专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体装置，其包括半导体元件，覆盖半导体的电绝缘盖，以及分别电连接到半导体元件的至少第一和第二导电端子。
背景技术：
JP-A-61-263144公开一种半导体装置，其中导电端子由电绝缘壁部分地包围。JP-U-2-36281公开一种半导体装置，其中凸起布置在导电端子之间。JP-A-1-144662公开一种半导体装置，其中凹槽布置在导电端子之间。JP-A-10-84078公开一种半导体装置，其中凸起和凹槽布置在导电端子之间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体装置，其包括半导体元件，覆盖半导体的电绝缘盖，以及分别电连接到半导体元件的至少第一和第二导电端子，在该装置中，导电端子之间和/或至少一个导电端子与装置安装于其上的接地部分之间的电绝缘性能提高了。
在包括半导体元件，覆盖半导体的电绝缘盖，以及分别电连接到半导体元件的至少第一和第二导电端子的半导体装置中，因为第一导电端子具有第一端子凸起，其从盖的第一表面在突出方向上突出并且包括沿着第一表面的第一终止端和第一根源端(root end)，第二导电端子具有第二端子凸起，其从盖的第二表面在突出方向上突出并且包括沿着第二表面的第二终止端和第二根源端，并且在沿着通过第一和第二端子凸起并平行于突出方向延伸的虚平面而获得的半导体装置横断面图中，盖具有盖凸起和盖凹槽中至少一个，盖凸起相对于盖的第一和第二表面在突出方向上突出到高于第一和第二终止端高度的高度，盖凹槽的底部相对于盖的第一和第二表面在突出方向上凹陷，盖凸起和盖凹槽中的该至少一个增加端子之间和/或至少一个端子与装置安装于其上的电接地表面之间的电隔离爬电距离和/或空间隔离距离，使得装置的电绝缘性能可以足够地保持，即使端子之间和/或至少一个端子与电接地表面之间的距离减小。
优选地，为了保持至少一个端子和电接地表面之间的电隔离爬电距离(creepage distance)，通过盖的外围壁防止盖凹槽的底部延伸到盖的至少一个终止端，如在突出方向上所见，也就是，凹槽在盖的外围壁的半径内终止，如在突出方向上所见。优选地，为了保持端子之间的电隔离爬电距离，盖凸起和盖凹槽中至少一个在横断面图中布置在第一和第二导电端子之间。
优选地，为了保持端子之间的电隔离爬电距离时使端子之间的距离最小，盖凹槽的侧面和盖凸起的侧面沿着公共平面延伸。电绝缘盖可以包括电绝缘合成树脂作为其主要成分。
当第一和第二终止端能够接触电连接到半导体元件的各个导电部件时，优选地，盖凸起相对于盖的第一和第二表面在突出方向上突出到高于第一和第二终止端上导电部件高度的高度。优选地，盖的第一和第二表面沿着虚平面延伸，或者盖的第一和第表面彼此平行地延伸。
优选地，为了增加端子之间和/或至少一个端子与电接地表面之间的电隔离爬电距离和/或空间隔离距离，盖凸起在垂直于突出方向的厚度方向上的厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上变化，并且盖凸起厚度的变化包括盖凸起厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上的增加，以及盖凸起厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上的减少，使得沿着盖凸起的电隔离爬电距离增加。优选地，为了当盖凸起和盖凹槽在厚度方向上彼此相邻时容易制造装置，盖凸起仅表现盖凸起厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上的减少，其中终止端位于盖凸起面向盖凹槽的第一侧面，并且盖凸起表现盖凸起厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上的减少和增加，其中终止端位于盖凸起在厚度方向上与第一侧面相对的第二侧面。
优选地，盖凸起从盖的第一和第二表面中至少一个在突出方向上突出的高度不小于第一和第二导电端子之间在垂直于突出方向的方向上的最小距离。优选地，盖凸起突出的高度不大于第一和第二导电端子之间最小距离的三倍。
