СПОСОБ ПОКРЫТИЯ ОБОЛОЧКОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЭЛЕКТРОННОГО КОМПОНЕНТА Российский патент 2014 года по МПК H01L21/48 H01L23/28 

Изобретение относится к способу покрытия оболочкой полупроводникового электронного компонента, в частности компонента, содержащего токопроводящие дорожки, выполненные рельефно на поверхности изолирующей керамической пластинки и содержащие боковые края, которые образуют вместе с поверхностью указанной пластинки, соответственно, края и дно канавок, разделяющих токопроводящие дорожки.

Использование интегрированной силовой электроники обеспечивает выигрыш в массе бортовых систем и повышает их надежность. Вместе с тем, неизбежное повышение напряжения в силовых полупроводниках заставляет сомневаться в надежности окружающих их элементов. Если накопленные знания о механизмах возникновения неисправностей в полупроводниках позволили разработать правила определения размеров, которые обеспечивают их надежную работу, то совсем иначе обстоит дело с окружающей их средой, то есть с совокупностью подсистемы и материалов, образующих изоляцию корпуса. Действительно, этот корпус подвергается действию электрических условий, для которых его размерность не обязательно может быть предусмотрена, и, как правило, изолирующие материалы корпуса являются слабой точкой изоляции.

Элементарным решением является увеличение размеров всех этих материалов для обеспечения стойкости к напряжению. Но в результате происходит увеличение плотности мощности при постоянном размере, поэтому увеличение размеров изолирующих материалов имеет свои пределы. При этом необходимо иметь возможность обеспечения работы этих интегральных устройств на уровне предусмотренных напряжений.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Указанная задача решается в способе покрытия оболочкой полупроводникового электронного компонента, в частности компонента, содержащего токопроводящие дорожки, выполненные рельефно на поверхности изолирующей керамической пластинки и содержащие боковые края, которые образуют вместе с поверхностью указанной пластинки, соответственно, края и дно канавок, разделяющих токопроводящие дорожки, при этом указанный способ содержит этап, на котором в указанную канавку наносят гибридный материал, содержащий изолирующее связующее, включающее в себя взвешенные частицы из полупроводникового материала.

В качестве изолирующего связующего могут использоваться гели, лаки, клеи или смолы.

В качестве полупроводникового материала могут использоваться оксид цинка, или карбид кремния, или графит, или смесь этих материалов.

В частности, гибридный материал может содержать не менее 18% мас. частиц из полупроводникового материала, в частности от 40 до 60% мас.

Кроме того, способ может содержать этап, на котором сверху на токопроводящие дорожки и гибридный материал наносят слой изолирующего материала.

Указанным изолирующим материалом может быть силиконовый гель.

Объектом настоящего изобретения является также полупроводниковый электронный компонент, содержащий токопроводящие дорожки, выполненные рельефно на поверхности изолирующей керамической пластинки и содержащие боковые края, которые образуют вместе с поверхностью указанной пластинки, соответственно, края и дно канавок, разделяющих токопроводящие дорожки, при этом указанный компонент покрыт оболочкой при помощи описанного выше способа.

Объектом настоящего изобретения является также силовой электронный прибор, содержащий, по меньшей мере, один такой полупроводниковый электронный компонент.

На фиг.1 показан полупроводниковый электронный компонент в соответствии с настоящим изобретением, вид в перспективе;

на фиг.2 - то же, частичный вид в разрезе.

Компонент 1, показанный на фиг.1 и 2, содержит изолирующую керамическую пластинку 2, на которой известным способом выполняют полупроводниковые микросхемы 3, например, в данном случае диоды и транзисторы IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором). Как известно, микросхемы 3 соединяют проводниками 4 с медными токопроводящими дорожками, нанесенными на пластинку 2, в данном случае с коллекторной дорожкой 5, выходной дорожкой 6 передачи мощности и дорожкой 7 управления микросхемами IGBT.

Дорожки содержат боковые края 8, которые ограничивают канавки 9, дно которых образовано поверхностью керамической пластинки 2.

В известных технических решениях после этого компоненты, такие как описанный выше компонент, покрывают оболочкой из изолирующего геля. В результате на границах раздела медь/силиконовый гель и медь/керамика возникают сильные электрические напряжения.

