[发明专利]半导体装置

说明书

提供了一种半导体装置(1)，包括：壳体，该壳体包括壳体电极(4)；以及被布置在壳体内的至少一个半导体芯片(20)；其中，壳体电极(4)包括可变形部分(15)，并且可变形部分(15)被构造为当壳体的内部与外部之间的压力差超过阈值压差或可变形部分处的温度超过阈值温度时发生变形，以便将壳体从气密密封的壳体转变为与外部流体连通的开放壳体。

技术领域

本公开涉及一种半导体装置。更具体地但非排他地，本公开涉及一种具有改进的失效模式的功率半导体装置。

背景技术

功率半导体装置可以容纳一个或更多个功率半导体芯片(或管芯)。功率半导体芯片常用于切换大电流和大电压，并且可以包括功率晶体管、功率二极管、晶闸管等中的一个或更多个。功率晶体管包括但不限于功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、功率双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。晶闸管包括但不限于集成门极换流晶闸管(IGCT)，以及门极关断晶闸管(GTO)等。功率半导体装置也可以被称为功率模块或功率电子模块。

功率半导体装置通常具有气密封装。气密封装提供了封闭内部空间的气密密封壳体(或外壳)，并且一个或更多个功率半导体芯片被布置在壳体的内部空间内。气密封装通常填充有惰性气体(例如氮气)以防止湿气、灰尘颗粒和/或其他杂质粒子进入封装，由此确保芯片的正常操作。术语“壳体”和“外壳”在下文中可互换使用。

图1示意性地示出了具有压接式封装的已知的功率半导体装置100的剖视图。压接式封装通常是气密封装。压接式功率半导体装置是传统隔离基极功率半导体装置(isolated-base power semiconductor device)的替代品，在传统隔离基极功率半导体装置中，功率半导体芯片通常锡焊在分别承载芯片的隔离基板上，并且还引线键合到基板。压接式装置通常依靠外部夹紧系统施加的力与芯片接触，而不是依靠隔离底座装置中使用的引线键合和焊点。

如图1所示，压接式功率半导体装置100包括多个半导体芯片120。各个半导体芯片120在单个压力接触壳体内并联连接以产生含有具有电流处理能力的多个芯片的单个装置，理想情况下，电流处理能力是壳体内所含有的所有芯片的能力的总和。半导体芯片120被放置在机械应变缓冲器102、机械应变缓冲器103之间以形成半导体单元130。这些半导体单元130然后被定位在气密密封的壳体中的上部电极104与下部电极105之间；气密密封的壳体由电极104、105，陶瓷管108，和薄凸缘106、107、109形成。薄凸缘包括盖凸缘106、壳体上部凸缘107、以及壳体下部凸缘109。薄凸缘106、107、109在电极104、105与陶瓷管108之间形成不透气的柔性接头。气密密封的壳体封闭内部空间111。内部空间111通常填充有氮气。

通常一个电极(例如，上部电极104)是平坦的，而另一个电极(例如，下部电极105)具有形成在其内表面上的柱110的阵列。半导体单元130通常具有不同面积的上部接触区和下部接触区。如图1所示，下部电极105的柱110允许接触芯片120底部表面的较小区域。

在内部气压过高的情况下，具有气密外壳的功率半导体装置容易出现不受控制的外壳破裂。内部气压可能由于诸如局部能量存储引起的高能放电或者在被称为短路失效模式的状态下继续操作等事件而升高到临界水平。