JP2009123822A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な絶縁特性を備える半導体装置および、それを簡易かつ安価な方法で製造する製造方法を提供する。
【解決手段】半導体素子を搭載した基板を成形金型内に配置する基板配置工程と、所定温度で発泡を開始する未発泡体を該基板の所定位置に配置する未発泡体配置工程とを備える。さらに該基板配置工程および該未発泡体配置工程の後に、該成形金型内に該所定温度以上の熱可塑性樹脂を注入する熱可塑性樹脂注入工程を備える。また、該熱可塑性樹脂注入工程の後に該熱可塑性樹脂を冷却する冷却工程を備える。そして、該冷却工程で該熱可塑性樹脂が固化するまで又は有意な固化を終えるまでは該発泡体が発泡状態を継続する。
【選択図】なし

Description

本発明は、十分な絶縁特性をもつ半導体装置および、簡素かつ安価な工程により十分な絶縁特性を備える半導体装置を製造する製造方法に関するものである。

半導体装置の筐体は、半導体装置を成形金型内に収容し成形金型内にモールド樹脂を注入することで成形することが一般的である。そして、この筐体を構成するべきモールド樹脂としては、エポキシ樹脂が用いられることが多い。エポキシ樹脂を用いると前述の半導体装置の隅々にまでエポキシ樹脂が回り込む。また、エポキシ樹脂の冷却時（硬化時）にも殆ど収縮が起こらないため良好な絶縁性能を備える半導体装置が得られる。

しかしながら、エポキシ樹脂を用いて半導体装置の筐体を成形しようとすると、エポキシ樹脂が熱硬化性樹脂であるからその硬化に数時間を要してしまう。このため、エポキシ樹脂を用いた筐体の成形は生産効率が悪いという欠点がある。

そこで、前述のエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に代えて熱可塑性樹脂を用いて半導体装置の筐体を成形することがある。熱可塑性樹脂を用いると、熱可塑性樹脂の硬化が速やかに行われるから作業時間が短縮できる。また、エポキシ樹脂を用いた場合と比べて成形金型の精度が低くて済むから金型費用も安価である。また熱可塑性樹脂自体が熱硬化性樹脂よりも安価であるためコストの面で有利である。このような熱可塑性樹脂の代表的なものとしてＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）がある。

特開２０００−０７７６０３号公報 特開２００７−１７３２７２号公報 特開２００３−０６８９７８号公報

前述したように、ＰＰＳ樹脂に代表される熱可塑性樹脂をモールド樹脂として用いると生産効率が高くかつ安価な筐体成形が可能となる。ところが、熱可塑性樹脂により半導体装置の筐体を成形する場合、熱可塑性樹脂は接着性が弱くしかも硬化時に収縮をおこすために、熱可塑性樹脂と半導体装置との間に間隙が生じることがある。そしてこのような間隙を放置しておくと半導体装置の絶縁特性が損なわれると考えられる。従って熱可塑性樹脂で筐体を成形した半導体装置は絶縁性能が不十分な場合があるという問題があった。さらに、前述した隙間を満たすべく、筐体成形前の半導体装置表面に絶縁コーティングなどを施すことが考えられる。しかしながらこのような絶縁コーティングを実施すると工程が増加するという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、十分な絶縁性能を備える半導体装置および、その半導体装置を簡易な工程で実現する製造方法を提供することを目的とする。

本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体素子を搭載した基板を成形金型内に配置する基板配置工程と、所定温度で発泡を開始する未発泡体を該基板の所定位置に配置する未発泡体配置工程とを備える。さらに、該基板配置工程および該未発泡体配置工程の後に該成形金型内に該所定温度以上の熱可塑性樹脂を注入する熱可塑性樹脂注入工程が実施される。そして該熱可塑性樹脂注入工程の後に該熱可塑性樹脂を冷却する冷却工程を備え、該冷却工程で該熱可塑性樹脂が固化するまで又は有意な固化を終えるまでは該発泡体が発泡状態を継続することを特徴とする

本願の発明にかかる他の半導体装置の製造方法は、半導体素子を搭載した基板を成形金型内に配置する基板配置工程と、該基板配置工程の後、発泡状態にある発泡体を該成形金型内に注入する発泡体注入工程とを備える。

本願の発明にかかる他の半導体装置の製造方法は、所定温度以上で発泡する未発泡体と半導体素子を搭載した基板を成形金型内に配置する基板配置工程と、該基板配置工程の後に該未発泡体の温度を該所定温度以上に上昇させる温度上昇工程とを備える。

本願の発明にかかる半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子を搭載した基板と、該半導体素子の一部又は全体と接する発泡後樹脂と、該基板を覆うように形成され筐体を構成する熱可塑性樹脂とを備える。

