JP2014229817A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2014229817A
JP2014229817A JP2013109798A JP2013109798A JP2014229817A JP 2014229817 A JP2014229817 A JP 2014229817A JP 2013109798 A JP2013109798 A JP 2013109798A JP 2013109798 A JP2013109798 A JP 2013109798A JP 2014229817 A JP2014229817 A JP 2014229817A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resin
group
semiconductor device
silicon
covering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013109798A
Other languages
English (en)
Inventor
徹 泉
Toru Izumi
徹 泉
勝則 浅野
Katsunori Asano
勝則 浅野
利彦 林
Toshihiko Hayashi
利彦 林
謙一郎 日渡
Kenichiro Hiwatari
謙一郎 日渡
智秋 斉木
Tomoaki Saiki
智秋 斉木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adeka Corp
Kansai Electric Power Co Inc
Original Assignee
Adeka Corp
Kansai Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adeka Corp, Kansai Electric Power Co Inc filed Critical Adeka Corp
Priority to JP2013109798A priority Critical patent/JP2014229817A/ja
Publication of JP2014229817A publication Critical patent/JP2014229817A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85909Post-treatment of the connector or wire bonding area
    • H01L2224/8592Applying permanent coating, e.g. protective coating

Landscapes

  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】高温環境下での信頼性を向上できる半導体装置を提供する。【解決手段】このSiC GTOサイリスタ装置によれば、樹脂製被覆本体21と支持体3との間に耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接合部18を形成して、樹脂製被覆本体21と支持体3とが直接に接合された界面の外周部樹脂製被覆本体21と支持体3とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の外周部を耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接合部18により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、樹脂製被覆本体21が支持体3から剥離するのを防止できる。【選択図】図1

Description

この発明は、高温環境下での信頼性の向上を図れる半導体装置に関する。
従来、図8に示すようなGTOサイリスタ装置が提案されている(特許文献1(特開2009−21232号公報)参照)。このGTOサイリスタ装置は、GTOサイリスタ素子201を覆う被覆部215が、シロキサン(Si−O−Si結合体)による橋かけ構造を一箇所以上有する珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒、および鉄族含有錆体を含有する珪素含有硬化性組成物で形成されている。また、このGTOサイリスタ装置は、上記被覆部215および支持体211上のアノード端子205,ゲート端子208を覆う被覆部216を有する。この被覆部216は、上記被覆部215を形成する上記珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径20μmのアルミナ微粒子を50%の体積充填率で配合した珪素含有硬化性組成物で形成されている。なお、図8において、202,206,210はアノード電極,ゲート電極,カソード電極、203,207はリード線、212,213は絶縁材である。
上記GTOサイリスタ装置によれば、高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する被覆部215でもって、GTOサイリスタ素子201を絶縁できる。また、上記被覆部216は、高温(例えば200℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、上記被覆部216は上記セラミックスが配合されたことで線膨張係数が小さくなり、例えば銅等の金属で作製されてGTOサイリスタ素子201を支持する支持体211との線膨張係数の差を低減させることで、被覆部216と支持体211との密着性の向上を図っている。
しかし、上記GTOサイリスタ装置でも、大気中の高温(200℃以上)環境下で使用すると、上記被覆部216は酸化による接着力の低下が起こる。特に、金属製の支持体211と樹脂製の被覆部216との界面は、元来、接着力が弱い傾向があるので、外周部216Aで剥離が生じる可能性がある。この被覆部216の剥離が生じた場合、被覆部216による封止機能が損なわれ、GTOサイリスタ装置の信頼性が低下する。
特開2009−21232号公報
そこで、この発明の課題は、高温環境下での信頼性を向上できる半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、
半導体素子と、
上記半導体素子が載置される支持体構造と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する樹脂製被覆部と
を備え、
上記樹脂製被覆部は、
上記樹脂製被覆本体と、
