半导体装置以及电力变换装置制造方法及图纸

一种半导体装置，其特征在于，具备：绝缘基板(52)，在上表面和下表面具有导体层(51、53)，在上表面的导体层(51)搭载有半导体元件(4)；底板(1)，与下表面的导体层(53)接合；壳体部件(2)，包围绝缘基板(52)，被粘接于底板(1)的接合有下表面的导体层(53)的面；作为硅组合物的第一填充材料(9)，被填充于由底板(1)和壳体部件(2)包围的区域；以及作为比第一填充材料(9)硬的硅组合物的第二填充材料(10)，在区域内的第一填充材料(9)的下部包围绝缘基板(52)的周缘部，该第二填充材料被填充于从底板(1)起的高度比上表面高且比上表面的导体层(51)的与半导体元件(4)的接合面低的区域。

Semiconductor devices and power conversion devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置以及电力变换装置
本专利技术涉及用填充材料密封了功率半导体元件的半导体装置的填充构造以及使用该半导体装置的电力变换装置。
技术介绍
为了应对高电压和大电流而将通电路径设为元件的纵向的类型的半导体元件一般被称为功率半导体元件(例如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、双极性晶体管、二极管等)。功率半导体元件被安装于电路基板上并被填充材料封装的半导体装置被用于产业设备、汽车、铁路等广泛的领域。近年来，伴随搭载有半导体装置的设备的高性能化，额定电压以及额定电流的增加、使用温度范围的扩大(高温化、低温化)这样的针对半导体装置的高性能化的要求变高。关于这样的半导体装置的封装构造，被称为壳体型的封装构造是主流，使用壳体型的封装构造的半导体装置的构造是在散热用底板(baseplate)上，隔着在绝缘基板的一个表面上具有表面电极图案且在另一个表面上具有背面电极图案而构成的绝缘电路基板，安装有功率半导体元件，对底板粘接有壳体。另外，安装于半导体装置内部的半导体元件与主电极连接。键合线被用于该半导体元件和主电极的连接。为了防止高电压施加时的绝缘不良，一般作为半导体装置的填充材料，使用以硅凝胶(siliconegel)为代表的绝缘性的胶状填充剂。在硅凝胶中的气体的可溶解量一般越高温则越少。因此，在半导体装置的使用温度范围扩大而硅凝胶被更高温地使用时，未完全溶解于硅凝胶中的气体形成气泡。在产生了这样的气泡的部位，无法得到硅凝胶所起到的绝缘填充的效果，所以半导体装置的绝缘性能劣化。另外，半导体装置内含半导体元件、接合材料、导线等许多部件，即使在填充硅凝胶时实施了脱气处理，仍有可能在半导体装置内部产生气泡。进而，这些硅凝胶中的气泡由于吸湿或加热等外部环境的影响而气泡尺寸预计可能会扩大。这样，作为在硅凝胶中产生气泡或者发生硅凝胶和各种部件的剥离的情况的对策，考虑向需要保证绝缘性的绝缘电路基板的陶瓷基板所露出的沿面部和接合有绝缘电路基板的底板之间的窄间隙空间，填充在使用半导体装置时材料中气泡无法生成、生长的橡胶材料。作为以往的半导体装置，公开了具有在利用与绝缘基板以及容器底边的粘接性强的硅橡胶粘接剂覆盖了绝缘电路基板的周缘部之后注入了填充材料的构造的半导体装置(例如专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平8-125071号公报(第4页、第1图)
技术实现思路
然而，在专利文献1记载的半导体装置中，由于利用粘接剂材料覆盖绝缘电路基板的周缘部，所以在绝缘电路基板的陶瓷基板的露出部位即沿面距离大的情况下，在陶瓷基板的露出部位的背面侧的沿面部与底板之间形成窄间隙，在该窄间隙区域难以填充粘度高的粘接剂，在填充粘度高的粘接材时产生气泡，存在绝缘可靠性劣化的情况。本专利技术是为了解决上述问题而完成的。本专利技术的半导体装置的特征在于，具备：绝缘基板，在上表面和下表面具有导体层，在所述上表面的所述导体层搭载有半导体元件；底板，与所述下表面的所述导体层接合；壳体部件，包围所述绝缘基板，被粘接于所述底板的接合有所述下表面的所述导体层的面；作为硅组合物的第一填充材料，被填充于由所述底板和所述壳体部件包围的区域；以及作为比所述第一填充材料硬的硅组合物的第二填充材料，在所述区域内的所述第一填充材料的下部包围所述绝缘基板的周缘部，被填充于从所述底板起的高度比所述上表面高且比所述上表面的所述导体层的与所述半导体元件的接合面低的区域。根据本专利技术，在具有窄间隙的半导体装置中，能够抑制气泡的产生而能够提高绝缘可靠性。附图说明图1是示出本专利技术的实施方式1中的半导体装置的俯视构造示意图。图2是示出本专利技术的实施方式1中的半导体装置的剖面构造示意图。图3是示出本专利技术的实施方式1中的半导体装置的除掉填充材料的绝缘电路基板的端部的剖面构造示意图。图4是示出本专利技术的实施方式1中的半导体装置的绝缘电路基板的端部的填充状态的剖面构造示意图。图5是示出本专利技术的实施方式2中的半导体装置的俯视构造示意图。图6是示出本专利技术的实施方式2中的半导体装置的剖面构造示意图。图7是示出本专利技术的实施方式2中的半导体装置的2张绝缘电路基板之间的剖面构造示意图。图8是示出本专利技术的实施方式3中的半导体装置的俯视构造示意图。