本発明により良好な絶縁特性を備える半導体装置が得られる。また簡素かつ安価な工程でそのような半導体装置を製造できる。

実施の形態1
本実施形態は、良好な絶縁特性を備える半導体装置および、簡易かつ安価なプロセスで良好な絶縁特性を備える半導体装置を製造する半導体装置の製造方法に関する。図１は本実施形態の半導体装置１００の外観について説明する斜視図である。本実施形態の半導体装置１００は電力用半導体装置である。半導体装置１００は筐体１１を備える。筐体１１は後述する各部品を覆うようにモールド形成されているものである。筐体１１は例えばガラス繊維を配合することによりその強度を向上させた、熱可塑性樹脂であるＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）からなる。

さらに、半導体装置１００は入出力端子１２を４本備える。入出力端子１２は半導体装置１００の四隅に配置されている。入出力端子１２は半導体装置１００が外部機器と電力の入出力を行う端子である。さらに、半導体装置１００は信号端子１３を４本備える。信号端子１３は半導体装置１００内部の素子の制御に関する信号を伝送する端子である。前述の入出力端子１２と信号端子１３は筐体１１の1つの面からそれらの一部を露出させるように配置されている。

筐体１１の短手方向の、入出力端子１２間の位置には取り付け穴１４が二箇所配置されている。取り付け穴１４は、半導体装置１００を、例えば放熱ファン等に固定するために設けられるものである。

図２は図１の半導体装置１００においてＡ−Ａで矢示された部分における断面図である。半導体装置１００の底面には放熱板１５が配置されている。放熱板１５はその一面が外部に露出している。本実施形態の放熱板１５は例えば銅やアルミニウムなどの高熱伝導材料を基材とする縦４０ｍｍ×横７０ｍｍ×厚さ２ｍｍの大きさである。放熱板１５の上には絶縁層１６が配置される。絶縁層１６は放熱板１５と重なるように配置される。

上述の絶縁層１６の上には厚さ０．３ｍｍの銅からなる複数の所定の配線パターン１７が配置される。ここで、前述した絶縁層１６は配線パターン１７と放熱板１５との間に位置し、両者を絶縁するものである。したがって本実施形態では、絶縁層１６は、例えばアルミナ又は窒化アルミニウム等の絶縁性の熱伝導フィラーを配合したエポキシ樹脂を基材とする。本実施形態の絶縁層１６は、配線パターン１７と放熱板１５とを固着する接着剤の役割も果たすものである。

配線パターン１７にはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１８およびダイオード１９が配置（接合）される。電力半導体素子であるＩＧＢＴ１８およびダイオード１９は、それぞれＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを基材とする半田により裏面において配線パターン１７と接合される。さらに板状リード１１０と信号リード１１１とが所定の位置を接続する。板状リード１１０はＩＧＢＴ１８およびダイオード１９の大電流を扱う上で好ましい。また、ＩＧＢＴ１８のゲートへの入力には信号リード１１９が用いられる。

配線パターン１７にはさらに、入出力端子１２や信号端子１３などの外部端子が接続される。また、複数の信号端子１３は相互に連結部材１１２により接続され、端子ブロックを構成している。連結部材１１２は筐体１１と同様に、ガラス繊維を配合することにより強度を向上させた熱可塑性樹脂であるＰＰＳ樹脂からなる。

さらに本実施形態の半導体装置１００は発泡後樹脂１１５を備える。発泡後樹脂１１５は発泡後の発泡体である。発泡後樹脂１１５は素子と素子、リードとリードなどの間を埋めるフィラーとして機能するものである。図２に示すように本実施形態では、筐体１１ではなく発泡後樹脂１１５が前述のフィラーとして機能する部分がある。

本実施形態の半導体装置１００の完成品は上述の構成を備える。本実施形態の半導体装置１００は筐体１１に加えて発泡後樹脂１１５が、電力半導体素子とその配線（リード）の絶縁確保に寄与するから良好な絶縁特性が得られる。以後、本実施形態の半導体装置１００の製造方法について説明する。

まず、放熱板１５上に絶縁層１６を搭載する。次いで絶縁層１６上の所定位置に複数の配線パターン１７を配置する。次いで、放熱板１５と絶縁層１６と配線パターン１７を熱圧着により固着する。次いで、このようにして絶縁層１６に固着された配線パターン１７の所定位置にＩＧＢＴ１８、ダイオード１９がはんだ付けされる。次いで、信号端子１３と連結部材１１２により構成された端子ブロック、板状リード１１０、信号リード１１１、入出力端子１２も所定の配線パターン１７などにはんだ付けにより接合される。

