Полупроводниковое устройство

 

Использование: полупроводниковая техника. Сущность изобретения: полупроводниковое устройство содержит несущую плату, по крайней мере одну установленную на этой несущей плате изоляционную подложку по крайней мере с одним расположенным на ее верхней поверхности проводящим элементом, обратная сторона которой обращена к несущей плате, корпус, внутри которого расположена изоляционная подложка, полупроводниковые элементы и/или приборы, расположенные внутри корпуса. Область, расположенная между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки, покрыта слоем смолы или неорганического стекла, внешний край которого расположен между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки, благодаря чему это устройство обладает с точки зрения величины выдерживаемого им напряжения высокой надежностью. Представлены три варианта полупроводниковых устройств. Техническим результатом изобретения является создание полупроводникового устройства, обладающего высокой надежностью и практически неменяющимся выдерживаемым напряжением. 3 с. и 8 з.п.ф-лы, 26 ил.

Настоящее изобретение относится к полупроводниковому устройству, в корпусе которого расположены залитые смолой полупроводниковые элементы и/или приборы.

Примером полупроводникового устройства, аналогичного предлагаемому в настоящем изобретении, является силовое полупроводниковое устройство, описанное в выложенной заявке на патент Японии Hei 8-125071. Конструкция этого полупроводникового силового устройства схематично показана в поперечном сечении на фиг. 10 приложенных к данному описанию чертежей. В этом устройстве имеется припаянная к металлической несущей плате керамическая подложка 3a с верхней и нижней медными пластинами 3b и выводом, идущим от медной пластины 3b, расположенной на верхней поверхности керамической подложки 3a. Керамическая (изоляционная) подложка 3a, внешний край которой покрыт клеем 14 из кремнийорганического каучука, расположена в корпусе 6 и залита сверху гелем 5b из кремнийорганического каучука.

Свободное пространство между клеммным блоком 8, гелем 5b из кремнийорганического каучука и корпусом 6 заполнено эпоксидной смолой 15.

В этом полупроводниковом устройстве клей 14 из кремнийорганического каучука, который нанесен на внешний край керамической подложки 3a, препятствует падению выдерживаемого подложкой 3b напряжения.

Такое известное полупроводниковое устройство обладает рядом недостатков. Во-первых, наличие эпоксидной смолы 15, которой залит гель 5b из кремнийорганического каучука, приводит к тому, что при расширении и сжатии этого геля во время работы полупроводникового устройства на поверхности раздела, как показано стрелкой на фиг. 11, между слоем геля 5b из кремнийорганического каучука и слоем клея 14 из кремнийорганического каучука происходит расслаивание из-за возникновения внутренних механических напряжений 16, как показано стрелкой 16 на фиг. 10. Следствием такого расслаивания является пробой диэлектрика керамической подложки 3a.

Во-вторых, расширение и сжатие клея 14 из кремнийорганического каучука (стрелка 17) может привести к изгибу и образованию трещин на внешнем крае керамической подложки 3a. При образовании трещин в керамической подложке 3a длина пути утечки тока между несущей платой 1 и медной пластиной, расположенной на поверхности керамической подложки 3a, снижается, и выдерживаемое полупроводниковым устройством напряжение, как очевидно, падает.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении перечисленных выше недостатков известного полупроводникового устройства и создании полупроводникового устройства, обладающего высокой надежностью и практически неменяющимся выдерживаемым напряжением.

Эта задача решается с помощью полупроводникового устройства согласно изобретению, содержащего несущую плату, по крайней мере одну установленную на этой несущей плате изоляционную подложку по крайней мере с одним расположенным на ее верхней поверхности проводящим элементом, обратная сторона которой обращена к несущей плате, корпус, внутри которого расположена изоляционная подложка, полупроводниковые элементы и/или приборы, расположенные внутри корпуса, и первую смолу, которой заполнен этот корпус, при этом область, расположенная между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки, покрыта слоем второй смолы, внешний край которой расположен между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки.

При этом край проводящего элемента может быть покрыт второй смолой.

Следует отметить, что напряжение, которое выдерживает вторая смола, больше напряжения, которое выдерживает первая смола.

Причем напряжение, которое выдерживает вторая смола, больше напряжения, которое выдерживает проводящий элемент, а расстояние между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки больше толщины изоляционной подложки.

Предпочтительно всю область, расположенную между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки, покрыть слоем второй смолы.

Целесообразно в качестве первой смолы использовать гелевую изоляцию, при этом корпус имеет крышку, между которой и поверхностью гелевой изоляции имеется свободное пространство.

Целесообразно также внешний край изоляционной подложки частично покрыть слоем второй смолы, которая нанесена на него в нескольких местах, в том числе как минимум в его углах.

Полупроводниковое устройство в соответствии с изобретением снабжено изоляционной прокладкой, приклеенной к слою второй смолы.

Предпочтительно к поверхности изоляционной подложки между краем расположенного на ней проводящего элемента и ее внешним краем приклеить лист из смолы, а область между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки, включая расположенный в этой области лист из смолы, покрыть слоем второй смолы.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения полупроводниковое устройство содержит полупроводниковые интегральные схемы, по крайней мере одну изоляционную подложку по крайней мере с одной распложенной на ней пластиной с электродами, на которой смонтированы интегральные схемы, несущую плату, на которой установлена изоляционная подложка, корпус, который соединен с внешним краем несущей подложки, гелевую изоляцию, которой изнутри заполнен корпус, первую изоляционную смолу, слой которой нанесен на поверхность изоляционной подложки между ее внешним краем и пластиной с электродами, и вторую изоляционную смолу, слой которой нанесен на поверхность несущей платы между корпусом и внешним краем изоляционной подложки.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения силовое полупроводниковое устройство включает заполненный гелевой изоляцией корпус из изоляционной смолы, внутри которого расположена несущая плата, на которой установлена по крайней мере одна изоляционная подложка по крайней мере с одной расположенной на ней пластиной с электродами, при этом граничная область между поверхностью изоляционной подложки и краем пластины с электродами на участке между внешним краем изоляционной подложки и краем пластины с электродами покрыта слоем неорганического стекла.

Предложенная конструкция полупроводникового устройства позволяет уменьшить возникающие в слое второй смолы напряжения, которые могут привести к расслоению первой и второй смолы или к изгибу внешнего края изоляционной подложки, и исключает возможность падения выдерживаемого полупроводниковым устройством напряжения.

Наличие двух слоев изоляции позволяет дополнительно увеличить выдерживаемое полупроводниковым устройством напряжение и тем самым еще больше повысить его надежность.

