ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2019 года по МПК H01L25/18 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Область изобретения

[0001] Настоящее раскрытие относится к полупроводниковому устройству.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Японская нерассмотренная патентная заявка № 2012-146760 (JP 2012-146760 A) раскрывает полупроводниковое устройство, с использованием изолирующей подложки. Изолирующая подложка представляет собой подложку, используемую в основном в цепи энергосистемы. Например, изолирующая подложка обладает структурой, в которой металлический слой, образованный из меди, алюминия, и т.п., обеспечен на обеих поверхностях изолирующего слоя, образованного из керамики. Полупроводниковое устройство, описанное в JP 2012-146760, включает в себя изолирующую подложку, причем полупроводниковый элемент обеспечен на первом металлическом слое, а внешний соединительный вывод прикреплен к тому же металлическому слою.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В изолирующей подложке, поскольку коэффициенты линейного расширения изолирующего слоя и металлического слоя различны, при изменении температуры имеется тенденция к возникновению термического напряжения. Термическое напряжение, которое может возникнуть в изолирующей подложке, повышается с размером изолирующей подложки. Следовательно, для снижения ущерба для изолирующей подложки, вызванного термическим напряжением, предполагается снижение размера изолирующей подложки. Однако для электрического соединения полупроводникового элемента и внешнего соединительного вывода друг с другом, как в полупроводниковом устройстве, описанном выше, необходимо обеспечить полупроводниковый элемент для того же металлического слоя изолирующей подложки и прикрепление внешнего соединительного вывода к тому же металлическому слою изолирующей подложки. В этом случае, необходимо, чтобы площадь поверхности металлического слоя стала относительно большой. Поэтому, поскольку необходимо установить изолирующую подложку, обладающую относительно крупным размером, термическое напряжение, которое может возникнуть в изолирующей подложке, также повышается.

[0004] Настоящее раскрытие обеспечивает полупроводниковое устройство, пригодное для снижения термического напряжения, которое может возникнуть в изолирующей подложке.

[0005] Аспект настоящего изобретения относится к полупроводниковому устройству, включающему в себя изолирующую подложку, полупроводниковый элемент и внешний соединительный вывод. Изолирующая подложка включает в себя изолирующий слой, у которого на обеих поверхностях обеспечен первый металлический слой и второй металлический слой. Полупроводниковый элемент обеспечен на первом металлическом слое. Внешний соединительный вывод прикреплен к первому металлическому слою и электрически изолирован от второго металлического слоя. Первый металлический слой включает в себя основной участок и выступающий участок. Основной участок находится в контакте с изолирующим слоем, и в основном участке обеспечен полупроводниковый элемент. Выступающий участок выступает из основного участка, и к выступающему участку прикреплен внешний соединительный вывод. По меньшей мере часть выступающего участка обеспечена таким образом, чтобы она выступала из внешнего периферийного края изолирующего слоя на виде сверху изолирующей подложки.

[0006] В полупроводниковом устройстве согласно аспекту настоящего раскрытия полупроводниковый элемент обеспечен для того же металлического слоя изолирующей подложки, а внешний соединительный вывод прикреплен к тому же металлическому слою изолирующей подложки. Как было описано выше, полупроводниковый элемент электрически соединен с внешним соединительным выводом через металлический слой. В металлическом слое необходимо обеспечить область, где обеспечивается полупроводниковый элемент, и область, где прикрепляется внешний соединительный вывод. Поэтому, площадь, необходимая для металлического слоя, может быть относительно большой. Однако в металлическом слое обеспечен выступающий участок, а к выступающему участку прикреплен внешний соединительный вывод. Согласно конфигурации, описанной выше, площадь изолирующего слоя может быть выполнена относительно меньшей, чем площадь, необходимая для металлического слоя. Путем уменьшения площади изолирующего слоя, можно эффективно снизить термическое напряжение, возникающее в изолирующей подложке.

[0007] В полупроводниковом устройстве согласно аспекту настоящего раскрытия выступающий участок может быть расположен так, чтобы он находился на расстоянии от внешнего периферийного края изолирующего слоя. Согласно конфигурации, описанной выше, даже в случае, когда выступающий участок выступает из внешнего периферийного края изолирующего слоя, изоляция между металлическими слоями может быть сохранена путем создания длины пути утечки тока между металлическими слоями, которые расположены на обеих поверхностях относительно длинного изолирующего слоя. Длину пути утечки тока следует понимать здесь как длину кратчайшего пути от первого металлического слоя до второго металлического слоя вдоль поверхности изолирующего слоя.

[0008] В полупроводниковом устройстве согласно аспекту настоящего раскрытия выступающий участок может выступать из периферийной боковой поверхности основного участка. Согласно конфигурации, описанной выше, выступающий участок, выступающий из внешнего периферийного края изолирующего слоя, может быть образован с относительно небольшим размером. Однако в качестве другого варианта воплощения может быть обеспечен выступающий участок, который выступает из верхней поверхности основного участка и т.п.

[0009] В полупроводниковом устройстве согласно аспекту настоящего раскрытия выступающий участок может простираться вдоль направления, параллельного изолирующему слою. Согласно конфигурации, описанной выше, выступающий участок, выступающий из внешнего периферийного края изолирующего слоя, может быть образован с меньшим размером. Однако в качестве другого варианта воплощения часть или весь выступающий участок может простираться вдоль направления, образующего угол с изолирующим слоем.

[0010] В полупроводниковом устройстве согласно аспекту настоящего раскрытия в секции из по меньшей мере части между основанием и удаленным концом выступающего участка площадь поперечного сечения выступающего участка может увеличиваться по направлению к основанию. Согласно конфигурации, описанной выше, механическая прочность выступающего участка может быть повышена.

[0011] В аспекте настоящего раскрытия площадь контакта между изолирующим слоем и вторым металлическим слоем может быть больше, чем площадь контакта между изолирующим слоем и первым металлическим слоем. Согласно конфигурации, описанной выше, можно повысить эффективность рассеивания тепла изолирующей подложки при обеспечении длины пути утечки тока между металлическими слоями, расположенными на обеих поверхностях изолирующего слоя.

[0012] В полупроводниковом устройстве согласно аспекту настоящего раскрытия площадь контакта между изолирующим слоем и первым металлическим слоем может быть больше, чем площадь контакта между изолирующим слоем и вторым металлическим слоем. Согласно конфигурации, описанной выше, можно повысить степень свободы, соответствующую расположению полупроводникового элемента, при обеспечении длины пути утечки тока между металлическими слоями, расположенными на обеих поверхностях изолирующего слоя.

[0013] В аспекте настоящего раскрытия площадь контакта между изолирующим слоем и первым металлическим слоем может быть равна площади контакта между изолирующим слоем и вторым металлическим слоем. Согласно конфигурации, описанной выше, поскольку термическое напряжение, полученное от металлических слоев, расположенных на обеих поверхностях изолирующего слоя, уравновешивается, термическое напряжение, действующее на изолирующий слой, снижается.