上記樹脂製被覆本体と上記支持体構造とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の少なくとも外周部を覆う耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接合部と
を有することを特徴としている。
この発明の半導体装置によれば、上記樹脂製被覆本体と支持体構造との間に耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接合部を形成して、樹脂製被覆本体と支持体構造とが直接に接合された界面が露出しないように、上記界面の少なくとも外周部を耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接合部により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下を抑制でき、上記樹脂製被覆部が支持体構造から剥離するのを防止できることを、ヒートサイクル試験によって確かめることができた。したがって、この発明によれば、高温環境下での信頼性を向上できる。
また、一実施形態の半導体装置では、上記樹脂製接合部は、無機微粒子を含有する珪素含有硬化性組成物で作成されている。
この実施形態の半導体装置によれば、上記珪素含有硬化性組成物への無機微粒子の配合割合によって、耐熱性を向上させることにより長時間使用した時の質量減少を抑制し、更に上記樹脂製接合部の線膨張係数を調節でき、上記樹脂製接合部の線膨張係数と上記支持体構造の線膨張係数との差を縮小して、上記樹脂製被覆部が支持体構造から剥離するのをより確実に防止できる。
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体構造は、支持体ベースと、上記樹脂製被覆部の外周面を覆う枠体とを備えた。
この実施形態の半導体装置によれば、樹脂製被覆部の端部が樹脂製接合部と枠体を保護するので、特に端部での機械的強度を向上できる。
また、一実施形態の半導体装置では、上記枠体を上記支持体ベースに接着する耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接着部を備えた。
この実施形態の半導体装置によれば、耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接着部により枠体を支持体ベースに接着することによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、支持体ベースから枠体が剥離するのを防止できる。
また、一実施形態の半導体装置では、上記樹脂製被覆本体は、上記半導体素子を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する第1の被覆部と、上記第1の被覆部を被覆する第2の被覆部とを有し、
上記第2の被覆部は、上記第1の被覆部よりも表面を保護するための硬度が高くかつガスバリア性が高い。
この実施形態の半導体装置によれば、半導体素子を被覆すると共に電気接続部の少なくとも一部を被覆する第1の被覆部を、第1の被覆部よりも表面を保護するための硬度が高くかつガスバリア性が高い第2の被覆部により被覆することにより、装置表面を保護できると共に、高温環境下での酸化劣化を抑えることができる。
この発明の半導体装置によれば、支持体構造と樹脂製被覆部との間に樹脂製接合部を形成したことで、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、樹脂製被覆部が支持体構造から剥離するのを防止でき、高温環境下での信頼性を向上できる。
この発明の半導体装置の第1実施形態としてのSiC GTO装置の断面図である。 この発明の半導体装置の第2実施形態としてのSiC GTO装置の断面図である。 この発明の半導体装置の第3実施形態としてのSiC GTO装置の断面図である。 この発明の半導体装置の第4実施形態としてのSiC GTO装置の断面図である。 この発明の半導体装置の第5実施形態としてのSiC GTO装置の断面図である。 この発明の半導体装置の第6実施形態としてのSiC GTO装置の断面図である。 この発明の半導体装置の第7実施形態としてのSiC GTO装置の断面図である。 従来のSiC GTO装置の断面図である。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、この発明の半導体装置の第1実施形態の断面図である。この第1実施形態の半導体装置は、耐圧5kVの半導体素子の一例としてのSiC GTOサイリスタ素子1を有し、このSiC サイリスタ素子1を支持体構造の一例としての銅製の支持体ベース3の上面3Aに載置している。
このSiC GTOサイリスタ素子1のアノード電極2はアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線7によりアノード端子10の上端に接続されている。また、GTOサイリスタ素子1のゲート電極6は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線8によりゲート端子11の上端に接続されている。このリード線7,8と、アノード端子10およびゲート端子11は電気接続部である。
また、上記SiC GTOサイリスタ素子1のカソード電極4はカソード端子であるパッケージの銅製の支持体ベース3に金シリコン,金スズ,金ゲルマニウムのような金系半田やその他の高温用半田を用いて電気的接続を保って取り付けられている。アノード端子10およびゲート端子11はそれぞれセラミック等の絶縁材14,19で支持体ベース3との間の絶縁を保ちつつ支持体ベース3を貫通して固定されている。なお、上記支持体ベース3は、アルミニウム、または、Al−SiCのような金属と半導体の複合材料、または、銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製されていてもよい。
上記SiC GTOサイリスタ素子1の全表面、およびリード線7,8とSiC GTOサイリスタ素子1との接続部近傍、および支持体ベース3の上面3Aの大部分と、支持体ベース3の上面3Aから突出したアノード端子10,ゲート端子11の一部を覆うように、素子被覆用下塗り樹脂部13となる珪素含有硬化性組成物が塗布されている。
また、この実施形態では、上記支持体ベース3と上記素子被覆用下塗り樹脂部13との間に樹脂製接合部18が形成されている。この樹脂製接合部18は、上記素子被覆用下塗り樹脂部13に直接に接合する第2の接合面18Aと上記支持体ベース3に直接に接合する第1の接合面18Bとを有する。この樹脂製接合部18の第2の接合面18Aは、上記素子被覆用下塗り樹脂部13の周縁部13Aに接合しており、上記第1の接合面18Bは、上記支持体ベース3の上面3Aの周縁部3A−1に接合している。上記樹脂製接合部18は、支持体ベース3の周縁部3A−1と下塗り樹脂部13の周縁部13Aとの間で環状に延在している。