Преимуществом предложенного полупроводникового устройства, у которого область, расположенная между участком утечки по крайней мере одной изоляционной подложки, расположенной между несущей платой и по крайней мере одной проводящей пластиной с контактами и схемой соединений, и внешним краем этой проводящей пластины, является то, что эта область покрыта слоем неорганического материала, который имеет более высокое, чем у изоляционного геля, напряжение пробоя и высокое выдерживаемое напряжение местного разряда, как, например, некристаллическое и неорганическое стекло (например, стекло из Bi₂O₃-B₂O₃) с коэффициентом теплового расширения (7,5-9,0)·10^-6/^oC и выдерживаемым эффективным напряжением 10 кВ.

Ниже изобретение более подробно поясняется описанием примеров выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - поперечное сечение части модульного силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения, на фиг. 2 - вид сверху полупроводниковых схем, собранных на подложке из нитрида алюминия устройства по фиг. 1, на фиг. 3 - поперечное сечение всего полупроводникового устройства, часть которого показана на фиг. 1, на фиг. 4 - вид сверху полупроводниковых схем, собранных на подложке из нитрида алюминия силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, на фиг. 5 - изображение в аксонометрии полупроводниковых схем, собранных на подложке из нитрида алюминия силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, на фиг. 6 - поперечное сечение части полупроводникового устройства, которое в аксонометрии показано на фиг. 5, на фиг. 7 - поперечное сечение части модульного силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, на фиг. 8 - поперечное сечение части модульного силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, на фиг. 9 - зависимость напряжения пробоя диэлектрика от длины пути утечки тока в подложке из нитрида алюминия известного и предлагаемого в настоящем изобретении силового полупроводникового устройства,
на фиг. 10 - поперечное сечение, на котором показана конструкция известного силового полупроводникового устройства,
на фиг. 11 - чертеж поперечного сечения известного полупроводникового устройства, поясняющий механизм возникновения в нем пробоя диэлектрика,
на фиг. 12 - чертеж поперечного сечения предлагаемого в настоящем изобретении полупроводникового устройства, поясняющий механизм возникновения в нем пробоя диэлектрика,
на фиг. 13 - поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения,
на фиг. 14 - вид сверху полупроводниковых схем, собранных на подложке из нитрида алюминия силового полупроводникового устройства по фиг. 13,
на фиг. 15 - поперечное сечение всего полупроводникового устройства, часть которого показана на фиг. 13,
на фиг. 16 - поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения,
на фиг. 17 - поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения,
на фиг. 18А - изображение в аксонометрии изоляционной прокладки полупроводникового устройства по фиг. 17,
на фиг. 18Б - поперечное сечение изоляционной прокладки и изоляционной подложки, установленной на несущую плату полупроводникового устройства по фиг. 17,
на фиг. 19 - поперечное сечение другого варианта выполнения показанной на фиг. 18Б изоляционной прокладки и изоляционной подложки, установленной на несущей плате,
на фиг. 20 - поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения,
на фиг. 21 - вид сверху полупроводниковых схем, собранных на подложке из нитрида алюминия силового полупроводникового устройства по фиг. 20,
на фиг. 22 - поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения,
на фиг. 23 - поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения,
на фиг. 24 - поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения,
на фиг. 25 - поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, и
на фиг. 26 - таблица, в которой указаны свойства различных видов неорганического стекла и смол.

Ниже со ссылками на соответствующие чертежи подробно рассмотрены различные варианты конструкции предлагаемого в настоящем изобретении силового полупроводникового устройства.

На фиг. 1 показано поперечное сечение части первого варианта предлагаемого в настоящем изобретении модульного силового полупроводникового устройства.

Показанная на фиг. 1 изоляционная подложка 3a, изготовленная из нитрида алюминия (AlN), верхняя и нижняя стороны которой покрыты тонкими медными пластинами 3b, установлена на металлической несущей плате 1, изготовленной из Al-SiC. Нижняя сторона подложки 3a из нитрида алюминия обращена к верхней стороне несущей платы 1, а расположенная на ней тонкая медная пластина 3b соединена с верхней стороной несущей платы 1 припоем 2, в частности оловянисто-свинцовым припоем (Sn-40мас. %, Pb). К внешнему краю несущей платы 1 клеем 7 изнутри приклеен изготовленный из изоляционной смолы корпус 6. Этот корпус 6 заполнен гелем 5а кремнийогранической изоляции, которая закрывает сверху подложку 3a из нитрида алюминия, тонкие медные пластины 3b, расположенные на верхней и нижней сторонах подложки 3a, и слой 4 кремнийорганической изоляции, нанесенный на внешний край подложки 3a, что более подробно описано ниже.

В рассматриваемом варианте на поверхность подложки 3a из нитрида алюминия между ее внешним краем и краем расположенной на ней тонкой медной пластины 3b нанесен показанный на фиг. 1 слой 4 кремнийорганической изоляции в виде смолы. Эффективное напряжение, выдерживаемое кремнийорганической смолой слоя 4 (21 кВ/мм), больше эффективного напряжения, выдерживаемого гелевой изоляцией 5а (14 кВ/мм). Такое решение позволяет повысить выдерживаемое напряжение пробоя подложки 3a из нитрида алюминия по сравнению с полупроводниковым устройством, в котором подложка 3a из нитрида алюминия покрыта только гелевой изоляцией 5а. Эффективное напряжение, выдерживаемое слоем 4 кремнийорганической смолы, больше, чем у подложки 3a из нитрида алюминия (10-13 кВ/мм). Кроме того, поскольку расстояние между внешним краем подложки 3a из нитрида алюминия и краем расположенной на ней тонкой медной пластины 3b больше толщины подложки 3a из нитрида алюминия, толщина слоя 4 из кремнийорганической смолы в направлении утечки тока также оказывается больше толщины подложки 3a из нитрида алюминия. Поэтому напряжение пробоя являющейся диэлектриком кремнийорганической смолы в направлении утечки тока будет больше, чем у подложки 3a из нитрида алюминия. Поскольку пробой диэлектрика обычно не происходит на поверхности утечки тока и зависит только от конструкции подложки 3a из нитрида алюминия, такая конструкция позволяет не только легко определить, но и задать соответствующее напряжение пробоя.

В рассматриваемой конструкции полупроводникового устройства край и расположенный рядом с краем участок расположенной на подложке 3a тонкой медной пластины 3b также покрыты слоем 4 кремнийорганической смолы. Наличие покрытия из слоя 4 кремнийорганической смолы на участке медной пластины 3b с максимальной напряженностью электрического поля также повышает напряжение пробоя, которое может выдержать устройство.

