JPH10163417A - パワー半導体モジュール - Google Patents
パワー半導体モジュールInfo
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- JPH10163417A JPH10163417A JP9324351A JP32435197A JPH10163417A JP H10163417 A JPH10163417 A JP H10163417A JP 9324351 A JP9324351 A JP 9324351A JP 32435197 A JP32435197 A JP 32435197A JP H10163417 A JPH10163417 A JP H10163417A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- housing
- power semiconductor
- foam
- semiconductor module
- housing cover
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W76/00—Containers; Fillings or auxiliary members therefor; Seals
- H10W76/40—Fillings or auxiliary members in containers, e.g. centering rings
- H10W76/42—Fillings
- H10W76/47—Solid or gel fillings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W74/00—Encapsulations, e.g. protective coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/754—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
Landscapes
- Casings For Electric Apparatus (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 長期間の絶縁を可能とし、爆発に可能な限り
不感受性を示すパワー半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 このパワー半導体モジュールは、ハウジ
ング内でハウジングカバーの下方にフォーム層を構成す
ることを特徴とする。このフォームは、注封材料の機械
的サポートを可能にして注封材料の分離を防ぐだけでな
く、短絡発生時における圧縮による大きな圧力上昇を吸
収することができる。このようにして、補償容積が、ハ
ウジングが破壊されることなく生成される。このハウジ
ングは閉じた状態を保ち、環境に材料が放出されること
はない。
不感受性を示すパワー半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 このパワー半導体モジュールは、ハウジ
ング内でハウジングカバーの下方にフォーム層を構成す
ることを特徴とする。このフォームは、注封材料の機械
的サポートを可能にして注封材料の分離を防ぐだけでな
く、短絡発生時における圧縮による大きな圧力上昇を吸
収することができる。このようにして、補償容積が、ハ
ウジングが破壊されることなく生成される。このハウジ
ングは閉じた状態を保ち、環境に材料が放出されること
はない。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワー半導体エレ
クトロニクスの分野に関し、特にパワー半導体モジュー
ルに関する。
クトロニクスの分野に関し、特にパワー半導体モジュー
ルに関する。
【0002】
【従来の技術】本発明に関するパワー半導体モジュール
は、既に欧州特許出願 EP 0 597 144A1において開示さ
れている。一般的なパワー半導体モジュールはハウジン
グを備え、そのハウジング内で、少なくとも1つの半導
体チップが、同時に冷却するために用いられるベースプ
レート上に配列される。この半導体チップは、外側に延
びた端子に電気的に接続され、任意の複数のチップが、
接触トラックによって電気的に相互接続される。ハウジ
ングカバーとベースプレートの間のキャビティは、例え
ば絶縁性ゲルである注封材料で充填される。ハウジング
内の自由な気体容積には、長期間が経過すると、電子部
品の表面から自身の重量によりゲルが分離(detach)し
て、高電圧絶縁性を保証できなくなるという危険性があ
る。
は、既に欧州特許出願 EP 0 597 144A1において開示さ
れている。一般的なパワー半導体モジュールはハウジン
グを備え、そのハウジング内で、少なくとも1つの半導
体チップが、同時に冷却するために用いられるベースプ
レート上に配列される。この半導体チップは、外側に延
びた端子に電気的に接続され、任意の複数のチップが、
接触トラックによって電気的に相互接続される。ハウジ
ングカバーとベースプレートの間のキャビティは、例え
ば絶縁性ゲルである注封材料で充填される。ハウジング
内の自由な気体容積には、長期間が経過すると、電子部
品の表面から自身の重量によりゲルが分離(detach)し