図３は、ここまでの工程で組み立てられた構造を説明する斜視図である。以後、前述の工程で製造された図３の構造を「基板」と称する。図３に示す基板３００の製造が終わると、基板３００の筐体を形成する工程へと処理が進められる。

図４は基板３００の筐体を形成する工程について説明するためのフローチャートである。まず、基板３００に未発泡体１１６が搭載される（ステップ２００）。ステップ２００においては図５に示すように基板中央に未発泡体１１６が搭載される。ここで、未発泡体１１６について図６を用いて説明する。未発泡体１１６は、未発泡樹脂１１８が外殻１１７に覆われている構成である。ここで、本実施形態において未発泡樹脂１１８とは３００[℃]程度で発泡を開始するものである。すなわち、未発泡樹脂１１８の発泡臨界温度は３００[℃]程度である。そして、未発泡樹脂１１８はいったん発泡を開始すると所定時間発泡を継続するものである。また、前述の未発泡樹脂１１８は発泡して基板の表面に付着し絶縁特性の向上させるものである。したがって、本実施形態の未発泡樹脂１１８は発泡体であると同時に付着性の高い樹脂でもある。一方、外殻１１７とは４０[ＭＰａ]程度で破裂するように材質、厚さ等が調整されたものである。このように未発泡体１１６が基板中央に搭載されると、図３のステップ２０４へと処理が進められる。

ステップ２０４では、未発泡体１１６を搭載した基板３００が成形金型内に配置される。以後、成形金型に配置される直前の基板を筐体形成前基板と称する。成形金型とはモールド成形を行うための金型である。前述の筐体形成前基板が成形金型に配置された様子は図７に示されている。（図８には図７とは異なる構成の成形金型を示す、成形金型は特に図７、８どちらが用いられても良い）図７に示す通り成形金型は上型１１４と下型１１３を備える。下型１１３は位置決めピン１９０、１９２を備える。位置決めピン１９０、１９２は高さ約２００μｍ程度であり、１ｍｍ×３ｍｍの面を持つものである。この位置決めピン１９０、１９２は油圧又は空気圧により下型１１３に対して上下動できる。またこの位置決めピン１９０、１９２は筐体形成後に成形金型から成形品を取り出すエジェクタピンと共用することも可能である。そして筐体形成前基板はこの位置決めピン１９０、１９２により位置決めされて下型１１３の所定位置に搭載される。

次いで、位置決めが終わると位置決めピン１９０、１９２は下型１１３に対して下降し、下型１１３に収容される。その後上型１１４により蓋をすることで筐体形成前基板の全体を覆うように成形金型が配置される。上型１１４は筐体形成前基板の信号端子１３および入出力端子１２を収容する端子導出用溝１９６を備える。筐体形成前基板の信号端子１３および入出力端子１２が前述の端子導出用溝１９６に収容されるように型締めされる。このとき、複数の信号端子１３の外部端子を相互に連結している連結部材１１２は端子導出用溝１９６を覆うように上型１１４に当接している。さらに、上型１１４には、成形金型内に樹脂の注入等を行うための注入ゲート１９４と呼ばれる孔が設けられている。このように筐体形成前基板が成形金型内の所定位置に配置されるとステップ２０６へと処理が進められる。

ステップ２０６では、前述の注入ゲート１９４からＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）が成形金型内部のキャビティへ注入される。ここで、注入されるのは少なくとも３００℃以上の温度で溶融したＰＰＳ樹脂である。ステップ２０６の工程はインジェクションモールド工程と呼ばれる。インジェクションモールド工程を終えるとステップ２０８へと処理が進められる。

ステップ２０８では、成形金型内部のキャビティへ注入されたＰＰＳ樹脂に圧力が印加される。そしてその圧力が一定時間保持される。ステップ２０６においてインジェクションモールド工程を終えただけでは、ＰＰＳ樹脂には微小ボイドが存在する。微小ボイドは基板、特に端子（リード）や素子などの絶縁特性の低下要因になるからできるだけ減らす事が望ましい。そこで、ステップ２０８では、前述の通りキャビティ内のＰＰＳ樹脂に圧力を加え、その圧力を一定時間維持して微小ボイドを低減する。ここでＰＰＳ樹脂に加えられる圧力は４０[ＭＰａ]程度である。なお、一般に保圧において印加する圧力としては、微小ボイドを低減し、かつ基板にダメージを与えない圧力が選定される。このようにして行われるステップ２０８は保圧工程と呼ばれる。保圧工程を終えるとステップ２１０へと処理が進められる。

