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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterbaugruppe.
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Hintergrund
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Halbleiterbaugruppen werden in verschiedenen Anwendungen wie etwa einer Stromerzeugung, Leistungsübertragung und effektiven Energienutzung oder -rückgewinnung verwendet. Es ist übliche Praxis, einen Teil interner Drähte als Schmelzsicherung zu nutzen, um einen Schutz vor einem übermäßigen Strom oder Kurzschlussstrom in Halbleiterbaugruppen vorzusehen, die in einem Versiegelungsharz auf Epoxidbasis oder Polyimidbasis versiegelt sind. Ein Problem bestand darin, dass, wenn der Draht durchgeschmolzen und unterbrochen war, manchmal ein Teil des Drahts mit dem umgebenden Gussharz weggeblasen bzw. abgesprengt wurde und Materialtropfen um die Halbleiterbaugruppe verstreut wurden, was andere Vorrichtungen nachteilig beeinflusst. Um dieses Problem zu verhindern, wurde eine Technik vorgeschlagen, wodurch die gesamte Halbleiterbaugruppe mit einem Gummifilm beschichtet wird (siehe zum Beispiel die japanische Patentanmeldung
JP 2000 -
138 107 A ).
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Die
US 5 744 860 A zeigt ein Leistungshalbleitermodul mit mindestens einem Halbleiterchip, der auf einer Grundplatte angeordnet ist und von einem über der Grundplatte angeordneten Gehäuse umgeben ist, und der extern mittels Anschlussfahnen verbunden sein kann. Die Anschlussfahnen sind mit dem mindestens einen Halbleiterchip elektrisch verbunden und durch entsprechende Durchgangsöffnungen im Gehäuse nach außen geführt. Dadurch, dass die Anschlussfahnen als Teile von Anschlussblechen ausgebildet sind, die innerhalb des Gehäuses und parallel zur Grundplatte angeordnet und mit dieser großflächig mechanisch verbunden sind, wird eine Explosion des Moduls im Störfall zuverlässig verhindert bzw. in ihrer Wirkung weitestgehend gedämpft.
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Die
DE 196 39 279 A1 offenbart einen Umrichter mit einem netzseitigen ersten Stromrichter und einem verbraucherseitigen zweiten Stromrichter, der Ventilzweige mit Bipolartransistoren mit isoliertem Gate aufweisen kann. Um hohe Ströme schalten zu können, wie sie bei Traktionsanwendungen benötigt werden, betreibt man mehrere IGBTs elektrisch parallel zueinander. Um eine Zerstörung oder Explosion eines Moduls mit derartigen IGBTs in einem Kurzschlussfall zu vermeiden, ist kathodenseitig zu jedem IGBT eine Schmelzsicherung in Reihe geschaltet, welche beim Überschreiten einer vorgebbaren Grenzstromstärke durchschmilzt und dadurch den Kurzschlussstrom unterbricht. Der Strom fließt dann nur über den parallelgeschalteten IGBT. Als Schmelzsicherungen werden Bond-Drähte verwendet, deren Querschnitt und Anzahl so bemessen sind, dass sie einen Kurzschlussstrom beim Überschreiten der vorgebbaren Grenzstromstärke unterbrechen. Dabei dürfen die anodenseitigen Anschlüsse der IGBTs nicht schmelzen, das heißt, sie müssen einen geringeren elektrischen Widerstand als die kathodenseitigen Anschlüsse aufweisen. Ohne einen Kurzschlussstrombegrenzer treten bei Stromrichtern mit einem Gleichspannungszwischenkreis im Falle des Kurzschlusses eines Zwischenkreiskondensators durch dessen impedanzarme Entladung sehr hohe Kurzschlussströme im Gleichspannungszwischenkreis auf.
