半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種能提高可靠性的壓接型半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體模塊。實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置包括：殼體，具有脆弱部；多個(gè)半導(dǎo)體元件，配置在殼體的內(nèi)側(cè)，且于第一面具有第一電極，在與第一面相反側(cè)的第二面具有第二電極；第一電極塊，設(shè)置在第一面?zhèn)龋遗c第一電極電連接；以及第二電極塊，設(shè)置在第二面?zhèn)龋遗c第二電極電連接；且殼體、第一電極塊及第二電極塊構(gòu)成封閉空間，脆弱部與封閉空間對(duì)向。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體模塊
[0001][相關(guān)申請(qǐng)案]
[0002]本申請(qǐng)案享有以日本專(zhuān)利申請(qǐng)案2015-34539號(hào)(申請(qǐng)日:2015年2月24日)作為基礎(chǔ)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)案通過(guò)參照該基礎(chǔ)申請(qǐng)案而包含基礎(chǔ)申請(qǐng)案的全部?jī)?nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體模塊。
【背景技術(shù)】
[0004]壓接型半導(dǎo)體裝置具備如下構(gòu)造:絕緣性殼體內(nèi)部的半導(dǎo)體元件由上下的電極塊夾持，而被氣密密封。通過(guò)從外部對(duì)上下的電極塊施加按壓力而保持內(nèi)部的電接觸。而且，壓接型半導(dǎo)體裝置實(shí)現(xiàn)了雙面散熱所引起的功率密度提升、及高電壓、大電流下的高可靠性。
[0005]壓接型半導(dǎo)體裝置即使內(nèi)部的半導(dǎo)體元件破壞，也在半導(dǎo)體裝置本身不破損的情況下短路。因此，具有如下優(yōu)勢(shì):通過(guò)將壓接型半導(dǎo)體裝置串聯(lián)連接而使用，即使在半導(dǎo)體元件破壞后，也不會(huì)立即使系統(tǒng)停止而能運(yùn)行等，容易進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。
[0006]但是，有如下?lián)鷳n(yōu):如果破壞的半導(dǎo)體元件持續(xù)過(guò)載狀態(tài)，便會(huì)因顯著的溫度上升而產(chǎn)生半導(dǎo)體元件的熔融，內(nèi)部壓力上升而導(dǎo)致爆炸。有如下?lián)鷳n(yōu):如果產(chǎn)生爆炸，半導(dǎo)體裝置的單片會(huì)飛散，損傷半導(dǎo)體裝置周邊的電路或冷卻裝置而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的問(wèn)題在于提供一種能提高可靠性的壓接型半導(dǎo)體裝置。
[0008]實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備:殼體，具有脆弱部；多個(gè)半導(dǎo)體元件，配置在所述殼體的內(nèi)側(cè)，且在第一面具有第一電極，在與第一面相反側(cè)的第二面具有第二電極；第一電極塊，設(shè)置在所述第一面?zhèn)龋遗c所述第一電極電連接；以及第二電極塊，設(shè)置在所述第二面?zhèn)?，且與所述第二電極電連接；且所述殼體、所述第一電極塊及所述第二電極塊構(gòu)成封閉空間，所述脆弱部與所述封閉空間對(duì)向。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1(a)?(C)是第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意圖。
[0010]圖2(a)及(b)是第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意圖。
[0011]圖3是第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0012]圖4是第四實(shí)施方式的外殼的示意圖。
[0013]圖5是第五實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的示意側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下，一邊參照附圖一邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，在以下的說(shuō)明中，對(duì)相同部件等標(biāo)注相同符號(hào)，且對(duì)于已說(shuō)明過(guò)一次的部件等適當(dāng)省略其說(shuō)明。