ステップ２１０では、ＰＰＳ樹脂の冷却が行われる。この冷却は積極的に冷却装置を用いて行っても良いし空冷でも良い。ステップ２１０ではＰＰＳ樹脂が固化するまで冷却が行われる。ステップ２１０を終えると、筐体の形成された基板（以後、筐体形成後基板と称する）が完成する。その後、入出力端子１２をネジ締めするためのナット（不図示）を筐体１１に設けられた穴（不図示）に設置し、入出力端子１２に曲げ加工を施すことにより図１に示された半導体装置１００が完成する。

一般に熱硬化性樹脂を用いて半導体装置の筐体を形成すると熱硬化性樹脂が基板の隅々まで回り込む。また、熱硬化性樹脂の冷却時（硬化時）にも殆ど収縮が起こらないため良好な絶縁特性を備える半導体装置が製造できる。しかしながら、熱硬化性樹脂を用いて筐体を形成するには、高温を保持して樹脂を熱硬化させる必要があり時間がかかるため生産効率が悪い。そこで、硬化に時間のかからない熱可塑性樹脂を用いて半導体装置の筐体を形成することがある。熱可塑性樹脂を用いて半導体装置の筐体を形成すると熱硬化性樹脂を用いた場合と比較して、安価な成形金型を用いて、安価な材料で、短時間に製造を終えることができるという利益が得られる。そして、熱可塑性樹脂を用いて半導体装置の筐体を構成する際の課題は以下のとおりである。すなわち、熱可塑性樹脂は付着性が無いし、硬化時に収縮するから、基板と熱可塑性樹脂との間に間隙を生じやすい。この間隙が基板の絶縁特性を劣化させることが課題であった。また、この課題を解決するために、筐体形成前に基板表面を絶縁性のあるコーティング材で覆うことも考えられる。この場合、流動性のあるコーティング材を位置決めし、所定時間キュアさせるなどといった工程を設ける必要が生じてしまい、製造工程増加の課題があった。

本発明の半導体装置では熱可塑性樹脂を用いて筐体を形成しても基板の絶縁特性を損なうことはない。また、本発明の半導体装置の製造方法は、簡易な工程により前述のような半導体装置の製造方法を与えるものである。以後、本発明の特徴を説明する。

本発明では未発泡体１１６が基板の絶縁特性向上に貢献する。このことについて図４を用いて説明する。図４の破線で囲まれたステップ２１２、２１４、２１６はそれぞれの左側の工程に対応する未発泡体１１６の状態を説明するものである。ステップ２０６にて成形金型内部のキャビティへ熱可塑性樹脂であるＰＰＳ樹脂が注入されると、ＰＰＳ樹脂は３００℃程度のため、未発泡樹脂１１８は発泡臨界温度に達する（ステップ２１２）。しかしながら、未発泡体１１６の外殻１１７は、ステップ２０６の段階ではその温度、圧力に耐える（破裂等しない）。従って、ステップ２１２の段階では、未発泡樹脂１１８は発泡臨界温度に達しているものの、外殻１１７により発泡が抑制されている状態である。

次に、ステップ２０８により４０[ＭＰａ]程度の圧力印加および保持が行われると、未発泡体１１６の外殻１１７が破裂する（ステップ２１４）。この破裂により、臨界温度に達していた未発泡樹脂１１８が発泡を開始して基板上に広がる。

次に、ステップ２１０により冷却が行われるとＰＰＳ樹脂は、次第に冷却され固化していく。そしてＰＰＳ樹脂は冷却が進むにつれて体積が減少する。この体積減少（収縮）は、基板とＰＰＳ樹脂と間に間隙（すき間又は微小ボイド）を生じさせる。このようにして生じた基板とＰＰＳ樹脂との間の間隙は、発泡状態にある未発泡体１１６（以後、発泡状態樹脂と称する）により満たされる（ステップ２１６）。すなわち、発泡状態樹脂はＰＰＳ樹脂と基板とに挟まれた位置にあって、前述の間隙を埋めるように発泡する。そして、発泡状態樹脂は所定時間発泡状態を継続するが、この所定時間とは保圧開始から、ＰＰＳ樹脂冷却の過程でＰＰＳ樹脂が収縮を終える又は、有意な収縮を終えるまでの時間以上としている。故に、ＰＰＳ樹脂の冷却が終わった段階で、基板表面の各部分は、空隙（微小ボイド）無くＰＰＳ樹脂又は発泡後樹脂で覆われる。

本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、前述の通り絶縁特性を劣化させる空隙を抑制できるから絶縁特性に優れた半導体装置を製造できる。また、絶縁特性向上のためには前述の発泡後樹脂の働きが重要となっているが、このような優れた効果を得るために特別な工程は必要ない。すなわち、ＰＰＳ樹脂を成形金型内に注入する前に未発泡樹脂を基板に配置するだけで、その他の特別な工程追加なしに上述の効果を得られる。これは、筐体となるべき熱可塑性樹脂の注入前に、絶縁性のある材料で基板をコーティングすることと比較すると簡素な工程であり、製造工程短縮に寄与する。換言すれば、本実施形態では前述のコーティングとＰＰＳ樹脂の注入を単一の工程で実現しているから工程が簡略化できる。