[0014] Полупроводниковое устройство согласно аспекту настоящего раскрытия может дополнительно включать в себя изолирующий герметизирующий корпус, сконфигурированный для герметизации полупроводникового элемента. Первый металлический слой может быть расположен внутри упомянутого герметизирующего корпуса, а второй металлический слой может быть открыт на поверхности упомянутого герметизирующего корпуса. Согласно конфигурации, описанной выше, полупроводниковый элемент защищен упомянутым герметизирующим корпусом, а тепло полупроводникового элемента легко рассеивается наружу через изолирующую подложку.

[0015] В полупроводниковом устройстве согласно аспекту настоящего раскрытия изолирующая подложка может представлять собой подложку с прямо(непосредственно) присоединенной медью(direct bonded copper, DBC). DBC-подложку также называют подложкой с прямым(непосредственным) присоединением меди (direct copper bonding, DCB).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0016] Признаки, преимущества, а также техническое и промышленное значение примерных вариантов воплощения изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции означают одинаковые элементы, и на которых:

ФИГ. 1 представляет собой вид сверху полупроводникового устройства по варианту воплощения;

ФИГ. 2 показывает внутреннюю структуру полупроводникового устройства по варианту воплощения;

ФИГ. 3 представляет собой разрез, проведенный вдоль линии III - III на ФИГ. 1;

ФИГ. 4 представляет собой разрез, проведенный вдоль линии IV-IV на ФИГ. 1;

ФИГ. 5 показывает основную часть нижней изолирующей подложки, имеющей выступающий участок;

ФИГ. 6A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример модификации нижней изолирующей подложки, в частности, пример модификации структуры, относящейся к выступающему участку;

ФИГ. 6B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример модификации нижней изолирующей подложки, в частности, пример модификации структуры, относящейся к выступающему участку;

ФИГ. 7A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример модификации нижней изолирующей подложки, в частности, пример модификации, соответствующей площади контакта металлического слоя;

ФИГ. 7B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример модификации нижней изолирующей подложки, в частности, пример модификации, соответствующей площади контакта металлического слоя;

ФИГ. 8A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример модификации нижней изолирующей подложки, в частности, пример модификации, соответствующей толщине металлического слоя;

ФИГ. 8B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример модификации нижней изолирующей подложки, в частности, пример модификации, соответствующей толщине металлического слоя;

ФИГ. 9 показывает полупроводниковое устройство, расположенное между охладителями;

ФИГ. 10A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую деформацию слоя припоя из-за термического расширения первой проводящей прокладки;

ФИГ. 10B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую деформацию слоя припоя из-за термического расширения первой проводящей прокладки;

ФИГ. 11 представляет собой пример модификации полупроводникового устройства по варианту воплощения и показывает, что выбрана общая верхняя изолирующая подложка;

ФИГ. 12 представляет собой пример модификации полупроводникового устройства по варианту воплощения и показывает, что выбрана общая нижняя изолирующая подложка;

ФИГ. 13A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую структуру полупроводникового устройства по варианту воплощения;

ФИГ. 13B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример выбора полупроводникового устройства по варианту воплощения;

ФИГ. 14A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую структуру полупроводникового устройства по другому варианту воплощения;

ФИГ. 14B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример выбора полупроводникового устройства по другому варианту воплощения;

ФИГ. 15A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую структуру полупроводникового устройства по другому варианту воплощения;

ФИГ. 15B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример выбора полупроводникового устройства по другому варианту воплощения;

ФИГ. 16 представляет собой диаграмму, схематически показывающую блок питания, в котором выбрано полупроводниковое устройство по варианту воплощения; и

ФИГ. 17 представляет собой диаграмму, схематически показывающую структуру второго полупроводникового устройства, применяемого в блоке питания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

[0017] Полупроводниковое устройство 10 по варианту воплощения будет описано со ссылкой на диаграммы. Полупроводниковое устройство 10 по настоящему варианту воплощения может быть использовано для цепей преобразования электрической мощности, таких как конвертеры и инвертеры, в электромобилях, автомобилях с гибридным приводом, автомобилях на топливных элементах, и т.п. Однако применение полупроводникового устройства 10 конкретно ничем не ограничено. Полупроводниковое устройство 10 может широко применяться для различных устройств и цепей.

[0018] Как показано на ФИГ. 1-4, полупроводниковое устройство 10 включает в себя первый полупроводниковый элемент 20, второй полупроводниковый элемент 40, герметизирующий корпус 12 и множество внешних соединительных выводов 14, 15, 16, 18, 19. Первый полупроводниковый элемент 20 и второй полупроводниковый элемент 40 герметизированы внутри герметизирующего корпуса 12. Хотя это ничем конкретно не ограничено, герметизирующий корпус 12 образован, например, из термоотверждающейся смолы, такой как эпоксидная смола. Каждый из внешних соединительных выводов 14, 15, 16, 18, 19 продолжается снаружи внутрь герметизирующего корпуса 12 и электрически соединен с по меньшей мере одним из первого полупроводникового элемента 20 и второго полупроводникового элемента 40 в герметизирующем корпусе 12. В качестве примера, внешние соединительные выводы 14, 15, 16, 18, 19 включают в себя P-вывод 14, N-вывод 15 и O-вывод 16, которые представляют собой выводы для подачи электропитания, и множество выводов 18 для первого сигнала и множество выводов 19 для второго сигнала, которые представляют собой выводы для сигналов.

[0019] Первый полупроводниковый элемент 20 имеет электрод 20a верхней поверхности и электрод 20b нижней поверхности. Электрод 20a верхней поверхности расположен на верхней поверхности первого полупроводникового элемента 20, а электрод 20b нижней поверхности расположен на нижней поверхности первого полупроводникового элемента 20. Первый полупроводниковый элемент 20 представляет собой вертикальный полупроводниковый элемент, имеющий пару из верхнего и нижнего электродов 20a, 20b. Аналогично, второй полупроводниковый элемент 40 имеет электрод 40a верхней поверхности и электрод 40b нижней поверхности. Электрод 40a верхней поверхности расположен на верхней поверхности второго полупроводникового элемента 40, а электрод 40b нижней поверхности расположен на нижней поверхности второго полупроводникового элемента 40. То есть, второй полупроводниковый элемент 40 также представляет собой вертикальный полупроводниковый элемент, имеющий пару из верхнего и нижнего электродов 40a, 40b. В настоящем варианте воплощения первый полупроводниковый элемент 20 и второй полупроводниковый элемент 40 представляют собой полупроводниковые элементы одного и того же типа. Точнее говоря, каждый из первого полупроводникового элемента 20 и второго полупроводникового элемента 40 представляет собой проводящий в обратном направлении (reverse conducting) IGBT (RC-IGBT)-элемент, имеющий биполярный транзистор с изолированным затвором (insulated gate bipolar transistor, IGBT) и диодом.