[0015](第一實(shí)施方式)
[0016]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備:殼體，具有脆弱部；多個(gè)半導(dǎo)體元件，配置在殼體的內(nèi)側(cè)，且在第一面具有第一電極，在與第一面相反側(cè)的第二面具有第二電極；第一電極塊，設(shè)置在第一面?zhèn)龋遗c第一電極電連接；以及第二電極塊，設(shè)置在第二面?zhèn)?，且與第二電極電連接。而且，殼體、第一電極塊及第二電極塊構(gòu)成封閉空間，脆弱部與封閉空間對(duì)向。
[0017]圖1是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意圖。圖1(a)為示意剖視圖，圖1(b)為示意側(cè)視圖，圖1(c)為半導(dǎo)體元件的示意剖視圖。圖1(b)是從圖1(a)中的白箭頭方向觀察半導(dǎo)體裝置時(shí)的側(cè)視圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100為壓接型半導(dǎo)體裝置。
[0018]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100將多個(gè)半導(dǎo)體元件10配置在內(nèi)部。如圖1(c)所示，半導(dǎo)體元件10在第一面具備第一電極10a，在與第一面相反側(cè)的第二面具備第二電極10b。第一電極1a與第二電極1b之間為半導(dǎo)體元件區(qū)域10c。
[0019]半導(dǎo)體元件10 例如為使用娃(Si)的 IEGT(Inject1n Enhanced GateTransistor,電子注入增強(qiáng)柵晶體管)。IEGT為具備電子注入促進(jìn)效果的IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)。第一電極1a例如為發(fā)射電極。第二電極1b例如為集電極。半導(dǎo)體元件10具備未圖示的柵極電極。
[0020]另外，半導(dǎo)體元件10只要是上下具備電極的器件便無(wú)特別限定，例如，可為FRD (Fast Recovery D1de，速?gòu)?fù)二極管)等二極管。而且，也可為 MOSFET (Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。而且，例如也可將IEGT與FRD混載。進(jìn)而，并不限于硅，也可為使用碳化硅(SiC)的器件。
[0021]半導(dǎo)體元件10配置在絕緣性殼體(以下，也稱(chēng)為外殼)12的內(nèi)側(cè)。絕緣性外殼12例如為圓筒形，且由陶瓷形成。外殼12例如具備用以保持第一電極1a與第二電極1b的絕緣性(沿面距離)的突起部12a。
[0022]外殼12例如為氧化鋁。除氧化鋁以外，例如也能使用氮化硅、氧化鋯、氮化鋁等。
[0023]在外殼12的內(nèi)壁例如設(shè)置著緩沖材15。緩沖材15例如為硅制橡膠。
[0024]多個(gè)半導(dǎo)體元件10由樹(shù)脂框架14所支撐。樹(shù)脂框架14具備確保半導(dǎo)體終止區(qū)域的絕緣距離且將多個(gè)半導(dǎo)體元件10對(duì)準(zhǔn)的功能。
[0025]而且，在半導(dǎo)體元件10的第一面?zhèn)仍O(shè)置熱補(bǔ)償板16a，在第二面?zhèn)仍O(shè)置熱補(bǔ)償板16b。于熱補(bǔ)償板16a、熱補(bǔ)償板16b中應(yīng)用熱膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體元件10接近的材料。例如，在半導(dǎo)體元件10為硅的情況下，將熱膨脹系數(shù)與硅接近的鉬作為材料應(yīng)用。
[0026]在半導(dǎo)體元件10的第一面?zhèn)仍O(shè)置第一電極塊18。而且，在半導(dǎo)體元件10的第二面?zhèn)仍O(shè)置第二電極塊20。第一電極塊18及第二電極塊20為圓形。
[0027]第一電極塊18與熱補(bǔ)償板16a接觸而設(shè)置。第二電極塊20與熱補(bǔ)償板16b接觸而設(shè)置。第一電極塊18及第二電極塊20由金屬、例如銅所形成。
[0028]第一電極塊18與外殼12由第一邊緣22連接。第一邊緣22由金屬、例如鐵鎳合金所形成。
[0029]第一電極塊18與第一邊緣22例如通過(guò)熔焊而連接。而且，第一邊緣22與外殼12例如通過(guò)釬焊而連接。
[0030]第二電極塊20與外殼12由第二邊緣24連接。第二邊緣24由金屬、例如鐵鎳合金所形成。
[0031]第二電極塊20與第二邊緣24例如通過(guò)熔焊而連接。而且，第二邊緣24與外殼12例如通過(guò)釬焊而連接。