また、ＰＰＳ樹脂は付着性がないため、基板とＰＰＳ樹脂の間の線膨張率の違いで生じる応力や半導体装置の外装に加えられた外力ははんだ付け部に集中する。そのため、端子のはんだ付け部にはクラック等の劣化が生じやすい。しかし、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、未発泡樹脂として付着性の高い樹脂を用いているから基板とＰＰＳ樹脂の間に加わる力を分散させることができる。よって前述のはんだ付け部の劣化進行を抑制できる。

本発明によれば上述の通り、未発泡体が発泡しＰＰＳ樹脂の収縮により生じたすき間を埋めるから絶縁特性の良好な半導体装置が得られる。また、このような効果はＰＰＳ樹脂を成形金型に注入する前の基板に未発泡体を配置するだけで得られるから、特別な工程を要さない。よって安価なプロセスで良好な絶縁特性を備える半導体装置を製造できる。また、本実施形態の筐体を構成するＰＰＳ樹脂はエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂と比較して軽量であるから、半導体装置の軽量化も同時に実現できている。

本発明の未発泡体は図６に示すようにカプセル状の形状であるが本発明はこれに限定されない。すなわち、未発泡体の大きさや形状は基板の大きさなどを考慮して適宜定めればよいからどのような大きさ、形状であっても本発明の効果を得られる。例えば、図１１に示す未発泡体３０２のように板状の未発泡体を準備すれば基板全体を発泡後樹脂で覆うことができる。なお図１２は図１１の筐体形成前基板が成形金型内に配置された様子を示す図である。

本発明の未発泡体は図６に示すように基板中央に配置されることとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、未発泡体は、基板の絶縁不良が懸念される場所に配置すべきであるから、その配置位置は基板の構成などを考慮して適宜定めれば本発明の効果を得られる。その際、例えば、図９に示されるように未発泡体１１６を複数箇所に配置することとしても良い。図１０に図９の筐体形成前基板が成形金型内に配置されたときの図を示す。

本実施形態において未発泡樹脂の発泡臨界温度は３００[℃]、外殻の破裂圧力は４０[MPa]としたが本発明はこれに限定されない。すなわち、発泡体がＰＰＳ樹脂の冷却により生じる間隙を埋められる限りにおいては、未発泡体の発泡臨界温度と外殻の破裂温度とは任意である。ただし、本実施形態のようにＰＰＳ樹脂注入時の温度と保圧時の圧力をそのまま利用して発泡状態樹脂が前述の間隙を満たすようにすると、特別な工程追加が無く効率的である。

本実施形態において、未発泡体の外殻は保圧の工程における圧力によって破裂することとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、保圧工程後冷却工程前に外殻を破裂させる圧力を印加することとしても良いし、高温により破裂するものとしても本発明の効果を得られる。ところで、前述したように、基板の絶縁特性を低下させる要因の一つは、ＰＰＳ樹脂が冷却による固化のプロセスで収縮するためである。従ってＰＰＳ樹脂の冷却中であって、ＰＰＳ樹脂が有意な収縮を終えるまでは、発泡状態樹脂がそのまま発泡を継続しなければならない。そして、未発泡体の外殻が破裂するタイミングは、発泡状態樹脂が前述の「ＰＰＳ樹脂が有意な収縮を終える」まで発泡状態を維持できるように定められる。従って、この条件を満たす限りにおいては、外殻をいつ破裂させても良いし、その方法も特に限定されるものではない。

本実施形態では筐体を形成する物質としてＰＰＳ樹脂を挙げたが本発明はこれに限定されない。すなわち、ＰＰＳ樹脂は熱可塑性樹脂の例示にすぎず、熱硬化性樹脂よりも硬化に要する時間を短縮できる樹脂であれば本発明の効果は得られる。

実施の形態２
本実施形態は、未発泡体が発泡状態となるタイミングを制御し、より絶縁特性を高めた半導体装置を製造する製造方法に関する。図１３は本実施形態の筐体形成前の構成を説明するための図である。本実施形態の基板は実施の形態１と同様である。そして、未発泡体を搭載した基板である「筐体形成前基板」の構成が実施の形態１と異なる。すなわち、図１３に示されるように、未発泡体として、第一未発泡体１８０と第二未発泡体１８２とを備える。第一未発泡体１８０と第二未発泡体１８２とは所定距離だけ離隔して配置されている。第一未発泡体１８０、第二未発泡体１８２ともに実施の形態１で説明した外殻と同一の外殻に覆われている。第一未発泡体１８０が備える外殻を第一外殻、第二未発泡体１８２が備える外殻は第二外殻と称する。第一外殻は第一未発泡樹脂を覆う。一方第二外殻は第二未発泡樹脂を覆う。