优选地，为了改进如在突出方向上所见的至少两个方向上的电绝缘性能，在沿着另一虚平面而获得的半导体装置另一横断面图中，其中该另一个虚平面垂直于与突出方向平行并且通过第一和第二端子凸起中一个的虚平面而延伸，盖凹槽以这样一种方式延伸，使得盖凹槽布置在相对于第一和第二端子凸起中一个的至少一个面上，或者优选地，为了改进如在突出方向上所见的至少三个方向上的电绝缘性能，盖凹槽以这样一种方式延伸，使得在沿着另一虚平面而获得的半导体装置另一横断面图中，其中该另一个虚平面垂直于与突出方向平行并且通过第一和第二端子凸起中每个的虚平面而延伸，盖凹槽布置在相对于每个端子凸起的每个面上。优选地，为了保持至少一个端子和电接地表面之间的电隔离爬电距离，通过盖的外围壁防止盖凹槽的底部延伸到盖的至少一个终止端，如在突出方向所见，也就是，凹槽在盖的外围壁的半径内终止，如在突出方向所见。
优选地，为了增加端子之间的电隔离爬电距离和/或空间隔离距离，盖凸起和盖凹槽在横断面图中布置在第一和第二导电端子之间。优选地，为了有效地增加端子之间和/或至少一个端子与电接地表面之间的电隔离爬电距离和/或空间隔离距离，盖凹槽的宽度不小于2mm。
本发明的其它目的，特征和优点将从下面结合附图的本发明实施方案的描述中变得明白。
图1是作为本发明第一实施方案的半导体装置的顶视图。
图2是沿着图1中虚平面A-A而获得的第一实施方案横断面图。
图3是显示集成于半导体装置中的电路的原理图。
图4是作为本发明第二实施方案的半导体装置的横断面图。
图5是第二实施方案一部分的放大视图。
图6是作为本发明第三实施方案的半导体装置的顶视图。
图7是沿着图6中虚平面B-B而获得的第三实施方案横断面图。
图8是沿着图6中虚平面C-C而获得的第三实施方案横断面图。
图9是显示集成于第三实施方案中的电路的原理图。
图10是作为本发明第四实施方案的半导体装置的顶视图。
图11是沿着图10中虚平面D-D而获得的第四实施方案横断面图。
图12是沿着图10中虚平面E-E而获得的第四实施方案横断面图。
图13是作为本发明第五实施方案的半导体装置的横断面图。
图14是作为本发明第六实施方案的半导体装置的顶视图。
图15是显示集成于第六实施方案中的电路的原理图。
具体实施例方式
(实施方案1)在如图1中所示的半导体装置中，由铜，铜合金(例如铜-钼合金或铜-氧化亚铜合金)，铝-碳化硅或钼制成的底部金属基板25布置在装置的底部，并且功率半导体元件291-294通过焊接固定到安装在底部金属基板上的Al2O3或AlN的电绝缘板281和282上，并且通过焊接电连接到电绝缘板281和282上的配线。交流电端子21，直流电正(P)端子22，直流电负(N)端子23，和内部控制端子271-274通过焊接电连接到其上的控制电路衬底26，通过热固环氧树脂固定到由电绝缘合成树脂制成的端子板31上。端子板31具有平面13和从平面13突出的端子台面141-143，并且交流电端子21，直流电正(P)端子22，直流电负(N)端子23的一部分从其顶面突出。交流电端子21，直流电正(P)端子22，直流电负(N)端子23和内部控制端子271-274通过焊接电连接并固定到电绝缘板281和282上的配线，电绝缘板281和282分别电连接到功率半导体元件291-294。电绝缘树脂外壳30安装在底部金属基板25上，以包围端子板31与电绝缘板281和282的组合，并且底部金属基板25和树脂外壳30之间以及端子板31和树脂外壳30之间的间隙用热固环氧树脂填充，以将它们彼此固定在一起。由树脂外壳30，端子板31和底部金属基板25限定的，并且除装置所包含的交流电端子21，直流电正(P)端子22，直流电负(N)端子23，控制电路衬底26和内部控制端子271-274之外剩余容积的空间用硅树脂凝胶以这样一种方式填充，使得装置中的交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23，控制电路衬底26和内部控制端子271-274被硅树脂凝胶覆盖以改进装置中的电绝缘性能。在空间用硅树脂凝胶填充之后，端子板31上用于将硅树脂凝胶通过其加入到装置中的开口用硅树脂橡皮帽塞住。树脂外壳30和端子板31形成功率半导体元件291-294的电绝缘盖。
如图2中所示，盖凸起111和盖凹槽121布置在交流电端子21和直流电正(P)端子22之间，盖凸起112和盖凹槽122布置在直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23之间，并且彼此相邻的盖凸起和盖凹槽的侧面沿着公共平面延伸，使得彼此相邻的盖凸起和盖凹槽之间的距离达到最小。盖凸起113用于直流电负(N)端子23和外部控制端子24之间的电隔离，并且盖凹槽123用于交流电端子21和装置外部之间的电隔离。