В этом варианте предлагаемого устройства край слоя 4 из кремнийорганической смолы, нанесенный на внешний край подложки 3a из нитрида алюминия, расположен на внешней поверхности подложки 3a. Иными словами, в этой конструкции слой 4 кремнийорганической смолы не касается поверхности несущей платы 1, расположенной между местом соединения корпуса 6 с несущей платой 1 и краем того участка несущей платы 1, на котором она соединена с подложкой 3a. Поэтому даже при возникновении из-за расширения или сжатия гелевой изоляции 5а или кремнийорганической смолы в слое 4 внутренних напряжений, эти напряжения не будут передаваться на не связанную со слоем 4 кремнийорганической смолы несущую плату 1. Снижение напряжений, возникающих в слое 4 кремнийорганической смолы, в гелевой изоляции 5a и в подложке 3a из нитрида алюминия, снижает вероятность отделения слоя 4 кремнийорганической смолы от гелевой изоляции 5a или вероятность возникновения пробоя в подложке 3a из нитрида алюминия. Таким образом, предлагаемая в этом варианте изобретения конструкция силового полупроводникового устройства исключает вероятность снижения выдерживаемого им напряжения и повышает за счет этого его надежность.

На фиг. 2 показан вид сверху собранных на подложке из нитрида алюминия элементов и/или приборов первого показанного на фиг. 1 варианта предлагаемого в изобретении полупроводникового устройства. На подложке 3a из нитрида алюминия расположено несколько тонких медных пластин 3b. К этим медным пластинам 3b припаяны полупроводниковые ИС силовых полупроводниковых элементов и/или приборов, такие, как биполярные транзисторы 100 с изолированным затвором (БТИЗ), диоды 110 и др. , а также главные и вспомогательные вводы/выводы 9 и 10 и другие необходимые элементы схемы. Медная пластина, к которой припаяны главные вводы/выводы 9, электрически соединена с каждой полупроводниковой ИС алюминиевыми проводами 200. Вся поверхность подложки 3a из нитрида алюминия у ее внешнего края покрыта сплошным слоем 4 кремнийорганической смолы. Наличие такого покрытия на внешнем крае подложки 3a из нитрида алюминия повышает напряжение пробоя, которое выдерживает подложка, и снижает вероятность его падения при работе устройства. Тем самым надежность силового полупроводникового устройства, которая зависит от выдерживаемого им напряжения, существенно повышается.

На фиг. 3 показано поперечное сечение всего полупроводникового устройства, часть которого изображена на фиг. 1 и 2. В этом устройстве имеется несколько припаянных к несущей плате 1 показанных на фиг. 1 и 2 подложек 3a из нитрида алюминия и главные и вспомогательные вводы/выводы 9 и 10, которые проходят через клеммный блок 8 и имеют выходящие наружу из корпуса 6 концы, соединенные с внешними схемами. Изготовленный из смолы корпус 6 соединен с внешним краем несущей платы 1. Клеммный блок 8 образует крышку, которой сверху закрыт корпус 6. Внутри корпуса 6 расположены подложки 3a из нитрида алюминия, главные и вспомогательные вводы/выводы 9 и 10 и все элементы, образующие силовое полупроводниковое устройство. В корпус 6 залита гелевая изоляция 5а, которая закрывает подложки 3a из нитрида алюминия, медные пластины 3b, главные и вспомогательные вводы/выводы 9 и 10, все элементы, образующие силовое полупроводниковое устройство, и нанесенные на подложки слои 4 кремнийорганической смолы. Первый слой гелевой изоляции 5а залит вторым слоем гелевой изоляции 5b. Двукратная заливка в корпус гелевой изоляции, образующей в нем два слоя изоляции, снижает вероятность образования пузырьками свободного пространства рядом с подложками 3a из нитрида алюминия, расположенными на них медными пластинами 3b, соединенными с ними элементами разводки, главными и вспомогательными вводами/выводами 9 и 10, элементами, образующими силовое полупроводниковое устройство, и у поверхности слоев 4 кремнийорганической смолы. Внутри корпуса 6 между клеммным блоком 8 и вторым слоем гелевой изоляции 5b имеется свободное пространство 11. При наличии такого свободного пространства 11, поглощающего расширение слоев гелевой изоляции 5а и 5b, не происходит возникновения механических напряжений сжатия в клеммном блоке 8. Благодаря этому возникающие при расширении и сжатии слоев гелевой изоляции 5a и 5b напряжения в слое 4 кремнийорганической смолы снижаются, и напряжение, которое выдерживает силовое полупроводниковое устройство во время его работы, не падает.

Сборка отдельных элементов полупроводникового устройства в корпусе 6 происходит следующим образом. Сначала к подложкам 3a из нитрида алюминия крепятся ИС; для этого ИС вместе с соответствующим припоем с высокой температурой плавления, таким, как припой (Pb-5 мас.%, Sn-1,5 мас.%, Ag), нагревают до 350^oC в атмосфере H₂, после чего методом термокомпрессионного соединения с использованием алюминиевой проволоки выполняют соответствующую разводку ИС. Затем подложки 3a из нитрида алюминия крепят к несущей плате 1 припоем с низкой температурой плавления, например припоем (Sn-40 мас.%, Pb); для этого подложки вместе с припоем нагревают до 240^oC в атмосфере H₂. После этого с помощью соответствующего приспособления, например дозатора, на каждую подложку 3a из нитрида алюминия по всему периметру между краем медной пластины 3b и внешним краем подложки 3a наносят слой 4 кремнийорганической смолы. Эту операцию следует выполнять таким образом, чтобы кремнийорганическая смола не затекала на несущую плату 1. После нанесения на подложки слоя 4 кремнийорганической смолы их нагревают до 150^oC и выдерживают при этой температуре в термостатированной камере в течение одного часа до полного затвердевания смолы. Затем к расположенным на подложках 3a из нитрида алюминия медным пластинам 3b припаивают главные и вспомогательные вводы/выводы 9 и 10, после чего к внешнему краю несущей платы 1 приклеивают изготовленный из изоляционной смолы корпус 6. Затем в корпус 6 заливают гелевую изоляцию 5a и 5b и после удаления из нее газа корпус вместе с залитой в него изоляцией нагревают до полного ее затвердевания.