[0032]收容半導(dǎo)體元件10的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部被外殼12、第一電極塊18、第二電極塊20、第一邊緣22、第二邊緣24氣密密封。S卩，由外殼(殼體)12、第一電極塊18及第二電極塊20形成封閉空間。在半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部填充惰性氣體、例如氮?dú)?。通過(guò)填充惰性氣體，防止內(nèi)部的半導(dǎo)體元件10、熱補(bǔ)償板16a、熱補(bǔ)償板16b等被氧化。
[0033]第一邊緣22、第二邊緣24例如為板狀的金屬且具備強(qiáng)度適度的彈簧特性。因此，當(dāng)從半導(dǎo)體裝置的外部對(duì)第一電極塊18及第二電極塊20施加按壓力時(shí)，半導(dǎo)體元件10、熱補(bǔ)償板16a、熱補(bǔ)償板16b、第一電極塊18、第二電極塊20相互密接而保持良好的電接觸。由此，第一電極塊18與第一電極1a電導(dǎo)通，第二電極塊20與第二電極1b電導(dǎo)通。
[0034]外殼12具備作為對(duì)壓力的耐性局部地低的區(qū)域的脆弱部30。該脆弱部30與由外殼(殼體)12、第一電極塊18及第二電極塊20所形成的封閉空間對(duì)向。如圖1(a)所示，脆弱部30為設(shè)置在外殼12的孔30a、及將孔30a堵塞的塞子30b。利用塞子30b保持外殼12內(nèi)部的氣密性。
[0035]塞子30b的材質(zhì)例如為樹(shù)脂。塞子30b的材質(zhì)例如為特富龍(注冊(cè)商標(biāo))。
[0036]另外，脆弱部30也可在外殼12設(shè)置多處。
[0037]接下來(lái)，對(duì)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100的作用、效果進(jìn)行說(shuō)明。
[0038]例如，有如下?lián)鷳n(yōu):在對(duì)半導(dǎo)體元件10施加過(guò)電流而破壞并短路之后，當(dāng)過(guò)載狀態(tài)持續(xù)時(shí)，會(huì)因顯著的溫度上升而產(chǎn)生半導(dǎo)體元件10的熔融，導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置100爆炸。當(dāng)產(chǎn)生爆炸時(shí)，外殼12等破損而導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置100的單片飛散。有如下?lián)鷳n(yōu):因飛散的單片導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置周邊的電路或冷卻裝置等損傷，組入有半導(dǎo)體裝置的系統(tǒng)變得無(wú)法運(yùn)行。
[0039]根據(jù)本實(shí)施方式，勉強(qiáng)在外殼12設(shè)置對(duì)壓力或溫度的耐性局部地低的脆弱部30。由此，例如在內(nèi)部的壓力或溫度上升的情況下，在半導(dǎo)體裝置100爆炸之前，脆弱部30破壞。
[0040]具體來(lái)說(shuō)，例如，在內(nèi)部的壓力上升的情況下，通過(guò)使塞子30b從孔30a脫離而釋放內(nèi)部的壓力，從而防止半導(dǎo)體裝置100的爆炸。而且，例如，在內(nèi)部的溫度上升的情況下，塞子30b熔融或軟化，由此，孔30a導(dǎo)通，釋放內(nèi)部的壓力而防止半導(dǎo)體裝置100的爆炸。由此，抑制半導(dǎo)體裝置的單片飛散而損傷半導(dǎo)體裝置周邊的電路或冷卻裝置等的情況。
[0041]而且，通過(guò)設(shè)置脆弱部30，能預(yù)測(cè)因半導(dǎo)體元件10的破壞所引起的半導(dǎo)體裝置100的破壞部位。因此，即使存在因半導(dǎo)體元件10破壞導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置100的單片飛散的情況，也能通過(guò)預(yù)先進(jìn)行在脆弱部30附近不配置容易受到損傷的電路或零件等的系統(tǒng)設(shè)計(jì)而將系統(tǒng)的二次損傷防止于未然。
[0042]而且，利用緩沖材15，即使在產(chǎn)生半導(dǎo)體元件10的破壞的情況下，也能減輕對(duì)外殼12的損害。
[0043]以上，根據(jù)本實(shí)施方式，實(shí)現(xiàn)抑制爆炸的產(chǎn)生且具備高可靠性的壓接型半導(dǎo)體裝置100。而且，實(shí)現(xiàn)即使假設(shè)產(chǎn)生爆炸也將系統(tǒng)的二次的損傷防止于未然的半導(dǎo)體裝置100。
[0044]另外，理想的是脆弱部30具備常溫時(shí)的外殼12內(nèi)部的壓力的2倍以上且10倍以下的耐性。如果低于所述范圍，便會(huì)有脆弱部30在半導(dǎo)體元件10未破壞的狀態(tài)下破壞的擔(dān)憂(yōu)。如果高于所述范圍，便會(huì)有在脆弱部30破壞前產(chǎn)生半導(dǎo)體裝置100的爆炸的擔(dān)憂(yōu)。