そして、第一未発泡樹脂、第二未発泡樹脂ともに単独で発泡することはできない。第一未発泡樹脂と第二未発泡樹脂は両者が混合したときに発泡を開始するものである。
本実施形態の筐体形成前基板は上述の通りの構成である。そして、本実施形態における後続の工程は実施形態１と同様である。但し、図４に示すフローチャートの破線部は本実施形態の特徴を説明するものではない。

本実施形態の第一外殻、第二外殻ともに図４の保圧のステップ（ステップ２０８）において破裂するものである。この破裂により第一未発泡樹脂と第二未発泡樹脂がそれぞれの外殻外へ流出する。この流出が始まり、第一未発泡体１８０と第二未発泡体１８２との距離（所定距離）に応じた時間（所定時間）の経過後第一未発泡樹脂と第二未発泡樹脂とが混合し発泡を開始する。従って、実施の形態１が、外殻の破裂後速やかに発泡を開始するのに対し、本実施形態の発泡は前述の所定時間だけ遅れて発泡を開始する。そして、発泡状態樹脂がＰＰＳ樹脂の間隙を埋める事で基板の絶縁特性を向上する点においては実施形態１と同様である。

ここで、実施形態１のように保圧の段階での未発泡体の発泡は、保圧工程においてはＰＰＳ樹脂が高温でありその収縮も進んでいないためあまり絶縁特性向上に寄与するものではない。一方、ＰＰＳ樹脂の冷却時に出来るだけ長い時間発泡状態を継続できれば、発泡状態にある樹脂によるＰＰＳ樹脂の間隙（微小ボイド）の埋め込み効果の向上が期待できる。そこで、本実施形態のように保圧工程において所定時間だけ発泡開始のタイミングを遅らせると上述の理由により実施形態１と同等以上の絶縁特性が期待できる。さらに、第一未発泡樹脂と第二未発泡樹脂との配置間隔を調整することで、第一未発泡樹脂と第二未発泡樹脂との混合のタイミングを適宜定めることができる。

本実施形態では、２の未発泡体を配置したが本発明はこれに限定されない。本発明は複数の未発泡体が包含する未発泡樹脂の混合を発泡開始の要件し、発泡開始時期を適宜調整するものであるから未発泡体の個数は特に限定されない。

実施の形態３
本実施形態は、熱可塑性樹脂で筐体が形成され、良好な耐電圧および絶縁特性を備える半導体装置およびその製造方法に関する。本実施形態の半導体装置の斜視図は実施形態１で説明した図１と同じである。また、図１４は本実施形態の筐体形成前基板である。本実施形態の筐体形成前基板は実施形態１と以下の点を除き同様の構成である。すなわち、本実施形態の筐体形成前基板は高耐圧樹脂１９８を備える。高耐圧樹脂１９８はＰＰＳ樹脂や発泡後樹脂より耐圧の高い樹脂である。本実施形態において、このような高耐圧樹脂１９８は入出力端子１２と配線パターン１７との接合箇所近傍に配置されている。なお、図１５は成形金型内に搭載された本実施形態の筐体形成前基板を説明する図である。図１５は図１においてＢ−Ｂで矢示される方向から本実施形態の筐体形成前基板を表した図である。筐体形成前基板は実施形態１と同様に成形金型に搭載される。筐体形成前基板が成形金型に搭載された後の工程は実施の形態１と同様であるから説明を省略する。

本実施形態では、実施形態１と同様に未発泡体１１６が発泡することによりＰＰＳ樹脂と基板との間の間隙を埋める。ここで、高耐圧樹脂１９８がないと、入出力端子１２と基板との接合部分などの電界集中領域には発泡後樹脂が配置されることが考えられる。そして、高耐圧用途の半導体装置の場合、発泡後樹脂では局所的な集中電界の強度に耐えられないことがある。そのため、本実施形態では設計段階で電界集中領域を把握し、その電界集中領域には発泡後樹脂ではなく高耐圧樹脂１９８を配置し、半導体装置の高耐圧化を図る。なお、高耐圧樹脂１９８の配置（塗布）は筐体形成前基板を成形金型内に搭載する前のいずれかの工程で実施される。