На фиг. 9 показана зависимость между длиной пути тока утечки в подложке из нитрида алюминия (AlN) и напряжением пробоя диэлектрика в силовом полупроводниковом устройстве, выполненном по этому варианту изобретения, и в обычном полупроводниковом устройстве. Из показанной на фиг. 9 зависимости следует, что в предлагаемом в изобретении полупроводниковом устройстве при той же, что и в обычном полупроводниковом устройстве, длине пути утечки тока в подложке из AlN напряжение пробоя диэлектрика значительно выше. Достигаемый при этом эффект больше, чем эффект, который можно было бы получить за счет геометрического увеличения длины пути утечки тока. В показанном на фиг. 11 обычном полупроводниковом устройстве такого типа пробой диэлектрика происходит в гелевой изоляции 5a или на поверхности раздела между подложкой 3a из нитрида алюминия и слоем гелевой изоляции 5a. В предлагаемом в изобретении устройстве, выполненном по этому варианту изобретения, пробой диэлектрика может произойти в слое 4 кремнийорганической смолы или в подложке 3a из нитрида алюминия. Такое различие механизмов возникновения пробоя диэлектрика определяет разницу в значениях напряжения пробоя предлагаемого в этом варианте изобретения полупроводникового устройства и обычного полупроводникового устройства.

В описанную выше конструкцию предлагаемого в изобретении полупроводникового устройства можно внести некоторые изменения. Во-первых, в слое 4 кремнийорганической смолы по внешнему периметру подложки 3a из нитрида алюминия можно выполнить выступ, который однако не должен касаться поверхности несущей платы 1 на участке, расположенном между местом ее соединения с корпусом 6 и местом ее соединения с подложкой 3a из нитрида алюминия. Кроме того, кремнийорганическую смолу слоя 4 можно заменить другим материалом с более высоким, чем у подложки 3a, выдерживаемым напряжением, например полиамидной смолой, у которой выдерживаемое эффективное напряжение составляет около 230 кВ, или полиимидной смолой, которая выдерживает эффективное напряжение около 200 кВ, или другим аналогичным материалом. Кроме того, для изготовления подложки 3a вместо нитрида алюминия можно использовать оксид алюминия или другой материал, например смолу. Тонкие пластины, расположенные на верхней и нижней сторонах подложки, также можно изготовить не из меди, а из другого металла или сплава, обладающего соответствующей электропроводностью. Кроме того, для соединения подложки 3a из нитрида алюминия с несущей платой 1 и соединения медных пластин 3b с полупроводниковыми элементами и вводами/выводами 9 и 10 вместо указанного выше мягкого припоя можно использовать твердый припой. Показанную на фиг. 1 несущую плату 1 можно изготовить не только из Al-SiC, применение которого позволяет уменьшить разницу в коэффициентах теплового расширения полупроводникового материала и материала несущей платы и ограничить влияние возникающих в полупроводниковом устройстве тепловых напряжений на его электрические характеристики, но и из Mo или W. Кроме того, для более эффективного рассеивания тепла в качестве материала для изготовления несущей платы 1 можно использовать и другие металлы, в частности, медь или ее сплавы. В предлагаемом полупроводниковом устройстве можно использовать не только упомянутые выше БТИЗ и диоды, но и другие полупроводниковые приборы и элементы, например силовые транзисторы, МОП-транзисторы, тиристоры и др. Такие полупроводниковые элементы можно собрать не только на подложках 3a из нитрида алюминия, но и на других расположенных в корпусе 6 подложках. Следует подчеркнуть, что все перечисленные выше возможности могут быть реализованы и в других предлагаемых в настоящем изобретении вариантах выполнения силового полупроводникового устройства.

На фиг. 4 показан вид сверху собранных на подложке 3a из нитрида алюминия полупроводниковых элементов силового полупроводникового устройства, выполненного по другому варианту настоящего изобретения. В этом варианте слой 4 кремнийорганической смолы нанесен не по всему внешнему контуру подложки 3a из нитрида алюминия, а только в углах, т.е. в местах наиболее вероятного пробоя диэлектрика. Этим этот вариант отличается от варианта, показанного на фиг. 2. Выполненное таким образом силовое полупроводниковое устройство также имеет более высокое, чем обычное полупроводниковое устройство такого типа, напряжение пробоя, как это показано на фиг. 9. Уменьшение площади, на которую в этом варианте наносится слой 4 кремнийорганической смолы, не только сокращает необходимое для нанесения смолы время и повышает эффективность процесса изготовления таких полупроводниковых устройств, но и создает условия для нанесения более ровного слоя смолы и изготовления большего количества полупроводниковых устройств с высоким напряжением пробоя.

На фиг. 5 в аксонометрии показаны собранные на подложке 3a из нитрида алюминия полупроводниковые элементы силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с другим вариантом изобретения. В этом устройстве используется изготовленная из изоляционной смолы, в частности из полифениленсульфидной смолы (ПФС-смолы), прокладка 12a, форма которой соответствует форме внешнего края подложки 3a из нитрида алюминия и которая приклеена к внешнему краю подложки 3a слоем 4 кремнийорганической смолы 4.

На фиг. 6 изображено поперечное сечение части полупроводникового устройства, вариант выполнения которого показан на фиг. 5. Прокладка 12a из ПФС-смолы приклеена к внешней части подложки 3a из нитрида алюминия между ее внешним краем и краем расположенной на подложке 3a медной пластины 3b нанесенной на этот участок подложки слоем 4 кремнийорганической смолы. В выполненном таким образом полупроводниковом устройстве длина пути утечки тока в подложке 3a из нитрида алюминия увеличена за счет имеющейся в нем изготовленной из ПФС-смолы прокладки 12a. За счет этого в этом устройстве соответственно увеличено и напряжение пробоя промежутка между несущей платой 1 и подложкой 3a из нитрида алюминия. Следует отметить, что вместо полифениленсульфидной смолы для изготовления прокладки 12a можно использовать и другой изоляционный материал, например керамику.

На фиг. 7 изображено поперечное сечение части силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения. В этом варианте длина пути утечки тока в подложке 3a из нитрида алюминия увеличена, как и в варианте по фиг. 6, за счет использования изготовленной из ПФС-смолы прокладки 12b. Однако в отличие от прокладки 12а, показанной на фиг. 6, используемая в этом варианте прокладка 12b, форма которой соответствует форме внешнего контура подложки 3a, упирается в несущую плату 1. Расположенная внутри прокладки 12b подложка 3a из нитрида алюминия припаяна к несущей плате 1. В этом варианте, как и в рассмотренных выше, участок поверхности подложки 3a из нитрида алюминия, расположенный между ее внешним краем и краем расположенной на ней медной пластины 3b, покрыт слоем 4 кремнийорганической смолы. Этот нанесенный на подложку 3a слой 4 кремнийорганической смолы используется в качестве клея, которым изготовленная из ПФС-смолы прокладка 12b своей внутренней стороной приклеена к краю подложки 3a. В такой конструкции длина пути утечки тока определяется размерами изготовленной из ПФС-смолы прокладки 12b и слоем 4 кремнийорганической смолы. И в этом варианте прокладку 12b можно изготовить не из полифениленсульфидной смолы, а из другого изоляционного материала, например из керамики.

