金属制的基座板(1)具有通孔(2)。绝缘基板(3)设置于基座板(1)之上。半导体芯片(4)设置于绝缘基板(3)之上。壳体(8)具有与通孔(2)连通的螺孔(9)，该壳体(8)将绝缘基板(3)和半导体芯片(4)覆盖，设置于基座板(1)之上。金属制的螺钉(11)插入于通孔(2)和螺孔(9)而将壳体(8)固定于基座板(1)。具有柔性的软质材料(12)被填充于壳体(8)的螺孔(9)的底面与螺钉(11)的前端之间的空隙。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过螺钉而将基座板和壳体固定的半导体装置。
技术介绍
就面向电力铁道的半导体功率模块等半导体装置而言，从组装性、固定强度等观点出发，主要通过金属自攻螺钉而将具有散热性的基座板、收容半导体芯片的由树脂等成型的壳体进行固定。相对于螺钉的长度而将螺孔形成得较深，以使得壳体的螺孔的底面不与螺钉发生干涉。因此，在螺钉的紧固时螺钉前端与螺孔的底面之间存在空隙。该空隙还具有将在自攻螺钉钻过壳体的螺孔时产生的壳体的碎屑吸收的作用。通常，面向电力铁道的半导体功率模块处理大电力。因此，在向高电位部(半导体芯片的集电极、发射极以及与它们连接的电极、金属导线等)与低电位部(基座板、金属自攻螺钉等)之间施加了电压时，有时在绝缘物中的电场集中部会发生局部放电。局部放电成为绝缘劣化的指标。因此，就面向电力铁道的半导体功率模块而言，在施加规定电压(例如在额定电压为6.5kV的情况下为5.1kV)时必须满足与局部放电耐压相关的条件。但是，由于作为低电位部的金属自攻螺钉的前端与空间距离最近的高电位部(例如电极、金属导线)之间的电场变强，从而在螺钉前端与螺孔底面之间的空隙发生局部放电，存在局部放电耐压不足这样的问题。近些年，对于开发和生产不断进步的、使用了SiC、GaN等宽带隙半导体芯片的下一代功率模块，发挥了芯片特性的模块的高耐压化不断发展(例如额定电压13kV、16kV)。伴随着模块的高耐压化，与局部放电耐压相关的要求变得更加严格。因此，局部放电耐压的提高对于下一代功率模块的高耐压化而言是必需的技术课题。为了解决该课题，提出了如下半导体装置，即，在金属制自攻螺钉的前端与树脂壳体的螺孔的底面之间的空隙填充由高耐电压树脂构成的填充材料而进行加热硬化(例如，参照专利文献1)。通过以该方式将填充材料向空隙进行填充而提高绝缘耐性。另外，还提出了一种预先使填充材料硬化的半导体装置及其制造方法(例如，参照专利文献2)。通过预先使填充材料硬化而将螺钉紧固，从而能够对局部放电特性的波动进行抑制。专利文献1：日本特开2006-32392号公报专利文献2：日本特开2013-74284号公报
技术实现思路
但是，在现有技术中，需要将硬化后的填充材料控制为与空隙相同的高度，但由于填充材料的注入量的波动、加热硬化时的填充材料的热收缩率的波动等，填充材料的高度的控制是困难的。如果填充材料比空隙低，则由于空隙残存而无法提高局部放电耐压。如果填充材料比空隙高，则局部放电耐压发生波动，并且由于填充材料的回弹性而导致螺钉的固定强度降低、螺钉鼓起等。另外，在专利文献1中，在将液状的高耐电压树脂注入至螺孔内的状态下将金属制自攻螺钉进行紧固，随后使高耐电压树脂进行硬化。但是，必须使散热板侧朝上，进行放置直至硬化为止，以使得高耐电压树脂不从螺孔流出至外部。另外，由于新追加了热硬化工序，因此工序数增加而使得加工时间变长。其结果，存在制造上的产量降低这样的问题。本专利技术就是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于得到一种半导体装置，该半导体装置能够提高局部放电耐压，对由制造波动引起的局部放电耐压的波动进行抑制，防止制造上的产量的降低。本专利技术涉及的半导体装置的特征在于，具有：金属制的基座板，其具有通孔；绝缘基板，其设置于所述基座板之上；半导体芯片，其设置于所述绝缘基板之上；壳体，其具有与所述通孔连通的螺孔，该壳体将所述绝缘基板和所述半导体芯片覆盖，设置于所述基座板之上；金属制的螺钉，其插入于所述通孔和所述螺孔而将所述壳体固定于所述基座板；以及具有柔性的软质材料，其被填充于所述壳体的所述螺孔的底面与所述螺钉的前端之间的空隙。专利技术的效果在本专利技术中，通过在壳体的螺孔的底面与螺钉的前端之间的空隙填充软质材料，从而能够缓和螺钉的前端的电场强度而提高半导体装置的局部放电耐压。另外，具有柔性的软质材料能够被压缩填充于空隙，因此无需控制为与空隙相同的高度，能够抑制由软质材料的制造波动引起的局部放电耐压的波动、壳体与基座板的固定强度的降低。另外，仅追加将软质材料向螺孔插入的工序即可，而无需热硬化工序，因此能够防止制造上的产量的降低。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。图2是沿图1的I—II的剖视图。图3是沿图1的III－IV的剖视图。