本実施形態の構成によれば、電界集中領域には高耐圧樹脂１９８が塗布されているため半導体装置の更なる高耐圧化を行うことができる。また前述した未発泡体を用いることの効果も得られるから絶縁特性も良好な半導体装置を得ることが出来る。一方、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、高耐圧樹脂１９８を電界集中が予想される領域に塗布するための工程が増えるものの、熱硬化性樹脂を用いて筐体を製造する従来の方法と比較すれば依然として簡素、安価な工程である。

本実施形態においては、高耐圧樹脂を入出力端子と基板との接合部分に塗布したが本発明はこれに限定されない。すなわち、高耐圧樹脂は電界集中が予想される部分に塗布すれば本発明の効果を得られるから、入出力端子近傍以外に例えば信号端子に接するように塗布してもよい。

実施の形態４
本実施形態は筐体のうち、素子を覆う部分が発泡後樹脂で構成される半導体装置およびその製造方法に関する。図１６は本実施形態の内部構造を示す図である。これは筐体形成前基板であり、本実施形態の筐体形成前基板には未発泡体は配置されていない。また、図１７は本実施形態の半導体装置の斜視図である。また、図１８は図１７のＡ−Ａ矢示図である。

図１８に示されるように、本実施形態の半導体装置は入出力端子１２などを覆うようにＰＰＳ樹脂が配置される。一方、ＩＧＢＴ１８、ダイオード１９、板状リード１１０、信号リード１１１などを覆うように配置されるのは発泡後樹脂１７０である。すなわち、入出力端子１２をネジ締めするナットなどを保持する箇所に限定してＰＰＳ樹脂を配置し、それ以外の場所には発泡後樹脂が配置されるように筐体が形成される。本実施形態の構成によれば、発泡後樹脂はＰＰＳ樹脂より軽量であるから、半導体装置の軽量化が可能である。

本実施形態の半導体装置が備える筐体は次のように製造される。始めに、筐体形成前基板の入出力端子１２を覆うようにＰＰＳ樹脂を注入する。このとき、ＰＰＳ端子１２を覆う形状の成形金型（図示せず）を用いても良い。次いで、入出力端子１２以外の部分に発泡状態樹脂を注入する。発泡状態樹脂は高温であり発泡状態を所定時間継続する。そして前述した所定時間が経過すると発泡後樹脂１７０とＰＰＳ樹脂１１とが筐体を構成する半導体装置ができる。ここで、本実施形態の筐体は図１７からも分かる通り外観からも発泡後樹脂１７０とＰＰＳ樹脂（筐体）１１が視認できる。

発泡後樹脂は製造工程において発泡し、ＩＧＢＴなどの素子や各リードのすき間に入り込むから基板の絶縁特性向上に寄与する。一方発泡後樹脂は強度が低く入出力端子を保持する構造保持部分には適さない。よって、本実施形態では、入出力端子周辺などの構造強度が要求される部分にはＰＰＳ樹脂を用いて、ＩＧＢＴなどの素子や各リードが配置される構造強度の要求されない部分には発泡体を用いて筐体を構成している。本実施形態の構成によると、半導体装置の構造強度を良好に保ちながら絶縁特性の向上が可能となる。そして、筐体の大部分を発泡後樹脂が占めているから半導体装置の軽量化も可能である。

本実施形態では半導体装置の筐体をＰＰＳ樹脂と発泡後樹脂とから構成することとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、ネジ締め部などの構造強度が要求される部分を持たない半導体装置であれば、ＰＰＳ樹脂を使用しないで筐体全体を発泡後樹脂で構成してもよい。このような場合には発泡後樹脂であっても構造強度が十分であるから本発明の効果を得られる。なお、ネジ締め部を備えない筐体形成前基板を図１９に示す。図１９の入出力端子１２にはねじ締め部がない。そして図１９に示す筐体形成前基板に発泡後樹脂で形成された筐体が備わったものを図２０に示す。この例のように発泡後樹脂１７０で筐体を構成するには、基板の搭載された成形金型内に発泡状態樹脂を注入しても良いし、未発泡体を備える基板を成形金型内に搭載し未発泡体を加熱して発泡を開始されても良い。

以上、図面に基づき本発明の具体的な実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限らず様々な改変が可能である。例えば、上記各実施の形態においては、放熱板１５上の回路については、エポキシ樹脂を基材とした絶縁層１６によって接着された銅板の配線パターン１７であったが、アルミナや窒化アルミニウムといったセラミック絶縁基板上にロウ付けされた銅板の配線パターンでも良い。配線パターンの材料には銅が使用されているが、電気伝導性の良好な他の金属であっても良い。電気接続手段として板状リード１１０を用いた例を示しているが、球電極やインターポーザやプリント配線基板やワイヤ方式による接続手段を使用していても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、電力半導体装置はＩＧＢＴとダイオードの組み合わせを備えることとしたが、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ダイオードその他のあらゆる電力半導体素子の単独又はいかなる組み合わせであっても良い。また、筐体１１及び連結部材１１２の材料はＰＰＳ樹脂に限定されるものではなく、ポリブチレンテレフタラート樹脂等の熱可塑性樹脂であれば本発明と同様の効果を奏することはいうまでも無い。