Часть поперечного сечения силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом изобретения, показана на фиг. 8. В этом устройстве имеется тонкий лист 13 из изоляционной смолы, например кусок полиимидной пленки, который приклеен к расположенному между внешним краем подложки 3a из нитрида алюминия и краем медной пластины 3b участку подложки. Кроме того, участок возможной утечки тока между внешним краем подложки 3a и краем расположенной на ней медной пластины 3b, включая пленку 13, покрыт слоем 4 кремнийорганической смолы. Необходимое увеличение пути утечки тока в этом варианте обеспечивается в основном наличием пленки 13, которая приклеена к подложке 3a из нитрида алюминия на пути утечки тока, и частично относительно тонким слоем 4 кремнийорганической смолы. Помимо изоляционной пленки, приклеенной к внешней поверхности подложки 3a из нитрида алюминия, в этом устройстве имеется и еще одна изоляционная пленка 13, которая приклеена непосредственно к несущей плате 1. Эта изоляционная пленка 13 закрывает припой, которым к несущей плате 1 припаяна подложка 3a из нитрида алюминия, и расположенную на нижней стороне подложки медную пластину 3b. Этой же пленкой можно при необходимости закрыть и выступающий из-под подложки наружу край припоя, которым подложка крепится к несущей плате, при этом на фиг. 8 такой выступающий из под подложки край припоя не показан. Такая конструкция позволяет еще больше увеличить длину пути утечки тока и за счет этого повысить напряжение, которое может выдержать подложка 3a.

Рассмотренные выше варианты позволяют создать изолированное силовое полупроводниковое устройство модульного типа, которое может выдержать напряжение свыше 4500 В. На базе рассмотренных в этих вариантах устройств можно, в частности, изготовить отдельные модули с БТИЗ, выдерживающие напряжение порядка 5000-6000 В. Из предлагаемых в изобретении модулей с биполярными транзисторами с изолированным затвором (БТИЗ) можно собрать силовой выпрямитель для преобразования переменного тока высокого напряжения в постоянный ток. При этом за счет уменьшения количества соединенных последовательно модулей с БТИЗ можно, как очевидно, соответствующим образом уменьшить и габариты всего выпрямителя.

Ниже со ссылками на фиг. 13-19 рассмотрен еще несколько вариантов выполнения предлагаемого в изобретении силового полупроводникового устройства.

Поперечное сечение части одного из предлагаемых в этих вариантах силового полупроводникового устройства показано на фиг. 13.

В показанном силовом полупроводниковом устройстве имеется изоляционная подложка 3a, изготовленная из изоляционного материала, например из нитрида алюминия (AlN), с пластиной 3b с электродами (образованными, например, тонким слоем нанесенной на подложку меди), которая соединена с несущей платой 1, изготовленной из металла, например Mo, композитного материала, например Al-SiC, или из материала, изготовленного спеканием, например CuCuO₂, припоем 2, например припоем (Sn-40 мас.%, Pb). Участок изоляционной подложки 3a, расположенный между ее внешним краем и краем пластины 3b с электродами, т.е. расположенный на краю подложки 3a участок утечки тока, покрыт слоем 4 смолы, которая выдерживает более высокое напряжение, чем гелевая изоляция или гель из кремнийорганической смолы, у которого эффективное напряжение пробоя диэлектрика составляет 14 кВ. При изготовлении гелевой изоляции из кремнийорганической смолы, у которой эффективное напряжение пробоя диэлектрика составляет 21 кВ, на край подложки на участке утечки тока можно нанести слой 4, например, полиамидной смолы, эффективное напряжение пробоя которой составляет 230 кВ. В рассматриваемом устройстве имеется изготовленный из изоляционной смолы корпус 6, который клеем 7 крепится к внешнему краю несущей платы 1. Поверхность несущей платы 1 на участке, расположенном между корпусом 6 и внешним краем подложки 3a, покрыта другим слоем 37 смолы с высоким выдерживаемым напряжением, а сверху подложка 3a, слой 4 кремнийорганической смолы и слой 37 смолы залиты гелевой изоляцией 5а. Залитый в корпус 6 слой 37 смолы с высоким выдерживаемым напряжением касается внутренней стенки корпуса 6, изоляционной подложки 3a и слоя 4 смолы с высоким выдерживаемым напряжением. При этом слой 37 смолы, которым покрыта поверхность несущей платы 1, не имеет ни одного отверстия. Для нанесения изоляции на внешний край подложки (слой 4 смолы) и на несущую плату (слой 37 смолы) можно использовать как одну и ту же, так и разные по составу смолы с высоким выдерживаемым напряжением, напряжение пробоя которых должно быть больше, чем у гелевой изоляции 5а.

На фиг. 14 подложка из нитрида алюминия, изображенная на фиг. 13, показана сверху вместе с собранными на ней полупроводниковыми элементами, а на фиг. 15 показано поперечное сечение всего полупроводникового устройства, часть которого сверху показана на фиг. 14.

Ниже в общих чертах описана технология изготовления изображенного на фиг. 13, 14 и 15 силового полупроводникового устройства с имеющим высокое напряжение пробоя слоем 4 изоляции. Сначала к изоляционной подложке 3a крепятся показанные на фиг. 14 в увеличенном масштабе полупроводниковые ИС 16a и 16b; для этого эти полупроводниковые ИС вместе с припоем с высокой температурой плавления, таким, как припой (Pb-5 мас.%, Sn-1,5 мас.%, Ag) с температурой плавления 296-305^oC, нагревают до 350^oC в атмосфере H₂. Затем методом термокомпрессионного соединения к полупроводниковым ИС 16а и 16b присоединяют алюминиевые проволоки. После этого изоляционную подложку 3a соединяют с несущей платой 1 припоем с низкой температурой плавления, например припоем (Pb-40 мас.%, Sn); для этого подложку вместе с припоем нагревают до 240^oC в атмосфере H₂.

