DE10122931A1

DE10122931A1 - Halbleitermodul

Info

Publication number: DE10122931A1
Application number: DE2001122931
Authority: DE
Inventors: Hideo Matsumoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-05-16
Also published as: FR2816112B1; US6388316B1; US20020050633A1; FR2816112A1; JP2002141463A

Abstract

Es wird ein Halbleitermodul (100) mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen (31, 32) angegeben, wobei die Verdrahtungslängen der nebeneinander angeordneten Halbleiterelemente (31, 32) etwa gleich sind. Der Halbleitermodul weist ein unteres Schichtsubstrat (10) und ein oberes Schichtsubstrat (20) auf, wobei eine erste und eine zweite Elektroden-Anschlußfläche, die in einer vorderen Oberfläche des unteren Schichtsubstrats ausgebildet sind, mit einem ersten und einem zweiten Leiter (12) durch einen ersten und einen zweiten Überbrückungsleiter (22) verbunden sind, die in einer rückwärtigen Oberfläche des oberen Schichtsubstrats (20) ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter modul und betrifft im spezielleren einen Halbleitermodul, der eine Vielzahl von Halbleiterelementen aufweist, die einander parallel geschaltet sind.

Fig. 7A zeigt eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Halblei termodul (wobei ein Deckelbereich nicht dargestellt ist), und Fig. 7B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linien IV-IV in Fig. 7A.

Wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt, ist bei dem allgemein mit dem Bezugszeichen 200 bezeichneten, herkömmlichen Halbleiter modul ein isolierendes Substrat 71 auf einer Basisplatte 1 an geordnet. Auf einer vorderen Oberfläche des isolierenden Sub strats 71 sind eine Gate-Leiterstruktur 14, eine Kollektor- Leiterstruktur 72 und eine Emitter-Leiterstruktur 73 ausgebil det.

Auf der Kollektor-Leiterstruktur 72 ist eine Vielzahl von Bi polartransistoren 31 mit isoliertem Gate (die nachfolgend als "IGBTs" bezeichnet werden) und Freilaufdioden 32 (die nachfol gend als "Dioden" bezeichnet werden) angeordnet. Die Kollekto ren der IGBTs 31 und die Kathoden der Dioden 32 sind mit der Kollektor-Leiterstruktur 72 verbunden.

Wie in Fig. 7A gezeigt, ist der Emitter-Leiterbereich 73 ent lang von zwei Seiten der Kollektor-Leiterstruktur 72 in der Form eines Buchstabens "L" ausgebildet. Die Gate-Leiterstruk tur 14 ist entlang einer weiteren Seite der Kollektor-Leiter struktur 72 ausgebildet. Dies dient zur Vereinfachung der Ar beiten bei der Bondverbindung zum Verbinden der jeweiligen Leiterstrukturen mit den IBGTs 31 und dergleichen.

Eine rückwärtige Oberflächenstruktur 74 ist auf einer rückwär tigen Oberfläche des isolierenden Substrats 71 ausgebildet und mittels einer Lötschicht 2 auf der Basisplatte 1 festgelegt. Die IGBTs 31 und die Dioden 32 sind durch Bondverbindungs drähte 35 und 34 mit der Gate-Leiterstruktur 14 bzw. der Emit ter-Leiterstruktur 73 verbunden. Außerdem sind die Gate-Lei terstruktur 14, die Emitter-Leiterstruktur 73 und die Kollek tor-Leiterstruktur 72 durch Bondverbindungsdrähte 36, 37 und 38 mit den Gate-Elektroden 41, den Kollektor-Elektroden 42 bzw. den Emitter-Elektroden 43 verbunden.

Ein Gehäusebereich 6 ist an der Basisplatte 1 derart ausgebil det, daß er das isolierende Substrat 71 umschließt. Nach der Herstellung der Bondverbindungen mit den IGBTs 31 und derglei chen wird ein Gelmaterial 7 für Abdichtzwecke in den Gehäuse bereich 6 eingespritzt, und es wird ein Deckelbereich 8 aufge setzt.

Da bei dem Halbleitermodul 200 mit der herkömmlichen Konstruk tion die Verdrahtungs- bzw. Verbindungsdistanzen von den Emit ter-Elektroden 43 zu den parallel zueinander angeordneten Dioden 32 voneinander verschieden sind, sind die auf die Lei ter wirkenden Belastungen (wie zum Beispiel die Impedanz, die Kapazität) unter den Dioden 32 voneinander verschieden.

Selbst wenn der Halbleitermodul mit einer konstanten Spannung beaufschlagt wird, sind somit zum Beispiel die an die parallel zueinander angeordneten Dioden 32 angelegten Spannungen von einander verschieden, so daß es zur Zerstörung von einigen der Dioden kommen kann. Dies gilt auch für die IBGTs 31.

Damit der Halbleitermodul ferner einen hohen Strom führen kann, ist es notwendig, daß die Querschnittsfläche der Leiter strukturen groß dimensioniert ist. Wenn im Gegensatz dazu die Leiterstrukturen dick sind, besteht ein Problem dahingehend, daß es in dem isolierenden Substrat 71 zu Rißbildungen kommt, und zwar aufgrund eines Unterschieds in den Ausdehnungskoeffi zienten des isolierenden Substrats 71 aus Keramikmaterial und der Leiterstruktur 73 aus Metall.