Согласно изобретению вдоль канавок, разделяющих токопроводящие дорожки, наносят слой 11 гибридного материала, содержащего изолирующее связующее с взвешенными частицами полупроводникового материала. Остальную часть оболочки выполняют при помощи известного изолирующего геля. Слой гибридного материала может иметь толщину от 200 мкм до 500 мкм при толщине дорожки порядка 300 мкм. Изолирующим гелем в гибридном материале может быть, например, силиконовый гель типа гелей, обычно используемых в качестве изолирующего обволакивающего материала, адгезивный клей, лак или смола, например фенолформальдегидная смола или алкидная смола.

Взвешенными полупроводниковыми частицами могут быть, например, оксид цинка, карбид кремния или графит, или смесь этих материалов. При этом полупроводниковый материал должен составлять не менее 18% от общей массы гибридного материала, например от 40% до 60%.

Гибридный материал позволяет растянуть линии потенциала, символизирующие усиление электрического поля, между медными токопроводящими дорожками. Связующее должно обладать высокой диэлектрической стойкостью для обеспечения стойкости к напряжению между дорожками. Полупроводниковые частицы за счет своих свойств позволяют получить ступенчатое изменение напряженности электрического поля. Таким образом, изменение степени содержания частиц, включенных в основу, выбранную для электрической изоляции, позволяет получать более или менее значительную градацию электрического напряжения.

Выбор степени содержания и природы полупроводниковых частиц в гибридном материале позволяет изменять градационный эффект материала. Уменьшение напряжения на подступах к токопроводящим дорожкам обеспечивает повышение порога появления паразитных разрядов, которые являются причиной пробоя изолирующих материалов. Улучшаются также условия старения керамики, выполняющей роль изоляции для подложки.

Изобретение относится к способу покрытия оболочкой полупроводникового электронного компонента, содержащего выполненные рельефно на поверхности изолирующей керамической пластинки токопроводящие дорожки, боковые края которых образуют вместе с поверхностью указанной пластинки, соответственно, края и дно канавок, разделяющих токопроводящие дорожки. Способ включает этап, на котором в указанную канавку наносят гибридный материал, содержащий изолирующее связующее со взвешенными частицами полупроводникового материала, и этап, на котором сверху на токопроводящие дорожки и гибридный материал наносят слой изолирующего материала. Изобретение обеспечивает уменьшение напряжения на подступах к токопроводящим дорожкам, повышение порога появления паразитных разрядов, являющихся причиной пробоя изолирующих материалов, а также улучшение условий старения керамики. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ покрытия оболочкой полупроводникового электронного компонента, содержащего выполненные рельефно на поверхности изолирующей керамической пластинки токопроводящие дорожки, боковые края которых образуют вместе с поверхностью указанной пластинки, соответственно, края и дно канавок, разделяющих токопроводящие дорожки, характеризующийся тем, что он включает этап, на котором в указанную канавку наносят гибридный материал, содержащий изолирующее связующее со взвешенными частицами полупроводникового материала, и этап, на котором сверху на токопроводящие дорожки и гибридный материал наносят слой изолирующего материала.

2. Способ по п.1, в котором в качестве изолирующего связующего используют гели, или лаки, или клеи, или смолы.

3. Способ по п.1, в котором в качестве полупроводникового материала указанных частиц используют оксид цинка, или карбид кремния, или графит, или смесь этих материалов.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором гибридный материал содержит не менее 18% мас. частиц из полупроводникового материала.

5. Способ по п.4, в котором гибридный материал содержит от 40 до 60% мас. частиц из полупроводникового материала.

6. Способ по п.1, в котором указанным изолирующим материалом является силиконовый гель.

7. Полупроводниковый электронный компонент, содержащий выполненные рельефно на поверхности изолирующей керамической пластинки токопроводящие дорожки, боковые края которых образуют вместе с поверхностью указанной пластинки, соответственно, края и дно канавок, разделяющих токопроводящие дорожки, характеризующийся тем, что он покрыт оболочкой, выполненной способом по любому из пп.1-6.

8. Силовой электронный прибор, характеризующийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один полупроводниковый электронный компонент по п.7.