После этого на внешний край или участок утечки тока изоляционной подложки 3a, соединенной с несущей платой 1, по всему периметру подложки между краем пластины 3b с электродами и внешним краем подложки 3a наносят слой 4 смолы с высоким выдерживаемым напряжением. После нанесения на подложку 3a слоя 4 смолы с высоким выдерживаемым напряжением подложку нагревают до 150^oC и выдерживают при этой температуре в термостатированной камере в течение одного часа до полного затвердевания смолы. Затем к подложке 3a с помощью припойной пасты, например пасты (Pb-60 мас.%, Sn), нагревая подложку и пасту до 240^oC, припаивают вводы/выводы 9 и 10. После этого к внешнему краю несущей платы 1 с помощью клея 7, как показано на фиг. 13, приклеивают изготовленный из изоляционной смолы корпус 6. Затем на участок поверхности несущей платы 1, расположенный между корпусом 6 и внешним краем изоляционной подложки 3a, покрытой слоем 4 смолы, наносят слой 37 смолы, обладающей высоким выдерживаемым напряжением. Затем в корпус 6 заливают гелевую изоляцию 5b, оставляя под клеммным блоком 8, который образует крышку корпуса 6, свободное пространство 11. После удаления газа из залитой в корпус гелевой изоляции 5b из кремнийорганической смолы (при разряжении, равном 1 Торр, в течение 80 мин) корпус вместе с залитой в него изоляцией нагревают до температуры 150^oC и выдерживают при этой температуре в течение двух часов до полного затвердевания изоляции. На этом процесс изготовления полупроводникового устройства заканчивается.

Рассмотренное выше полупроводниковое устройство, в котором внешняя часть изоляционной подложки 3a и расположенная вокруг нее часть поверхности несущей платы 1 покрыты слоем 37 изоляционной смолы, может выдерживать более высокое, чем описанные выше устройства, напряжение. Связано это в первую очередь с тем, что напряжение пробоя слоя 37 смолы выше напряжения пробоя слоев гелевой изоляции 5а и 5b. При наличии слоя 4 смолы, который нанесен на участок утечки тока между пластиной 3b с электродами и внешним краем изоляционной подложки 3a, слой 37 смолы, которой залита поверхность несущей платы 1, не затекает на изоляционную подложку 3a и на расположенную на ней пластину 3b с электродами. При этом пластина 3b с электродами по всему периметру окружена слоем 4 смолы и не соприкасается со слоем 37 смолы. За счет этого снижаются напряжения, возникающие на поверхностях раздела между слоем 37 смолы, несущей платой 1 и изоляционной подложкой 3a, и уменьшается вероятность образования в таком полупроводниковом устройстве трещин. В описанном полупроводниковом устройстве, обладающем высокой надежностью, номинальное напряжение пробоя сохраняется в течение всего срока его службы.

На фиг. 16 показана часть поперечного сечения полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения. В этом устройстве поверхность участка утечки тока изоляционной подложки 3a и расположенная вокруг подложки 3a часть поверхности несущей платы 1 покрыты слоем 4 затвердевшей смолы, выдерживающей высокое напряжение. Остальная часть поверхности несущей платы 1, расположенная между корпусом 6 и слоем 4 смолы, покрыта слоем 37 смолы, также выдерживающей высокое напряжение. Целесообразно, чтобы форма и размеры пластины 3b с электродами, расположенной на нижней поверхности подложки против несущей платы 1, практически не отличались от формы и размеров самой изоляционной подложки 3a. Такая конструкция исключает вероятность попадания смолы из слоя 4 в зазор между подложкой 3a и несущей платой 1, т.е. под нижнюю поверхность подложки. Тем самым заливкой изоляционной подложки слоем 4 смолы устраняется вероятность разрушения ее внешнего края.

У полупроводникового устройства, выполненного по этому варианту изобретения, напряжение пробоя практически не отличается от напряжения пробоя полупроводникового устройства, показанного на фиг. 13.

На фиг. 17 показано поперечное сечение части еще одного варианта предлагаемого в изобретении силового полупроводникового устройства, вся конструкция которого не отличается от конструкции устройства, показанного на фиг. 15.

В этом устройстве имеется изготовленная из изоляционной смолы прокладка 39, которая примыкает к нанесенному на изоляционную подложку 3a на участке утечки тока слою выдерживающей высокое напряжение слою 4 смолы, и, как и в устройстве по фиг. 16, поверхность несущей платы 1 покрывает выдерживающий высокое напряжение слой 37 смолы, которой заполнено пространство между прокладкой 39 и корпусом 6.

Наличие изготовленной из изоляционной смолы (например, из ПФС-смолы) или из керамики прокладки 39, размер которой в поперечном сечении равен длине внешнего участка утечки тока подложки 3a, позволяет по сравнению с обычной конструкцией более чем в два раза увеличить длину пути тока утечки. Кроме того, в этом устройстве на расположенный между корпусом 6 и прокладкой 39 участок поверхности несущей платы 1 нанесен относительно толстый слой 37 выдерживающей высокое напряжение смолы. Выполненное таким образом силовое полупроводниковое устройство отличается высоким сопротивлением пробоя на участке между изоляционной подложкой 3a и несущей платой 1.

На фиг. 18А в аксонометрии показана изготовленная из изоляционной смолы (например, из ПФС-смолы) или из керамики прокладка 39, используемая в полупроводниковом устройстве, показанном на фиг. 17, а на фиг. 18Б показано поперечное сечение прокладки 39 из изоляционной смолы и установленной на несущей плате 1 изоляционной подложки 3a. Кроме того, на фиг. 19 показано поперечное сечение имеющей несколько иную конструкцию прокладки 39 из изоляционной смолы и такой же, как и на фиг. 18Б, установленной на несущую плату 1 изоляционной подложки 3a.

У показанной на фиг. 19 изготовленной из изоляционной смолы прокладки 39 имеются выступы 39а, которые расположены на обратной стороне прокладки, размеры которой соответствуют размерам внешнего края изоляционной подложки 3a. Выполненную таким образом прокладку 39 можно легко совместить с внешним краем подложки 3a, размеры которого определяют длину утечки тока изоляционной подложки 3a. Наличие на обратной стороне прокладки 39 трех или более выступов позволяет обеспечить постоянство зазора между обратной стороной прокладки 39 и внешней поверхностью изоляционной подложки 3a, т.е. равную по всей поверхности подложки толщину слоя 4 выдерживающей высокое напряжение смолы, и высокую прочность соединения между подложкой 3a и приклеенной к ней смолой прокладкой 39. Выполненное таким образом полупроводниковое устройство обладает высокой надежностью и может выдержать достаточно высокое напряжение за счет соответствующим образом выполненной изоляции.

Напряжение, выдерживаемое материалом, из которого изготавливают изоляционную подложку 3a в обычном полупроводниковом устройстве и в устройстве, предлагаемом в настоящем изобретении, характеризуется величиной эффективного напряжения пробоя диэлектрика порядка 10-13 кВ. Эффективное напряжение пробоя гелевой изоляции 5а (5b) и в обычном, и в предлагаемом в изобретении полупроводниковом устройстве составляет около 14 кВ. Поэтому максимальное эффективное напряжение, которое может выдержать обычное полупроводниковое устройство, составляет около 14 кВ.