图9是示出本专利技术的实施方式3中的半导体装置的剖面构造示意图。图10是示出本专利技术的实施方式3中的其他半导体装置的俯视构造示意图。图11是示出本专利技术的实施方式3中的其他半导体装置的剖面构造示意图。图12是示出本专利技术的实施方式3中的半导体装置的划分壁的俯视构造示意图。图13是示出本专利技术的实施方式4中的应用了电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。图14是示出本专利技术的实施例中的绝缘电路基板的周缘部的硅橡胶的填充高度的剖面构造示意图。(符号说明)1：底板；2：壳体部件；3：接合材料；4：半导体元件；5：绝缘电路基板；6：键合线；7：电极端子；8：盖构件；9：硅凝胶；10：硅橡胶；11：划分壁；51、53：电极图案；52：绝缘基板；111：配置区域；100、200、300、400、2002：半导体装置；1000：电源；2000：电力变换装置；2001：主变换电路；2003：控制电路；3000：负载。具体实施方式实施方式1.图1是示出本专利技术的实施方式1中的半导体装置的俯视构造示意图。图2是示出本专利技术的实施方式1中的半导体装置的剖面构造示意图。图1是透过作为硅组合物的第一填充材料9而从上面侧观察半导体装置100的图，用虚线表示被第二填充材料10覆盖的绝缘基板52的周缘部(外周部)。图2是图1的沿单点划线AA的剖面构造示意图。在图2中，半导体装置100具备底板1、壳体部件2、作为接合材料的焊料3、半导体元件4、绝缘电路基板5、作为布线构件的键合线6、电极端子7、盖构件8、作为硅组合物的第一填充材料9、作为硅组合物的第二填充材料10、作为导体层的电极图案51、53、绝缘基板52。绝缘电路基板5具备绝缘基板52，在绝缘基板52的上面(正面)侧具备电极图案51，在下面(背面)侧具备电极图案53。在形成于绝缘基板52的上面侧的电极图案51上，经由焊料等接合材料3电气地接合有半导体元件4。在此，例如作为半导体元件4，使用如控制大电流的MOSFET那样的电力控制用半导体元件(开关元件)或环流用的二极管(环流二极管)等。另外，绝缘电路基板5的绝缘基板52的下面侧的电极图案53经由焊料等接合材料3被粘结于底板1。另外，该底板1成为半导体装置100的底板，从而形成由该底板1和配置于底板1的周围的壳体部件2包围的区域(以下称为壳体)。为了确保半导体装置100的由壳体部件2包围的区域的内部的绝缘性，在壳体内部填充作为硅组合物的第一填充材料9和作为硅组合物的第二填充材料10。作为硅组合物的第一填充材料9例如是硅凝胶，被填充至半导体元件4以及键合线6被硅凝胶封入的高度。另外，壳体内的被填充于硅凝胶9的下部的作为硅组合物的第二填充材料10例如是硅橡胶，被填充为包围绝缘基板52的周缘部。关于硅橡胶10的填充高度，从底板1的表面被填本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，具备：绝缘基板，在上表面和下表面具有导体层，在所述上表面的所述导体层搭载有半导体元件；底板，与所述下表面的所述导体层接合；壳体部件，包围所述绝缘基板，被粘接于所述底板的接合有所述下表面的所述导体层的面；作为硅组合物的第一填充材料，被填充于由所述底板和所述壳体部件包围的区域；以及作为比所述第一填充材料硬的硅组合物的第二填充材料，在所述区域内的所述第一填充材料的下部包围所述绝缘基板的周缘部，被填充于从所述底板起的高度比所述上表面高且比所述上表面的所述导体层的与所述半导体元件的接合面低的区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.21 JP 2016-1840611.一种半导体装置，其特征在于，具备：绝缘基板，在上表面和下表面具有导体层，在所述上表面的所述导体层搭载有半导体元件；底板，与所述下表面的所述导体层接合；壳体部件，包围所述绝缘基板，被粘接于所述底板的接合有所述下表面的所述导体层的面；作为硅组合物的第一填充材料，被填充于由所述底板和所述壳体部件包围的区域；以及作为比所述第一填充材料硬的硅组合物的第二填充材料，在所述区域内的所述第一填充材料的下部包围所述绝缘基板的周缘部，被填充于从所述底板起的高度比所述上表面高且比所述上表面的所述导体层的与所述半导体元件的接合面低的区域。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第二填充材料的粘度是0.5Pa·s以上且20Pa·s以下。3.根据权利要求1或者2所述的半导体装置，其特征在于，从所述导体层露出的所述绝缘基板的沿面距离为1mm以上，被填充了所述第二填充材料的所述底板至所述绝缘基板的下表面的沿面部的距离为0.3mm以上且1mm以下。4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，所述壳体部件与所述绝缘基板的间隔为2mm以上且10mm以下。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：原田启行，原田耕三，盐田裕基，山口义弘，山田浩司，
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