[0020] Однако каждый из первого полупроводникового элемента 20 и второго полупроводникового элемента 40 не ограничен элементом RC-IGBT и могут представлять собой другие мощностные полупроводниковые элементы, такие как элемент полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор). В качестве альтернативы, каждый из первого полупроводникового элемента 20 и второго полупроводникового элемента 40 может быть заменен двумя или более полупроводниковыми элементами, такими как элемент диода и элемент IGBT (или БТИЗ) (или МОП-элемент). Конкретные конфигурации первого полупроводникового элемента 20 и второго полупроводникового элемента 40 конкретно ничем не ограничены, и могут быть выбраны различные виды полупроводниковых элементов. В этом случае, первый полупроводниковый элемент 20 и второй полупроводниковый элемент 40 могут представлять собой различные типы полупроводниковых элементов. Каждый из первого полупроводникового элемента 20 и второго полупроводникового элемента 40 может быть образован, с использованием различных видов полупроводниковых материалов, таких как кремний (Si), карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN).

[0021] Полупроводниковое устройство 10 дополнительно включает в себя первую верхнюю изолирующую подложку 22, первую проводящую прокладку 24 и первую нижнюю изолирующую подложку 26. Первая верхняя изолирующая подложка 22 имеет изолирующий слой 28, внутренний металлический слой 30, обеспеченный на одной стороне изолирующего слоя 28, и внешний металлический слой 32, обеспеченный на другой стороне изолирующего слоя 28. Внутренний металлический слой 30 и внешний металлический слой 32 изолированы друг от друга изолирующим слоем 28. Внутренний металлический слой 30 первой верхней изолирующей подложки 22 электрически соединен с электродом 20a верхней поверхности первого полупроводникового элемента 20 через первую проводящую прокладку 24. Хотя это ничем конкретно не ограничено, для соединения в настоящем варианте воплощения выбрана пайка. Поэтому, соответственно, между первой верхней изолирующей подложкой 22 и первой проводящей прокладкой 24, и между первой проводящей прокладкой 24 и первым полупроводниковым элементом 20 образованы слои 23, 25 припоя.

[0022] В качестве примера, первая верхняя изолирующая подложка 22 в настоящем варианте воплощения представляет собой DBC-подложку. Изолирующий слой 28 образован из керамики, такой как оксид алюминия, нитрид кремния и нитрид алюминия, и каждый из внутреннего металлического слоя 30 и внешнего металлического слоя 32 образован из меди. Однако первая верхняя изолирующая подложка 22 не ограничена DBC-подложкой. Изолирующий слой 28 не ограничен керамикой, и может быть образован из других изоляторов. Внутренний металлический слой 30 и внешний металлический слой 32 не ограничены медью и могут быть образованы из других металлов. Структура присоединения между изолирующим слоем 28 и каждым из металлических слоев 30, 32 также конкретно ничем не ограничена. Первая проводящая прокладка 24 в настоящем варианте воплощения образована из сплава медь-молибден. Однако первая проводящая прокладка 24 не ограничена сплавом медь-молибден и может быть образована из других проводников, таких как чистая медь или другие сплавы меди.

[0023] Первая нижняя изолирующая подложка 26 имеет изолирующий слой 34, внутренний металлический слой 36, обеспеченный на одной стороне изолирующего слоя 34, и внешний металлический слой 38, обеспеченный на другой стороне изолирующего слоя 34. Внутренний металлический слой 36 и внешний металлический слой 38 изолированы друг от друга изолирующим слоем 34. Внутренний металлический слой 36 первой нижней изолирующей подложки 26 электрически соединен с электродом 20b нижней поверхности первого полупроводникового элемента 20. Хотя это ничем конкретно не ограничено, для соединения в настоящем варианте воплощения выбрана пайка. Поэтому, слой 27 припоя между первым полупроводниковым элементом 20 и первой нижней изолирующей подложкой 26 образован слой 27 припоя.

[0024] В качестве примера, первая нижняя изолирующая подложка 26 в настоящем варианте воплощения представляет собой DBC-подложку. Изолирующий слой 34 образован из керамики, такой как оксид алюминия, нитрид кремния и нитрид алюминия, и каждый из внутреннего металлического слоя 36 и внешнего металлического слоя 38 образован из меди. Однако первая нижняя изолирующая подложка 26 не ограничена DBC-подложкой. Изолирующий слой 34 не ограничен керамикой, и может быть образован из других изоляторов. Внутренний металлический слой 36 и внешний металлический слой 38 не ограничены медью и могут быть образованы из других металлов. Структура присоединения между изолирующим слоем 34 и каждым из металлических слоев 36, 38 также конкретно ничем не ограничена.

[0025] Внешний металлический слой 32 первой верхней изолирующей подложки 22 открыт на верхней поверхности 12a герметизирующего корпуса 12. Как было описано выше, первая верхняя изолирующая подложка 22 не только образует часть электрической цепи полупроводникового устройства 10, но также функционирует как пластина для рассеивания тепла, которая в основном рассеивает тепло первого полупроводникового элемента 20 наружу. Аналогично, внешний металлический слой 38 первой нижней изолирующей подложки 26 открыт на нижней поверхности 12b герметизирующего корпуса 12. Как было описано выше, первая нижняя изолирующая подложка 26 не только образует часть электрической цепи полупроводникового устройства 10, но также функционирует как пластина для рассеивания тепла, которая в основном рассеивает тепло первого полупроводникового элемента 20 наружу. Как было описано выше, полупроводниковое устройство 10 по настоящему варианту воплощения имеет структуру двухстороннего охлаждения, в которой внешние металлические слои 32, 38 открыты на верхней и нижней поверхности 12a, 12b герметизирующего корпуса 12.

[0026] Полупроводниковое устройство 10 дополнительно включает в себя вторую верхнюю изолирующую подложку 42, вторую проводящую прокладку 44 и вторую нижнюю изолирующую подложку 46. Вторая верхняя изолирующая подложка 42 имеет изолирующий слой 48, внутренний металлический слой 50, обеспеченный на одной стороне изолирующего слоя 48, и внешний металлический слой 52, обеспеченный на другой стороне изолирующего слоя 48. Внутренний металлический слой 50 и внешний металлический слой 52 изолированы друг от друга изолирующим слоем 48. Внутренний металлический слой 50 второй верхней изолирующей подложки 42 электрически соединен с электродом 40a верхней поверхности второго полупроводникового элемента 40 через вторую проводящую прокладку 44. Хотя это ничем конкретно не ограничено, для соединения в настоящем варианте воплощения выбрана пайка. Поэтому, соответственно, между второй 42 верхней изолирующей подложкой и второй проводящей прокладкой 44, и между второй проводящей прокладкой 44 и вторым полупроводниковым элементом 40 образованы слои 43, 45 припоя.