Wenn die Leiterstruktur 73 eine große Breite besitzt, besteht ferner ein Problem darin, daß sich der Halbleitermodul nur schwer mit einer geringen Größe fertigstellen läßt.

In Anbetracht der vorstehend erläuterten Probleme besteht ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Halbleitermoduls, bei dem die Verdrahtungs- bzw. Verbindungs längen von parallel zueinander angeordneten Halbleiterelemen ten in etwa identisch sind.

Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der An gabe eines Halbleitermoduls, bei dem eine Querschnittsfläche der Leiterstrukturen groß dimensioniert ist, ohne daß es zu einer Vergrößerung der Modulgröße insgesamt kommt.

Die vorliegende Erfindung gibt einen Halbleitermodul an, bei dem mindestens zwei Halbleiterelemente, die entlang einer be stimmten Richtung angeordnet sind, und mindestens zwei Elek troden-Anschlußflächenbereiche, die entlang einer zu der ge nannten bestimmten Richtung im wesentlichen rechtwinkligen Richtung angeordnet sind, einander jeweils parallel geschaltet sind, und ist gekennzeichnet durch:

a) eine Basisplatte;
b) ein unteres Schichtsubstrat, das folgendes aufweist: ein erstes isolierendes Substrat mit in etwa rechteckiger Formgebung, dessen rückwärtige Oberfläche auf der Basis platte befestigt ist; eine erste und eine zweite Elektro den-Anschlußfläche mit in etwa identischer Formgebung, die auf einer vorderen Oberfläche des ersten isolierenden Substrats entlang einer Seite des ersten isolierenden Substrats derart angeordnet sind, daß sie ausgehend von einem Eckbereich der genannten einen Seite in dieser Rei henfolge nebeneinander angeordnet sind; und einen ersten und einen zweiten Leiter, die entlang der zu der genann ten einen Seite im wesentlichen rechtwinkligen, anderen Seite des ersten isolierenden Substrats einschließlich des Eckbereichs der einen Seite nebeneinander angeordnet sind, wobei sich der zweite Leiter seitlich von der er sten und der zweiten Elektroden-Anschlußfläche erstreckt und sich der erste Leiter unter Zwischenanordnung des zweiten Leiters seitlich von der ersten Elektroden-An schlußfläche erstreckt;
c) ein oberes Schichtsubstrat, das auf dem unteren Schichtsubstrat angeordnet ist und folgendes aufweist: ein zweites isolierendes Substrat mit etwa rechteckiger Formgebung; einen den ersten Leiter mit der ersten Elek troden-Anschlußfläche verbindenden ersten Überbrückungs leiter und einen den zweiten Leiter mit der zweiten Elek troden-Anschlußfläche verbindenden zweiten Überbrückungs leiter, die in einer rückwärtigen Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats ausgebildet sind;
d) ein mit dem ersten Leiter elektrisch verbundenes erstes Halbleiterelement und ein mit dem zweiten Leiter elek trisch verbundenes zweites Halbleiterelement, die in einer vorderen Oberfläche des zweiten isolierenden Sub strats ausgebildet sind; und durch
e) eine Abdeckung, die auf der Basisplatte derart angeordnet ist, daß sie das untere Schichtsubstrat, das obere Schichtsubstrat sowie das erste und das zweite Halblei terelement überdeckt.

Bei diesem Halbleitermodul sind die Verdrahtungslängen von den Halbleiterelementen zu den Emitter-Elektroden unter den zuein ander parallel angeordneten Halbleiterelementen etwa gleichmä ßig.

Dies gestattet die Erzielung von etwa gleichen Belastungen, wie zum Beispiel Impedanzen, zwischen den parallel zueinander angeordneten Leitern.

Infolgedessen ist es möglich, eine durch Überlastung bedingte Fehlfunktion von Halbleiterelementen zu verhindern, wie diese bei einem herkömmlichen Halbleitermodul auftritt, und somit läßt sich die Zuverlässigkeit des Halbleitermoduls insgesamt verbessern.

Ein Halbleitermodul der hierin beschriebenen Art weist zwei Halbleiterelemente auf, wobei es im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch möglich ist, daß ein solcher Halbleiter modul zwei oder mehr Halbleiterelemente aufweist. Außerdem ist der Abdeckungs- bzw. Kapselungsbereich durch einen Gehäusebe reich und einen Deckelbereich gebildet.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt gibt die vorliegende Erfin dung einen Halbleitermodul an, der ferner eine Lötresist schicht aufweist, die eine vordere Oberfläche des unteren Schichtsubstrats bedeckt, wobei sich der Halbleitermodul da durch auszeichnet, daß der erste Überbrückungsleiter und der erste Leiter sowie auch die erste Elektroden-Anschlußfläche durch Lötschichten miteinander verbunden sind, die in in der Lötresistschicht ausgebildeten Öffnungen versenkt ausgebildet bzw. in diese eingebracht sind, und daß der zweite Über brückungsleiter und der zweite Leiter sowie auch die zweite Elektroden-Anschlußfläche durch Lötschichten miteinander ver bunden sind, die in in der Lötresistschicht ausgebildeten Öff nungen versenkt ausgebildet bzw. in diese eingebracht sind.