[0045]而且，構(gòu)成脆弱部30的孔30a的形狀并不限于圓形，也可為三角形、四角形等其他形狀。
[0046](第二實(shí)施方式)
[0047]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置除脆弱部為殼體的膜厚局部地薄的部分以外，與第一實(shí)施方式相同。因此，對(duì)于與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容省略記述。
[0048]圖2是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意圖。圖2(a)是示意剖視圖，圖2(b)是示意側(cè)視圖。圖2(b)是從圖2(a)中的白箭頭方向觀察時(shí)的側(cè)視圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置200為壓接型半導(dǎo)體裝置。
[0049]在脆弱部30中，外殼12的膜厚局部地變薄。因此，比外殼12的其他部位更容易產(chǎn)生破壞。
[0050]根據(jù)本實(shí)施方式，與第一實(shí)施方式同樣地實(shí)現(xiàn)抑制爆炸的產(chǎn)生且具備高可靠性的壓接型半導(dǎo)體裝置200。而且，實(shí)現(xiàn)即使假設(shè)產(chǎn)生爆炸也將系統(tǒng)的二次的損傷防止于未然的半導(dǎo)體裝置200。
[0051](第三實(shí)施方式)
[0052]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置除在殼體的外周部設(shè)置樹(shù)脂的涂布層以外，與第一實(shí)施方式相同。因此，對(duì)于與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容省略記述。
[0053]圖3是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置300為壓接型半導(dǎo)體裝置。
[0054]在外殼12的外周部設(shè)置著樹(shù)脂的涂布層32。樹(shù)脂的涂布層32例如為FRP (FiberReinforced Plastics，纖維強(qiáng)化塑料)。
[0055]根據(jù)本實(shí)施方式，與第一實(shí)施方式同樣地實(shí)現(xiàn)抑制爆炸的產(chǎn)生且具備高可靠性的壓接型半導(dǎo)體裝置300。而且，實(shí)現(xiàn)即使假設(shè)產(chǎn)生爆炸也將系統(tǒng)的二次的損傷防止于未然的半導(dǎo)體裝置300。進(jìn)而，通過(guò)設(shè)置樹(shù)脂的涂布層32，即使在外殼12破壞的情況下，也能抑制半導(dǎo)體裝置300的單片等的飛散。
[0056](第四實(shí)施方式)
[0057]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置除殼體內(nèi)具備金屬制的網(wǎng)以外，與第一實(shí)施方式相同。因此，對(duì)于與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容省略記述。
[0058]圖4是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的外殼的示意圖。
[0059]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置在外殼12的內(nèi)部具備金屬制的網(wǎng)34。例如在通過(guò)燒結(jié)而制造外殼12的情況下，金屬制的網(wǎng)34是形成在外殼12內(nèi)。
[0060]以上，根據(jù)本實(shí)施方式，與第一實(shí)施方式同樣地實(shí)現(xiàn)抑制爆炸的產(chǎn)生且具備高可靠性的壓接型半導(dǎo)體裝置。而且，實(shí)現(xiàn)即使假設(shè)產(chǎn)生爆炸也將系統(tǒng)的二次的損傷防止于未然的半導(dǎo)體裝置。進(jìn)而，通過(guò)具備金屬制的網(wǎng)34，脆弱部30以外的部分的破壞強(qiáng)度提高，半導(dǎo)體裝置的可靠性進(jìn)一步提升。
[0061](第五實(shí)施方式)
[0062]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊具備多個(gè)半導(dǎo)體裝置，這些半導(dǎo)體裝置具有:殼體，具有脆弱部；多個(gè)半導(dǎo)體元件，配置在殼體的內(nèi)側(cè)，且在第一面具有第一電極，在與第一面相反側(cè)的第二面具有第二電極；第一電極塊，設(shè)置在第一面?zhèn)?，且與第一電極電連接；以及第二電極塊，設(shè)置在第二面?zhèn)?，且與第二電極電連接；且殼體、第一電極塊及第二電極塊構(gòu)成封閉空間，脆弱部與該封閉空間對(duì)向。而且，以使各個(gè)脆弱部的位置沿一方向?qū)R的方式串聯(lián)連接。