[0027] В качестве примера, вторая верхняя изолирующая подложка 42 в настоящем варианте воплощения представляет собой DBC-подложку. Изолирующий слой 48 образован из керамики, такой как оксид алюминия, нитрид кремния и нитрид алюминия, и каждый из внутреннего металлического слоя 50 и внешнего металлического слоя 52 образован из меди. Однако вторая верхняя изолирующая подложка 42 не ограничена DBC-подложкой. Изолирующий слой 48 не ограничен керамикой, и может быть образован из других изоляторов. Внутренний металлический слой 50 и внешний металлический слой 52 не ограничены медью и могут быть образованы из других металлов. Структура присоединения между изолирующим слоем 48 и каждым из металлических слоев 50, 52 также конкретно ничем не ограничена. Вторая проводящая прокладка 44 в настоящем варианте воплощения образована из сплава медь-молибден. Однако вторая проводящая прокладка 44 не ограничена сплавом медь-молибден, и может быть образована из других проводников, таких как чистая медь или другие сплавы меди.

[0028] Вторая нижняя изолирующая подложка 46 имеет изолирующий слой 54, внутренний металлический слой 56, обеспеченный на одной стороне изолирующего слоя 54, и внешний металлический слой 58, обеспеченный на другой стороне изолирующего слоя 54. Внутренний металлический слой 56 и внешний металлический слой 58 изолированы друг от друга изолирующим слоем 54. Внутренний металлический слой 56 второй нижней изолирующей подложки 46 электрически соединен с электродом 40b нижней поверхности второго полупроводникового элемента 40. Хотя это ничем конкретно не ограничено, для соединения в настоящем варианте воплощения выбрана пайка. Поэтому, между вторым полупроводниковым элементом 40 и второй нижней изолирующей подложкой 46 образован слой 47 припоя.

[0029] В качестве примера, вторая нижняя изолирующая подложка 46 в настоящем варианте воплощения представляет собой DBC-подложку. Изолирующий слой 54 образован из керамики, такой как оксид алюминия, нитрид кремния и нитрид алюминия, и каждый из внутреннего металлического слоя 56 и внешнего металлического слоя 58 образован из меди. Однако вторая нижняя изолирующая подложка 46 не ограничена DBC-подложкой. Изолирующий слой 54 не ограничен керамикой, и может быть образован из других изоляторов. Внутренний металлический слой 56 и внешний металлический слой 58 не ограничены медью и могут быть образованы из других металлов. Структура присоединения между изолирующим слоем 54 и каждым из металлических слоев 56, 58 также конкретно ничем не ограничена.

[0030] Внешний металлический слой 52 второй верхней изолирующей подложки 42 открыт на верхней поверхности 12a герметизирующего корпуса 12. Как было описано выше, вторая верхняя изолирующая подложка 42 не только образует часть электрической цепи полупроводникового устройства 10, но также функционирует как пластина для рассеивания тепла, которая в основном рассеивает тепло второго полупроводникового элемента 40 наружу. Аналогично, внешний металлический слой 58 второй нижней изолирующей подложки 46 открыт на нижней поверхности 12b герметизирующего корпуса 12. Как было описано выше, вторая нижняя изолирующая подложка 46 не только образует часть электрической цепи полупроводникового устройства 10, но также функционирует как пластина для рассеивания тепла, которая в основном рассеивает тепло второго полупроводникового элемента 40 наружу. Как было описано выше также для второго полупроводникового элемента 40, полупроводниковое устройство 10 по настоящему варианту воплощения имеет структуру двухстороннего охлаждения, в которой внешние металлические слои 52, 58 открыты на верхней и нижней поверхности 12a, 12b герметизирующего корпуса 12.

[0031] Полупроводниковое устройство 10 дополнительно имеет соединение 60, образованное из проводника. Соединение 60 расположено внутри герметизирующего корпуса 12 и электрически соединяет друг с другом внутренний металлический слой 30 первой верхней изолирующей подложки 22 и внутренний металлический слой 56 второй нижней изолирующей подложки 46. Как было описано выше, первый полупроводниковый элемент 20 и второй полупроводниковый элемент 40 соединены последовательно друг с другом через соединение 60. В качестве примера, соединение 60 по настоящему варианту воплощения образовано из меди и прикреплено к внутреннему металлическому слою 30 первой верхней изолирующей подложки 22 через слой припоя 62 и прикреплено к внутреннему металлическому слою 56 второй нижней изолирующей подложки 46 путем сварки.

[0032] Как было описано выше, полупроводниковое устройство 10 включает в себя P-вывод 14, N-вывод 15 и O-вывод 16 в качестве внешних соединительных выводов. P-вывод 14, N-вывод 15 и O-вывод 16 в настоящем варианте воплощения образованы из меди. Однако P-вывод 14, N-вывод 15 и O-вывод 16 не ограничены медью и могут быть образованы из других проводников. P-вывод 14 прикреплен к внутреннему металлическому слою 36 первой нижней изолирующей подложки 26 в герметизирующем корпусе 12. N-вывод 15 прикреплен к внутреннему металлическому слою 50 второй верхней изолирующей подложки 42 в герметизирующем корпусе 12. O-вывод 16 прикреплен к внутреннему металлическому слою 56 второй нижней изолирующей подложки 46. В качестве примера, P-вывод 14 и O-вывод 16 прикреплены к внутреннему металлическому слою 36 первой нижней изолирующей подложки 26 и внутреннему металлическому слою 56 второй нижней изолирующей подложки 46, соответственно, путем сварки. Диапазон WL, показанный на диаграммах этих материалов заявки, указывает на точку присоединения, полученную путем сварки.

[0033] Выводы 18 для первого сигнала соединены с первым полупроводниковым элементом 20 через соединительные проволоки 18a, а выводы 19 для второго сигнала соединены со вторым полупроводниковым элементом 40 через соединительные проволоки 19a. Количество или конкретные конфигурации вывода 18 для первого сигнала и вывода 19 для второго сигнала конкретно ничем не ограничены. Полупроводниковое устройство 10 необязательно должно включать в себя вывод 18 для первого сигнала и вывод 19 для второго сигнала.

[0034] Как показано на ФИГ. 2 и 5, внутренний металлический слой 36 первой нижней изолирующей подложки 26 имеет основной участок 36a и выступающий участок 36b. Основной участок 36a представляет собой участок, который растягивается при нахождении в контакте с изолирующим слоем 34 первой нижней изолирующей подложки 26, а первый полупроводниковый элемент 20 обеспечен в основном участке 36a. Выступающий участок 36b представляет собой участок, выступающий из основного участка 36a, и к выступающему 36b участку прикреплен P-вывод 14. Как показано на ФИГ. 2, на виде сверху первой нижней изолирующей подложки 26, выступающий участок 36b внутреннего металлического слоя 36 выступает из внешнего периферийной края 34e изолирующего слоя 34. Для внутреннего металлического слоя 56 второй нижней изолирующей подложки 46 также выбрана та же конфигурация. То есть, внутренний металлический слой 56 второй нижней изолирующей подложки 46 также имеет основной участок 56a и выступающий участок 56b. Второй полупроводниковый элемент 40 обеспечен в основном 56a участке. Выступающий участок 56b представляет собой участок, выступающий из основного участка 56a, и к выступающему участку 56b прикреплен O-вывод 16. На виде сверху второй нижней изолирующей подложки 46 выступающий участок 56b внутреннего металлического слоя 56 выступает из внешнего периферийной края 54e изолирующего слоя 54.