て、高電圧絶縁性を保証できなくなるという危険性があ
る。
【0003】これらのモジュールは、パワーコンバータ
回路構成の一部である場合がある。このような回路構成
に短絡が生じると、その回路構成の一部が破壊されるお
それがある。モジュールにおける短絡は、適切な対策が
講じられていない場合には、容易にモジュールの爆発(e
xplosion) につながるおそれがある。1995年4月25日ロ
ンドンの IEE IGBT 推進ドライブ専門家会議(Propulsio
n Drives Colloquium)の文献 "Reliable 1200 Amp 2500
V IGBT Modules for Traction Applications"が、モジ
ュールの最大圧力を制限する所望の破断点を有するハウ
ジングを提供することを提案する。このハウジングは、
爆発が生じると、これらの所望の破断点で破裂し、モジ
ュールのゲル又は部分が、開いたところから逃げ出す。
しかしながら、飛び回るハウジングの部品又は外に飛ば
されるゲルは、望ましくない危険の源となる。材料は吹
き飛ばされて、環境を汚染し、装置全体の故障の原因と
なる。
回路構成の一部である場合がある。このような回路構成
に短絡が生じると、その回路構成の一部が破壊されるお
それがある。モジュールにおける短絡は、適切な対策が
講じられていない場合には、容易にモジュールの爆発(e
xplosion) につながるおそれがある。1995年4月25日ロ
ンドンの IEE IGBT 推進ドライブ専門家会議(Propulsio
n Drives Colloquium)の文献 "Reliable 1200 Amp 2500
V IGBT Modules for Traction Applications"が、モジ
ュールの最大圧力を制限する所望の破断点を有するハウ
ジングを提供することを提案する。このハウジングは、
爆発が生じると、これらの所望の破断点で破裂し、モジ
ュールのゲル又は部分が、開いたところから逃げ出す。
しかしながら、飛び回るハウジングの部品又は外に飛ば
されるゲルは、望ましくない危険の源となる。材料は吹
き飛ばされて、環境を汚染し、装置全体の故障の原因と
なる。
【0004】
【発明の概要】従って、本発明の一つの目的は、何の問
題もなく長期間の絶縁を可能とし、爆発に可能な限り影
響を受けない新規なモジュールを提供することである。
前述したタイプのパワー半導体モジュールに関して、こ
の目的は請求項1に記載した手段によって達成される。
本発明の中心は、フォーム層がハウジング内のハウジン
グカバーの下方に配置されることである。フォームは、
ゲルの機械的サポートを行ってゲルが分離されないよう
にされるだけでなく、圧縮によって短絡発生時の大きな
圧力上昇を吸収することができる。このように、補償用
容積は、ハウジングを破壊することなく形成される。ハ
ウジングは閉じたままであり、材料が環境に飛ばされる
ことはない。
題もなく長期間の絶縁を可能とし、爆発に可能な限り影
響を受けない新規なモジュールを提供することである。
前述したタイプのパワー半導体モジュールに関して、こ
の目的は請求項1に記載した手段によって達成される。
本発明の中心は、フォーム層がハウジング内のハウジン
グカバーの下方に配置されることである。フォームは、
ゲルの機械的サポートを行ってゲルが分離されないよう
にされるだけでなく、圧縮によって短絡発生時の大きな
圧力上昇を吸収することができる。このように、補償用
容積は、ハウジングを破壊することなく形成される。ハ
ウジングは閉じたままであり、材料が環境に飛ばされる
ことはない。
【0005】フォームは、注封材料と組み合わせて用い
られることができ、又は代わりに絶縁性ガス(例えば S
F6)で充填されて、絶縁ゲルを完全に置き換えてもよ
い。特に、好適な特性が、例えば硼素化合物などの難燃
性物質を充填ガスに混合することによって得られる。さ
らに、別の実施例が対応する従属項から得られる。
られることができ、又は代わりに絶縁性ガス(例えば S
F6)で充填されて、絶縁ゲルを完全に置き換えてもよ
い。特に、好適な特性が、例えば硼素化合物などの難燃
性物質を充填ガスに混合することによって得られる。さ
らに、別の実施例が対応する従属項から得られる。
【0006】
【発明の実施の形態】まず図1及び2において、同様の
符号は、同一の又は対応する部分を示しており、図1
は、本発明の第1の実施例の断面図である。パワー半導
体モジュール1が、ハウジング2を備える。半導体チッ
プ6は、ベースプレート5上に配列される。基板11
は、例えばはんだ付け可能なセラミックで構成され、半
導体チップ6とベースプレート5の間に挿入されて、放
熱子(heat sink) として働く。接触トラック7が付加的
に設けられ、一方で、それらは半導体チップ6間の電気
的接触を実現し、他方で、外部に繋がった端子8への電
気的接触を実現させる。チップ6の端子と接触トラック
7との間の電気的接続が、例えばボンディングワイヤ1
2によって達成される。しかしながら、別の接触を行う
ことができる手段を考えることもできる。端子8は、例
えば例示されるように、締結用ナット13を有するねじ
式端子であってもよい。
符号は、同一の又は対応する部分を示しており、図1
は、本発明の第1の実施例の断面図である。パワー半導
体モジュール1が、ハウジング2を備える。半導体チッ