実施の形態１の半導体装置の外観について説明する斜視図。 図１の半導体装置においてＡ−Ａで矢示された部分における断面図。 実施の形態１の基板を説明する斜視図。 基板の筐体を形成する工程について説明するためのフローチャート。 実施の形態１の筐体形成前基板について説明する斜視図である。 実施の形態１で用いる未発泡体について説明する図。 実施の形態１の筐体形成前基板が成形金型に配置された様子を説明する図。 図７と異なる構成の成形金型について説明する図。 未発泡体が複数配置された基板を説明する図。 図９の筐体形成前基板が成形金型に配置された様子を説明する図。 未発泡体が板状に形成された例を説明する図。 図１１に示される筐体形成前基板が成形金型内に配置された様子を示す図。 実施形態２の筐体形成前の構成（筐体形成前基板）を説明するための図。 実施形態３の筐体形成前の構成（筐体形成前基板）を説明するための図。 成形金型内に搭載された実施形態３の筐体形成前基板を説明する図。 実施形態４の内部構造（筐体形成前基板）を示す図。 実施形態４の半導体装置の斜視図。 図１７のＡ−Ａ矢示図。 ネジ締め部を備えない筐体形成前基板を説明する図。 図１９の筐体形成前基板に筐体が形成された構成を説明する図。

符号の説明

１１ 筐体（ＰＰＳ樹脂）
１２ 入出力端子
１７ 配線パターン
１８ ＩＧＢＴ
１９ ダイオード
１００ 半導体装置
１１３ 下型（成形金型）
１１４ 上型（成形金型）
１１５ 発泡後樹脂
１１６ 未発泡体
１１７ 外殻
１１８ 未発泡樹脂
１７０ 発泡後樹脂
１８０ 第一未発泡体
１８２ 第二未発泡体

Claims (10)

1. 半導体素子を搭載した基板を成形金型内に配置する基板配置工程と、
   所定温度で発泡を開始する未発泡体を前記基板の所定位置に配置する未発泡体配置工程と、
   前記基板配置工程および前記未発泡体配置工程の後に前記成形金型内に前記所定温度以上の熱可塑性樹脂を注入する熱可塑性樹脂注入工程と、
   前記熱可塑性樹脂注入工程の後に前記熱可塑性樹脂を冷却する冷却工程とを備え、
   前記冷却工程で前記熱可塑性樹脂が固化するまで又は有意な固化を終えるまでは前記発泡体が発泡状態を継続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記未発泡体配置工程で前記所定位置に配置する前記未発泡体は前記未発泡体を囲む外殻に覆われ、
   前記熱可塑性樹脂注入工程の後に前記熱可塑性樹脂に所定圧力を加えその後前記所定圧力を維持する保圧工程を備え、
   前記外殻は前記所定圧力で破裂することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記熱可塑性樹脂はＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記未発泡体配置工程では帯状に成形された前記未発泡体が前記基板の所定位置に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記未発泡体配置工程は、
   第一外殻に囲まれた第一未発泡体を配置する第一未発泡体配置工程と、
   第二外殻に囲まれ前記第一未発泡体と混合すると発泡する第二未発泡体を配置する第二未発泡体配置工程とを備え、
   前記第一外殻と前記第二外殻は前記所定圧力で破裂し、
   前記第一未発泡体と前記第二未発泡体との距離は、前記第一外殻および前記第二外殻が破裂したときに前記第一未発泡体と前記第二未発泡体とが混合する距離であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記基板の電界集中領域に前記未発泡体より耐電圧の高い高耐圧樹脂を塗布する高耐圧樹脂塗布工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
7. 半導体素子を搭載した基板を成形金型内に配置する基板配置工程と、
   前記基板配置工程の後、発泡状態にある発泡体を前記成形金型内に注入する発泡体注入工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 所定温度以上で発泡する未発泡体と半導体素子を搭載した基板を成形金型内に配置する基板配置工程と、
   前記基板配置工程の後に前記未発泡体の温度を前記所定温度以上に上昇させる温度上昇工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記基板配置工程前に、前記基板の端子固定部分に熱可塑性樹脂を塗布する補強工程を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 半導体素子と、
    前記半導体素子を搭載した基板と、
    前記半導体素子の一部又は全体と接する発泡後樹脂と、
    前記基板を覆うように形成され筐体を構成する熱可塑性樹脂と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。

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