特表 2024-507910 パワー半導体デバイスおよび製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-21

(54)【発明の名称】パワー半導体デバイスおよび製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/29 20060101AFI20240214BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240214BHJP

   H01L 25/04 20230101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H01L23/30 R

H01L23/36 A

H01L25/04 C

H01L25/04 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023551215

(86)(22)【出願日】2022-01-19

(85)【翻訳文提出日】2023-10-12

(86)【国際出願番号】 EP2022051078

(87)【国際公開番号】W WO2022179770

(87)【国際公開日】2022-09-01

(31)【優先権主張番号】21159002.1

(32)【優先日】2021-02-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519431812

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＳＷＩＴＺＥＲＬＡＮＤ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パブリチェク，ニコ

(72)【発明者】

【氏名】トリューセル，ドミニク

(72)【発明者】

【氏名】マレキ，ミラド

(72)【発明者】

【氏名】サントラリア，リュイス

【テーマコード（参考）】

4M109

5F136

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109BA03

4M109DA03

4M109DA06

4M109DA07

4M109DB15

4M109EA02

4M109EB13

4M109GA05

5F136BA30

5F136BB04

5F136BB18

5F136DA08

5F136DA27

5F136FA52

(57)【要約】

少なくとも１つの実施形態では、パワー半導体デバイス（１）は、－ 少なくとも１つのパワー半導体チップ（２４）が支持体上面（２０）に配置される、少なくとも１つの支持体（２）と、－ ヒートシンク上面（３０）を有するヒートシンク（３）であって、少なくとも１つの支持体（２）がヒートシンク上面（３０）に配置される、ヒートシンク（３）と、－ 少なくとも１つの支持体（２）およびヒートシンク（３）と直接接触している電気的絶縁性材料のモールドボディ（４）とを備え、モールドボディ（４）が、少なくとも１つの支持体（２）をヒートシンク（３）上に固定し押し付ける。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワー半導体デバイス（１）であって、
－ 少なくとも１つのパワー半導体チップ（２４）が支持体上面（２０）に配置される、少なくとも１つの支持体（２）と、
－ ヒートシンク上面（３０）を有するヒートシンク（３）であって、前記少なくとも１つの支持体（２）が前記ヒートシンク上面（３０）に配置される、ヒートシンク（３）と、
－ 前記少なくとも１つの支持体（２）および前記ヒートシンク（３）と直接接触している電気的絶縁性材料のモールドボディ（４）と
を備え、
前記モールドボディ（４）が前記少なくとも１つの支持体（２）を前記ヒートシンク（３）上に固定し押し付け、
－ 前記モールドボディ（４）が、前記ヒートシンク（３）に接着接合された、前記パワー半導体デバイス（１）内の唯一の構成部品であり、前記少なくとも１つの支持体（２）が圧力ばめ方式で前記モールドボディ（４）を用いて前記ヒートシンク（３）に固定され、
－ 前記ヒートシンク（３）から遠くに面するモールドボディ上面（４０）から前記支持体上面（２０）に達する前記モールドボディ（４）内に少なくとも１つのリセス（４１）があり、少なくとも１つの電気配線（５１）が前記少なくとも１つのリセス（４１）を貫通する、
パワー半導体デバイス（１）。

【請求項2】

前記ヒートシンク上面（３０）の上面図で見て、前記ヒートシンク上面（３０）が前記モールドボディ（４）から全面にわたって突き出し、前記少なくとも１つの支持体（２）が前記ヒートシンク上面（３０）に直接配置される、
先行する請求項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項3】

前記少なくとも１つの支持体（２）の支持体底面（２９）が、それぞれの前記支持体上面（２０）とは反対であり、平坦で連続する面である、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項4】

前記モールドボディ（４）は、前記モールドボディ（４）が前記ヒートシンク上面（３０）に入り込むように、または前記ヒートシンク（３０）が前記モールドボディ（４）底面に入り込むように、少なくとも１つのフォームロックトジョイン（４２）を用いて前記ヒートシンク（３）に取り付けられる、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項5】

前記フォームロックトジョイン（４２）が、前記ヒートシンク（３）の断面で見て、前記ヒートシンク（３）の中に達する下記の素子、すなわち、Ｔ字形アンカリング素子、Ｌ字形アンカリング素子、Ｖ字形突起物、台形突起物、長方形突起物、ラフニング（７）のうちの少なくとも１つを備える、
先行する請求項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項6】

前記少なくとも１つのリセス（４１）を通して、前記少なくとも１つの支持体（２）が、電気的に接触され、前記少なくとも１つのリセス（４１）が、電気的絶縁性材料で埋められる、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項7】

少なくとも１つの支柱（４５）をさらに備え、
前記少なくとも１つの支柱（４５）が、前記少なくとも１つのリセス（４１）内に設置され、前記支持体上面（２０）に触れ、前記ヒートシンク（３）から遠くの方向に前記モールドボディ上面（４０）から突き出す、
先行する請求項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項8】

前記ヒートシンク（３）が、前記ヒートシンク（３）を通り供給される冷却剤（３３）が、前記支持体（２）内を循環するように構成される開放式冷却器であって、
前記モールドボディ（４）が、前記冷却剤（３３）用のシーリングを提供する、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項9】

前記支持体（２）が、２つのメタライゼーション層（２１）の間に電気的絶縁性ボディ（２２）を備え、前記支持体上面（２０）が、メタライゼーション層（２１）のうちの１つにより形成される、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項10】

前記電気的絶縁性ボディ（２２）が、前記モールドボディ（４）の中に突き出している前記支持体（２）の側面のところに少なくとも１つの締め具（２３）を備える、
先行する請求項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項11】

前記モールドボディ（４）が、２９７Ｋの温度で、５ＧＰａから３０ＧＰａまでの間の曲げ弾性率を有する少なくとも１つの樹脂から作られる、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項12】

前記モールドボディ（４）が、無機材料であって前記モールドボディ（４）内に分散された粒子の形態で与えられる少なくとも１つのフィラー（４６）を含み、
前記モールドボディ（４）全体について前記少なくとも１つのフィラー（４６）の質量分率が、３０％から７０％までの間である、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項13】

前記ヒートシンク上面（３０）が、前記少なくとも１つの支持体（２）および前記モールドボディ（４）とだけ直接接触しており、前記ヒートシンク（３）が、前記少なくとも１つのパワー半導体チップ（２４）から電気的に絶縁されている、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項14】

複数の前記支持体（２）を備え、
すべての前記支持体（２）が、前記ヒートシンク上面（３０）に互いに距離を空けて配置され、前記ヒートシンク（３）と前記モールドボディ（４）との間に設置される、
先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項15】

先行する請求項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）を製造するための方法であって、
Ａ）前記ヒートシンク（３）を用意するステップと、
Ｂ）前記ヒートシンク上面（３０）に直接前記少なくとも１つの支持体（２）を設置するステップと、
Ｃ）前記少なくとも１つの支持体（２）を前記ヒートシンク（３）上に押し付け、同時に、前記少なくとも１つの支持体（２）上におよび前記ヒートシンク上面（３０）上に前記モールドボディ（４）を形成するステップと
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

