半导体封装制造技术

提供一种即使在内部的半导体芯片的一部分产生了短路故障的情况下也抑制外封装破裂的隐患的半导体封装。半导体封装具备：固定子模块(1)的金属制的冷却器(3)、固定于冷却器(3)的树脂制的外周侧壁(4)以及固定于外周侧壁(4)的金属制的上板(5)。冷却器(3与外周侧壁(4)利用紧固部件(5a)紧固，上板(5)与外周侧壁(4)利用紧固部件(5a)紧固。在子模块内的压力急剧上升了的情况下，上板(5)整体一边大幅弯曲一边变形，防止内压上升所引起的半导体封装的破坏。的破坏。的破坏。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体封装


[0001]本专利技术的实施方式涉及搭载有半导体元件的半导体封装。

技术介绍

[0002]在处理几千伏(kV)的高电压、几千安培(kA)的大电流的半导体装置中，要求尽量抑制动作时的温度上升，有时将多个开关元件并联连接而使其动作。
[0003]为了进行该动作，有将由至少一个开关元件构成的子模块多个并联连接并形成单一封装的半导体封装。在这种半导体封装中，要求实现低热阻，并且确保较高的可靠性。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本专利第3258200号公报
[0007]专利文献2：日本专利第4385324号公报

技术实现思路

[0008]专利技术将要解决的课题
[0009]在上述那样的半导体封装所含的子模块中，半导体芯片由树脂密封。若由于某些原因而导致半导体芯片引发短路故障，则可能会有大电流流入半导体芯片中，导致半导体芯片破裂。在该情况下，由于子模块内的部件的熔融、气化，在密封半导体芯片的树脂中产生较大的破裂，并且内容物在高压下从破裂部分喷出。
[0010]在半导体封装中，子模块所配置的空间是密闭了的空间。若从子模块中高压喷出内容物，则有密闭空间的压力急剧升高、导致半导体封装的外封装破裂的隐患。
[0011]半导体芯片的短路故障所引起的外封装破裂不仅成为喷出的子模块的内容物向半导体封装外部流出的原因，而且从安全性、运转持续性的观点来看也并不优选。
[0012]本实施方式提供一种半导体封装，即使在内部的半导体芯片的一部分引发了短路故障的情况下，该半导体封装也抑制了外封装破裂的隐患。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]实施方式的半导体封装具有在内部具有半导体芯片的多个子模块，并将以并联的方式电连接的所述子模块包覆于内，其特征在于，在该半导体封装中具备：电极柱，与所述子模块成对，支承所述子模块；平板状的金属制的基座，将所述电极柱固定于一个面；树脂制的外周侧壁，从所述基座竖立设置并包围所述多个子模块的周围；金属制的上板，封堵由所述外周侧壁形成的开口；第一紧固部件，通过紧固而将所述基座与所述外周侧壁固定；以及第二紧固部件，通过紧固而将所述上板与所述外周侧壁固定，所述基座、外周侧壁以及上板密闭有将多个子模块包覆于内的空间。
附图说明
[0015]图1是表示第一实施方式中的半导体封装的构成的剖面图。
[0016]图2是表示第一实施方式中的子模块的构成的立体图。
[0017]图3是第一实施方式中的半导体封装内部的俯视图。
[0018]图4是表示第一实施方式中的半导体封装的构成的剖面图。
[0019]图5是表示内容物喷出的情形的子模块的剖面图。
[0020]图6是表示从开放面喷出的内容物对外周侧壁赋予的压力与距离的关系的图。
[0021]图7是表示半导体封装100内部被施加压力时的上板厚度与应力的关系的半导体封装的剖面图。
[0022]图8是表示破裂了的子模块与外周侧壁的距离、和外周侧壁所受到的应力的关系的曲线图。
[0023]图9是第二实施方式中的半导体封装的剖面图。
[0024]图10是第二实施方式中的半导体封装的剖面图。
[0025]图11是第三实施方式中的半导体封装的剖面图。
[0026]图12是其他实施方式中的半导体封装的剖面图。
具体实施方式
[0027]以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。对附图中的同一部分标注同一编号而适当省略其详细的说明，对于不同的部分进行说明。另外，附图为示意性或者概念性的，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小的比率等并不一定与现实相同。另外，即使在表示相同部分的情况下，也有根据附图而将彼此的尺寸、比率表示为不同的情况。另外，为了方便说明，有时反而不使用严格的剖面图，而是使用局部简略的表现方法。