プ6は、ベースプレート5上に配列される。基板11
は、例えばはんだ付け可能なセラミックで構成され、半
導体チップ6とベースプレート5の間に挿入されて、放
熱子(heat sink) として働く。接触トラック7が付加的
に設けられ、一方で、それらは半導体チップ6間の電気
的接触を実現し、他方で、外部に繋がった端子8への電
気的接触を実現させる。チップ6の端子と接触トラック
7との間の電気的接続が、例えばボンディングワイヤ1
2によって達成される。しかしながら、別の接触を行う
ことができる手段を考えることもできる。端子8は、例
えば例示されるように、締結用ナット13を有するねじ
式端子であってもよい。
【0007】ハウジングカバー3、ハウジング壁4及び
ベースプレートにより必然的に形成されるキャビティ
は、従来技術の説明で示したように、ベースプレート側
を注封材料10で充填される。このゲルは、特に絶縁の
役割を果たす。本発明によると、キャビティが、ハウジ
ングカバー3側をフォーム9で充填される。フォーム9
は、絶縁性ゲル10を補助して、長期間ゲルが分離しな
いように、選択される。さらに、フォーム9は、補償用
容積を構成し、短絡の発生時に開放されるエネルギを吸
収する。ハウジングをフォームで充填することは、絶縁
性ゲルの必要量を最小にさせる。このフォームが、高い
絶縁破壊強さ(breaddown strength)を有するガス(例え
ば SF6)でさらに充填される場合に、絶縁性ゲルをフォ
ームで完全に置き換えることができる。図2は、そのよ
うな例を示す。フォームの出来具合により、優れた防湿
性を形成することになる。従来技術と比較すると、防湿
性が、発泡(foamed)ハウジングを用いるだけで既に改善
される。さらに、例えば硼素化合物などの難燃性物質
が、フォームの充填ガスと混合されてもよい。結果とし
て、短絡発生時の火災の危険性は、大幅に低減される。
さらに、このフォームは安価で、単純な方法で現存する
生成プロセスに組み込まれることができる。
ベースプレートにより必然的に形成されるキャビティ
は、従来技術の説明で示したように、ベースプレート側
を注封材料10で充填される。このゲルは、特に絶縁の
役割を果たす。本発明によると、キャビティが、ハウジ
ングカバー3側をフォーム9で充填される。フォーム9
は、絶縁性ゲル10を補助して、長期間ゲルが分離しな
いように、選択される。さらに、フォーム9は、補償用
容積を構成し、短絡の発生時に開放されるエネルギを吸
収する。ハウジングをフォームで充填することは、絶縁
性ゲルの必要量を最小にさせる。このフォームが、高い
絶縁破壊強さ(breaddown strength)を有するガス(例え
ば SF6)でさらに充填される場合に、絶縁性ゲルをフォ
ームで完全に置き換えることができる。図2は、そのよ
うな例を示す。フォームの出来具合により、優れた防湿
性を形成することになる。従来技術と比較すると、防湿
性が、発泡(foamed)ハウジングを用いるだけで既に改善
される。さらに、例えば硼素化合物などの難燃性物質
が、フォームの充填ガスと混合されてもよい。結果とし
て、短絡発生時の火災の危険性は、大幅に低減される。
さらに、このフォームは安価で、単純な方法で現存する
生成プロセスに組み込まれることができる。
【0008】シリコーンフォームは、フォームとして価
値の高いものと証明されてきた。ダウコーニング(Dow C
orning) による 800シリーズ(series)のシリコーンフォ
ームは、難燃性であり、205 ℃まで耐熱性を示す。この
フォームは、種類によって非常に弾性のあるものから固
いものまである。通常は、フォーム容積のおよそ2/3
が、ガスで構成される。従来技術によるモジュール構造
において、使用されている(体積およそ80cm3 の)硬質
ゴムがシリコーンフォームによって置き換えられる場
合、このフォームは、短絡発生時におよそ50cm3 の自由
なガス容積と同じ様に機能する。(体積およそ100cm3)
の注封材料が置き換えられる場合、自由なガス容積が、
およそ120cm3まで大きくすることが可能である。本発明
は、何の問題もなく長期間の絶縁を可能とし、可能な限
り爆発に対して不感受性(insensitive) であるパワー半
導体モジュールを生成することを可能にする。短絡の発
生時には、いかなる部品もハウジングから飛び出す可能
性をなくし、利用可能な絶縁性ゲルが完全に閉じ込める
ように固定される。
値の高いものと証明されてきた。ダウコーニング(Dow C
orning) による 800シリーズ(series)のシリコーンフォ
ームは、難燃性であり、205 ℃まで耐熱性を示す。この
フォームは、種類によって非常に弾性のあるものから固
いものまである。通常は、フォーム容積のおよそ2/3
が、ガスで構成される。従来技術によるモジュール構造
において、使用されている(体積およそ80cm3 の)硬質
ゴムがシリコーンフォームによって置き換えられる場
合、このフォームは、短絡発生時におよそ50cm3 の自由
なガス容積と同じ様に機能する。(体積およそ100cm3)
の注封材料が置き換えられる場合、自由なガス容積が、
およそ120cm3まで大きくすることが可能である。本発明
は、何の問題もなく長期間の絶縁を可能とし、可能な限
り爆発に対して不感受性(insensitive) であるパワー半
導体モジュールを生成することを可能にする。短絡の発