パワー半導体デバイスおよびこのようなパワー半導体デバイスを製造するための方法が提供される。

【背景技術】

【0002】

米国特許出願公開第２０１８／０１１４７４０（Ａ１）号という文献は、トランジスタパッケージに言及する。

【0003】

ＷＯ２０１８／２０２６１５Ａ１という文献は、露出した端子領域を有する樹脂カプセル封止型パワー半導体モジュールを開示する。

【0004】

ＫＲ２００３ ００８０９００Ａ、米国特許第５１０５２５９（Ａ）号、米国特許出願公開第２０１４／０３３２９５１（Ａ１）号、米国特許出願公開第２０１５／０１３７３４４（Ａ１）号、米国特許出願公開第２００５／００８２６９０（Ａ１）号およびＥＰ０５７７９６６Ａ１という文献は、電気デバイスに言及する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

解決すべき問題は、例えば、はんだ付けすること、焼結すること、接着剤付けすることまたはねじ止めすることのような接続方法を使用せずに、改善された熱挙動を有するパワー半導体デバイスを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的は、とりわけ、独立特許請求項に規定されたようなパワー半導体デバイスによりおよび方法により達成される。例示的なさらなる発展が、従属請求項の主題を構成する。

【0007】

例えば、本明細書において説明するパワー半導体デバイスは、支持体と、ヒートシンクと、モールドボディとを備える。支持体は、ヒートシンク上に支持体を取り付けるためまたは保持するためのさらなる手段が必要とされないように、モールドボディによりヒートシンク上に直接押し付けられる。このように、例えば、サーマルペースト、はんだ、またはシンタジョインに起因する追加の熱抵抗のない支持体からヒートシンクへの直接の熱経路があり得る。

【0008】

少なくとも１つの実施形態では、パワー半導体デバイスは、少なくとも１つの支持体を備え、少なくとも１つのパワー半導体チップが少なくとも１つの支持体の支持体上面に配置される。さらに、パワー半導体デバイスは、ヒートシンク上面を有するヒートシンクを含み、少なくとも１つの支持体がヒートシンク上面に配置される。電気的絶縁性材料のモールドボディが、少なくとも１つの支持体とおよびヒートシンクと直接接触している。モールドボディは、少なくとも１つの支持体をヒートシンク上に固定し押し付ける。任意選択で、モールドボディは、ヒートシンクに接着接合された、パワー半導体デバイス内の唯一の構成部品であり、少なくとも１つの支持体が、圧力ばめ方式でモールドボディを用いてヒートシンクに固定され、ヒートシンクから遠くに面するモールドボディ上面から支持体上面に達する少なくとも１つのリセスがモールドボディ内にあり、少なくとも１つの電気配線が少なくとも１つのリセスを貫通する。

【0009】

パワー半導体デバイスは、動作中に熱を発生するインバータの重要な構成要素である。熱を散逸させることは、インバータを効率的に動作させるために重要である。この目的で、パワー半導体チップを搬送する支持体が、ヒートシンクに取り付けられ、空気または液体が冷却媒体または冷却剤としてしばしば利用される。その上、パワー半導体デバイスは、高電圧で動作する。このことが、典型的には、シリコーンゲルを用いてまたは多くの場合にエポキシ系であるポッティングコンパウンドもしくはモールディングコンパウンドを用いてパワーデバイス構造体をカプセル封止することによるデバイスの効率的な電気的絶縁を必要とする。

【0010】

支持体をヒートシンク上に固定するための代わりの可能性は、ヒートシンクにねじ等を用いてパワー半導体デバイスをクランプすることおよび適切な熱接触を確実にするために間にサーマルインターフェースマテリアル、略してＴＩＭ、を適用することである。ＴＩＭの比較的低い熱伝導性を克服するために、一体型冷却構造体を有するパワー半導体デバイスを製造することが可能である。このように、パワー半導体デバイスは、例えば、ねじにより取り付けられることが必要であり、また、液体冷却を利用するための冷却器ハウジングに、例えば、ゴムガスケットによりシールされることも必要である。

【0011】

すなわち、ＴＩＭの使用は、熱経路、およびこれによりパワー半導体デバイスの性能を制限し、結局は高いシステムコストをもたらす。一体型冷却構造体の使用は、冷却剤液体に対する追加のシールを必要とし、追加の部品およびプロセスステップのコストを追加する。

【0012】

本明細書において説明するパワー半導体デバイスでは、カプセル封止材料、すなわちモールドボディもまた、支持体をヒートシンクに取り付けるために利用され、可能性としてさらにシーリング材料としても利用される。この目的のために、開放式非カプセル封止型パワーモジュール、すなわちパワー半導体チップを搬送する支持体が、開放式または密閉式冷却器であり得るヒートシンク上に組み立てられる。組み立ては、例えば、ピックアンドプレイスプロセスにより行われる。ヒートシンク上の支持体の横方向の位置を精密に定めるために、アライメントフィーチャが、任意選択的で使用されてもよい。次いで、支持体は、例えば、少なくとも１つのハードモールドコンパウンドのトランスファ成形または圧縮成形であるカプセル封止プロセス中にヒートシンク上にしっかりと押し付けられる。

【0013】

結果として、電気的絶縁のモールドボディの目的に加えて、カプセル封止材料としてのモールドボディもまた、支持体をヒートシンク上に固定し、支持体－ヒートシンク界面に圧力を恒久的に与える。ヒートシンクは、信頼性があり強い熱的および機械的接触を与えるために、モールドコンパウンドに対するボンディング強度を最大にするためのフィーチャを含むことができる。

【0014】

これゆえに、追加のクランピング、シーリング、ボンディング材料およびプロセスステップに関するいかなるコストも、本明細書において説明するパワー半導体デバイスを使用することによって節約され得る。

【0015】

要するに、本明細書において説明するパワー半導体デバイスでは、パワーモジュールの基板、すなわち、支持体が、カプセル封止材料、すなわち、モールドボディを用いてヒートシンクに機械的に取り付けられ、ここでは、はんだ層もしくは焼結層または接着のような追加の相互接続層が、基板とヒートシンクとの間に必要とされない。パワーモジュールは、少なくとも１つの電気的絶縁性基板、シリコンまたは炭化ケイ素製の、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、またはダイオードのような少なくとも１つのパワー半導体デバイスを備えることができる。カプセル封止材料は、エポキシ系のモールド構成材またはシリコーン系のモールドコンパウンドであってもよい。カプセル封止材料は、直接、パワーデバイスとヒートシンクとの間の熱経路内にはない。支持体とヒートシンクとの間の接続の機械的強度を最大にするために、アンカリングフィーチャが、ヒートシンクの上面に製造されることが可能であり、アンカリングフィーチャは、例えば、Ｔ字形断面、Ｌ字形断面、または製造することが容易である角度付き溝をカプセル封止材料によって埋められることになる。開放式または密閉式冷却器が使用されることがある。絶縁性支持体は、一体型冷却構造を備えることができる。そのケースでは、ヒートシンクは、冷却媒体用の少なくとも１つの注入口および１つの排出口を有し、開口部内に支持体の冷却構造体が少なくとも部分的に浸漬される支持体当たり少なくとも１つの開口部を有する開放式冷却器である。別の実施形態では、ヒートシンクは、冷却媒体用の少なくとも１つの注入口および１つの排出口を有し、フィンおよび／またはチャネルのような一体型冷却構造を有する密閉式冷却器である。そのケースでは、基板と密閉式冷却器との間の熱接触が、サーマルインターフェースマテリアル、または金属粒子のような追加の非ボンディング材料により改善されることがある。フィーチャは、カプセル封止プロセス中に強い機械的接触を実現するために必要とされる最終構造物に残ることがある。可能性のあるフィーチャは、例えば、トランスファ成形もしくは圧縮成形により作られる絶縁型支柱、または露出した領域であってもよい。