[0028][1.第一实施方式][0029][1－1.构成][0030]图1是表示第一实施方式中的半导体封装的构成的剖面图，图2是表示第一实施方式中的子模块的构成的立体图。图3是第一实施方式中的半导体封装内部的俯视图。
[0031]如图1所示，半导体封装100配置多个在内部具有半导体芯片的子模块1。子模块1通过电并联连接而构成单一的半导体封装100。半导体封装100具备电极柱2、成为基座的冷却器3、外周侧壁4、上板5。冷却器3、外周侧壁4、上板5利用紧固部件6固定，从而将子模块1所配置的空间密闭。子模块1经由汇流条7而电连接电极端子11。
[0032]子模块1在内部收纳有半导体芯片21。半导体芯片21例如包含使用于电力转换的功率半导体元件。这样的功率半导体元件例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等具有控制电极的开关元件、或者FRD(Fast Recovery Diode)等二极管。也可以在一个子模块1内混合存在开关元件的芯片与二极管的芯片。
[0033]如图2所示，子模块1将接合于半导体芯片21的两面的电极板22收纳于金属制的加强壳体23的内部并将其整体用树脂24密封。子模块1具有用于作为通电路径而连接于汇流条7的电极端子11。电极端子11与2个电极板22中的一个电极板(以下设为电极板22a。)连接。另外，在半导体芯片21是开关元件的情况下，用于向半导体芯片21传递信号的栅极连接器25突出。
[0034]子模块1中的一面成为加强壳体23的壳体开放面26。电极端子11、栅极连接器25从
该壳体开放面26延伸，并向子模块1的外部突出。
[0035]图3是从上观察半导体封装100的内部布局的示意图。如图3所示，在半导体封装100的内部中，经由汇流条以并联的方式将多个子模块1电连接并安装。
[0036]汇流条7将半导体封装100内的子模块1的电极端子11电连接。汇流条7由主轴和连接轴构成，所述主轴配置在以壳体开放面26相互对置的方式配置的两个子模块1之间，所述连接轴将主轴彼此连接。多个子模块1集中配置在被外周侧壁4覆盖的一个区域(图3的区域E)。
[0037]另外，在子模块1的壳体开放面26与外周侧壁4之间，将成为遮挡物的夹设物以所配置的朝向进行安装。在图3中，夹设物是其他子模块1。各子模块1的壳体开放面26相互对置地配置，因此在所有子模块1中，在壳体开放面26与外周侧壁4之间夹设其他子模块1。
[0038]返回图1，冷却器3由具有较高的导电率以及热导电率的金属材料构成。另外，由于是金属制，因此具有比一般的树脂原材料高的刚性以及延展性。冷却器3包含铁、不锈钢、铜、或者铝作为主要成分。
[0039]冷却器3是平板形状的部件，在平板的一个面固定多个电极柱2。电极柱2是由导电率、热导电率较高的材料构成的柱状的部件。电极柱2的一个端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体封装，具有多个子模块，并将以并联的方式电连接的所述子模块包覆于内，所述子模块在内部具有半导体芯片，其特征在于，所述半导体封装中具备：电极柱，与所述子模块成对，支承所述子模块；平板状的金属制的基座，在一个面固定所述电极柱；树脂制的外周侧壁，从所述基座竖立设置并包围所述多个子模块的周围；金属制的上板，封堵由所述外周侧壁形成的开口；第一紧固部件，通过紧固而将所述基座与所述外周侧壁固定；以及第二紧固部件，通过紧固而将所述上板与所述外周侧壁固定，所述基座、外周侧壁以及上板密闭有将多个所述子模块包覆于内的空间。2.根据权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，所述基座与所述外周侧壁以及所述上板与所述外周侧壁的至少一方利用所述紧固部件紧固并且利用粘合剂粘合。3.根据权利要求2所述的半导体封装，其特征在于，所述外周侧壁具备缺口部，所述缺口部将与所述基座或者所述上板接触的所述外周侧壁的接触面的一部分切削，在所述缺口部形成通过使所述粘合剂固化而形成的粘合剂固化层。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体封装，其特征在于，所述子模块，在所述半导体芯片的安装平面上且在以所述半导体芯片为中心呈放射状延长的延长面的至少一部分，配置有金属制的喷出方向限制部件。5.根据权利要求4所述的半导体封装，其特征在于，所述子模块具备：2片电极，与所述半导体芯片的安装平面平行且配置于所述半导体芯片的上下；以及电极分...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊东弘晃，市仓优太，渡边尚威，田多伸光，田代匠太，水谷麻美，关谷洋纪，久里裕二，饭尾尚隆，
申请(专利权)人：东芝能源系统株式会社，
类型：发明
国别省市：