CN101755337B - 半导体模块 - Google Patents

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Abstract

半导体模块(1)包括基板(2)、安装在基板(2)上的至少一个半导体芯片(3)、固定到基板(2)并且围绕所述至少一个半导体芯片(3)的壳体(4)、覆盖所述至少一个半导体芯片(3)的电绝缘凝胶层(5)以及在凝胶层(5)顶部上的热固性树脂层(6)、在热固性树脂层(6)顶部上的盖子(7)。盖子(7)包括限定盖子开口(71)的盖子延伸部(73)，所述盖子开口通过热固性树脂层(6)延伸到凝胶层(5)并且凝胶可以通过所述盖子开口(71)膨胀。

Description

半导体模块
技术领域
本发明涉及功率电子学领域，并且更具体地涉及根据权利要求1的前序部分的半导体模块。
背景技术
用于大功率应用的半导体模块可以包括外壳和密封在外壳内部的半导体芯片。该外壳具有侧壁并且它在侧壁的一侧被其上布置了半导体芯片的基板所封闭而在相对侧上带有盖子。在外壳中，插入电绝缘硅凝胶填充物，从而覆盖芯片。盖子与封装树脂一起从顶部密封外壳。通常，用于电接触芯片的电端子(terminal)被焊接在基板上。该端子通过凝胶、硬化的树脂和盖子从基板引出。对于制造而言，凝胶在室温下被填充到外壳中并且在提高的温度(通常大约125℃)下被固化。在凝胶填充物上，封装树脂被填充并且被固化。树脂也在提高的温度下(通常也在125℃下)被固化。因此，凝胶在填充在树脂中时热膨胀，并且它在模块冷却下来时收缩。由于凝胶粘住树脂，在凝胶中出现裂缝。这些裂缝可能导致局部放电，从而损伤或甚至毁坏模块。
JP 10-233472示出具有减小这种裂缝的构件的半导体装置。而且，该模块包括带有侧壁的外壳，该外壳在侧壁的一侧上被基板封闭而在相对侧上带有盖子。半导体芯片被布置在基板上。在外壳中，插入硅凝胶填充物，从而覆盖芯片。在凝胶填充物上，封装树脂被填充并且被固化。盖子与封装树脂一起从顶部密封外壳。外壳具有从侧壁延伸到外壳中的L型凸出部，该凸出部对凝胶填充物开放，从而形成相对于周围环境完全密封的外壳内的空间。如果凝胶由于热而膨胀，则由膨胀的凝胶在充气空间中产生过压，并且凝胶对盖子和封装树脂进行施压。
发明内容
本发明的目标是提供一种带有壳体的功率半导体模块，该壳体填充有凝胶层并且在凝胶层上带有硬化的树脂，其中避免了由于热膨胀引起的凝胶中的裂缝。
该目标是通过根据权利要求1的半导体模块实现的。
该半导体模块包括基板、安装在基板上的至少一个半导体芯片、被固定到基板并且围绕该至少一个半导体芯片的壳体、覆盖该至少一个半导体芯片的电绝缘凝胶层、在凝胶层顶部上的热固性树脂层以及在热固性树脂层顶部上的盖子。该盖子包括盖子开口(lid-opening)，其限定盖子开口，该盖子开口通过热固性树脂层延伸到凝胶层并且凝胶可以通过该盖子开口(71)膨胀。
通过使盖子带有这种盖子开口，凝胶可以在热的情况下在盖子开口内膨胀使得凝胶可以更容易膨胀。在没有被密封得对周围环境不透气的情况下，由盖子开口限定的体积中没有真空或过压，从而更容易允许压力补偿。
本发明的主题的另外的优选实施例在从属权利要求中公开。
附图说明
将在下文中参考附图，更详细地解释本发明的主题，其中：
图1示出根据本发明的半导体模块的截面图；
图2示出根据本发明的半导体模块的另一个实施例的截面图；以及
图3示出根据本发明的半导体模块的另一个实施例的截面图。
在附图中使用的附图标记以及它们的意思在附图标记列表中概括。通常，相似或相似功能的部件被给予相同的附图标记。描述的实施例意思是作为实例而不应限制本发明。
具体实施方式
如图1中所示，根据本发明的半导体模块1包括基板2、安装在基板2上的至少一个半导体芯片3、固定到基板2并且围绕该至少一个半导体芯片3的壳体4、覆盖该至少一个半导体芯片3的电绝缘凝胶层5、在凝胶层5顶部上的热固性树脂层6以及在热固性树脂层6顶部上的盖子7。优选地，凝胶层5的材料是硅凝胶。热固性树脂层6的材料特别是环氧树脂。
盖子7具有限定盖子开口71的盖子延伸部(lid-extension)73，该盖子开口通过热固性树脂层6延伸到凝胶层5并且凝胶可以通过该盖子开口71膨胀。
在优选的实施例中，盖子开口71允许气体对流，即盖子开口71对环境开放使得盖子开口71内的压力得以平衡，即在任何时候与环境中的相同并且气体可以通过该盖子7。
在另一个优选的实施例中，盖子开口71位于这样的区域内：所述区域位于该至少一个芯片3所在区域的正投影的外部。该位置是有利的，因为在一般起源于芯片的爆炸的情况下，热固性树脂层6和盖子7防止该爆炸垂直指向基底。相反由热固性树脂层6和盖子7吸收该能量，保护在模块附近的人或其它设备。
优选地，如图2所示，通过盖罩(cover)8尤其是通过铆钉封闭该盖子开口71，其允许气体通过盖罩8以补偿由于模块中的温度变化引起的气压变化以使得在盖罩8下且在热固性树脂层6上的盖子开口71内的压力与环境压力平衡。这种盖罩8防止灰尘或其它不希望的颗粒进入模块1，并且在温度上升或下降的情况下避免欠压或过压。该铆钉由塑料或任何其它电绝缘材料制成。为了容易制造，该铆钉可以被制成为可以从模块的外侧进行安装的盲铆钉。一件式盲铆钉例如铆钉塞或缝隙铆钉(slit rivet)以及二件式盲铆钉例如二件式缝隙铆钉是合适的。
在图3中所示的另一个优选的实施例中，盖子延伸部73延伸到凝胶层5内。这使得模块的制造更容易，因为需要较小的机械精度。在提高的温度下承受凝胶之后的制造期间，凝胶冷却下来并且因此下陷到盖子开口71内。延伸到凝胶层5中的盖子延伸部73确保热固性树脂在使凝胶冷却下来后被填充时不能流到盖子开口71内(即使凝胶已经下陷)。