【0016】

少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも１つの支持体には、１つまたは複数のパワー半導体チップが設けられる。これゆえに、支持体は、パワー半導体モジュールの基板であってもよい。例えば、パワー半導体デバイスの１つまたは複数のパワー半導体チップは、少なくとも４００Ｖのまたは少なくとも６５０Ｖのまたは少なくとも１．０ｋＶのまたは少なくとも１．２ｋＶのまたは少なくとも１．６ｋＶの電圧用に構成される。加えて、少なくとも１つのパワー半導体チップは、少なくとも１Ａのまたは少なくとも１０Ａのまたは少なくとも５０Ａの電流用に構成されることがある。

【0017】

少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも１つのパワー半導体チップは、下記の群：金属－酸化物－半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、金属－絶縁体－半導体電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、ゲート整流型サイリスタ（ＧＣＴ）、接合ゲート電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、およびダイオードから選択される。複数のパワー半導体チップがある場合には、すべての半導体チップが同じタイプのものであってもよい、または異なるタイプの半導体チップがある。

【0018】

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体上面は、全体として見て平坦な様式のものである。言い換えると、支持体は、平行平板ボードであってもよい。このことは、支持体上面に、支持体上面の金属層の中に構造化された導体トラックが設けられてもよいことを含まない。

【0019】

少なくとも１つの実施形態によれば、モールドボディは、パワー半導体デバイス内でヒートシンク上面にまたはヒートシンクに接着接合された唯一の構成要素である。例えば、ヒートシンクと支持体との間には接着接合がなく、支持体は、直接、ヒートシンク上面に付けられることがある。支持体とヒートシンクとの間の金属接続および／または導電性接続だけが支持体それ自体によるものであり、その結果、はんだ、焼結層またはペーストでの伝導性粒子を用いないことが可能である。そうでなければ、ヒートシンクと支持体との間に中間層があることが可能であり、中間層は、例えば、ＴＩＭ層である。中間層を用いて、ヒートシンク上面のおよび／または支持体底面の不均一さまたは粗さが、ヒートシンクと支持体との間の熱的接触を高めるために埋められることがある。

【0020】

少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも１つの支持体は、圧力ばめ方式でモールドボディを用いてヒートシンクに固定される。言い換えると、モールドボディを用いて、ヒートシンクに対する支持体の横方向の動きが摩擦により妨げられるように、支持体は、ヒートシンク上に非常に強く押し付けられることがある。

【0021】

少なくとも１つの実施形態によれば、ヒートシンク上面は、平坦な様式のものである。すなわち、ヒートシンク上面は、何も湾曲がないことがある。さらに、ヒートシンク上面は、平滑であってもよい。例えば、ヒートシンク上面の平均粗さ、また、Ｒａとも呼ばれる、は、少なくとも０．５μｍまたは大きくとも１０μｍもしくは大きくとも５μｍである。例えば、ヒートシンク上面は、研磨された表面である。同じことが、ヒートシンク上面と接触する基板底面についても当てはまることがある。そうでなければ、ヒートシンク上面および／または支持体底面は、ペーストまたはＴＩＭのような追加の中間層を用いてもまたは用いなくても熱的接触を向上させるためにある程度の粗さを有することがある。

【0022】

少なくとも１つの実施形態によれば、ヒートシンク上面の上面図に見られるが、ヒートシンク上面は、少なくともある特定の場所でまたは全面にわたってモールドボディから突き出す。例えば、ヒートシンク上面の上面図に見られるが、モールドボディがヒートシンクから突き出す場所はない。横方向では、ヒートシンクおよびモールドボディは、互いに同一平面で終端化されてもよいことが可能である。

【0023】

代替として、モールドボディがヒートシンクの側面までまたは底面まで延びてもよいように、モールドボディは、ヒートシンクを部分的に囲むことができ、前記底面は、ヒートシンク上面とは反対である。

【0024】

少なくとも１つの実施形態によれば、それぞれの支持体上面とは反対である少なくとも１つの支持体の支持体底面は、平坦で連続した面である。支持体底面は、いずれの湾曲もないことがあり、研磨された面であってもよい。例えば、ねじ等が支持体底面を進まないように、支持体底面には穴がない。

【0025】

少なくとも１つの実施形態によれば、モールドボディが、少なくとも１つのフォームロックトジョインを用いてヒートシンクに取り付けられる。言い換えると、モールドボディがヒートシンク上面に入り込み、ヒートシンク内のインターロッキングフィーチャが、モールドプロセス中に埋められることになる。例えば、モールドボディは、ヒートシンク上面を通りヒートシンクの中に達するフォームロックトジョインとしての１つまたは複数の突起物を備える。加えてまたは代わりに、ヒートシンクは、アンカリング素子のところにまたはその周りに、モールドボディが機械的な接触の改善を実現するために成形することにより形成されるアンカリング素子としての少なくとも１つの突起物を備えることができる。

【0026】

少なくとも１つの実施形態によれば、フォームロックトジョインは、ヒートシンク上面に垂直なヒートシンクの断面に見られるが、ヒートシンクの中に達する下記の素子：Ｔ字形アンカリング素子、Ｌ字形アンカリング素子、Ｖ字形突起物、台形突起物、長方形突起物のうちの少なくとも１つを備える。これゆえに、それぞれの突起物は、直接ヒートシンク上面のところで比較的細くてもよく、ヒートシンク内部で太くなってもよい。また少なくとも１回のラフニングが、アンカリング構造体として可能である。同じことがヒートシンクの突起物に、そして結果としてモールドボディ内のリセスに当てはまることがある。

【0027】

そうでなければ、それぞれの突起物の幅は、ヒートシンクの内向きの方向に沿って短調にまたは厳密に短調に減少することがあり、したがって支持体から遠くに向かう。「フォームロックト」は、モールドボディのそれぞれの突起物がヒートシンクと全面にわたって直接接触していることを意味することがある。組み合わせで異なる種類の突起物があること、またはすべての突起物が同じ形状のものであることが可能である。

【0028】

少なくとも１つの実施形態によれば、モールドボディ内に１つまたは複数のリセスがある。例えば、少なくとも１つのリセスは、ヒートシンクから遠くに面するモールドボディ上面から支持体上面に達する。これゆえに、支持体上面は、モールドボディが部分的にないことがある。

【0029】

例えば、支持体上面の上面図に見られるが、少なくとも１つのリセスが、それぞれの支持体上面の面積の大きくとも２０％または１０％になる。これゆえに、少なくとも１つのリセスは、支持体上面の比較的小さな部分上だけにある。少なくとも１つのリセスによっては影響を受けない支持体上面の他の部分は、モールドボディにより好ましくは覆われる。

