[发明专利]功率半导体模块

说明书

本发明的功率半导体模块具备：金属底板；绝缘基板，配设于上述金属底板上，并具有电极；半导体元件，配设于上述绝缘基板上；壳体，以包围上述绝缘基板及上述半导体元件的方式配设于上述金属底板；以及灌封密封剂，被填充于由上述金属底板和上述壳体包围的空间内而密封上述绝缘基板及上述半导体元件，上述灌封密封剂具备硅胶和导电性赋予剂，该导电性赋予剂被添加到上述凝胶，并含有硅原子和离子基团。

技术领域

本发明涉及利用灌封密封剂(potting/encapsulating material)来密封配设于壳体内的半导体元件而成的功率半导体模块。

背景技术

在功率半导体模块中，有在小型的功率半导体模块中常见的转移密封型和在中型以上的功率半导体模块中常见的灌封密封型(也称为壳体型)。

现有的灌封密封型的功率半导体模块具备：壳体，包括金属底板和包围金属底板的框状的壳体壁；陶瓷基板，具有电极，该陶瓷基板固定于金属底板上而配设于壳体内；半导体元件，安装于陶瓷基板上；金属线(wire)，将陶瓷基板的电极和半导体元件电连接；硅胶(silicone gel)，被填充于壳体内而作为密封壳体内的各部件的灌封密封剂；以及盖，遮盖壳体上部的开口部。

近年来，功率半导体模块的高耐电压化不断发展，当前耐压6.5kV的产品被应用于电气列车等。作为减小元件内漏电流而提高耐电压的方法，通常采用如下方法：在元件的周围设置保护环，在该部分进行电场缓和并且减小半导体元件表面的电荷蓄积。另外，为了降低成本，也进行了使元件尺寸小型化的研究。作为使元件尺寸小型化的办法，考虑缩小元件周边的保护环，但其结果被认为是元件内部的漏电流增大。此外，当电压变高时，从金属线连续地放出电荷，因此电荷在保护环的形成区域被蓄积，造成不能实现充分的电场缓和的技术课题。

鉴于这样的状况，将相比密封剂为低带电的绝缘性低带电材料配设于金属线的周围，抑制从金属线向密封剂的电荷注入，抑制在元件内部产生的漏电流的产生(例如，参照专利文献1)。

另外，通过将灌封密封剂设为两层，使半导电粒子分散于下层(元件、基板侧)，由此使绝缘电阻具有非线性，能够缓和电场高的部分的电场(例如，参照专利文献2)。

另外，将添加有离子液体的离子凝胶涂布于绝缘基板的主面与配设于绝缘基板的主面上的导体板的侧面的交叉部，然后，用未添加离子液体的凝胶覆盖整体，由此缓和绝缘基板的沿面(creepage)的电场，能够抑制在该部分的放电(例如，参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本发明专利公开公报特开2007-305757号

专利文献2：日本发明专利公开公报特开平10-270609号

专利文献3：日本发明专利公开公报特开2017-28132号

发明内容

发明所要解决的技术课题

在专利文献1所记载的技术中，将低带电材料配设于金属线的周围，但由于大量金属线被密集地布线，在金属线的周围配设低带电材料的作业繁杂，并不实用。

在专利文献2所记载的技术中，由于需要将灌封密封剂设为两层，因此存在成本变高的技术课题。另外，由于分散有半导电粒子的灌封密封剂的绝缘电阻具有非线性，因此只在有电场集中的位置才能够进行电场缓和，而且当超过某个电场时，绝缘电阻急剧下降，因此存在引起模块自身的耐电压下降的技术课题。另外，由于使用环氧树脂作为灌封密封剂，所以存在由于添加有半导电粒子的环氧树脂的硬化收缩的影响而在陶瓷基板上产生裂纹的技术课题。