[0035] В полупроводниковом устройстве 10 по настоящему варианту воплощения первый полупроводниковый элемент 20 обеспечен для внутреннего металлического слоя 36 первой нижней изолирующей подложки 26, а P-вывод 14, который представляет собой пример внешнего соединительного вывода, прикреплен к внутреннему металлическому слою 36 первой нижней изолирующей подложки 26. Как было описано выше, первый полупроводниковый элемент 20 электрически соединен с P-выводом 14 через внутренний металлический слой 36. С другой стороны, пространство, где обеспечен первый полупроводниковый элемент 20, и пространство, где прикреплен P-вывод 14, должно быть обеспечено во внутреннем металлическом слое 36 первой нижней изолирующей подложки 26. Поэтому, область, необходимая для внутреннего металлического слоя 36 первой нижней изолирующей подложки 26, может быть относительно большой. Что касается вышеописанного, выступающий участок 36b обеспечен во внутреннем металлическом слое 36 первой нижней изолирующей подложки 26, а P-вывод 14 прикреплен к выступающему 36b участку.

[0036] Согласно конфигурации, описанной выше, в первой нижней изолирующей подложке 26 площадь изолирующего слоя 34 может быть выполнена относительно меньшей, чем площадь, необходимая для внутреннего металлического слоя 36. Путем уменьшения площади изолирующего слоя 34, термическое напряжение, которое может возникнуть в первой нижней изолирующей подложке 26, эффективно снижается. В частности, поскольку коэффициент линейного расширения изолирующего слоя 34 меньше, чем коэффициенты линейного расширения внутреннего металлического слоя 36 и внешнего металлического слоя 38, в изолирующем 34 слое имеется тенденция к возникновению растягивающего напряжения, которое может вызвать поломку. За счет снижения области изолирующего слоя 34, растягивающее напряжение, возникающее в изолирующем 34 слое, снижается. Поэтому, повреждение, такое как поломка изолирующего слоя 34, может быть предотвращено. Как было описано выше, поскольку внутренний металлический слой 36 или внешний металлический слой 38 может быть выполнен относительно толстым, эффективность рассеивания тепла первой нижней изолирующей подложки 26 может быть дополнительно повышена.

[0037] Аналогично, выступающий участок 56b обеспечен во внутреннем металлическом слое 56 второй нижней изолирующей подложки 46, и к выступающему участку 56b прикреплен O-вывод 16. Согласно конфигурации, описанной выше, также во второй нижней изолирующей подложке 46 площадь изолирующего слоя 54 может быть выполнена относительно меньшей, чем площадь, необходимая для внутреннего металлического слоя 56. За счет снижения площади изолирующего слоя 54, термическое напряжение, возникающее во второй нижней изолирующей подложке 46, эффективно снижается. В частности, поскольку коэффициент линейного расширения изолирующего слоя 54 меньше, чем коэффициенты линейного расширения внутреннего металлического слоя 56 и внешнего металлического слоя 58, в изолирующем 54 слое имеется тенденция к возникновению растягивающего напряжения, которое может вызвать поломку. За счет снижения области изолирующего слоя 54, растягивающее напряжение, возникающее в изолирующем 54 слое, снижается. Поэтому, такое повреждение, такое как поломка изолирующего слоя 54, может быть предотвращено. Как было описано выше, поскольку внутренний металлический слой 56 или внешний металлический слой 58 может быть выполнен относительно толстым, эффективность рассеивания тепла второй нижней изолирующей подложки 46 может быть дополнительно повышена.

[0038] Как показано на ФИГ. 5, в первой нижней изолирующей подложке 26 в настоящем варианте воплощения выступающий участок 36b внутреннего металлического слоя 36 расположен таким образом, чтобы он находился на расстоянии от внешнего периферийной края 34e изолирующего слоя 34. Согласно конфигурации, описанной выше, даже в случае, когда выступающий участок 36b выступает из внешнего периферийной края 34e изолирующего слоя 34, изоляция между внутренним металлическим слоем 36 и внешним металлическим слоем 38 может быть сохранена путем создания длины пути утечки тока CD между внутренним металлическим слоем 36 и внешним металлическим слоем 38, которые расположены на обеих, относительно длинных поверхностях изолирующего слоя 34. Длину пути утечки тока CD следует понимать здесь как длину кратчайшего пути от внутреннего металлического слоя 36 до внешнего металлического слоя 38 вдоль поверхности изолирующего слоя 34. Разделяющее расстояние CL между выступающим участком 36b и изолирующим слоем 34 может быть спроектировано таким образом, чтобы обеспечить необходимую изоляцию, принимая во внимание удельное объемное сопротивление или ток утечки герметизирующего корпуса 12. Аналогично, также во второй нижней изолирующей подложке 46, выступающий участок 56b внутреннего металлического слоя 56 расположен таким образом, чтобы он находился на расстоянии от внешнего периферийной края 54e изолирующего слоя 54.

[0039] В настоящем варианте воплощения, в первой нижней изолирующей подложке 26 выступающий участок 36b внутреннего металлического слоя 36 выступает из периферийной боковой поверхности 36c основного участка 36a. Согласно конфигурации, описанной выше, выступающий участок 36b, выступающий из внешнего периферийной края 34e изолирующего слоя 34, может быть образован с относительно небольшим размером. В этом случае, выступающий участок 36b может простираться вдоль направления, параллельного изолирующему слою 34. Как было описано выше, выступающий участок 36b, выступающий из внешнего периферийной края 34e изолирующего слоя 34, может быть образован с меньшим размером. Однако в качестве другого варианта воплощения часть или весь выступающий участок 36b может простираться вдоль направления, образующего угол с изолирующим слоем 34. Аналогично, также во второй нижней изолирующей подложке 46 выступающий участок 56b внутреннего металлического слоя 56 выступает из периферийной боковой поверхности 56c основного участка 56a и простирается вдоль направления, параллельного к изолирующему слою 54.

[0040] Как показано на ФИГ. 6A и 6B, в первой нижней изолирующей подложке 26 конфигурацию выступающего участка 36b можно изменять по-разному. Например, как показано на ФИГ. 6A, в секции из по меньшей мере части между основанием и удаленным концом выступающего участка 36b площадь поперечного сечения выступающего участка 36b может увеличиваться по направлению к основанию. Согласно конфигурации, описанной выше, механическая прочность выступающего участка 36b может быть повышена. Как показано на ФИГ. 6B, основной участок 36a и выступающий участок 36b могут быть образованы как отдельные элементы, или же основной участок 36a и выступающий участок 36b могут быть объединены, например, путем сварки. То же самое также верно для второй нижней изолирующей подложки 46, и повторное описание будет опущено. Конфигурация, соответствующая выступающим участкам 36b, 56b нижних изолирующих подложек 26, 46, может быть аналогично применена для участка, прикрепленного к соединению 60 во внутреннем металлическом слое 30 первой верхней изолирующей подложки 22, или участка, прикрепленного к N-выводу 15 во внутреннем металлическом слое 50 второй верхней изолирующей подложки 42.