【0030】

少なくとも１つのリセスが直接支持体上面で終わるが、支持体上面の上面図に見られるが、少なくとも１つのリセスの領域内の支持体上面上にモールドボディの材料がないことは必要ない。すなわち、少なくとも１つのリセスもまた、少なくとも１つのパワー半導体チップまで達することもある。

【0031】

少なくとも１つの実施形態によれば、パワー半導体デバイスは、１つまたは複数の支柱をさらに備える。少なくとも１つの支柱は、少なくとも１つのリセス内に部分的にまたは完全に設置される。例えば、少なくとも１つの支柱は、支持体上面または少なくとも１つのパワー半導体チップに触れる。少なくとも１つの支柱は、モールドボディ上面と同一平面で終端化させてもよい、またはそうでなければ、ヒートシンクから遠くの方向にモールドボディ上面から突き出すことがある。横方向には、支持体上面と平行に、少なくとも１つの支柱が、モールドボディと全面にわたって直接接触してもよい。これゆえに、モールドボディは、少なくとも１つの支柱上に成形されてもよく、または逆も同様である。

【0032】

例えば、少なくとも１つの支柱は、硬質材料製、すなわちモールドボディよりもさらに堅固な材料製である。少なくとも１つの支柱が、硬質プラスチック製または金属製またはセラミック製であることが可能である。そうでなければ、少なくとも１つの支柱は、軟質材料製、すなわちモールドボディより堅固でない材料製であることが可能である。後者のケースでは、少なくとも１つのモールドボディは、少なくとも１つのリセスを閉じるために、シリコーン樹脂またはシリコーンゴムのような軟質プラスチック製であってもよい。

【0033】

さらに、少なくとも１つのリセス内に電気配線があることが可能である。これゆえに、リセスを介して、少なくとも１つの支持体が、電気的に接触されることがある。このケースでは、電気的絶縁の目的で、リセスは、シリコーン系の材料のような電気的絶縁性材料を用いて埋められてもよい。

【0034】

少なくとも１つの実施形態によれば、ヒートシンクを通して供給される冷却剤が支持体内を循環するように構成されるように、ヒートシンクは、開放式冷却器である。すなわち、ヒートシンクにより、支持体は、冷却剤を供給される。これゆえに、支持体には、冷却剤用の少なくとも１つのチャネルが設けられることがある。そうでなければ、冷却剤が、支持体底面のところを直接流れることがあるが、支持体に浸透しないことがある、または密閉式冷却器のケースでは、冷却剤は、ヒートシンクの内部に制限されることがあるおよび／または支持体と直接接触しないことがある。例えば、冷却剤は、空気のようなガスまたは水もしくは油のような液体である。

【0035】

少なくとも１つの実施形態によれば、モールドボディは、冷却剤のためのシーリングを提供する。言い換えると、モールドボディのために、冷却剤が支持体と直接接触するとしても、支持体とヒートシンクとの間には冷却剤の漏れがない。例えば、モールドボディは、支持体－ヒートシンク界面のところの冷却剤用の唯一のシーリングである。これゆえに、追加のガスケット等の必要がない。この点で、モールドボディが、マルチステップ成形プロセスで、例えば、シーリング用に１つの材料ならびに絶縁および機械的強度のためにもう１つの材料というように２つの異なる材料を用いる２ステップを使用するマルチステップ成形プロセスで製作されてもよいことが可能である。

【0036】

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体は、電気的絶縁性ボディを備える。前記電気的絶縁性ボディは、支持体を機械的に搬送する支持体の部分、したがって、少なくとも１つのパワー半導体チップであってもよい。例えば、電気的絶縁性ボディは、セラミック製である。

【0037】

少なくとも１つの実施形態によれば、電気的絶縁性ボディには、少なくとも１つのメタライゼーション層が設けられる。例えば、支持体上面がメタライゼーション層のうちの一方により形成され、支持体底面がメタライゼーション層の他方により形成されてもよいように、電気的絶縁性ボディは、２つのメタライゼーション層の間に設置される。

【0038】

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体は、絶縁された基板、例えば、直接接合銅基板、活性金属蝋付け基板、絶縁された金属基板であり、絶縁された金属基板は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、またはＡｌＮのようなセラミック製である中央電気的絶縁性ボディおよび電気的絶縁性ボディの各々の主面上の少なくとも１つのメタライゼーション層を含む。これゆえに、支持体は、ヒートシンクと少なくとも１つのパワー半導体チップとの間の低熱抵抗のために最適化されてもよい。

【0039】

少なくとも１つの実施形態によれば、電気的絶縁性ボディおよび／または少なくとも１つのメタライゼーション層は、支持体の側面のところに少なくとも１つの締め具を備える。締め具は、それぞれの支持体の他の部品と比較して薄い厚さであってもよい。締め具は、モールドボディと支持体との間の機械的な接続を高めるためにモールドボディの中に突き出すことがある。例えば、締め具は、モールドボディに向かう少なくとも１つの突起物および／またはラフニングを含む。

【0040】

少なくとも１つの実施形態によれば、モールドボディは、例えば酸化シリコン、酸化アルミニウム、または窒化シリコン等のフィラー材料を、例えば少なくとも７０％および／または多くとも９５％の高い含有量で含む、例えば、多芳香族樹脂または多機能樹脂等のエポキシ樹脂系の、例えばエポキシモールドコンパウンドの、比較的硬質な材料で作られる。例えば、モールドボディは、例えば、２９７Ｋの温度で、少なくとも５ＧＰａもしくは少なくとも１０ＧＰａおよび／または大きくとも４０ＧＰａもしくは大きくとも３０ＧＰａの曲げ弾性率を有する、代わりにまたは加えて、モールドボディは、例えば、シリコーン樹脂系の比較的軟質な材料から作られ、少なくとも５ＭＰａもしくは少なくとも１０ＭＰａおよび／または大きくとも１００ＭＰａもしくは大きくとも７０ＭＰａの曲げ強度を有する。

【0041】

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体上面は、Ｃｕ、ＡｌおよびＮｉのうちの少なくとも１つを含むまたはこれらから構成される。例えば、支持体上面を形成するメタライゼーション層は、銅層である。このような材料を使用することによって、メタライゼーション層とモールドボディとの間の接着の改善が実現されることがある。薄いコーティングが、電気的接続を阻害する、例えば酸化物層を避けるために、厚い銅層のようなメタライゼーション層上に付けられることもまた可能である。この文脈では、「薄い」は、大きくとも１μｍを意味することができ、「厚い」は、少なくとも１０μｍを意味することができる。

【0042】

少なくとも１つの実施形態によれば、モールドボディは、少なくとも１つのフィラーを含む。フィラーは、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、または窒化シリコンのような無機材料製であってもよい。しかしながら、有機フィラーおよび無機フィラーが、モールドボディ内で組み合わせられてもよい。少なくとも１つのフィラーを用いて、モールドボディの熱膨張係数、略してＣＴＥ、は、支持体のおよび／またはヒートシンクのＣＴＥに応じるように適合されてもよい。