Die Verwendung der Lötresistschicht vereinfacht die Verwendung einer Konstruktion, in der Leiterschichten einander schneiden.

Ein Oberflächenbereich des unteren Schichtsubstrats ist vor zugsweise größer als ein Oberflächenbereich des oberen Schichtsubstrats, und der erste und der zweite Leiter sowie die erste und die zweite Elektroden-Anschlußfläche erstrecken sich vorzugsweise über das obere Schichtsubstrat hinaus, das über dem unteren Schichtsubstrat angeordnet ist.

Bei dieser Konstruktion lassen sich die Draht-Bondverbindungen in einfacher Weise durchführen.

Das erste und das zweite Halbleiterelement sowie der erste und der zweite Leiter können durch Bondverbindungsdrähte miteinan der verbunden sein, und die erste und die zweite Elektroden- Anschlußfläche sowie eine externe Elektrode können ebenfalls durch Bondverbindungsdrähte miteinander verbunden sein.

Die vorliegende Erfindung gibt ferner einen Halbleitermodul an, bei dem mindestens zwei Halbleiterelemente, die entlang einer bestimmten Richtung angeordnet sind, sowie ein Elektro den-Anschlußflächenbereich, der entlang einer zu der genannten bestimmten Richtung im wesentlichen rechtwinkligen Richtung angeordnet ist, miteinander verbunden sind, und ist gekennzeichnet durch:

a) eine Basisplatte;
b) ein unteres Schichtsubstrat, das folgendes aufweist: ein erstes isolierendes Substrat mit in etwa rechteckiger Formgebung, dessen rückwärtige Oberfläche auf der Basis platte befestigt ist; und einen Verdrahtungsleiter der unteren Schicht mit in etwa rechteckiger Formgebung, der auf einer vorderen Oberfläche des ersten isolierenden Substrats ausgebildet ist, wobei in dem Verdrahtungsleiter der unteren Schicht ein Schlitz ausgehend von einem der Eckbereiche oder in der Nähe davon in Richtung nach innen eingeschnitten ist, ein Bereich des Verdrahtungsleiters der unteren Schicht entlang einer dem Eckbereich benachbarten Seite ein Verbindungsbereich mit den Halb leiterelementen ist und ein Bereich des Verdrahtungslei ters der unteren Schicht entlang der anderen dem Eckbe reich benachbarten Seite der Elektroden-Anschlußflächen bereich ist;
c) ein oberes Schichtsubstrat, das auf dem unteren Schichtsubstrat angeordnet ist und folgendes aufweist: ein zweites isolierendes Substrat mit etwa rechteckiger Form gebung; und einen Verdrahtungsleiter der oberen Schicht mit etwa rechteckiger Formgebung, der in einer rückwärti gen Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats ausge bildet ist und mit dem Verdrahtungsleiter der unteren Schicht über eine Lötschicht verbunden ist, wobei in dem Verdrahtungsleiter der oberen Schicht ein Schlitz mit in etwa identischer Formgebung in einem den Schlitz des Ver drahtungsleiters der unteren Schicht überlappenden Bereich vorgesehen ist;
d) ein erstes und ein zweites Halbleiterelement, die mit dem Verbindungsbereich des Verdrahtungsleiters der unteren Schicht elektrisch verbunden sind und auf einer vorderen Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats ausgebildet sind; und
e) eine Abdeckung, die auf der Basisplatte derart angeordnet ist, daß sie das untere Schichtsubstrat, das obere Schichtsubstrat sowie das erste und das zweite Halblei terelement überdeckt.

Bei diesem Halbleitermodul sind Schwankungen in der Verdrah tungslänge zwischen den Halbleiterelementen und den Emitter- Elektroden gering, so daß wiederum Lastschwankungen, wie zum Beispiel bei der Impedanz, reduziert werden.

Infolgedessen ist es möglich, durch Überlastungen bedingte Fehlfunktionen von Halbleiterelementen zu verhindern, wie diese bei einem herkömmlichen Halbleitermodul auftreten, und somit läßt sich wiederum die Zuverlässigkeit des Halbleitermo duls insgesamt verbessern.

Da ferner eine Querschnittsfläche der Leiterstrukturen groß dimensioniert ist, ist die Impedanz gering, und die Eigen schaften des Halbleitermoduls lassen sich somit verbessern.

Es ist bevorzugt, daß ein Oberflächenbereich des unteren Schichtsubstrats größer ist als ein Oberflächenbereich des oberen Schichtsubstrats und daß sich der Verbindungsbereich sowie der Elektroden-Anschlußflächenbereich über das obere Schichtsubstrat hinaus erstrecken, das über dem unteren Schichtsubstrat angeordnet ist.