[0041] Как показано на ФИГ. 5, в настоящем варианте воплощения в первой нижней изолирующей подложке 26 площадь контакта CA1 между изолирующим слоем 34 и внутренним металлическим слоем 36 равна площади контакта CA2 между изолирующим слоем 34 и внешним металлическим слоем 38. Согласно конфигурации, описанной выше, поскольку термическое расширение, возникающее во внутреннем металлическом слое 36, и термическое расширение, возникающее во внешнем металлическом слое 38, уравновешены, термическое напряжение, действующее на изолирующий слой, 34 снижается. Однако в качестве другого варианта воплощения, как показано на ФИГ. 7A, площадь контакта CA2 между изолирующим слоем 34 и внешним металлическим слоем 38 может быть больше, чем площадь контакта CA1 между изолирующим слоем 34 и внутренним металлическим слоем 36. Согласно конфигурации, описанной выше, можно повысить эффективность рассеивания тепла первой нижней изолирующей подложки 26 при обеспечении длины пути утечки тока CD (см. ФИГ. 5) между внутренним металлическим слоем 36 и внешним металлическим слоем 38. В качестве альтернативы, как показано на ФИГ. 7B, площадь контакта CA1 между изолирующим слоем 34 и внутренним металлическим слоем 36 может быть больше, чем площадь контакта CA2 между изолирующим слоем 34 и внешним металлическим слоем 38. Согласно конфигурации, описанной выше, можно повысить степень свободы, соответствующую расположению первого полупроводникового элемента 20 при обеспечении длины пути утечки тока CD (см. ФИГ. 5) между внутренним металлическим слоем 36 и внешним металлическим слоем 38. То же самое также верно для второй нижней изолирующей подложки 46, и повторное описание будет опущено.

[0042] Как показано на ФИГ. 5 и 8A, в настоящем варианте воплощения в первой нижней изолирующей подложке 26 толщина TH1 внутреннего металлического слоя 36 может быть больше, чем толщина TH2 внешнего металлического слоя 38. Согласно конфигурации, описанной выше, поскольку теплоемкость внутреннего металлического слоя 36, близкого к первому 20 полупроводниковому элементу, повышается, изменение температуры первого полупроводникового элемента 20 может быть снижено. Однако в качестве другого варианта воплощения, как показано на ФИГ. 8B, толщина TH2 внешнего металлического слоя 38 может быть больше, чем толщина TH1 внутреннего металлического слоя 36. Согласно конфигурации, описанной выше, поскольку термическое расширение внутреннего металлического слоя 36, близкого к первому 20 полупроводниковому элементу, легко подавляется изолирующим слоем 34, подавляется, например, термическое напряжение, возникающее в слое 27 припоя, расположенном между первым полупроводниковым элементом 20 и первой нижней изолирующей подложкой 26. В качестве альтернативы, толщина TH1 внутреннего металлического слоя 36 может быть равна толщине TH2 внешнего металлического слоя 38. Согласно конфигурации, описанной выше, поскольку термическое расширение, возникающее во внутреннем металлическом слое 36, и термическое расширение, возникающее во внешнем металлическом слое 38, уравновешены, термическое напряжение, действующее на изолирующий слой 34, снижается.

[0043] В полупроводниковом устройстве 10 по настоящему варианту воплощения, внешние металлические слои 32, 38, 52, 58, открытые на верхней поверхности 12a и нижней поверхности 12b герметизирующего корпуса 12, электрически изолированы изолирующими слоями 28, 34, 48, 54. Поэтому, как показано на ФИГ. 9, охладитель 70 может быть расположен на верхней поверхности 12a и нижней поверхности 12b герметизирующего корпуса 12 без изолирующей пластины, вставляемой между ними. В этом случае, между полупроводниковым устройством 10 и охладителем 70 по необходимости может быть помещена теплорассеивающая смазка 72. В случае, когда изолирующая пластина расположена между полупроводниковым устройством 10 и охладителем 70, теплорассеивающая смазка 72 должна быть обеспечена на обеих поверхностях изолирующей пластины. То есть, два слоя теплорассеивающей смазки 72 образованы между полупроводниковым устройством 10 и охладителем 70. В отличие от вышесказанного, в полупроводниковом устройстве 10 по настоящему варианту воплощения, поскольку нет необходимости в размещении изолирующей пластины между полупроводниковым устройством 10 и охладителем 70, образован лишь один слой теплорассеивающей смазки 72. При снижении количества слоев теплорассеивающей смазки 72, термостойкость по направлению от полупроводникового устройства 10 до охладителя 70 снижается.

[0044] Как было описано выше, первая проводящая прокладка 24 и вторая проводящая прокладка 44 в настоящем варианте воплощения образованы из сплава медь-молибден. Коэффициент линейного расширения сплава медь-молибден меньше, чем коэффициент линейного расширения меди, образующей внутренние металлические слои 36, 56, и коэффициент линейного расширения эпоксидной смолы, образующей герметизирующий корпус 12. Как было описано выше, в случае, когда коэффициенты линейного расширения первой проводящей прокладки 24 и второй проводящей прокладки 44 меньше, чем коэффициенты линейного расширения внутренних металлических слоев 36, 56 и коэффициент линейного расширения герметизирующего корпуса 12, деформация, возникающая в слое 25 припоя, расположенном между первой проводящей прокладкой 24 и первым полупроводниковым элементом 20, и в слое 45 припоя, расположенном между второй проводящей прокладкой 44 и вторым полупроводниковым элементом 40 может, быть снижена. Например, как показано на ФИГ. 10A, в случае, когда первая проводящая прокладка 24 образована из меди, степень термического расширения, возникающего в первой проводящей прокладке 24, относительно велика. С другой стороны, степень термического расширения, возникающего в первом 20 полупроводниковом элементе и в первой нижней изолирующей подложке 26, относительно мала. В этом случае, относительно большая разница в степени термического расширения возникает между верхом и низом первого полупроводникового элемента 20. В результате, относительно большая деформация возникает в слое 25 припоя, расположенном между первой проводящей прокладкой 24 и первым полупроводниковым элементом 20, вызывая такую проблему, как износ слоя 25 припоя или повреждение слоя 25 припоя. В отличие от вышесказанного, как показано на ФИГ. 10B, в случае, когда первая проводящая прокладка 24 образована из материала, обладающего небольшим коэффициентом линейного расширения, степень термического расширения, возникающего на верхней стороне первого полупроводникового элемента 20, снижается. В результате, деформация, возникающая в слое 25 припоя, подавляется. То же самое также верно для второй проводящей прокладки 44. Материалы, образующие первую проводящую прокладку 24 и вторую проводящую прокладку 44, конкретно ничем не ограничены. В дополнение к сплаву медь-молибден, можно упомянуть, например, сплав медь-вольфрам.