盖凸起111-113的高度大于交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23的高度。盖凹槽121-123的底部低于端子板31的端子台面141-143的顶面与交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23之间的界面。每个盖凹槽121-123的宽度应该不小于2mm。
如图3中所示，IGBT 411由电并联的IGBT功率半导体元件291和292形成，并且IGBT 412由电并联的IGBT功率半导体元件293和294形成。紧固结构的外部控制端子24电连接到上臂栅极控制端子43，上臂发射极控制端子44，下臂栅极控制端子46和下臂发射极控制端子47。紧固结构的外部控制端子24可以分别电连接到上臂集电极控制端子和下臂集电极控制端子。盖凸起和/或盖凹槽可以在彼此相邻的外部控制端子24之间形成。紧固结构的外部控制端子24可以直接电连接到内部控制端子271-274而其间没有控制电路衬底26。
(实施方案2)如图4和5中所示，盖凸起111-113可以具有各自的突出部151-153，突出部151-153在垂直于盖凸起111-113突出方向的方向上延伸。突出部151-153可以通过粘合剂附着于盖凸起111-113。盖凸起111-113的高度大于足够拧入交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23中的螺丝581和582的高度。
(实施方案3)在如图6，7和8中所示的半导体装置中，由铜，铜合金(例如铜-钼合金或铜-氧化铜合金)，铝-碳化硅或钼制成的底部金属基板25布置在装置的底部，并且功率半导体元件29通过焊接固定到安装在底部金属基板上的Al2O3或AlN的电绝缘板28上，并且通过焊接电连接到电绝缘板28上的配线。引脚端板结构的内部控制端子27和外部控制端子16通过焊接电连接并固定到控制电路衬底26，其中控制电路衬底26用热固环氧树脂安装在端子板31上。交流电端子21，直流电正(P)端子22，直流电负(N)端子23和内部控制端子271-274通过焊接电连接并固定到电绝缘板28上的配线，其中电绝缘板28分别电连接到功率半导体元件29。树脂外壳30安装在底部金属基板25上，以包围端子板31与电绝缘板281和282的组合，并且底部金属基板25和树脂外壳30之间以及端子板31和树脂外壳30之间的间隙用热固环氧树脂填充，以将它们彼此固定在一起。由树脂外壳30，端子板31和底部金属基板25限定的，并且除装置所包含的交流电端子21，直流电正(P)端子22，直流电负(N)端子23，控制电路衬底26和内部控制端子27之外剩余容积的空间用硅树脂凝胶以这样一种方式填充，使得装置中的交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23，控制电路衬底26和内部控制端子27被硅树脂凝胶覆盖以改进装置中的电绝缘性能。在空间用硅树脂凝胶填充之后，端子板31上用于将硅树脂凝胶通过其加入到装置中的开口321和322用硅树脂橡皮帽塞住。树脂外壳30和端子板31形成功率半导体元件29的电绝缘盖。
如图7和8中所示，盖凸起111和盖凹槽121布置在交流电端子21和直流电正(P)端子22之间，盖凸起112和盖凹槽122布置在直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23之间，并且彼此相邻的盖凸起和盖凹槽的侧面沿着公共平面延伸，使得彼此相邻的盖凸起和盖凹槽之间的距离达到最小。盖凸起113用于控制端子161-169和直流电负(N)端子231-233之间的电隔离。
盖凸起111-113的高度大于交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23的高度，并且螺丝充分地拧入交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23中。盖凹槽121-123的底部低于端子板31的端子台面141-143的顶面与交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23之间的界面。每个盖凹槽121-123的宽度应该不小于2mm。