С другой стороны, в полупроводниковом устройстве, выполненном в соответствии с этим вариантом настоящего изобретения, область утечки тока изоляционной подложки 3a, расположенная между ее внешним краем и краем пластины 3b с электродами, покрыта слоем 4 смолы, выдерживающим высокое напряжение (т.е. обладающим высоким напряжением пробоя). Кроме того, и в этом, и в других вариантах предлагаемого в изобретении полупроводникового устройства поверхность несущей платы 1 на участке между корпусом 6 и внешним краем изоляционной подложки 3a также покрыта либо слоем 4 выдерживающей высокое напряжение смолы, либо слоем 39 изоляционной смолы, примыкающей к расположенной на краю изоляционной подложки 3a области утечки тока. Такая конструкция предлагаемого в настоящем изобретении полупроводникового устройства позволяет создать устройство, которое выдерживает более высокое, чем обычное полупроводниковое устройство, эффективное напряжение (около 16 кВ). Объясняется это тем, что если в обычном полупроводниковом устройстве пробой диэлектрика происходит в слое гелевой изоляции или на поверхности раздела между изоляционной подложкой 3a и гелевой изоляцией, то в предлагаемом в настоящем изобретении полупроводниковом устройстве пробой диэлектрика происходит в слое 4 выдерживающей высокое напряжение смолы или в подложке 3a. Предлагаемая в изобретении конструкция дает больший с точки зрения увеличения выдерживаемого напряжения эффект, чем простое геометрическое увеличение длины пути утечки тока изоляционной подложки 3a в обычном устройстве. Таким образом, предлагаемая в настоящем изобретении конструкция позволяет создать полупроводниковое устройство с высоким выдерживаемым напряжением, не увеличивая размеры изоляционной подложки.

Ниже приводится подробное описание еще нескольких показанных на фиг. 20-26 вариантов выполнения предлагаемого в изобретении силового полупроводникового устройства.

На фиг. 20 показана часть поперечного сечения силового полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с одним из этих вариантов, а на фиг. 21 в виде сверху показаны полупроводниковые ИС, собранные на подложке из нитрида алюминия в силовом полупроводником устройстве, выполненном в соответствии с этим вариантом изобретения.

Показанные на фиг. 20 и 21 пластины 3b с электродами (например, тонкие пластины из меди) припаяны к верхней и нижней поверхностям изоляционной подложки 3a, изготовленной из изоляционного материала, в частности из нитрида алюминия (AlN), серебряным припоем, в частности припоем из содержащей титан эвтектики меди и серебра с температурой плавления 800-850^oC. Граничная область между поверхностью утечки тока подложки 3a и краем пластины 3b с электродами покрыта прочно связанным с подложкой 3a и пластиной 3b с электродами слоем 4а застывшего после нагревания до 700^oC в атмосфере или в газообразном азоте неорганического кристаллического стекла, такого, как стекло (Bi₂O₃-B₂O₃). К пластине 3b с помощью припоя с высокой температурой плавления, такого, как припой (Pb-5 мас.%, Sn-1,5 мас.%, Ag) с температурой плавления 296-305^oC, припаяны полупроводниковые ИС 400, которые собраны в общую схему силового полупроводникового устройства алюминиевыми проволоками 300. Готовые подложки из нитрида алюминия вместе с собранными на них ИС крепятся к несущей плате 1, изготовленной из металла, такого, как Mo, композитного материала, такого, как Al-SiC, или материала, изготовленного спеканием, такого, как CuCuO₂, с помощью припоя 2, например припоя (Sn-40 мас.%, Pb) с температурой плавления 183-191^oC, при одновременном нагревании подложки 3a и припоя в атмосфере водорода. Затем к внешнему краю несущей платы 1 с помощью клея 7 из кремнийорганической смолы крепится изготовленный из полифениленсульфидной изоляционной смолы корпус 6. После этого в корпус 6 заливают гелевую изоляцию 5а, после затвердевания которой корпус 6 сверху герметично закрывают, заканчивая на этом весь процесс изготовления предлагаемого в изобретении полупроводникового устройства модульного типа.

В рассматриваемом варианте конструкции предлагаемого в изобретении полупроводникового устройства наличие покрытия из неорганического кристаллического стекла 4а, такого, как стекло (Bi₂O₃-B₂O₃), нанесенного на граничную область между участком утечки тока подложки 3a и краем пластины 3b с электродами с учетом того, что напряжение пробоя подложки 3a больше напряжения пробоя гелевой изоляции 5а, полностью исключает связанное с частичным разрядом образование пробоя и позволяет значительно повысить выдерживаемое устройством напряжение на участке между краем пластины 3b с электродами и несущей платой 1.

Высокое напряжение, которое выдерживает такое полупроводниковое устройство, можно сохранить постоянным в течение всего срока его службы, если изоляционную подложку 3a, припаянную к несущей плате 1, изготовить из керамики, а прокладку, расположенную вокруг области утечки тока изоляционной подложки 3a и соединенную с подложкой, изготовить из такого же материала, что и корпус 6 или из керамики того же типа, из которой изготовлена изоляционная подложка 3a.

Материал для изготовления несущей платы 1 выбирается таким образом, чтобы коэффициент теплового расширения несущей платы, к которой припаяна изоляционная подложка 3a вместе с пластиной 3b с электродами, отличался от коэффициента теплового расширения Si меньше чем в три раза. Уменьшив таким образом разницу в коэффициентах теплового расширения подложки 3a и несущей платы 1, можно уменьшить возникающие в полупроводниковом устройстве во время его работы тепловые напряжения и тем самым существенно повысить надежность устройства.

Как уже было отмечено выше, в качестве материала для изготовления несущей платы 1 целесообразно использовать металл, такой, как Mo, композитный материал, такой, как Al-SiC, или материал, полученный спеканием, такой, как CuCuO₂, и другие аналогичные материалы. Описанная выше конструкция позволяет создать дешевое и обладающее высокой надежностью силовое полупроводниковое устройство, выдерживающее высокое напряжение.

На фиг. 22, 23 и 24 показаны поперечные сечения (частично) еще нескольких вариантов конструкции предлагаемого в настоящем изобретении полупроводникового устройства.