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Zusammenfassung
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Wenn die Halbleiterbaugruppe eine komplexe Form hat, ist es jedoch schwierig, sie ganz mit einem Gummifilm zu beschichten. Ein weiteres Problem bestand darin, dass ein Bedecken der Baugruppe mit einem Gummifilm, der eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, eine Wärmedissipation während der normalen Nutzung beeinträchtigen würde.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine einfach herstellbare Halbleiterbaugruppe vorzusehen, die ein Verstreuen von Materialtropfen verhindern kann, ohne eine Wärmedissipation zu beeinträchtigen.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer Halbleiterbaugruppe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Eine Halbleiterbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein isolierendes Substrat mit einer Schaltungsstruktur; eine Halbleitervorrichtung, die auf der Schaltungsstruktur vorgesehen ist; ein Gehäuse, das die Halbleitervorrichtung auf dem isolierenden Substrat umgibt; einen externen Anschluss, der das Innere und Äußere des Gehäuses elektrisch verbindet; einen inneren Draht, der die Schaltungsstruktur oder die Halbleitervorrichtung mit einem inneren Endabschnitt des externen Anschlusses elektrisch verbindet; ein Versiegelungsharz, das die Halbleitervorrichtung und den inneren Draht innerhalb des Gehäuses versiegelt; und einen Deckel, der eine obere Oberfläche des Versiegelungsharzes bedeckt, wobei der innere Draht einen Schmelzsicherungsabschnitt umfasst, der durchschmilzt, wenn ein übermäßiger Strom fließt, und der Deckel einen Teil zur Vermeidung einer Verstreuung enthält, der den Schmelzsicherungsabschnitt bedeckt, während eine Lücke zwischen dem Teil zur Vermeidung einer Verstreuung und der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes sichergestellt ist, und in einem Bereich außer dem Teil zur Vermeidung einer Verstreuung an der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes fixiert ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Schmelzsicherungsabschnitt, der durchschmilzt, wenn ein übermäßiger Strom fließt, absichtlich an dem inneren Draht vorgesehen. Die Bruchenergie des Schmelzsicherungsabschnitts wird aus der oberen Oberfläche der Baugruppe freigesetzt, so dass der elektrische Strompfad in kurzer Zeit unterbrochen werden kann. Der Deckel umfasst einen Teil zur Vermeidung einer Verstreuung, der den Schmelzsicherungsabschnitt von oben bedeckt, während eine Lücke zwischen ihm selbst und der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes sichergestellt ist, und ist in einem Bereich außer dem Teil zur Vermeidung einer Verstreuung an der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes fixiert. Somit kann das Verstreuen von Materialtropfen verhindert werden, und nachteilige Effekte auf andere Vorrichtungen können unterdrückt werden. Die Herstellung ist einfach, da der Deckel einfach mit dem Teil zur Vermeidung einer Verstreuung versehen wird, und eine Wärmedissipation wird nicht beeinträchtigt.
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Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung vollständiger ersichtlich werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
- 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterbaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht; und
- 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden Halbleiterbaugruppen gemäß Ausführungsformen beschrieben. Gleiche Bezugszeichen sind gleichen oder entsprechenden Bestandteilen gegeben, um eine wiederholte Beschreibung zu unterlassen.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Eine Schaltungsstruktur 2 ist auf einer oberen Oberfläche eines isolierenden Substrats 1 ausgebildet, und eine Wärmedissipationsstruktur 3 ist auf einer unteren Oberfläche des Substrats ausgebildet. Das isolierende Substrat 1 besteht aus einem Harz, während die Schaltungsstruktur 2 und die Wärmedissipationsstruktur 3 aus Kupfer bestehen. Eine Halbleitervorrichtung 4 ist auf der Schaltungsstruktur 2 vorgesehen.
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Eine Gehäuse 5 umgibt die Halbleitervorrichtung 4 auf dem isolierenden Substrat 1. Ein externer Anschluss 6 ist am Gehäuse 5 vorgesehen, um das Innere und Äußere des Gehäuses 5 elektrisch zu verbinden. Ein innerer Draht 7 verbindet elektrisch die Schaltungsstruktur 2 oder die Halbleitervorrichtung 4 mit einem inneren Endabschnitt der externen Anschlusses 6. Ein Versiegelungsharz 8 versiegelt die Halbleitervorrichtung 4 und den inneren Draht 7 innerhalb des Gehäuses 5. Ein Deckel 9 bedeckt die obere Oberfläche des Versiegelungsharzes 8.