[0063]圖5是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的示意側(cè)視圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊是將四個(gè)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100串聯(lián)連接。
[0064]如圖5所示，將四個(gè)半導(dǎo)體裝置100以各自的脆弱部30的位置沿同一方向連接。四個(gè)半導(dǎo)體裝置100例如由未圖示的支撐框架以彼此的電極被壓接的方式固定。
[0065]在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊中，通過(guò)使脆弱部30的位置一致，即使任一半導(dǎo)體裝置100遭到破壞，也能限定產(chǎn)生破壞的影響的方向。
[0066]因此，通過(guò)預(yù)先進(jìn)行在存在脆弱部30的方向不配置容易受到損傷的電路或零件等的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能將系統(tǒng)的二次的損傷防止于未然。
[0067]另外，所連接的半導(dǎo)體裝置100的數(shù)量并不限定于四個(gè)，例如也可為兩個(gè)、三個(gè)或五個(gè)以上。
[0068]對(duì)本發(fā)明的若干個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但這些實(shí)施方式是作為示例進(jìn)行提示，并不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新穎的實(shí)施方式能以其他各種形態(tài)實(shí)施，能在不脫離發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種省略、替換、變更。例如，也可將一實(shí)施方式的構(gòu)成要素替換或變更為其他實(shí)施方式的構(gòu)成要素。這些實(shí)施方式或其變化包含在發(fā)明的范圍或主旨內(nèi)，并且包含在權(quán)利要求書(shū)所記載的發(fā)明及其均等的范圍內(nèi)。
[0069][符號(hào)的說(shuō)明]
[0070]10半導(dǎo)體元件
[0071]1a第一電極
[0072]1b第二電極
[0073]12殼體
[0074]18第一電極塊
[0075]20第二電極塊
[0076]30脆弱部
[0077]30a孔
[0078]30b塞子
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于具備: 殼體，具有脆弱部； 多個(gè)半導(dǎo)體元件，配置在所述殼體的內(nèi)側(cè)，且在第一面具有第一電極，在與第一面相反側(cè)的第二面具有第二電極； 第一電極塊，設(shè)置在所述第一面?zhèn)龋遗c所述第一電極電連接；以及 第二電極塊，設(shè)置在所述第二面?zhèn)?，且與所述第二電極電連接；並且 所述殼體、所述第一電極塊及所述第二電極塊構(gòu)成封閉空間，所述脆弱部與所述封閉空間對(duì)向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述脆弱部為設(shè)置在所述殼體的孔、以及將所述孔堵塞的塞子。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述塞子為樹(shù)脂。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述脆弱部為所述殼體的膜厚局部較薄的部分。5.一種半導(dǎo)體模塊，其特征在于具備多個(gè)半導(dǎo)體裝置，這些半導(dǎo)體裝置具備:殼體，具有脆弱部；多個(gè)半導(dǎo)體元件，配置在所述殼體的內(nèi)側(cè)，且在第一面具有第一電極，在與第一面相反側(cè)的第二面具有第二電極；第一電極塊，設(shè)置在所述第一面?zhèn)龋遗c所述第一電極電連接；以及第二電極塊，設(shè)置在所述第二面?zhèn)?，且與所述第二電極電連接；所述殼體、所述第一電極塊及所述第二電極塊構(gòu)成封閉空間，所述脆弱部與所述封閉空間對(duì)向；並且 以使各個(gè)脆弱部的位置沿一方向?qū)R的方式串聯(lián)連接。
【文檔編號(hào)】H01L21/50GK105914152SQ201510555756
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年9月2日
【發(fā)明人】桑原芳光
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社東芝