Bei einer derartigen Konstruktion lassen sich die Draht-Bond verbindungsvorgänge in einfacher Weise durchführen.

Das erste und das zweite Halbleiterelement sowie der Verbin dungsbereich können durch Bondverbindungsdrähte miteinander verbunden sein, und der Elektroden-Anschlußflächenbereich so wie eine externe Elektrode können ebenfalls durch einen Bond verbindungsdraht miteinander verbunden sein.

Die Halbleiterelemente können durch Kombinationen von Bipolar transistoren mit isoliertem Gate und Freilaufdioden gebildet sein.

Ferner kann ein Gelmaterial derart eingespritzt sein, daß das untere Schichtsubstrat, das obere Schichtsubstrat sowie das erste und das zweite Halbleiterelement darin versenkt sind.

Dies ermöglicht eine Fixierung der Halbleiterelemente und so mit eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des Halbleitermo duls.

Wie vorstehend deutlich beschrieben worden ist, sind die Ver drahtungs- bzw. Verbindungslängen der nebeneinander angeordne ten Halbleiterelemente bei dem Halbleitermodul gemäß der vor liegenden Erfindung etwa gleichmäßig, und somit läßt sich die Zuverlässigkeit des Halbleitermoduls verbessern.

Auch ist bei dem Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfin dung die Querschnittsfläche der Leiterbereiche vergrößert, und somit wird die Impedanz und dergleichen vermindert, und die Fähigkeiten bzw. Eigenschaften des Halbleitermoduls werden verbessert.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im fol genden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Aus führungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1A und 1B eine Darstellung des Halbleitermoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung;

Fig. 2 eine Darstellung der vorderen Oberfläche des unteren Schichtsubstrats bei dem Halbleitermodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 3 eine Darstellung der rückwärtigen Oberfläche des oberen Schichtsubstrats bei dem Halbleitermodul ge mäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Darstellung des Halbleitermoduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 5 eine Darstellung der vorderen Oberfläche des unteren Schichtsubstrats bei dem Halbleitermodul gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 6 eine Darstellung der rückwärtigen Oberfläche des oberen Schichtsubstrats bei dem Halbleitermodul ge mäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7A und 7B Darstellungen eines herkömmlichen Halbleiter moduls.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele Erstes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 1A und 1B zeigen einen Halbleitermodul gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigt Fig. 1A eine Drauf sicht auf den Halbleitermodul gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel, wobei ein Deckelbereich nicht dargestellt ist, und Fig. 1B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linien I-I der Fig. 1A.

Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt, ist bei dem allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichneten Halbleitermodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein unteres Schichtsubstrat 10 auf einer Basisplatte 1 angeordnet. Das untere Schichtsubstrat 10 weist ein erstes isolierendes Substrat 11 auf.

Das erste isolierende Substrat 11 ist durch ein Keramikmate rial, wie zum Beispiel AIN gebildet. In einer vorderen Ober fläche des ersten isolierenden Substrats 11 sind eine Gate- Leiterstruktur 14, Emitter-Leiterstrukturen 12 sowie Emittere lektroden-Anschlußflächen 13 ausgebildet. Diese Leiterstruktu ren sind zum Beispiel aus Kupfer gebildet.

Fig. 2 zeigt eine vordere Oberfläche des unteren Schichtsub strats 10. Entlang einer x-Richtung des ersten isolierenden Substrats 11 sind die Emitter-Leiterstrukturen 12 nebeneinan der angeordnet. Ferner sind entlang einer y-Richtung des er sten isolierenden Substrats 11 die Emitterelektroden-Anschluß flächen 13, die etwa gleiche Formgebung aufweisen, nebeneinan der angeordnet.

Die Emitter-Leiterstrukturen 12 besitzen etwa die gleiche Breite (in x-Richtung), sind jedoch in Richtung auf die Emit terelektroden-Anschlußflächen 13 mit zunehmend größerer Länge (in y-Richtung) ausgebildet.

Ferner ist in einem unteren Endbereich des ersten isolierenden Substrats 11 die Gate-Leiterstruktur 14 in x-Richtung verlau fend angeordnet.

Eine Lötresistschicht 15 ist in einem an einem oberen Schichtsubstrat 20 anliegenden Flächenbereich in der vorderen Oberfläche des ersten isolierenden Substrats 11 ausgebildet. Die Lötresistschicht 15 ist durch ein isolierendes Material, wie zum Beispiel ein Isoliermaterial auf Epoxybasis, gebildet.

Öffnungsbereiche 16 und 17 sind an vorbestimmten Stellen der Lötresistschicht 15 ausgebildet. Die Emitter-Leiterstrukturen 12 liegen in den Öffnungsbereichen 16 frei. Die Emitterelek troden-Anschlußflächen 13 liegen in den Öffnungsbereichen 17 frei.

Ferner ist eine rückwärtige Oberflächenstruktur 18 einer Me tallschicht in einer rückwärtigen Oberfläche des ersten iso lierenden Substrats 11 ausgebildet. Die rückwärtige Oberflä chenstruktur 18 ist mittels einer Lötschicht 2 auf einer vor deren Oberfläche der Basisplatte 1 angebracht.