【0043】

少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも１つのフィラーは、モールドボディ内に分散された粒子の形態で提供される。例えば、前記粒子は、モールドボディ全体内に均一な方式で分散される。そうでなければ、フィラーまたは複数のフィラーのうちの少なくとも１つは、不均一な方式で、例えば、支持体の近くだけにまたは質量分率のある種の勾配で与えられてもよい。複数のフィラーがある場合には、それぞれの種類の粒子が、異なる形状および／またはサイズを有することがある。

【0044】

少なくとも１つの実施形態によれば、モールドボディ全体について、少なくとも１つのフィラーの質量分率、またはすべてのフィラーを合わせた質量分率は、少なくとも２０％または少なくとも７０％または少なくとも８０％である。代わりにまたは加えて、前記質量分率は、大きくとも６０％または大きくとも９０％または大きくとも９５％である。

【0045】

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体上面に垂直な断面に見られるが、支持体上面と平行な少なくとも１つの支持体の平均エッジ長さまたは最大エッジ長さのようなエッジ長さは、少なくとも２ｃｍもしくは少なくとも３ｃｍ、および／または大きくとも１０ｃｍである。

【0046】

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体上面に垂直な断面に見られるが、モールドボディの厚さは、少なくとも０．２ｃｍもしくは少なくとも０．３ｃｍおよび／または大きくとも２ｃｍもしくは大きくとも１ｃｍである。例えば、モールドボディの厚さは、支持体の厚さを少なくとも２倍だけおよび／または大きくとも１０倍だけもしくは大きくとも５倍だけ超える。

【0047】

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体上面に垂直な断面に見られるが、支持体上面と平行なそれぞれの支持体上面にわたるモールドボディの投影長さは、少なくとも１ｍｍもしくは少なくとも２ｍｍおよび／または大きくとも８ｍｍもしくは大きくとも６ｍｍである。

【0048】

少なくとも１つの実施形態によれば、例えば、２９７Ｋの温度で、少なくとも１つの支持体は、少なくとも０．０５ＭＰａのもしくは少なくとも０．２ＭＰａのおよび／または大きくとも５ＭＰａのもしくは大きくとも２ＭＰａの圧力でモールドボディによりヒートシンク上面の上に押し付けられる。前記圧力は、支持体底面全体にわたって平均した平均圧力であってもよい。例えば、平均圧力は、支持体がモールドボディのためにヒートシンク上に押し付けられる力と、支持体底面の面積含有量の比率である。

【0049】

少なくとも１つの実施形態によれば、パワー半導体デバイスは、複数の支持体を備える。すべての支持体が、ヒートシンク上面に互いに距離を置いて配置されることがある。このように、隣接する支持体は、互いに触れないことがある。支持体は、規則的な格子に配置されことがある。例えば、少なくとも２つまたは少なくとも４つの支持体があるおよび／または多くとも６４個のまたは多くとも１６個の支持体がある。

【0050】

少なくとも１つの実施形態によれば、すべての支持体は、ヒートシンクとモールドボディとの間に設置される。例えば、任意選択の少なくとも１つのリセスおよび任意選択の冷却剤を考慮に入れなければ、すべての支持体は、ヒートシンクおよびモールドボディと接触するだけである。

【0051】

パワー半導体デバイスは、例えば、電池からの直流電流を、例えば、ハイブリッド車両またはプラグイン電気車両のような車両内の電気モータ用の交流電流に変換するパワーモジュールである。

【0052】

パワー半導体デバイスを製造するための方法が加えて提供される。上記方法を用いて、パワー半導体デバイスは、上に述べた実施形態のうちの少なくとも１つに関連して指示されたように製作される。パワー半導体デバイスの特徴が、これゆえにさらに方法についても開示され、逆も同様である。

【0053】

少なくとも１つの実施形態では、パワー半導体デバイスを製造するための方法は、例えば、述べられる順番で、
Ａ）ヒートシンクを用意するステップと、
Ｂ）ヒートシンク上面に直接少なくとも１つの支持体を設置するステップと、
Ｃ）少なくとも１つの支持体をヒートシンク上に押し付け、同時に、少なくとも１つの支持体上に、およびヒートシンク上面の上にモールドボディを形成するステップと
を含む。

【0054】

本明細書において説明されるパワー半導体デバイスおよび方法が、図面を参照して例示的な実施形態を用いて下記に非常に詳細に説明される。個別の図で同じである要素は、同じ参照番号を用いて指示される。要素間の関係は、等尺では示されない、しかしながら、むしろ、個々の要素は、理解する際に助けるために誇張して大きく示されることがある。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】本明細書において説明するパワー半導体デバイスの例示的な実施形態の模式的断面図である。

【図2】本明細書において説明するパワー半導体デバイスの例示的な実施形態の模式的断面図である。

【図3】本明細書において説明するパワー半導体デバイスの例示的な実施形態の模式的断面図である。

【図4】本明細書において説明するパワー半導体デバイスの例示的な実施形態の模式的上面図である。

【図5】本明細書において説明するパワー半導体デバイスの例示的な実施形態の模式的上面図である。

【図6】本明細書において説明するパワー半導体デバイスの例示的な実施形態の模式的上面図である。

【図7】本明細書において説明するパワー半導体デバイスを製造するための方法の例示的な実施形態の模式的ブロック図である。

【図8】本明細書において説明するパワー半導体デバイスの例示的な実施形態の模式的断面図である。

【図9】本明細書において説明するパワー半導体デバイスの例示的な実施形態の模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0056】

図１には、パワー半導体デバイス１の例示的な実施形態が図示される。パワー半導体デバイス１は、ヒートシンク上面３０を有するヒートシンク３を備える。ヒートシンク上面３０は、全体的に見れば平坦な様式のものである。さらに、パワー半導体デバイス１は、パワー半導体チップ２４を搬送する支持体２を備える。パワー半導体チップ２４のようなすべての構成要素をその上に有する支持体２もまた、パワーモジュールとも呼ばれることがある。

【0057】

例えば、支持体２は、直接接合銅基板であり、支持体上面２０におよび支持体底面２９にメタライゼーション層２１を有する電気的絶縁性ボディ２２から構成される。支持体上面２０ならびに支持体底面２９は、平坦な様式のものであるが、選択肢として、支持体上面２０のメタライゼーション層２１が、図示されない、電気的コンタクト領域および導電体トラックを含むように構造化されてもよい。

【0058】

その上、パワー半導体デバイス１は、ヒートシンク３から遠くに面するモールドボディ上面４０を有するモールドボディ４を有する。例えば、断面に見られるモールドボディ４は、長方形の外形を有する。モールドボディ４は、ヒートシンク３と、および支持体２と直接接触している。支持体２をしっかり留めるために追加の手段が必要ないように、モールドボディ４を用いて、支持体２は、ヒートシンク上に直接押し付けられ固定される。したがって、支持体２とヒートシンク３との間の境界面には、はんだもしくは接着剤のような何らかの接着層またはサーマルインターフェースマテリアルがない。モールドボディ４により引き起こされるヒートシンク上面３０上の支持体底面２９の圧力は、例えば、１ＭＰａである。

