[发明专利]功率半导体模块

说明书

本发明提供一种功率半导体模块，即使在为了实现功率半导体模块的大容量化且保证高绝缘可靠性而扩大绝缘基板上的表面电极的面积，使沿面距离缩小的情况下，也能够防止因沿面放电引起的短路击穿。功率半导体模块(100)的特征在于，具有：绝缘基板(2)，其在表背面上设有第一电极(7‑1)和第二电极(7‑2)；功率半导体芯片(1)，其与第一电极(7‑1)接合；金属基座(3)，其与第二电极(7‑2)接合；绝缘壳体(5)；以及硅凝胶(6)，其配置于由金属基座(3)和绝缘壳体(5)形成的空间内且密封绝缘基板(2)和功率半导体芯片(1)，绝缘基板(2)的互相对置的侧面彼此或与绝缘基板(2)对置的绝缘壳体(5)的侧面和绝缘基板(2)的侧面通过硬质树脂(8)接合，硬质树脂(8)覆盖缘基板(2)从第一电极(7‑1)露出的部分的一部分及绝缘基板(2)的侧面的一部分。

技术领域

本发明涉及一种要求高绝缘可靠性的高耐电压的功率半导体模块。

背景技术

搭载功率半导体模块的电力变换器(转换器或逆变器)广泛用于铁路、汽车、工业以及电力、社会基础设施等各领域。

以往，作为用于提高特别是在高温下动作的半导体装置的树脂密封的可靠性的技术，具有以下技术：将形成有表面电极图案、背面电极图案的绝缘基板和与表面电极图案接合的半导体元件利用含有环氧树脂等的第一密封树脂密封，并且将未形成表面电极图案或背面电极图案的绝缘基板的部分和第一密封树脂用弹性率比第一密封树脂小的含有硅树脂等的第二密封树脂覆盖，构成半导体装置，从而在高温动作时，利用弹性率小的第二密封树脂缓和应力，并且想要缓和第一密封树脂的端部的应力集中(例如，参照专利文献1)。

另外，以往，作为提高树脂密封型逆变器模块的绝缘可靠性的技术，具有以下技术：将在基座金属板上所接合的无机基板(绝缘基板)、以使该无机基板的周缘部露出的方式形成于无机基板上的导体箔(电极)以及搭载于该导体箔上的半导体元件用硅凝胶密封，并且将导体箔的外周侧面部及无机基板的周缘部用具有比硅凝胶高的击穿电压的加热固化型的树脂包覆物包覆，构成逆变器模块，从而，即使从无机基板的端到导体箔的沿面距离短，也能够进行电场缓和，从而实现逆变器模块的绝缘可靠性提高和小型化、大容量化(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-16684号公报

专利文献2：日本特开2004-14919号公报

发明内容

发明所要解决的课题

处理高电压的功率半导体模块要求高的绝缘可靠性。功率半导体模块的外周部利用空气/绝缘物的沿面绝缘，以在预定的环境下不会产生短路、放电的方式根据标准(例如IEC60664)确定空间距离、沿面距离。另外，高密度地安装功率半导体芯片、绝缘基板、接合线等的模块内部难以通过扩大空间距离、沿面距离来确保绝缘性，因此将内部安装部件的周围利用绝缘树脂密封，实现各部件间的绝缘。

作为密封模块内部的绝缘树脂材，大致分为环氧树脂等硬质树脂和硅凝胶等软质树脂两种。例如，在额定电流为几十安培左右的低容量、小型功率半导体模块中，一般使用硬质树脂作为绝缘密封树脂，例如，可以认为专利文献1记载的绝缘密封树脂相当于这一种。硬质树脂密封型的功率半导体模块一般尺寸小，因此被认为，即使假设由于硬质树脂密封而在模块内部的部件间产生应变、应力，该应变、应力也通常为小规模，该情况极少成为问题。

另一方面，相对于这种硬质树脂密封型的功率半导体模块，在大容量(额定电流为百安培以上)且模块尺寸大的功率半导体模块中，一般使用硅凝胶等软质树脂作为绝缘密封树脂，例如，可以认为专利文献2记载的绝缘密封树脂相当于这一种。如果将接合有功率半导体芯片、绝缘基板、接合线等的模块内部利用刚性高的硬质树脂密封，则可能在部件间产生大的应变、应力，对内部部件造成机械损伤，产生裂纹，或者在与硬质树脂之间引起界面剥离，因此，为了避免这种情况，使用柔软且吸收、缓和部件间的应变、应力的软质树脂。