Das obere Schichtsubstrat 20 ist auf dem unteren Schichtsub strat 10 angeordnet. Überbrückungsleiterstrukturen 22 sind in einer rückwärtigen Oberfläche des oberen Schichtsubstrats 20 angeordnet.

Fig. 3 zeigt die rückwärtige Oberfläche des oberen Schichtsub strats 20. Das obere Schichtsubstrat 20 weist ein zweites iso lierendes Substrat 21 auf. Die Überbrückungsleiterstrukturen 22 sind entlang einer y-Richtung des zweiten isolierenden Sub strats 21 nebeneinander angeordnet.

Eine Lötresistschicht 25 ist auf einer rückwärtigen Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats 21 angeordnet. In der Lötresistschicht 25 sind Öffnungsbereiche 26 und 27 ausgebil det. Die Überbrückungsleiterstrukturen 22 liegen in den Öff nungsbereichen 26 und 27 frei.

Ferner sind die Öffnungsbereiche 26 und 27 derart ausgebildet, daß sie über den in dem unteren Schichtsubstrat 10 ausgebilde ten Öffnungsbereichen 16 und 17 angeordnet sind, wenn das obere Schichtsubstrat 20 auf dem unteren Schichtsubstrat 10 angeordnet ist.

Die Emitter-Leiterstrukturen 12 und die Emitterelektroden-An schlußflächen 13 des unteren Schichtsubstrats 10 und die Über brückungsleiterstrukturen 22 des oberen Schichtsubstrats 20 sind durch Lötschichten 3 und 4 elektrisch miteinander verbun den, die in den Öffnungsbereichen 16, 17, 26 und 27 versenkt angeordnet sind.

Ferner ist eine Kollektor-Leiterstruktur 28 in einer vorderen Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats 21 angeordnet.

Kombinationen von IBGTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) 31 und Dioden (Freilaufdioden) 32 sind auf der Kollek tor-Leiterstruktur 28 nebeneinander in x-Richtung angeordnet. Die IGBTs 31 und die Dioden 32 sind durch eine Lötschicht 5 mit der Kollektor-Leiterstruktur 28 verbunden. Dadurch werden die Kollektorelektroden (nicht gezeigt) der IGBTs 31 und die Kathoden (nicht gezeigt) der Dioden mit der Kollektor-Leiter struktur 28 elektrisch verbunden.

Die Emitter-Elektroden (nicht gezeigt) der IGBTs 31 und die Anoden (nicht gezeigt) der Dioden sind durch Bondverbindungs drähte 33 verbunden. Ferner sind die Anoden der Dioden durch Bondverbindungsdrähte 34 mit den auf dem unteren Schichtsub strat 10 ausgebildeten Emitter-Leiterstrukturen 12 verbunden.

Weiterhin sind die Gate-Elektroden (nicht gezeigt) der IGBTs 31 mit der Gate-Leiterstruktur 14 durch Bondverbindungsdrähte 35 verbunden. Die Gate-Leiterstruktur 14 ist wiederum durch Bondverbindungsdrähte 36 mit den Gate-Elektroden 41 verbunden.

Die Kollektor-Leiterstruktur 28 ist durch Bondverbindungs drähte 37 mit den Kollektor-Elektroden 42 verbunden. Außerdem sind die Emitterelektroden-Anschlußflächen 13 durch Bondver bindungsdrähte 38 mit den Emitter-Elektroden 43 verbunden.

Ein Gehäusebereich 6 ist auf der Basisplatte 1 derart ausge bildet, daß er das untere Schichtsubstrat 10 und dergleichen Elemente umschließt. Nach der Herstellung der Bondverbindungen mit den IGBTs 31 und dergleichen wird ein zur Abdichtung die nendes Gelmaterial 7 in das Innere des Gehäusebereichs 6 ein gespritzt, und es wird ein Deckelbereich 8 aufgesetzt.

Wenn der Deckelbereich 8 in den Gehäusebereich 6 eingepaßt ist, sind das untere Schichtsubstrat 10 und dergleichen inner halb eines nicht gezeigten Kapselungsbereichs eingeschlossen, der durch den Gehäusebereich 6 und den Deckelbereich 8 gebil det ist.

Bei dem Halbleitermodul 100 gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel sind somit die Emitter der IGBTs 31 und die Anoden der Dioden 32 jeweils über die Emitter-Leiterstrukturen 12, die Lötschicht 3, die Überbrückungs-Leiterstrukturen 22, die Löt schicht 4 und die Emitterelektroden-Anschlußflächen 13 mit den Emitter-Elektroden 43 verbunden.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist dabei die in y-Richtung kürzeste Emitter-Leiterstruktur 12 mit der in x-Richtung läng sten Überbrückungs-Leiterstruktur 22 verbunden. Die in y-Rich tung längste Emitter-Leiterstruktur ist mit der in x-Richtung kürzesten Überbrückungs-Leiterstruktur 22 verbunden.

Auf diese Weise ist es möglich, daß die Verdrahtungs- bzw. Verbindungslängen von den IGBTs 31 und den Dioden 32 zu den Emitter-Elektroden 43 unter den seitlich nebeneinander ange ordneten IGBTs etwa gleichmäßig sind.