【0059】

選択肢として、接着力を高めるために、モールドボディ４とヒートシンク３との間の接触領域では、ラフニング４３をされることがある。例えば、ラフニング４３の平均粗さＲａは、少なくとも１０μｍもしくは少なくとも３０μｍおよび／または大きくとも０．３ｍｍもしくは大きくとも０．１ｍｍである。例えば、モールドボディ４はエポキシ樹脂製であり、メタライゼーション層２１は銅製である。

【0060】

さらなる選択肢として、モールドボディ４と支持体２との間の接着力を高めるために、支持体２は、側面上に締め具２３を有することがある。示したもの以外では、このような締め具はまた、支持体上面２０のところにも存在してもよい。このような締め具２３は、ラフニングまたはモールドボディ４の中に延びる少なくとも１つの突起物であってもよい。例えば、メタライゼーション層２１は、電気的絶縁性ボディ２２と比較して後退される。

【0061】

パワー半導体デバイス１の製造中にヒートシンク３上に支持体２を押し付けるために、支柱４５があってもよい。支柱４５は、モールドボディ４が製作される前に支持体２上に付けられてもよい。これゆえに、モールドボディ４用のモールド材料は、支柱４５と全面にわたって直接接触することがある。

【0062】

例えば、支柱４は、また、金属製または硬質エポキシ樹脂のような電気的絶縁性材料製である。モールドボディ４を形成した後で、支柱４５は、パワー半導体デバイス１内に残ることがあり、樹脂ボディ４から突き出すことがある。支柱４５は、先行する成形プロセスにより製造されてもよい、または別々に成形したプラスチックダウエルのような別々に事前に製造された部品として作られてもよい。

【0063】

その上、図１には、パワー半導体デバイス１がモールドボディ４を突き通る電気端子５を備えることができることが示される。選択肢として、電気端子５は、モールドボディ４の製造中にヒートシンク３上に支持体２を押し付けるために支柱４５の代わりにまたは加えて使用されてもよい。この目的のために、例えば、電気端子５は、図１に図示したようにモールドボディの側面を貫通しなくてもよいが、代わりにモールドボディ上面を貫通することがある。

【0064】

パワー半導体デバイス１のもう１つの例示的な実施形態が、図２に図示される。図２によれば、ヒートシンク３は、密閉式冷却器である。すなわち、ヒートシンク３はチャネル３１を備え、チャネル内をガスまたは液体が冷却剤３３としてヒートシンク３を引き回される。このような密閉式冷却器は、また、すべての他の例示的な実施形態でも使用されてもよい。

【0065】

その上、図２では、モールドボディ４が、例えば、成形プロセス中に埋められるフォームロックトジョイン４２を用いてフォームロックト方式でヒートシンク３に取り付けられることが選択肢として示される。フォームロックトジョイン４２は、ヒートシンク２へとかみ合い、結果としてヒートシンク上面３０を横切るＴ字形アンカリング素子から構成される。示したもの以外に、フォームロックトジョイン４２は、Ｌ字形アンカリング素子、Ｖ字形突起物、台形突起物、または長方形突起物を代わりにまたは加えて含むことができる。このようなフィーチャは、支持体２とヒートシンク３との間の強い結合強度を容易にできる。

【0066】

さらに、図２によれば、モールドボディ上面４０から支持体上面２０に達するモールドボディ４内にリセス４１がある。図１の支柱４５上に押し付ける代わりに、モールドツール内のフィーチャ、図示せず、が、モールドボディ４のための成形プロセス中に支持体２上に押し付けることもまた可能である。その時には、露出した領域が、支持体上面２０に残ることになり、リセス４１が形成される。

【0067】

選択肢として、露出した領域は、いずれか、端子および／またはバスバーを取り付けるために補助制御コンタクトを作るために使用されてもよい、またはその後のプロセスステップ、図示せず、においてカプセル封止材料を用いて完全にもしくは部分的に埋められてもよい。モールドボディ４上の歪みを減少させるために柔らかいカプセル封止材料を用いてリセス４１を埋めることが有益なことがある。これゆえに、少なくとも１つのリセス４１を貫通する少なくとも１つの電気配線５１があってもよい。このような電気配線５１はまた、すべての他の例示的な実施形態に存在してもよい。

【0068】

例えば、モールドボディ４の厚さＴは、６ｍｍであり、支持体底面２９から支持体上面２０までの支持体２の厚さＤは、２ｍｍである。これゆえに、モールドボディ４は、支持体２の３倍厚くてもよい。

【0069】

それ以外に、図１と同じことがまた、図２にも当てはまることがある。
図３によれば、モールドボディ４は、モールドツールの取り外しを単純化するために傾斜した側面を有することがある。ヒートシンク３との接着を改善するために、例えば、２列に配置されたフォームロックトジョイン４２のためのヒートシンク３内に多数のＶ字形溝があり得る。このような溝は、ヒートシンク３の中に容易に製造されることが可能である。

【0070】

選択肢として、リセス４１が、支柱４５を用いて埋められ、頭を切り詰めたピラミッドまたは頭を切り詰めた円錐の形状を有することがある。これゆえに、リセス４１は、支持体２に向かって狭くなることがある。さらなる選択肢として、支柱４５が、支持体２を電気的に接触させるために使用されることがあり、これゆえに、電気端子５として作用することができる。この目的のために、電気的コンタクト領域が、モールドボディ上面４０に形成されてもよい、図示せず。

【0071】

例えば、モールドボディ４は、エポキシ樹脂のような母材４４、およびフィラー４６の粒子から構成される。フィラー４６は、例えば、二酸化シリコンである。図３に示されたものとは対照的に、フィラー４６が全モールドボディ４の全体にわたって均一に分散されることが可能である。

【0072】

さらに、ヒートシンク３は、開放式冷却器であってもよい。これゆえに、図２に図示されたものとは対照的に、冷却剤３３は、支持体２と密接に接触するようになることがある。第１の変形形態では、チャネル３１は、冷却剤が支持体底面２９の全体にわたり導かれるが、支持体２には入らないように、支持体底面２９に冷却剤を導く。破線により示された第２の変形形態では、支持体２を直接通って冷却剤３３を導くために支持体２内に内部冷却用構造体２５がある。

【0073】

モールドボディ４は、ここでは、支持体２とヒートシンク３との間の界面からの冷却剤３３の漏れを避けるために、シールとしても働き、そのため、ドライコンタクト、例えば、ヒートシンク３と支持体２との間に、はんだのような追加の接着剤を用いないコンタクトが、維持されることがある。このようなヒートシンク３はまた、すべての他の例示的な実施形態で使用されることもある。

【0074】

それ以外には、図１および図２と同じことがまた、図３にも当てはまることがある。
図４には、フォームロックトジョイン４２が、上面図で見たときに、支持体２の周りに部分的にまたはさらに完全に延びることがあることが図示される。選択肢として、フォームロックトジョイン４２は、任意選択の冷却剤３３が使用されるときにシーリング手段として働くことがある。例えば、支持体２の最大エッジ長さＬは５５ｍｍであり、支持体上面２０を超えるモールドボディ４の投影長さＰは２ｍｍである。

【0075】

選択肢として、ヒートシンク３上に支持体２を精密に設置することを可能にするアライメントマーク３５があってもよい。これはまた、すべての他の例示的な実施形態においても真実であり得る。

