen Elektrode und dem Schaltungsmuster gebildet werden. In diesem Fall tritt ein Problem auf, dass die Produktivität reduziert wird aufgrund des Eintretens von Gießharz in die Innenseite der zylindrischen Elektrode.When the area of contact between the first end of the cylindrical electrode and the circuit pattern is reduced, a sufficient amount of solder can not be supplied between the first end of the cylindrical electrode and the circuit pattern. Thus, a space can be formed between the first end of the cylindrical electrode and the circuit pattern. In this case, there arises a problem that the productivity is reduced due to the entrance of cast resin into the inside of the cylindrical electrode.
Erhöhen des Betrages des Lötmittels zum Lösen des obigen Problems kann in einem anderen Problem resultieren, bei dem die zylindrische Elektrode zum Neigen auf dem Schaltungsmuster gezwungen wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform können jedoch die Probleme gelöst werden, da die Kontaktfläche zwischen der zylindrischen Elektrode
Bei dieser Ausführungsform tritt, da die Kontaktfläche zwischen der zylindrischen Elektrode
Der Verbindungsabschnitt zwischen der zylindrischen Elektrode
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch ist die Kontaktfläche zwischen dem ersten Ende der zylindrischen Elektrode
Dritte AusführungsformThird embodiment
Eine dritte Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Ende der zylindrischen Elektrode
Allgemein, wenn eine Kante von einem Ende einer zylindrischen Elektrode von einer Oberfläche eines Gießharzes frei liegt, besteht die Gefahr, dass Abpellen oder Reißen des Harzes, das von der Kante herrührt, aufgrund der thermischen Verformung auftritt, die durch den Temperaturzyklus verursacht wird.Generally, when an edge of one end of a cylindrical electrode is exposed from a surface of a molding resin, there is a fear that peeling or cracking of the resin resulting from the edge occurs due to the thermal deformation caused by the temperature cycle.
Es wird auch gefürchtet, dass Abpellen oder Reißen von Harz, das von der Kante herrührt, aufgrund von Vibration oder statischer Aufladung auftritt, die von einer externen Elektrode wie eine Stiftelektrode herrührt. Gemäß dieser Ausführungsform jedoch ist die Kante des gewendeten Abschnittes in dem Harz
Die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch die gleichen Prozesse wie in
Zusätzlich dazu kann das Übertragungsdrucken des Materials der zylindrischen Elektrode
Bei dieser Ausführungsform können die gewendeten Abschnitte des einen Endes und des anderen Endes der zylindrischen Elektrode
Gemäß dem Pressformen ist es leicht, den gewendeten Abschnitt mit der Krümmung vorzusehen, wie in
Ebenfalls kann die elastische Kraft des gewendeten Abschnittes vergrößert werden durch Rückfedern, das während der Bildung erzeugt wird. Daher können die obigen Vorteile verstärkt werden.Also, the elastic force of the turned portion can be increased by springback generated during the formation. Therefore, the above advantages can be enhanced.
Vierte AusführungsformFourth embodiment
Eine vierte Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf
Bei dieser Ausführungsform unterscheidet sich die Form einer zylindrischen Elektrode von der in der ersten Ausführungsform. Insbesondere sieht die vorliegende Ausführungsform einen Aufbau vor, der geeignet ist für eine Leistungshalbleitervorrichtung, bei der eine Stiftelektrode in eine zylindrische Elektrode gepresst wird.In this embodiment, the shape of a cylindrical electrode is different from that in the first embodiment. In particular, the present embodiment provides a structure suitable for a power semiconductor device in which a pin electrode is pressed into a cylindrical electrode.
Die Leitungshalbleitervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform enthält eine zylindrische Elektrode
Der innere Wandabschnitt
Die zylindrische Elektrode
Der gedrehte Abschnitt
Hier ist der innere Wandabschnitt
Die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch die gleichen Prozesse hergestellt werden, wie sie in
Wie oben erwähnt wurde, wird die äußere Wand
Als nächstes werden die Druckgießformen so geklemmt, dass der gedrehte Abschnitt
Es gibt eine Leistungshalbleitervorrichtung, bei der eine Stiftelektrode in eine zylindrische Elektrode gepresst wird, die in einer Harzverpackung befestigt ist. Bezüglich dieser Art von Vorrichtung tritt ein Problem auf, dass die zylindrische Elektrode keine starke abstoßende Kraft auf die Stiftelektrode während des Pressens zum Einführen ausüben kann, da die zylindrische Elektrode in dem Harz befestigt ist.There is a power semiconductor device in which a pin electrode is pressed into a cylindrical electrode fixed in a resin package. With respect to this type of device, there arises a problem that the cylindrical electrode can not exert a strong repulsive force on the pin electrode during the pressing for insertion because the cylindrical electrode is fixed in the resin.