Als Ergebnis hiervon sind Belastungen, wie zum Beispiel die Impedanz von den IGBTs 31 und den Dioden 32 zu den Emitter- Elektroden 43, unter den nebeneinander angeordneten Leitern etwa gleichmäßig. Auf diese Weise ist es möglich, eine durch Überlastung bedingte Fehlfunktion einiger Halbleiterelemente zu verhindern, wie sie bei einem herkömmlichen Leitermodul auftritt, und dadurch läßt sich wiederum die Zuverlässigkeit des Halbleitermoduls insgesamt verbessern.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die obere Oberfläche eines Halbleitermoduls 101 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Bei dem Halbleitermodul 101 sind eine in einer vorderen Ober fläche eines unteren Schichtsubstrats 50 ausgebildete Leiter struktur 55 sowie eine in einer rückwärtigen Oberfläche eines oberen Schichtsubstrats 60 ausgebildete Leiterstruktur 61 von dem Halbleitermodul 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden. Weitere Elemente der Konstruktion sind mit denen des Halbleitermoduls 100 identisch und somit mit den gleichen Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bezeich net.

Fig. 5 zeigt eine vordere Oberfläche des unteren Schichtsub strats 50. Das untere Schichtsubstrat 50 weist ein erstes iso lierendes Substrat 51 beispielsweise aus AIN auf. Ein zum Bei spiel aus Kupfer gebildeter Verdrahtungsleiter 52 der unteren Schicht mit in etwa rechteckiger Formgebung ist auf dem ersten isolierenden Substrat 51 angeordnet. Ferner ist die in x-Rich tung verlaufende Gate-Leiterstruktur 14 in einem unteren End bereich des ersten isolierenden Substrats 51 angeordnet.

In den Verdrahtungsleiter 52 der unteren Schicht ist ein Schlitz 53 ausgehend von einem Eckbereich in Richtung nach in nen eingeschnitten. An den Schlitz 53 angrenzend sind ein Ver bindungsbereich 55 und ein Elektroden-Anschlußflächenbereich 56 vorgesehen.

Fig. 6 zeigt eine rückwärtige Oberfläche des oberen Schichtsubstrats 60. Das obere Schichtsubstrat 60 weist ein zweites isolierendes Substrat 61 beispielsweise aus AIN auf. Ein zum Beispiel aus Kupfer gebildeter Verdrahtungsleiter 62 der oberen Schicht mit in etwa rechteckiger Formgebung ist auf dem zweiten isolierenden Substrat 61 angeordnet.

In den Verdrahtungsleiter 62 der oberen Schicht ist ein Schlitz 63 ausgehend von einem Eckbereich in Richtung nach in nen eingeschnitten.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, überlappt der Schlitz 63 den Schlitz 53, wenn das obere Schichtsubstrat 60 auf dem unteren Schichtsubstrat 50 angeordnet ist. Der Verdrahtungsleiter 52 der unteren Schicht und der Verdrahtungsleiter 62 der oberen Schicht sind durch eine nicht gezeigte Lötschicht elektrisch miteinander verbunden.

Die Dioden 32 sind durch die Bondverbindungsdrähte 34 mit dem Verbindungsbereich 55 verbunden. Der Elektroden-Anschlußflä chenbereich 56 ist durch die Bondverbindungsdrähte 38 mit den Emitter-Elektroden 43 verbunden. Die übrigen Drähte sind in ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel vorge sehen.

Der Gehäusebereich 6 ist an der Basisplatte 1 derart ausgebil det, daß er das untere Schichtsubstrat 50 und dergleichen um schließt. Nach der Herstellung der Drahtbondverbindungen mit den IGBTs 31 und dergleichen, wird ein zur Abdichtung dienen des Gelmaterial (nicht gezeigt) in den Gehäusebereich 6 einge spritzt, und es wird ein nicht gezeigter Deckelbereich aufge setzt.

Bei dem Halbleitermodul 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbei spiel sind somit die Schlitze 53 und 63 in dem Verdrahtungs leiter 52 der unteren Schicht bzw. dem Verdrahtungsleiter 62 der oberen Schicht ausgebildet. Somit sind die Verdrahtungs längen zu dem Elektroden-Anschlußflächenbereich 56 ausgehend von den mit dem Verbindungsbereich 55 verbundenen Dioden in der Nähe der Schlitze 53 und 63 länger als dort, wo die Schlitze 53 und 63 nicht ausgebildet sind.

Dadurch werden Unterschiede in den Verdrahtungslängen von den Dioden 32, die in der Nähe der Schlitze 53 und 63 (auf der rechten Seite des Bereichs 55 in Fig. 5) mit dem Verbindungs bereich 55 verbunden sind, sowie von den Dioden 32, die von den Schlitzen 53 und 63 entfernt (auf der linken Seite des Be reichs 55 in Fig. 5) mit dem Verbindungsbereich 55 verbunden sind, reduziert.