图4是将图2的由虚线包围的部分放大后的剖视图。图5是用于说明软质材料的填充方法的剖视图。图6是表示对比例的局部放电特性的图。图7是表示实施方式1的局部放电特性的图。图8是表示本专利技术的实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。具体实施方式参照附图，对本专利技术的实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或相对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。实施方式1.图1是表示本专利技术的实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。图2是沿图1的I－II的剖视图，图3是沿图1的III－IV的剖视图。图4是将图2的由虚线包围的部分放大后的剖视图。该半导体装置为面向电力铁道的半导体功率模块。基座板1为导热性好的铜、AlSiC等金属制，在四个角部具有通孔2。绝缘基板3设置于基座板1之上。在绝缘基板3的上表面和下表面设置有由铜、铝等构成的电极图案。半导体芯片4设置于绝缘基板3之上。由铜等构成的集电极主电极5及发射极主电极6与绝缘基板3的上表面电极图案电连接。由铝或者铜构成的金属导线7将绝缘基板3的上表面电极图案及发射极主电极6与半导体芯片4的发射极端子电连接。壳体8主要由树脂等绝缘材料构成，具有与通孔2连通的螺孔9，该壳体8将绝缘基板3和半导体芯片4覆盖，设置于基座板1之上。由硅凝胶等绝缘材料构成的封装材料10在壳体8内的空间中将半导体芯片4、绝缘基板3以及金属导线7覆盖。铁等金属制的螺钉11插入于通孔2和螺孔9而将壳体8固定于基座板1。具有柔性的软质材料12被压缩填充于壳体8的螺孔9的底面与螺钉11的前端之间的空隙。未压缩的状态的软质材料12的体积比空隙的体积大。即，软质材料12的由制造上不可避免的尺寸波动决定的最小容许体积大于或等于空隙的体积。在这里，软质材料12是加工成圆柱形的绝缘性硅橡胶海绵。其体积为，φ约3×高度3mm＝21mm3左右，是相对于空隙的设计体积(中心值)充分大的体积，该空隙的设计体积(中心值)为，φ约2.8×高度0.8mm＝5mm3左右。此外，软质材料12的形状为例如圆柱、长方体等，但如果满足上述的体积条件，且向螺孔9的插入的作业性良好，则可以为任意形状。优选为例如在表面具有槽的形状、锥形状等不容易从螺孔9脱落的形状。另外，软质材料12具有比半导体装置的最大工作温度高的耐热性。软质材料12的体积电阻率为2.8×1015[Ωcm]，具有比空气高的绝缘性。满足这样的条件的软质材料12为例如硅橡胶海绵、氟橡胶海绵等。图5是用于说明软质材料的填充方法的剖视图。首先，如图5所示地将软质材料12插入至螺孔9。接下来，通过将螺钉11紧固，从而如图4所示，将软质材料12压缩填充，直至达到壳体8的螺孔9的底面与螺钉11的前端之间的空隙的体积。下面，与对比例进行比较而说明本实施方式的效果。对比例的不存在软质材料12这一点与实施方式1不同。图6是表示对比例的局部放电特性的图。图7是表示实施方式1的局部放电特性的图。在对比例中，施加电压过程中的局部放电开始电压(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，具有：金属制的基座板，其具有通孔；绝缘基板，其设置于所述基座板之上；半导体芯片，其设置于所述绝缘基板之上；壳体，其具有与所述通孔连通的螺孔，该壳体将所述绝缘基板和所述半导体芯片覆盖，设置于所述基座板之上；金属制的螺钉，其插入于所述通孔和所述螺孔而将所述壳体固定于所述基座板；以及具有柔性的软质材料，其被填充于所述壳体的所述螺孔的底面与所述螺钉的前端之间的空隙。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，其特征在于，具有：金属制的基座板，其具有通孔；绝缘基板，其设置于所述基座板之上；半导体芯片，其设置于所述绝缘基板之上；壳体，其具有与所述通孔连通的螺孔，该壳体将所述绝缘基板和所述半导体芯片覆盖，设置于所述基座板之上；金属制的螺钉，其插入于所述通孔和所述螺孔而将所述壳体固定于所述基座板；以及具有柔性的软质材料，其被填充于所述壳体的所述螺孔的底面与所述螺钉的前端之间的空隙。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述软质材料被压缩填充于所述空隙，未压缩的状态的所述软质材料的体积比所述空隙的体...
【专利技术属性】
技术研发人员：广中阳一，古贺万寿夫，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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