生時には、いかなる部品もハウジングから飛び出す可能
性をなくし、利用可能な絶縁性ゲルが完全に閉じ込める
ように固定される。
【0009】本発明の多くの変更及び修正が、上述の教
示により可能となることは明らかである。特許請求の範
囲に記載した事項の範囲内で、本発明は特別に説明した
実施例以外にも実践可能であることを理解されたい。
示により可能となることは明らかである。特許請求の範
囲に記載した事項の範囲内で、本発明は特別に説明した
実施例以外にも実践可能であることを理解されたい。
【図1】本発明の第1の実施例の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例の断面図である。
1 パワー半導体モジュール 2 ハウジング 3 ハウジングカバー 4 ハウジング壁 5 ベースプレート 6 半導体チップ 7 接触トラック 8 端子 9 フォーム 10 注封材料 11 基板 12 ボンディングワイヤ 13 ナット
Claims (6)
- 【請求項1】 ハウジング壁(4) 及びハウジングカバー
(3) を備えるハウジング(2) を有するパワー半導体モジ
ュール(1) であって、少なくとも1つの半導体チップ
(6) を上方に構成するベースプレート(5) と接触トラッ
ク(7) とが構成され、この接触トラック(7) が、ハウジ
ング(2) の外部に延びる少なくとも1つの端子(8) に各
半導体チップ(6) を電気的に接続し、半導体チップ(6)
が複数存在する場合には、接触トラック(7) がこれらを
電気的に相互接続し、 フォーム層(9) がハウジング(2) のハウジングカバー
(3) 下方に構成される、パワー半導体モジュール。 - 【請求項2】 特に絶縁性ゲルである注封材料(10)が、
ハウジング壁(4) とハウジングカバー(3) とベースプレ
ート(5) で囲まれたキャビティ内に供給され、フォーム
層(9) が注封材料(10)とハウジングカバー(3) との間に
位置されることを特徴とする請求項1に記載のパワー半
導体モジュール。 - 【請求項3】 フォーム(9) が、ハウジング壁(4) とハ
ウジングカバー(3)とベースプレート(5) で囲まれたキ
ャビティを完全に充填することを特徴とする請求項1に
記載のパワー半導体モジュール。 - 【請求項4】 フォーム(9) が、高い絶縁破壊強さを有
する、特にSF6 である充填ガスで充填されることを特徴
とする請求項1、2又は3のいずれかに記載のパワー半
導体モジュール。 - 【請求項5】 特に硼素化合物である難燃性材料が、前
記充填ガスに混合されることを特徴とする請求項4に記
載のパワー半導体モジュール。 - 【請求項6】 フォーム(9) が、基本的にシリコーンフ
ォームで構成されることを特徴とする請求項1ないし5
のいずれかに記載のパワー半導体モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19649798:1 | 1996-12-02 | ||
| DE19649798A DE19649798A1 (de) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | Leistungshalbleitermodul |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163417A true JPH10163417A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=7813305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9324351A Pending JPH10163417A (ja) | 1996-12-02 | 1997-11-26 | パワー半導体モジュール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5977621A (ja) |
| EP (1) | EP0845809A3 (ja) |
| JP (1) | JPH10163417A (ja) |
| DE (1) | DE19649798A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2019102575A (ja) * | 2017-11-30 | 2019-06-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および電力変換装置 |
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| DE10010919A1 (de) | 2000-03-06 | 2001-09-20 | Grundfos As | Frequenzumrichter |
| DE10012882C2 (de) * | 2000-03-16 | 2002-06-20 | Infineon Technologies Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung eines Halbleiterchips auf ein Trägerelement |
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