В устройстве, показанном на фиг. 22, граничная область между участком поверхности утечки тока подложки 3a и краем пластины 3b с электродами покрыта слоем 4а неорганического кристаллического стекла, такого, как стекло (Bi₂O₃-B₂O₃), а оставшаяся часть поверхности утечки тока подложки 3a покрыта слоем 4b выдерживающей высокое напряжение кремнийорганической смолы, которая в таблице, приведенной на фиг. 26, обозначена буквой D. В устройстве, показанном на фиг. 23, граничная область между участком поверхности утечки тока подложки 3a и краем пластины 3b с электродами покрыта слоем 4а неорганического кристаллического стекла 4, такого, как стекло (Bi₂O₃-B₂O₃), на которое, а также на оставшуюся свободной часть поверхности утечки тока подложки 3a нанесен слой 4b выдерживающей высокое напряжение кремнийорганической смолы, которая в таблице, приведенной на фиг. 26, обозначена буквой D. И, наконец, в устройстве, показанном на фиг. 24, и граничная область, и оставшаяся часть поверхности утечки тока подложки, как показано на фиг. 23, а также по крайней мере часть расположенной за пределами подложки 3a поверхности несущей платы 1 покрыты слоем 4b выдерживающей высокое напряжение кремнийорганической смолы.

В полупроводниковом устройстве, конструкция которого показана на фиг. 22, благодаря наличию двухступенчатых барьеров в виде слоев 4а и 4b существенно снижена вероятность пробоя при локальном разряде на поверхности утечки тока изоляционной подожки 3a из нитрида алюминия, что еще больше увеличивает напряжение, выдерживаемое таким полупроводниковым устройством. Высокое напряжение, которое может выдержать полупроводниковое устройство, показанное на фиг. 23, обусловлено не только увеличением длины пути утечки тока в изоляционной подложке 3a, но и наличием сдвоенных барьеров 4а и 4b, образованных слоем 4b изоляционной смолы и расположенным под ним слоем 4а неорганического покрытия 4а граничного участка между подложкой 3a и проводящей пластиной 3b. Дополнительное увеличение напряжения, которое может выдержать полупроводниковое устройство, показанное на фиг. 24, обусловлено наличием изоляционного покрытия на расположенном вокруг подложки 3a участке поверхности несущей платы 1.

Во всех трех полупроводниковых устройствах, показанных на фиг. 22, 23 и 24, наличие первого слоя 4а неорганического покрытия снижает концентрацию потенциала на краю платины 3b с электродами, а наличие второго слоя 4b изоляционной смолы защищает от возможного пробоя участок, расположенный рядом со слоем 4а неорганического покрытия или окружающий его. Тем самым существенно снижается вероятность пробоя в локальном разряде на поверхности утечки тока изоляционной подложки 3a из нитрида алюминия, и резко повышается напряжение, которое может выдержать такое полупроводниковое устройство.

В качестве выдерживающей высокое напряжение смолы слоя 4a предпочтительно использовать легко получаемую кремнийорганическую или полиамидную смолу, которая обладает хорошей адгезией с поверхностью утечки тока изоляционной подложки 3a из нитрида алюминия. Использование такой смолы упрощает процесс изготовления полупроводникового устройства и снижает его стоимость.

На фиг. 25 показана часть поперечного сечения полупроводникового устройства, выполненного в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения. В этом устройстве имеется изготовленная из ПФС-смолы или из керамики изоляционная прокладка 12, которая после нанесения слоя 4a покрытия из неорганического стекла на граничный участок между поверхностью утечки тока подложки 3a и краем пластины 3b с электродами приклеена слоем 4b выдерживающей высокое напряжение кремнийорганической смолы к оставшейся не покрытой слоем 4a стекла части области утечки тока изоляционной подложки 3a.

В этой конструкции длина пути утечки тока изоляционной подложки 3a увеличена по крайней мере в два раза, а выполненное таким образом полупроводниковое устройство может выдержать намного большее напряжение, чем обычное полупроводниковое устройство такого типа.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет существенно, с точки зрения выдерживаемого напряжения, повысить надежность полупроводникового устройства.

Формула изобретения

1. Полупроводниковое устройство, содержащее несущую плату, по крайней мере одну установленную на этой несущей плате изоляционную подложку по крайней мере с одним расположенным на ее верхней поверхности проводящим элементом, обратная сторона которой обращена к несущей плате, корпус, внутри которого расположена изоляционная подложка, полупроводниковые элементы и/или приборы, расположенные внутри корпуса, и первую смолу, которой заполнен этот корпус, при этом область, расположенная между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки, покрыта слоем второй смолы, внешний край которой расположен между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки.

2. Полупроводниковое устройство по п. 1, в котором край проводящего элемента покрыт второй смолой.

3. Полупроводниковое устройство по п.1, в котором напряжение, которое выдерживает вторая смола, больше напряжения, которое выдерживает первая смола.

4. Полупроводниковое устройство по п.1, в котором напряжение, которое выдерживает вторая смола, больше напряжения, которое выдерживает проводящий элемент, а расстояние между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки больше толщины изоляционной подложки.

5. Полупроводниковое устройство по п.1, в котором вся область, расположенная между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки, покрыта слоем второй смолы.

6. Полупроводниковое устройство по п.1, в котором внешний в качестве первой смолы используется гелевая изоляция, а корпус имеет крышку, между которой и поверхностью гелевой изоляции имеется свободное пространство.

7. Полупроводниковое устройство по п.1, в котором край изоляционной подложки частично покрыт слоем второй смолы, которая нанесена на него в нескольких местах, в том числе как минимум в его углах.

8. Полупроводниковое устройство по п.1, в котором имеется изоляционная прокладка, приклеенная к слою второй смолы.

9. Полупроводниковое устройство по п.1, в котором к поверхности изоляционной подложки между краем расположенного на ней проводящего элемента и ее внешним краем приклеен лист из смолы, а область между краем проводящего элемента и внешним краем изоляционной подложки, включая расположенный в этой области лист из смолы, покрыта слоем второй смолы.

10. Полупроводниковое устройство, содержащее полупроводниковые интегральные схемы, по крайней мере одну изоляционную подложку по крайней мере с одной расположенной на ней пластиной с электродами, на которой смонтированы интегральные схемы, несущую плату, на которой установлена изоляционная подложка, корпус, который соединен с внешним краем несущей подложки, гелевую изоляцию, которой изнутри заполнен корпус, первую изоляционную смолу, слой которой нанесен на поверхность изоляционной подложки между ее внешним краем и пластиной с электродами, и вторую изоляционную смолу, слой которой нанесен на поверхность несущей платы между корпусом и внешним краем изоляционной подложки.

11. Силовое полупроводниковое устройство, включающее заполненный гелевой изоляцией корпус из изоляционной смолы, внутри которого расположена несущая плата, на которой установлена по крайней мере одна изоляционная подложка по крайней мере с одной расположенной на ней пластиной с электродами, при этом граничная область между поверхностью изоляционной подложки и краем пластины с электродами на участке между внешним краем изоляционной подложки и краем пластины с электродами покрыта слоем неорганического стекла.

Приоритет по пунктам:
28.05.98 - по пп.1 - 9;
20.01.99 - по п.10;
27.05.99 - по п.11.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26