Als Ergebnis hiervon ist es wie bei dem ersten Ausführungsbei spiel möglich, Lastschwankungen, wie zum Beispiel bei der von den IGBTs 31 und den Dioden 32 zu den Emitter-Elektroden 43 gemessenen Impedanz, unter den zueinander parallel angeordne ten Elementen zu reduzieren.

Auf diese Weise wird es möglich, eine durch Überlastung be dingte Fehlfunktion von Halbleiterelementen zu verhindern, wie diese bei dem herkömmlichen Halbleitermodul 200 auftritt, und hierdurch läßt sich wiederum die Zuverlässigkeit des Halblei termoduls verbessern.

Ferner sind bei dem Halbleitermodul 101 die Verdrahtungsberei che von dem Verbindungsbereich 55 zu dem Elektroden-Anschluß flächenbereich durch den Verdrahtungsleiter 52 der unteren Schicht, den Verdrahtungsleiter 62 der oberen Schicht sowie die Lötschichten gebildet, die in Bereichen zwischen diesen Leitern vorgesehen sind und diese fixieren. Dadurch wird die Querschnittsfläche der Verdrahtungsbereiche erhöht und die Im pedanz reduziert.

Die Schlitze 53 und 63 sind bei dem dargestellten zweiten Aus führungsbeispiel zwar ausgehend von Eckbereichen des Verdrah tungsleiters 52 der unteren Schicht und des Verdrahtungslei ters 62 der oberen Schicht ausgebildet, jedoch können diese Schlitze auch an anderen Stellen als den Eckbereichen ausge bildet sein. Zusätzlich dazu können die Formgebung und die Länge der Schlitze in Abhängigkeit von der Anzahl der Halblei terelemente und dergleichen verändert werden.

Claims

1. Halbleitermodul (100), bei dem mindestens zwei Halblei terelemente, die entlang einer bestimmten Richtung ange ordnet sind, sowie mindestens zwei Elektroden-Anschluß flächenbereiche, die entlang einer zu der genannten be stimmten Richtung im wesentlichen rechtwinkligen Richtung angeordnet sind, einander jeweils parallel geschaltet sind, gekennzeichnet durch:

a) eine Basisplatte (1);
b) ein unteres Schichtsubstrat (10), das folgendes auf weist:
ein erstes isolierendes Substrat (11) mit etwa recht eckiger Formgebung, dessen rückwärtige Oberfläche auf der Basisplatte (1) befestigt ist;
eine erste und eine zweite Elektrodenanschlußfläche (13) mit etwa identischer Formgebung, die auf einer vorderen Oberfläche des ersten isolierenden Substrats (11) entlang einer Seite des ersten isolierenden Sub strats (11) derart angeordnet sind, daß sie ausgehend von einem Eckbereich der genannten einen Seite in die ser Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind; und
einen ersten und einen zweiten Leiter (12), die ent lang der zu der genannten einen Seite im wesentlichen rechtwinkligen, anderen Seite des ersten isolierenden Substrats (11) einschließlich des Eckbereichs der einen Seite nebeneinander angeordnet sind, wobei sich der zweite Leiter (12) seitlich von der ersten und der zweiten Elektroden-Anschlußfläche (13) erstreckt und sich der erste Leiter (12) unter Zwischenanordnung des zweiten Leiters (12) seitlich von der ersten Elektro den-Anschlußfläche (13) erstreckt;
c) ein oberes Schichtsubstrat (20), das auf dem unteren Schichtsubstrat (10) angeordnet ist und folgendes auf weist:
ein zweites isolierendes Substrat (21) mit etwa recht eckiger Formgebung;
einen den ersten Leiter (12) mit der ersten Elektro den-Anschlußfläche (13) verbindenden ersten Überbrüc kungsleiter (22) und einen den zweiten Leiter (12) mit der zweiten Elektroden-Anschlußfläche (13) verbinden den zweiten Überbrückungsleiter (22), die in einer rückwärtigen Oberfläche des zweiten isolierenden Sub strats (21) ausgebildet sind;
d) ein mit dem ersten Leiter (12) elektrisch verbundenes erstes Halbleiterelement (31, 32) und ein mit dem zweiten Leiter (12) elektrisch verbundenes zweites Halbleiterelement (31, 32), die in einer vorderen Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats (21) ausgebildet sind; und durch
e) eine Abdeckung (8), die auf der Basisplatte (1) derart angeordnet ist, daß sie das untere Schichtsubstrat (10), das obere Schichtsubstrat (20) sowie das erste und das zweite Halbleiterelement (31, 32) überdeckt.

2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Lötresistschicht (15) vorgesehen ist, die eine vordere Oberfläche des unteren Substrats (10) bedeckt,
daß der erste Überbrückungsleiter (22) und der erste Lei ter (12) sowie auch die erste Elektroden-Anschlußfläche (13) durch Lötschichten (3) miteinander verbunden sind, die in in der Lötresistschicht (15) ausgebildete Öffnun gen (16, 17) eingebracht sind, und
daß der zweite Überbrückungsleiter (22) und der zweite Leiter (12) sowie auch die zweite Elektroden-Anschlußflä che (13) durch Lötschichten (3) miteinander verbunden sind, die in der in der Lötresistschicht (15) ausgebil dete Öffnungen (16, 17) eingebracht sind.