Claims (10)

1.一种半导体模块(1)，包括
基板(2)，
安装在基板(2)上的至少一个半导体芯片(3)，
固定到基板(2)并且围绕所述至少一个半导体芯片(3)的壳体(4)，
覆盖所述至少一个半导体芯片(3)的电绝缘凝胶层(5)，
在凝胶层(5)顶部上的热固性树脂层(6)，
在热固性树脂层(6)顶部上的盖子(7)，
其特征在于
盖子(7)包括限定盖子开口(71)的盖子延伸部(73)，所述盖子开口通过热固性树脂层(6)延伸到凝胶层(5)并且凝胶能够通过所述盖子开口(71)膨胀。
2.根据权利要求1的半导体模块(1)，其特征在于
凝胶层(5)的材料是硅凝胶和/或热固性树脂层(6)的材料是环氧树脂。
3.根据权利要求1或2的半导体模块(1)，其特征在于
盖子延伸部(73)延伸到凝胶层(5)中。
4.根据权利要求1到2中任一项的半导体模块(1)，其特征在于
盖子开口(71)位于这样的区域内：所述区域位于所述至少一个芯片(3)所在区域的正投影的外部。
5.根据权利要求1到2中任一项的半导体模块(1)，其特征在于
盖子开口(71)对环境开放。
6.根据权利要求1到2中任一项的半导体模块(1)，其特征在于
盖子开口(71)由盖罩(8)封闭。
7.根据权利要求6的半导体模块(1)，其特征在于
盖罩(8)是铆钉。
8.根据权利要求7的半导体模块(1)，其特征在于
所述铆钉是盲铆钉。
9.根据权利要求7或8的半导体模块(1)，其特征在于
所述铆钉由电绝缘材料制成。
10.根据权利要求6的半导体模块(1)，其特征在于
气体能够通过盖罩(8)以补偿由于模块中的温度变化引起的压力变化。
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