【0076】

それ以外は、図１から図３と同じことがまた、図４にも当てはまることがある。
図５によれば、ヒートシンク３および支持体２は、上面図に見られるが、正方形形状のものである。選択肢として、フォームロックトジョイント４２は、規則的な格子に支持体上面２０の全面にわたって配置される。

【0077】

その上、図５では、リセス４１は、図４のように、必ずしも円形様式のものである必要はないが、さらに長方形形状等のものであってもよいことが図示される。

【0078】

両方の構成、すなわち、図４のような枠状のまたは線状のフォームロックトジョイント４２および図５のような点状のフォームロックトジョイント４２が、すべての例示的な実施形態において、さらに組み合わせて使用されてもよく、そのため、少なくとも１つの点状のフォームロックトジョイント４２ならびに少なくとも１つの枠状のまたは線状のフォームロックトジョイント４２があってもよい。さらに、複数の点状のフォームロックトジョイント４２がある場合には、これらのフォームロックトジョイント４２は、断面に見られる異なる形状を有することができる。少なくとも１つの枠状のまたは線状のフォームロックトジョイント４２がある場合には、それぞれのフォームロックトジョイント４２に沿って、断面が変化する、例えば、上面図に見られるように、それぞれのフォームロックトジョイント４２が狭くなることも広くなることもあり、真珠のネックレスまたはひし形が線に沿って次々に続くひし形線のように見えてもよいことが可能である。同じことがすべての他の例示的な実施形態に当てはまる。

【0079】

それ以外は、図１から図４と同じことがまた、図５にも当てはまることがあり、逆も同様である。

【0080】

図６の例示的な実施形態では、共通ヒートシンク３上に複数の支持体２があることが図示される。例えば、支持体２は、規則的な格子に配置される。投影長さＰはまた、隣接する支持体２の間でも維持されることがある。

【0081】

その上、モールドボディ４は、少なくとも１つの補強構造体４７を備えることができる。例えば、補強構造体４７は、モールドボディ上面４０の残りの部分から突き出しているモールドボディ４の厚くなった部分により形成される。補強構造体４７が、上面図に見られるように、モールドボディ上面４０のコーナー部で固定される十字形により、または一辺から他辺への垂直な直線により形成されることが可能である。このような補強構造体４７を用いて、ヒートシンク３上への支持体２のより均一な圧力が支持体底面２９の全面にわたって実現されることがある。

【0082】

任意選択のリセス４１が、図６に示したものの他に、補強構造体４７内部に配置されてもよい、または補強構造体４７の隣に配置されてもよい。その上、さらなる選択肢として、リセス４１は、パワー半導体チップ４２の隣でなくてもよいが、パワー半導体チップ２４の上にあってもよい。

【0083】

それ以外は、図１から図５と同じことがまた、図６にも当てはまることがある。
図７には、パワー半導体デバイス１を製作するための方法が、簡単に図示される。方法ステップＳ１では、ヒートシンク３が用意される。方法ステップＳ２によれば、支持体２または複数の支持体２が、ヒートシンク上面３０に直接置かれる。方法ステップＳ３では、少なくとも１つの支持体２が、ヒートシンク３上に押し付けられ、同時に、モールドボディ４が少なくとも１つの支持体２上に、およびヒートシンク上面３０の上に形成される。

【0084】

モールドボディ４は、例えば、１ステージもしくは多ステージ圧縮成形またはトランスファ成形または鋳込成形を用いて形成される。モールドボディ４がパワー半導体デバイス１の所期の動作温度よりもかなり高い高温で製作されることが可能である。これゆえに、製作温度から冷却するときに、モールドボディ４は、モールドボディ４の熱収縮のために支持体２上にさらに押し付けることができる。

【0085】

図８の例示的な実施形態では、支持体２とヒートシンク３との間に中間層６がある。例えば、中間層６は、サーマルインターフェースマテリアル製である。中間層６は、支持体２とヒートシンク３との間に完全に広がり、支持体２から突き出すことがあることも可能である。

【0086】

例えば、そのような中間層６を用いて、支持体底面２９は、意図的にラフニング７を行われてもよい。さらなる選択肢として、図８には図示しないが、このようなラフニング７が、モールドボディ４とヒートシンク３との間の接着およびアンカリングを改善するためにヒートシンク上面３０に追加でまたは代わりに存在してもよい。

【0087】

さらなる選択肢として、フォームロックトジョイン４２のためのアンカリング構造体が、ヒートシンク上面３０からの突起物により実現されることが可能である。モールドボディ４は、これらの突起物の周りに成形されるか、または例えば、プレストレシングを有するケースでは、事前成形され次いでフォームロックトジョイン４２のところに押し付けられ、固定されてもよい。

【0088】

その上、モールドボディ４がヒートシンク３上に付けられる前に事前成形される場合に、モールドボディ４は、例えば、プレストレシングをより上手く可能にするために、断面に見られる湾曲したモールドボディ上面４０を含むことが、任意選択で可能である。さらに、ヒートシンク３は、冷却フィンを備えることができる。

【0089】

それ以外は、図１から図７と同じことがまた、図８にも当てはまることがあり、逆も同様である。

【0090】

図９によれば、支持体２は、ベースプレート２７および１つまたは複数の基板２６から構成される。基板は、半導体材料製であってもよい、またはそれどころか少なくとも１つのパワー半導体チップ２４を含むウェハであってもよい。ベースプレート２７は、例えば、金属プレートである。図９に示したもの以外は、複数のベースプレート２７があってもよい。

【0091】

さらに、図９によれば、モールドボディ４は、第１の部分４ａおよび第２の部分４ｂから構成される。例えば、第１の部分４ａは、シリコーン樹脂のような柔らかい材料製である。第１の部分４ａを用いて、図９には図示されないが、冷却剤用の改善したシーリングが確立されてもよい。第２の部分４ｂは、第１の部分の周りに形成され、第１の部分４ａよりもっと堅固な材料製、例えば、エポキシ樹脂製であってもよい。

【0092】

フォームロックトジョイン４２用に、ヒートシンク上面３０に多数のリセスがあることが可能である。例えば、第１の部分４ａ用に１つの内側フォームロックトジョイン４２および第２の部分４ｂ用に１つの外側フォームロックトジョイン４２がある。これらのフォームロックトジョイン４２は、異なる形状を有することがある。例えば、内側フォームロックトジョイン４２は、上面図で見て、支持体２を完全に取り囲み、外側フォームロックトジョイン４２が、図５に図示したように、上面図で見て、多点状の様式のものであってもよい。

【0093】

それ以外は、図１から図８と同じことがまた、図８にも当てはまることがあり、逆も同様である。

【0094】

図に示した構成要素は、別段の指示がない限り、好ましくは、１つが他のものの上に直接指定された順番で続く。図では接触していない構成要素は、好ましくは互いに間隔を空けられる。線が互いに平行に描かれる場合に、対応する表面は、好ましくは互いに平行に向けられる。同様に、別段の指示がない限り、描かれた構成要素の互いに対する位置は、図では正しく再現される。