如图9中所示，IGBT 411-416和飞轮二极管421-426的每个组合由电并联的IGBT功率半导体元件29形成。插口锁结构的外部控制端子131-139在每个激发相中电连接到上臂栅极控制端子43(431，432或433)，上臂发射极控制端子44(441，442或443)，上臂集电极控制端子45(451，452或453)，下臂栅极控制端子46(461，462或463)，下臂发射极控制端子47(461，462或463)和下臂集电极控制端子48(481，482或483)。每个盖凸起171-178布置在彼此相邻的控制端子161-169之间。如图6中所示，每个盖凸起111-113可以具有突出部18以增加交流电端子21，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23之间的电绝缘爬电距离。外部控制端子161-169可以直接电连接到内部控制端子27，而其间没有控制电路衬底26。
如图5中所示，盖凸起的高度Y不小于彼此相邻的端子之间的最小距离X，以保持其间的电绝缘，并且不大于最小距离X的三倍，以便于安装另一个导电部件到每个端子上。
(实施方案4)如图10-12中所示，盖凸起111-115和盖凹槽121-123可以布置在彼此相邻的交流电端子211-213之间以及彼此相邻的直流电端子221-223和231-233之间。
(实施方案5)如图13中所示，作为本发明半导体装置第五实施方案的两级反相器型电源模块53通过润滑脂安装在散热片上。在电源模块53中，直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23沿着直虚线布置，并且主电路配线561和562形成分别从直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23平行于盖凸起111和112向上延伸的1mm厚度的母线。主电路配线561和562中至少一个可以用环氧树脂涂敷，当主电路配线561和562与直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23之间的绝缘空间距离不足时。主电路配线561和562电连接到电容器52。交流电端子21通过电动机配线57电连接到AC电动机。螺丝581-583分别拧入端子21-23中，以将导电部件，例如主电路配线561和562，固定到端子21-23上。栅极配线55从具有软锁机制的引脚端板型外部控制端子24延伸。
(实施方案6)如图14和15中所示，作为本发明半导体装置第五实施方案的三级反相器包括两个电容器521和522，两个电容器521和522电串联到直流电源，使得获得三个输出电压级，以形成高电压和高功率反相器。三级反相器的主电路包括两个电源模块531和532，二极管模块59和两个电容器。电源模块531和532以及二极管模块59通过润滑脂安装在散热片上。栅极配线55从栅极驱动器54延伸到具有软锁机制的引脚端板型外部控制端子16。主电路配线561-569中至少一个可以用热固环氧树脂涂敷，以保持主电路配线与直流电正(P)端子22和直流电负(N)端子23之间的绝缘空间距离和电隔离爬电距离。
本领域技术人员应该进一步认识到，虽然前面的描述基于本发明的实施方案，但是本发明并不局限于此，可以不背离本发明的精神和附加权利要求书的范围而做各种改变和修正。
权利要求
1.一种半导体装置，包括半导体元件(29，291-294，411-416，421-426)，覆盖半导体的电绝缘盖(30，31)，以及分别电连接到半导体元件(29，291-294，411-416，421-426)的至少第一和第二导电端子(21-23)，其特征在于，第一导电端子具有第一端子凸起，其从盖的第一表面在突出方向上突出并且包括沿着第一表面的第一终止端和第一根源端，第二导电端子具有第二端子凸起，其从盖的第二表面在突出方向上突出并且包括沿着第二表面的第二终止端和第二根源端，并且在沿着通过第一和第二端子凸起并平行于突出方向延伸的虚平面而获得的半导体装置横断面图中，盖具有盖凸起(111-115)和盖凹槽(121-123)中至少一个，盖凸起相对于盖的第一和第二表面在突出方向上突出到高于第一和第二终止端高度的高度，盖凹槽的底部相对于盖的第一和第二表面在突出方向上凹陷。
2.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于防止盖凹槽的底部延伸到盖的至少一个终止端，如在突出方向上所见。
3.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖凸起和盖凹槽中至少一个在横断面图中布置在第一和第二导电端子之间。
4.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖凹槽的侧面和盖凸起的侧面沿着公共平面延伸。