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Der innere Draht 7 umfasst einen Schmelzsicherungsabschnitt 10 nahe der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes 8. Der Schmelzsicherungsabschnitt 10 schmilzt durch, wenn ein übermäßiger Strom fließt. Der Stromwert, bei dem der Schmelzsicherungsabschnitt 10 durchschmilzt, ist geringer als ein Überspannungs-Bemessungsstrom der Halbleitervorrichtung 4. Der Deckel 9 enthält einen Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung, der den Schmelzsicherungsabschnitt 10 von oben bedeckt, während eine Lücke 11 zwischen ihm selbst und der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes 8 sichergestellt ist. Der Deckel 9 ist in einem Bereich außer dem Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung eng an der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes 8 fixiert.
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In dieser Ausführungsform ist der Schmelzsicherungsabschnitt 10, der durchschmilzt, wenn ein übermäßiger Strom fließt, mit Absicht an dem inneren Draht 7 vorgesehen. Die Bruchenergie des Schmelzsicherungsabschnitts 10 wird aus der oberen Oberfläche der Baugruppe freigesetzt, so dass der elektrische Strompfad in kurzer Zeit unterbrochen werden kann. Der Deckel 9 enthält den Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung, der den Schmelzsicherungsabschnitt 10 von oben bedeckt, während eine Lücke 11 zwischen ihm selbst und der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes 8 sichergestellt ist, und ist in einem Bereich außer dem Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung eng an der oberen Oberfläche des Versiegelungsharzes 8 befestigt. Somit kann eine Verstreuung von Materialtropfen verhindert werden, um nachteilige Effekte auf andere Vorrichtungen zu vermeiden. Die Herstellung ist leicht, da der Deckel 9 einfach mit dem Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung versehen wird, und eine Wärmedissipation wird kaum beeinträchtigt.
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Der Schmelzsicherungsabschnitt 10 ist im Versiegelungsharz 8 eingebettet. Eine Dicke a des Versiegelungsharzes 8 über dem Schmelzsicherungsabschnitt 10 ist geringer als ein Vierfaches des Durchmessers b des Schmelzsicherungsabschnitts (a < 4b). Die Schmelzcharakteristiken des Schmelzsicherungsabschnitts 10 können auf diese Weise gesteuert werden, und die Bruchenergie des Schmelzsicherungsabschnitts 10 kann auf die Oberseite des Versiegelungsharzes 8 begrenzt werden.
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Der Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung ist ein Biegeabschnitt, der durch Biegen eines Teils des Deckels 9 in eine C-Form, so dass er nach oben vorsteht, geschaffen wird. Auf diese Weise kann die Lücke 11 problemlos nur für den Schmelzsicherungsabschnitt 10 vorgesehen werden. Wenn die untere Oberfläche des Deckels 9 außer der Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung flach ist, kann eine enge Bindung mit dem Versiegelungsharz 8 leicht erreicht werden.
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Der innere Draht 7 ist konkret ein Bonddraht. Wenn der innere Draht 7 einen kleineren Drahtdurchmesser als andere Drähte innerhalb der Baugruppe aufweist oder die Anzahl innerer Drähte reduziert ist, wird der innere Draht 7 leichter als andere Drähte durchschmelzen. Der Schmelzsicherungsabschnitt 10, der durchschmilzt, wenn ein übermäßiger Strom fließt, kann auf diese Weise einfach vorgesehen werden, indem der Drahtdurchmesser oder die Anzahl der inneren Drähte 7 eingestellt wird. Außerdem hat der mit dem Schmelzsicherungsabschnitt 10 versehene innere Draht 7 eine größere Höhe als diejenige anderer Drähte innerhalb der Baugruppe. Daher ist eine Dicke a des Versiegelungsharzes 8 oberhalb des Schmelzsicherungsabschnitts 10 gering.