[0045] Как показано на ФИГ. 11, в настоящем варианте воплощения, в полупроводниковом устройстве 10 первая верхняя изолирующая подложка 22 и вторая верхняя изолирующая подложка 42 могут быть заменены на одну общую верхнюю 122 изолирующую подложку. Общая верхняя 122 изолирующая подложка имеет общий изолирующий слой 128, первый внутренний металлический слой 130 и второй внутренний металлический слой 150, которые обеспечены на одной стороне общего изолирующего слоя 128, и общий внешний металлический слой 132, обеспеченный на другой стороне общего изолирующего слоя 128. Первый внутренний металлический слой 130 соединен с электродом 20a верхней поверхности первого полупроводникового элемента 20 через первую проводящую прокладку 24, а второй внутренний металлический слой 150 соединен с электродом 40a верхней поверхности второго полупроводникового элемента 40 через вторую проводящую прокладку 44. Соединение 60 сформировано как неотъемлемая часть на первом внутреннем металлическом слое 130. Общий внешний металлический слой 132 открыт на верхней поверхности 12a герметизирующего корпуса 12.

[0046] В случае, когда первая верхняя изолирующая подложка 22 и вторая верхняя изолирующая подложка 42 образованы в виде одной общей верхней изолирующей подложки 122, может быть образован широкий первый внутренний металлический слой 130 или второй внутренний металлический слой 150. Поэтому, например, соединение 60 может быть образовано как неотъемлемая часть первого внутреннего металлического слоя 130. В случае, когда соединение 60 образовано как неотъемлемая часть первого внутреннего металлического слоя 130 (а именно, общей верхней изолирующей подложки 122), способ изготовления полупроводникового устройства 10 может быть упрощен.

[0047] Как показано на ФИГ. 12, в настоящем варианте воплощения, в полупроводниковом устройстве 10 первая нижняя изолирующая подложка 26 и вторая нижняя изолирующая подложка 46 могут быть заменены на одну общую нижнюю изолирующую подложку 126. Общая нижняя изолирующая подложка 126 имеет общий изолирующий слой 134, первый внутренний металлический слой 136 и второй внутренний металлический слой 156, которые обеспечены на одной стороне общего изолирующего слоя 134, и общий внешний металлический слой 138, обеспеченный на другой стороне общего изолирующего слоя 134. Первый внутренний металлический слой 136 соединен с электродом 20b нижней поверхности первого полупроводникового элемента 20, а второй внутренний металлический слой 156 соединен с электродом 40b нижней поверхности второго полупроводникового элемента 40. Первый внутренний металлический слой 136 и второй внутренний металлический слой 156 обладают одной и той же конфигурацией как внутренний металлический слой 36 первой нижней изолирующей подложки 26 и внутренний металлический слой 56 второй нижней изолирующей подложки 46, описанные выше (см. ФИГ. 5), и имеют выступающие участки 36b, 56b, к которым прикреплен P-вывод 14 или O-вывод 16.

[0048] В случае, когда первая нижняя изолирующая подложка 26 и вторая нижняя изолирующая подложка 46 образованы в виде одной общей нижней изолирующей подложки 126, эффективность рассеивания тепла полупроводникового устройства 10 может быть повышена. В частности, первая нижняя изолирующая подложка 26 и вторая нижняя изолирующая подложка 46 расположены близко, соответственно, к первому 20 полупроводниковому элементу и ко второму 40 полупроводниковому элементу. Поскольку первая нижняя изолирующая подложка 26 и вторая нижняя изолирующая подложка 46 образованы в виде общей нижней изолирующей подложки 126, обладающей превосходной эффективностью рассеивания тепла, эффективность рассеивания тепла полупроводникового устройства 10 эффективно повышается.

[0049] Как показано на ФИГ. 13A и 13B, полупроводниковое устройство 10 включает в себя два полупроводниковых элемента 20, 40 и имеет структуру, в которой два полупроводниковых элемента 20, 40 соединены последовательно друг с другом. Каждый из полупроводниковых элементов 20, 40 представляет собой элемент RC-IGBT. Поэтому, полупроводниковое устройство 10 может быть обеспечено, например, в виде компонента, образующего пару из верхней и нижней ветвей в цепи 2 инвертора. Однако настоящее раскрытие не ограничено количеством полупроводниковых элементов 20, 40 и структурой соединения полупроводниковых элементов 20, 40, и также может быть применено для разных видов полупроводниковых устройств 210, 310, показанных, например, на ФИГ. 14A и 14B и 15A и 15B.

[0050] Как показано на ФИГ. 14A и 14B, полупроводниковое устройство 210 по другому варианту воплощения включает в себя три полупроводниковых элемента 220, и каждый из полупроводниковых элементов 220 соединен с P-выводом 214. U-вывод 202, V-вывод 204, и W-вывод 206 соединены, соответственно, с тремя полупроводниковыми элементами 220. Каждый из полупроводниковых элементов 220 конкретно ничем не ограничен и представляет собой элемент RC-IGBT. Полупроводниковое устройство 210 может быть обеспечено, например, в виде компонента, образующего три верхних ветви в цепи 2 инвертора. Конкретная конфигурация полупроводникового устройства 210 конкретно ничем не ограничена. Однако полупроводниковое устройство 210 включает в себя три нижние изолирующие подложки 226, и в каждой нижней изолирующей подложке 226 обеспечен соответствующий один из трех полупроводниковых элементов 220. Каждая из нижних изолирующих подложек 226 обладает той же конфигурацией, что и первая нижняя изолирующая подложка 26, показанная на ФИГ. 5, и т.п., а основной участок 236a и выступающий участок 236b обеспечены во внутреннем металлическом слое 236, расположенном на одной стороне изолирующего слоя 234. Полупроводниковый элемент 220 обеспечен на основном участке 236a внутреннего металлического слоя 236, а P-вывод 214 или соединение 260 прикреплено к выступающему 236b участку внутреннего металлического слоя 236. По меньшей мере, две из трех нижних изолирующих подложек 226 могут быть образованы в виде одной изолирующей подложки.

[0051] Как показано на ФИГ. 15A и 15B, полупроводниковое устройство 310 по другому варианту воплощения включает в себя шесть полупроводниковых элементов 320, и полупроводниковые элементы 320 соединены с образованием цепи 2 инвертора. Каждый из полупроводниковых элементов 320 конкретно ничем не ограничен, и представляет собой элемент RC-IGBT. Согласно полупроводниковому устройству 310, описанному выше, только цепь 2 инвертора может быть сконфигурирована. Конкретная конфигурация полупроводникового устройства 310 конкретно ничем не ограничена. Однако полупроводниковое устройство 310 включает в себя шесть нижних изолирующих подложек 326 и соответствующий один из шести полупроводниковых элементов 320 обеспечен в каждой нижней изолирующей подложке 326. Каждая из нижних изолирующих подложек 326 обладает той же конфигурацией, что и первая нижняя изолирующая подложка 26, показанная на ФИГ. 5 и т.п., и основной участок 336a и выступающий участок 336b обеспечены во внутреннем металлическом слое 336, расположенном на одной стороне изолирующего слоя 334. Полупроводниковый элемент 320 обеспечен на основном участке 336a внутреннего металлического слоя 336, а U-вывод 302, V-вывод 304, W-вывод 306, P-вывод 314, или соединение 360 прикреплено к выступающему 336b участку внутреннего металлического слоя 336. По меньшей мере, две из шести нижних изолирующих подложек 326 могут быть образованы в виде одной изолирующей подложки.