5.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于电绝缘盖包括电绝缘合成树脂。
6.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于第一和第二终止端能够接触电连接到半导体元件的各个导电部件。
7.根据权利要求6的半导体装置，其特征在于盖凸起相对于盖的第一和第二表面在突出方向上突出到高于第一和第二终止端上导电部件高度的高度。
8.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖的第一和第二表面沿着虚平面延伸。
9.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖的第一和第二表面彼此平行地延伸。
10.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖凸起在垂直于突出方向的厚度方向上的厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上变化，并且盖凸起厚度的变化包括盖凸起厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上的增加，以及盖凸起厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上的减少，使得沿着盖凸起的电隔离爬电距离增加。
11.根据权利要求10的半导体装置，其特征在于盖凸起和盖凹槽在厚度方向上彼此相邻，并且位于盖凸起面向盖凹槽的第一侧面，盖凸起仅表现盖凸起厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上的减少，并且位于盖凸起在厚度方向上与第一侧面相对的第二侧面，盖凸起表现盖凸起厚度在从盖的第一和第二表面到盖凸起的终止端方向上的减少和增加。
12.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖凸起从盖的第一和第二表面中至少一个在突出方向上突出的高度不小于第一和第二导电端子之间在垂直于突出方向的方向上的最小距离。
13.根据权利要求12的半导体装置，其特征在于盖凸起突出的高度不大于第一和第二导电端子之间最小距离的三倍。
14.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于在沿着另一虚平面而获得的半导体装置另一横断面图中，其中该另一个虚平面垂直于与突出方向平行并且通过第一和第二端子凸起中一个的虚平面而延伸，盖凹槽以这样一种方式延伸，使得盖凹槽布置在相对于第一和第二端子凸起中一个的各个侧面的至少一个面上。
15.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖凹槽以这样一种方式延伸，使得在沿着另一虚平面而获得的半导体装置另一横断面图中，其中该另一个虚平面垂直于与突出方向平行并且通过第一和第二端子凸起中每个的虚平面而延伸，盖凹槽布置在相对于第一和第二端子凸起中每一个的各个侧面的每个侧面上。
16.根据权利要求14或15的半导体装置，其特征在于防止盖凹槽的底部(13)延伸到盖的至少一个终止端，如在突出方向上所见。
17.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖凸起和盖凹槽在横断面视图中都布置在第一和第二导电端子之间。
18.根据权利要求1的半导体装置，其特征在于盖凹槽的宽度不小于2mm。
全文摘要
在包括半导体元件，覆盖半导体的电绝缘盖，以及分别电连接到半导体元件的至少第一和第二导电端子的半导体装置中，第一导电端子具有第一端子凸起从盖的第一表面突出并且包括第一终止端和第一根源端，第二导电端子具有第二端子凸起从盖的第二表面突出并且包括第二终止端和第二根源端，在沿着平行于突出方向的虚平面而获得的断面图中，盖具有盖凸起和盖凹槽中至少一个，盖凸起突出到高于第一和第二终止端高度的高度，盖凹槽的底部相对于盖的第一和第二表面凹陷。
文档编号H02M7/48GK1450640SQ0310952
公开日2003年10月22日 申请日期2003年4月8日 优先权日2002年4月8日
发明者石川勝美, 伊君高志, 豊田瑛一, 岡松茂俊, 黑须俊树, 森睦宏, 齋藤隆一, 関根茂树, 加藤修治 申请人:株式会社日立制作所