Die oben erwähnte abstoßende Kraft kann erzielt werden, wenn die zylindrische Elektrode aus elastischem Material hergestellt ist oder die Stiftelektrode aus elastischem Material hergestellt ist. In diesem Fall muss jedoch die zylindrische Elektrode oder die Stiftelektrode hergestellt werden und vorgesehen werden mit einem hohen Grad von Genauigkeit, so dass die Herstellungskosten zunehmen.The above-mentioned repulsive force can be obtained when the cylindrical electrode is made of elastic material or the pin electrode is made of elastic material. In this case, however, the cylindrical electrode or the pin electrode must be manufactured and provided with a high degree of accuracy, so that the manufacturing cost increases.
Genauer, eine Leistungshalbleitervorrichtung zum Handhaben eines hohen Stromes wie 100 A wird so hergestellt, dass sie viele Elektroden aufweist. Für solch eine Vorrichtung tritt ein Problem auf, dass der Herstellungsprozess kompliziert wird, da es notwendig wird, viele Stiftelektroden zu verbinden.More specifically, a power semiconductor device for handling a high current such as 100 A is manufactured to have many electrodes. For such a device, there arises a problem that the manufacturing process becomes complicated because it becomes necessary to connect many pin electrodes.
Die Stiftelektrode kann an der zylindrischen Elektrode mit einem leitenden Harz oder Lötmittel an die zylindrische Elektrode angeklebt werden anstelle des Pressens in die zylindrische Elektrode. In diesem Fall sollte die zylindrische Elektrode aufrecht auf dem Basissubstrat vor dem Ankleben angebracht werden.The pin electrode may be bonded to the cylindrical electrode on the cylindrical electrode with a conductive resin or solder instead of being pressed into the cylindrical electrode. In this case, the cylindrical electrode should be mounted upright on the base substrate before sticking.
Da es jedoch für die zylindrische Elektrode schwierig ist, aufrecht zu stehen aufgrund der kleinen abstoßenden Kraft, ist es notwendig, ein Werkzeug zum Halten der zylindrischen Elektrode in der aufrechten Position zu benutzen.However, since it is difficult for the cylindrical electrode to stand upright due to the small repulsive force, it is necessary to use a tool for holding the cylindrical electrode in the upright position.
Dagegen kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die zylindrische Elektrode
Das heißt, wenn die Stiftelektrode
Daher ist es möglich, eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit herzustellen, bei der eine Stiftelektrode sicher mittels Presspassen ohne Vergrößerung der Herstellungskosten davon befestigt wird.Therefore, it is possible to manufacture a high-reliability power semiconductor device in which a pin electrode is securely fixed by press-fitting without increasing the manufacturing cost thereof.
Auch wenn die Stiftelektrode an der zylindrischen Elektrode mit leitendem Klebstoff oder Lötmittel anstatt des Presspassens angebracht wird, kann die Stiftelektrode aufrecht auf dem Metallbasissubstrat angebracht werden, selbst bevor der leitende Klebstoff oder das Lötmittel angebracht werden, wegen der ausreichenden rückstellenden Kraft von der inneren Wand
Folglich ist es nicht notwendig, irgendein Werkzeug zum Halten der Stiftelektrode/zylindrischen Elektrode in der aufrechten Position zu benutzen, bevor der leitende Klebstoff oder das Lötmittel angebracht werden. Weitere Vorteile, die durch das Biegen des gedrehten Abschnittes
Es ist bevorzugt, dass die zylindrische Elektrode
Weiter ist die zylindrische Elektrode
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die zylindrische Elektrode
Auf die gleiche Weise ist das oben beschriebene Metallbasissubstrat als Beispiel angegeben, es soll jedoch nicht als begrenzend ausgelegt werden.In the same manner, the metal base substrate described above is exemplified, but it should not be construed as limiting.
Das Substrat ist nämlich nicht auf den oberen Aufbau begrenzt, solange es möglich gemacht wird für das Halbleiterelement und die zylindrische Elektrode, dass sie auf seiner Oberfläche befestigt werden. Zum Beispiel gehen die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht verloren, selbst wenn ein Substrat, das ein Keramiksubstrat aufweist, dessen Oberfläche mit einer Metallfolie wie eine Cu-Folie oder einer Al-Folie und einer Strahlungsplatte versehen ist, die an der hinteren Oberfläche des Keramiksubstrates über eine Metallfolie oder ein Lötmittel befestigt ist, verwendet werden.Namely, the substrate is not limited to the upper structure as long as it is made possible for the semiconductor element and the cylindrical electrode to be fixed on its surface. For example, the advantages of the present invention are not lost even if a substrate having a ceramic substrate whose surface is provided with a metal foil such as a Cu foil or an Al foil and a radiation plate overlaps on the back surface of the ceramic substrate a metal foil or solder is attached.
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