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Das Versiegelungsharz 8 enthält zum Beispiel ein Epoxidharz und einen anorganischen Füllstoff. Deshalb weist das Versiegelungsharz 8 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass Wärme von der Seite der Wärmedissipationsstruktur 3 im Einsatz dissipiert bzw. abgeführt werden kann, selbst wenn die obere Oberfläche des Versiegelungsharzes 8 von dem Deckel 9 bedeckt ist. Die Verstreuung von Materialtropfen kann verhindert werden, selbst wenn das Versiegelungsharz 8 aus solch einem harten Material besteht.
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Zweite Ausführungsform
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2 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterbaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Der Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung ist ein rohrförmiger Abschnitt, der auf der unteren Oberfläche eines flachen Teils des Deckels 9 vorgesehen ist. Das Vergießen des Harzes wird so ausgeführt, dass das Versiegelungsharz 8 das Innere dieses rohrförmigen Abschnitts nicht füllt, so dass eine Lücke 11 einfach sichergestellt werden kann. Auf diese Weise kann der Teil 12 zur Vermeidung einer Verstreuung in einer geringeren Höhe als die obere Oberfläche des Versiegelungsharzes 8 vorgesehen werden, so dass die Halbleiterbaugruppe sogar kleiner gemacht werden kann. Außerdem berühren der Deckel 9 und das Versiegelungsharz 8 einander in einer größeren Fläche und sind fest miteinander verbunden, wenn das Harz fest wird bzw. erstarrt, so dass eine Verstreuung von Materialtropfen noch effektiver verhindert werden kann.
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Der Schmelzsicherungsabschnitt 10 ist aus dem Versiegelungsharz 8 freigelegt. Dies ermöglicht, dass der Schmelzsicherungsabschnitt 10 einheitliche Schmelzcharakteristiken aufweist. Die Bruchenergie des Schmelzsicherungsabschnitts 10 kann ebenfalls reduziert werden, so dass eine Verstreuung von Materialtropfen noch effektiver verhindert werden kann.
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Dritte Ausführungsform
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3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Die Bondingfläche des externen Anschlusses 6, die mit dem inneren Draht 7 verbunden werden soll, ist höher als die obere Oberfläche des Versiegelungsharzes 8 positioniert und aus dem Versiegelungsharz 8 freigelegt. Somit kann der Schmelzsicherungsabschnitt 10 problemlos aus dem Versiegelungsharz 8 freigelegt werden. Als Folge kann die Bruchenergie des Schmelzsicherungsabschnitts 10 reduziert werden, und eine Verstreuung von Materialtropfen kann noch effektiver verhindert werden.
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Die Halbleitervorrichtung 4 ist nicht auf eine aus Silizium geschaffene Halbleitervorrichtung beschränkt, sondern kann stattdessen aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffen sein, der eine Bandlücke aufweist, die breiter als diejenige von Silizium ist. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke ist zum Beispiel ein Siliziumcarbid, ein Material auf Galliumnitridbasis oder Diamant. Ein aus solch einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffener Halbleiterchip weist eine Hochspannungsfestigkeit und eine hohe zulässige Stromdichte auf und kann somit miniaturisiert werden. Die Verwendung solch eines miniaturisierten Halbleiterchips ermöglicht die Miniaturisierung und hohe Integration der Halbleiterbaugruppe, in der der Halbleiterchip eingebaut ist. Da der Halbleiterchip eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist, kann ferner eine Abstrahl- bzw. Kühlrippe eines Kühlkörpers miniaturisiert werden, und ein wassergekühlter Teil kann luftgekühlt werden, was zu einer weiteren Miniaturisierung der Halbleiterbaugruppe führt. Da der Halbleiterchip einen geringen Leistungsverlust und eine hohe Effizienz aufweist, kann ferner eine hocheffiziente Halbleiterbaugruppe erreicht werden.