3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Oberflächenbereich des unteren Schichtsubstrats (10) größer ist als ein Oberflächenbereich des oberen Schichtsubstrats (20)
und daß der erste und der zweite Leiter (12) sowie die erste und die zweite Elektroden-Anschlußfläche (13) sich über das über dem unteren Schichtsubstrat (10) angeord nete obere Schichtsubstrat (20) hinauserstrecken.

4. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Halbleiterelement (31, 32) sowie der erste und der zweite Leiter (12) durch Bondver bindungsdrähte (34) miteinander verbunden sind und daß die erste und die zweite Elektroden-Anschlußfläche (13) sowie eine externe Elektrode (42) durch Bondverbindungs drähte (37) miteinander verbunden sind.

5. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (31, 32) durch Kombinationen von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate und Freilauf dioden gebildet sind.

6. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gelmaterial (7) derart eingespritzt ist, daß das untere Schichtsubstrat (10), das obere Schichtsubstrat (20) sowie das erste und das zweite Halbleiterelement (31, 32) darin versenkt sind.

7. Halbleitermodul (100), bei dem mindestens zwei Halblei terelemente, die entlang einer bestimmten Richtung neben einander angeordnet sind, sowie ein Elektroden-Anschluß flächenbereich, der entlang einer zu der genannten be stimmten Richtung im wesentlichen rechtwinkligen Richtung angeordnet ist, miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch:

a) eine Basisplatte (1);
b) ein unteres Schichtsubstrat (50), das folgendes auf weist:
ein erstes isolierendes Substrat (51) mit etwa recht eckiger Formgebung, dessen rückwärtige Oberfläche auf der Basisplatte (1) befestigt ist, und einen Verdrah tungsleiter (52) der unteren Schicht mit etwa rechtec kiger Formgebung, der in einer oberen Oberfläche des ersten isolierenden Substrats (51) ausgebildet ist,
wobei in den Verdrahtungsleiter (52) der unteren Schicht ein Schlitz (53), ausgehend von einem der Eck bereiche oder in der Nähe davon, in Richtung nach in nen eingeschnitten ist, ein Bereich des Verdrahtungs leiters (52) der unteren Schicht entlang einer dem Eckbereich benachbarten Seite ein Verbindungsbereich (55) mit den Halbleiterelementen (31, 32) ist, und ein Bereich des Verdrahtungsleiters (52) der unteren Schicht entlang der anderen dem Eckbereich benachbar ten Seite der Elektroden-Anschlußflächenbereich (56) ist;
c) ein oberes Schichtsubstrat (60), das auf dem unteren Schichtsubstrat (50) angeordnet ist und folgendes auf weist:
ein zweites isolierendes Substrat (61) mit etwa recht eckiger Formgebung und einen Verdrahtungsleiter (62) der oberen Schicht mit etwa rechteckiger Formgebung, der in einer rückwärtigen Oberfläche des zweiten iso lierenden Substrats (61) ausgebildet ist und über eine Lötschicht mit dem Verdrahtungsleiter (52) der unteren Schicht verbunden ist,
wobei in den Verdrahtungsleiter (62) der oberen Schicht ein Schlitz (63) mit etwa identischer Formge bung in einem den Schlitz (53) des Verdrahtungsleiters (52) der unteren Schicht überlappenden Bereich vorge sehen ist;
d) ein erstes und ein zweites Halbleiterelement (31, 32), die mit dem Verbindungsbereich (55) des Verdrahtungs leiters (52) der unteren Schicht elektrisch verbunden sind und in einer vorderen Oberfläche des zweiten iso lierenden Substrats (61) ausgebildet sind; und
e) eine Abdeckung (8), die auf der Basisplatte (1) derart angeordnet ist, daß sie das untere Schichtsubstrat (50), das obere Schichtsubstrat (60) sowie das erste und das zweite Halbleiterelement (31, 32) überdeckt.

8. Halbleitermodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Oberflächenbereich des unteren Schichtsubstrats (50) größer ist als ein Oberflächenbereich des oberen Schichtsubstrats (60)
und daß der Verbindungsbereich (55) und der Elektroden- Anschlußflächenbereich (56) sich über das über dem unte ren Schichtsubstrat (50) angeordnete obere Schichtsub strat (60) hinaus erstrecken.

9. Halbleitermodul nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste und das zweite Halbleiterelement (31, 32) und der Verbindungsbereich (55) durch Bondverbindungs drähte (34) miteinander verbunden sind
und daß der Elektroden-Anschlußflächenbereich (56) und eine externe Elektrode (42) durch einen Bondverbindungs draht (38) miteinander verbunden sind.

10. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (31, 32) durch Kombinationen von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate und Freilauf dioden gebildet sind.

11. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gelmaterial (7) derart eingespritzt ist, daß das untere Schichtsubstrat (50), das obere Schichtsubstrat (60) sowie das erste und das zweite Halbleiterelement (31, 32) darin versenkt sind.