【0095】

ここで説明したパワー半導体デバイスは、例示的な実施形態を参照して与えられた説明により限定されない。むしろ、パワー半導体デバイスは、新規な特徴またはその組み合わせが特許請求の範囲または例示的な実施形態にそれ自体が明示的に示されない場合でも、任意の新規な特徴および特に特許請求の範囲の特徴の任意の組み合わせを含め特徴の任意の組み合わせを包含する。

【0096】

この特許出願は、欧州特許出願第２１１５９００２．１号の優先権を主張し、その開示内容は、援用により本明細書に組み込まれている。

【符号の説明】

【0097】

参照符号のリスト
１ パワー半導体デバイス
２ 支持体
２０ 支持体上面
２１ メタライゼーション層
２２ 電気的絶縁性ボディ
２３ 締め具
２４ パワー半導体チップ
２５ 内部冷却用構造体
２６ 基板
２７ ベースプレート
２９ 支持体底面
３ ヒートシンク
３０ ヒートシンク上面
３１ チャネル
３３ 冷却剤
３５ アライメントマーク
４ モールドボディ
４ａ モールドボディの第１の部分
４ｂ モールドボディの第２の部分
４０ モールドボディ上面
４１ リセス
４２ フォームロックトジョイン
４３ ラフニング
４４ 母材
４５ 支柱
４６ フィラー
４７ 補強構造体
４８ 共通面
５ 電気端子
５１ 電気配線
６ 中間層
７ ラフニング
Ｄ 支持体の厚さ
Ｌ 支持体のエッジ長さ
Ｐ 投影長さモールドボディ－支持体上面
Ｓ．． 方法ステップ
Ｔ モールドボディの厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2023-10-12

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワー半導体半導体デバイス（１）であって、
－ 少なくとも１つのパワー半導体チップ（２４）が支持体上面（２０）に配置される、少なくとも１つの支持体（２）と、
－ ヒートシンク上面（３０）を有するヒートシンク（３）であって、前記少なくとも１つの支持体（２）が前記ヒートシンク上面（３０）に配置される、ヒートシンク（３）と、
－ 前記少なくとも１つの支持体（２）および前記ヒートシンク（３）と直接接触している電気的絶縁性材料のモールドボディ（４）と
を備え、
前記少なくとも１つの支持体（２）が前記ヒートシンク上面（３０）上に直接配置されるように、前記モールドボディ（４）が前記少なくとも１つの支持体（２）を前記ヒートシンク（３）上に固定し押し付け、
－ 前記モールドボディ（４）が、前記ヒートシンク（３）に接着接合された、前記パワー半導体デバイス（１）内の唯一の構成部品であり、前記少なくとも１つの支持体（２）が圧力ばめ方式で前記モールドボディ（４）を用いて前記ヒートシンク（３）に固定され、
－ 前記ヒートシンク（３）から遠くに面するモールドボディ上面（４０）から前記支持体上面（２０）に達する前記モールドボディ（４）内に少なくとも１つのリセス（４１）があり、少なくとも１つの電気配線（５１）が前記少なくとも１つのリセス（４１）を貫通することを特徴とする、
パワー半導体デバイス（１）。

【請求項2】

前記ヒートシンク上面（３０）の上面図で見て、前記ヒートシンク上面（３０）が前記モールドボディ（４）から全面にわたって突き出す、
請求項１に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項3】

前記少なくとも１つの支持体（２）の支持体底面（２９）が、それぞれの前記支持体上面（２０）とは反対であり、平坦で連続する面である、
請求項１または２に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項4】

前記モールドボディ（４）は、前記モールドボディ（４）が前記ヒートシンク上面（３０）に入り込むように、または前記ヒートシンク（３）が前記モールドボディ（４）底面に入り込むように、少なくとも１つのフォームロックトジョイン（４２）を用いて前記ヒートシンク（３）に取り付けられる、
請求項１～３のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項5】

前記フォームロックトジョイン（４２）が、前記ヒートシンク（３）の断面で見て、前記ヒートシンク（３）の中に達する下記の素子、すなわち、Ｔ字形アンカリング素子、Ｌ字形アンカリング素子、Ｖ字形突起物、台形突起物、長方形突起物、ラフニング（７）のうちの少なくとも１つを備える、
請求項４に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項6】

前記少なくとも１つのリセス（４１）を通して、前記少なくとも１つの支持体（２）が、電気的に接触され、前記少なくとも１つのリセス（４１）が、電気的絶縁性材料で埋められる、
請求項１～５のいずれか１項のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項7】

少なくとも１つの支柱（４５）をさらに備え、
前記少なくとも１つの支柱（４５）が、前記少なくとも１つのリセス（４１）内に設置され、前記支持体上面（２０）に触れ、前記ヒートシンク（３）から遠くの方向に前記モールドボディ上面（４０）から突き出す、
請求項６に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項8】

前記ヒートシンク（３）が、前記ヒートシンク（３）を通り供給される冷却剤（３３）が、前記少なくとも１つの支持体（２）内を循環するように構成される開放式冷却器であって、
前記モールドボディ（４）が、前記冷却剤（３３）用のシーリングを提供する、
請求項１～７のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項9】

前記少なくとも１つの支持体（２）が、２つのメタライゼーション層（２１）の間に電気的絶縁性ボディ（２２）を備え、前記支持体上面（２０）が、メタライゼーション層（２１）のうちの１つにより形成される、
請求項１～８のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項10】

前記電気的絶縁性ボディ（２２）が、前記モールドボディ（４）の中に突き出している前記少なくとも１つの支持体（２）の側面のところに少なくとも１つの締め具（２３）を備える、
請求項９に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項11】

前記モールドボディ（４）が、２９７Ｋの温度で、５ＧＰａから３０ＧＰａまでの間の曲げ弾性率を有する少なくとも１つの樹脂から作られる、
請求項１～１０のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項12】

前記モールドボディ（４）が、無機材料であって前記モールドボディ（４）内に分散された粒子の形態で与えられる少なくとも１つのフィラー（４６）を含み、
前記モールドボディ（４）全体について前記少なくとも１つのフィラー（４６）の質量分率が、３０％から７０％までの間である、
請求項１～１１のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項13】

前記ヒートシンク上面（３０）が、前記少なくとも１つの支持体（２）および前記モールドボディ（４）とだけ直接接触している、
請求項１～１２のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項14】

複数の前記少なくとも１つの支持体（２）を備え、
すべての前記少なくとも１つの支持体（２）が、前記ヒートシンク上面（３０）に互いに距離を空けて配置され、前記ヒートシンク（３）と前記モールドボディ（４）との間に設置される、
請求項１～１３のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）。

【請求項15】

請求項１～１４のいずれか１項に記載のパワー半導体デバイス（１）を製造するための方法であって、
Ａ）前記ヒートシンク（３）を用意するステップと、
Ｂ）前記ヒートシンク上面（３０）に直接前記少なくとも１つの支持体（２）を設置するステップと、
Ｃ）前記少なくとも１つの支持体（２）を前記ヒートシンク（３）上に押し付け、同時に、前記少なくとも１つの支持体（２）上におよび前記ヒートシンク上面（３０）上に前記モールドボディ（４）を形成するステップと
を含む、方法。

【国際調査報告】