[0052] Блок питания 400, включающий в себя полупроводниковое устройство 10 по настоящему варианту воплощения, будет описан со ссылкой на ФИГ. 16 и 17. Блок питания 400 включает в себя множество полупроводниковых устройств 10, 410 и множество охладителей 70, причем полупроводниковые устройства 10, 410 и охладители 70 расположены поочередно. В дополнение к полупроводниковому устройству 10 по настоящему варианту воплощения, в полупроводниковые устройства 10, 410 включено второе полупроводниковое устройство 410. Как показано на ФИГ. 17, второе полупроводниковое устройство 410 имеет структуру, аналогичную полупроводниковому устройству 10 по настоящему варианту воплощения. Однако во втором полупроводниковом устройстве 410 по сравнению с полупроводниковым устройством 10 по настоящему варианту воплощения вместо четырех изолирующих подложек 22, 26, 42, 46 обеспечены четыре пластины 422, 426, 442, 446 для рассеивания тепла. Пластины 422, 426, 442, 446 для рассеивания тепла образованы, например, из таких проводников, как медь, и они не имеют изолирующих слоев 28, 34, 48, 54. Поэтому, изолирующая пластина 74 расположена между вторым полупроводниковым устройством 410 и охладителем 70, причем второе полупроводниковое устройство 410 и охладитель 70 электрически изолированы друг от друга изолирующей пластиной 74. Слой теплорассеивающей смазки 72 образован на обеих сторонах изолирующей пластины 74.

[0053] Как было описано выше, изолирующую пластину 74 не нужно размещать между полупроводниковым устройством 10 и охладителем 70 по настоящему варианту воплощения. В отличие от вышесказанного, изолирующую пластину 74 необходимо размещать между вторым полупроводниковым устройством 410 и охладителем 70. Поэтому, при допущении, что толщина D1 полупроводникового устройства 10 по настоящему варианту воплощения равна толщине D2 второго полупроводникового устройства 410, интервал между охладителями 70 следует изменять согласно расположению полупроводниковых устройств 10, 410. В этом случае, эксплуатационная гибкость охладителей 70 снижается. Как было описано выше, в блоке питания 400 толщина D2 второго полупроводникового устройства 410 спроектирована таким образом, чтобы она была меньше, чем толщина D1 полупроводникового устройства 10 по настоящему варианту воплощения. В дополнение, как было описано выше, охладители 70 расположены с одинаковыми интервалами между ними. В блоке питания 400, для полупроводниковых элементов 20, 40 полупроводникового устройства 10 по настоящему варианту воплощения выбран полупроводник с большой шириной запрещенной зоны, такой как карбид кремния, а для полупроводниковых элементов 20, 40 второго полупроводникового устройства 410 выбран кремний. То есть, между полупроводниковыми устройствами 10, 410 выбран полупроводник с большой шириной запрещенной зоны. В дополнение, для подавления возникновения относительно большого термического напряжения, выбрана структура, включающая в себя изолирующие слои 28, 34, 48, 54.

[0054] Тогда как выше были подробно описаны некоторые конкретные примеры, они являются лишь иллюстративными, и не ограничивают объем изобретения. Технологии, описанные в формуле изобретения, включают в себя различные изменения и модификации конкретных примеров, описанных выше. Технические элементы, описанные в настоящем описании или на диаграммах, демонстрируют техническую применимость по отдельности или в различных сочетаниях.

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам. Полупроводниковое устройство включает в себя: изолирующую подложку, включающую в себя изолирующий слой, у которого на обеих поверхностях обеспечен первый металлический слой и второй металлический слой; полупроводниковый элемент, обеспеченный на первом металлическом слое; и внешний соединительный вывод, прикрепленный к первому металлическому слою, причем внешний соединительный вывод электрически изолирован от второго металлического слоя, причем первый металлический слой включает в себя основной участок, находящийся в контакте с изолирующим слоем, причем в основном участке обеспечен полупроводниковый элемент, и выступающий участок, выступающий из основного участка, причем к выступающему участку прикреплен внешний соединительный вывод; и по меньшей мере часть выступающего участка обеспечена таким образом, чтобы она выступала из внешнего периферийного края изолирующего слоя, на виде сверху изолирующей подложки. 9 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Полупроводниковое устройство, содержащее:

изолирующую подложку, включающую в себя изолирующий слой, у которого на обеих поверхностях обеспечен первый металлический слой и второй металлический слой;

полупроводниковый элемент, обеспеченный на первом металлическом слое; и

внешний соединительный вывод, прикрепленный к первому металлическому слою, причем внешний соединительный вывод электрически изолирован от второго металлического слоя, при этом:

первый металлический слой включает в себя:

основной участок, находящийся в контакте с изолирующим слоем, причем в основном участке обеспечен полупроводниковый элемент, и

выступающий участок, выступающий из основного участка, причем к выступающему участку прикреплен внешний соединительный вывод; и

по меньшей мере часть выступающего участка обеспечена таким образом, чтобы она выступала из внешнего периферийного края изолирующего слоя, на виде сверху изолирующей подложки.

2. Полупроводниковое устройство по п. 1, в котором выступающий участок расположен таким образом, чтобы он находился на расстоянии от внешнего периферийного края изолирующего слоя.

3. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, в котором выступающий участок выступает из периферийной боковой поверхности основного участка.

4. Полупроводниковое устройство по п. 3, в котором выступающий участок простирается вдоль направления, параллельного изолирующему слою.

5. Полупроводниковое устройство по любому из пп. 1, 2, в котором, в секции из по меньшей мере части между основанием и удаленным концом выступающего участка, площадь поперечного сечения выступающего участка увеличивается по направлению к основанию.

6. Полупроводниковое устройство по любому из пп. 1, 2, в котором площадь контакта между изолирующим слоем и вторым металлическим слоем больше, чем площадь контакта между изолирующим слоем и первым металлическим слоем.

7. Полупроводниковое устройство по любому из пп. 1, 2, в котором площадь контакта между изолирующим слоем и первым металлическим слоем больше, чем площадь контакта между изолирующим слоем и вторым металлическим слоем.

8. Полупроводниковое устройство по любому из пп. 1, 2, в котором площадь контакта между изолирующим слоем и первым металлическим слоем равна площади контакта между изолирующим слоем и вторым металлическим слоем.

9. Полупроводниковое устройство по любому из пп. 1, 2, дополнительно содержащее изолирующий герметизирующий корпус, сконфигурированный для герметизации полупроводникового элемента, при этом:

первый металлический слой расположен внутри упомянутого герметизирующего корпуса; и

второй металлический слой открыт на поверхности упомянутого герметизирующего корпуса.

10. Полупроводниковое устройство по любому из пп. 1, 2, в котором изолирующая подложка представляет собой подложку с прямо присоединенной медью.