また、この実施形態は、上記素子被覆用下塗り樹脂部13を被覆する第1の被覆部15およびこの第1の被覆部15を覆う第2の被覆部16を備える。上記素子被覆用下塗り樹脂部13と第1の被覆部15と第2の被覆部16が樹脂製被覆本体21を構成している。そして、この樹脂製被覆本体21と樹脂製接合部18とが樹脂製被覆部を構成している。また、樹脂製接合部18の第2の接合面18Aは、第1の被覆部15の周縁部15Bに接合すると共に、第2の被覆部16の周縁部16Aと接合している。
ここで、上記樹脂製接合部18は、250℃で300時間保存して、重量減少率が5%以下でかつ針入度の低下量が50%以下である耐酸性の高い樹脂である。針入度とは、一定温度に保った試料に規定の針が垂直に進入した長さ(mm)の10倍で表し、針入度が大きい試料ほど軟質ということになる(試験方法は日本工業規格(JIS)K2207およびK2235に準ずる)。
上記樹脂製接合部18は、下記の(A)成分、(B)成分、(C)成分および(D)成分を含有する珪素含有硬化性組成物で作製されている。
(A)成分:ビニル基を少なくとも2つ有し、質量平均分子量が3000〜100万である珪素含有重合体
(B)成分:SiH基を少なくとも2つ有し、質量平均分子量が3000〜100万である珪素含有重合体
(C)成分:硬化反応触媒である白金系触媒
(D)成分:下記一般式(1)で表される珪素含有化合物
Figure 2014229817
(上式(1)中、R〜Rは、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数1〜12の直鎖もしくは分岐のアルキル基、または、炭素原子数6〜12のアリール基であり、aは1〜2000の数であり、Xは下記一般式(2)で表される基である。)
Figure 2014229817
(上式(2)中、Rは、水素原子,オキシラジカル、炭素原子数1〜12の直鎖もしくは分岐のアルキル基または炭素原子数1〜12の直鎖もしくは分岐のアルコキシル基である。)
まず、本発明の珪素含有硬化性組成物の(D)成分である上記一般式(1)で表される珪素含有化合物について説明する。
一般式(1)において、R〜Rは、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルキル基又は炭素原子数6〜12のアリール基である。炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、セカンダリーブチル基、ターシャリーブチル基、ペンチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、ヘプチル基、イソヘプチル基、オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、ドデシル基等が挙げられる。
炭素原子数6〜12のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−ビニルフェニル基、3−イソプロピルフェニル基、4−イソプロピルフェニル基、4−ブチルフェニル基、4−イソブチルフェニル基、4−ターシャリーブチルフェニル基、4−ヘキシルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基等が挙げられる。
(A)成分及び(B)成分との相溶性に特に優れるため、R〜Rは炭素原子数1〜6のアルキル基又は炭素原子数6〜10のアリール基が好ましく、メチル基、エチル基又はフェニル基がより好ましく、メチル基又はフェニル基が更に好ましい。R〜Rは、全て同一でも異なっていてもよいが、耐熱性が向上することから、R〜Rは、アルキル基とアリール基との組合せであって、アリール基の含有量が5〜35モル%であることが好ましく、5〜30モル%であることがより好ましく、10〜30モル%であることが更に好ましい。
一般式(1)において、aは、1〜2000の数であり、好ましくは20〜1000の数である。また、Xは、上記一般式(2)で表される基である。
一般式(2)において、Rは、水素原子、オキシラジカル、炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルキル基又は炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基である。なお、オキシラジカルとは、−O・で表わされるラジカル基をいう。炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルキル基としては、例えば一般式(1)のR〜Rで例示したアルキル基が挙げられる。炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、メトキシメトキシ基、メトキシエトキシメトキシ基、メチルチオメトキシ基、エトキシ基、ビニルオキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、ターシャリーブトキシ基、ターシャリーブチルジメチルシリルオキシ基、ターシャリーブトキシカルボニルメトキシ基、ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ターシャリーペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、イソヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ウンデシルオキシ基、ドデシルオキシ基等が挙げられる。
耐熱性の向上の点から、Rとしては、水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又は炭素原子数1〜12のアルコキシ基が好ましく、水素原子、炭素原子数1〜2のアルキル基又は炭素原子数1〜12のアルコキシ基がより好ましく、水素原子又はメチル基が更に好ましく、合成が容易なためメチル基が最も好ましい。
上記一般式(1)で表される珪素含有化合物のうち、Xが上記一般式(2)で表される基である化合物は、下記式(1a)で表される化合物のSiH基と下記式(2a)で表される化合物のアリール基とをヒドロシリル化反応させることにより得ることができる。
Figure 2014229817
上式(1a)中、R〜R、及びaは上記式(1)におけるR〜R、及びaと同義である。
Figure 2014229817
上式(2a)中、Rは上記式(2)におけるRと同義である。
上式(1a)で表される化合物は公知の方法により得ることができ、例えば、下記(2b)で表される化合物とアリルクロライドをWilliamsonの方法によりエーテル化することにより得ることができる。
Figure 2014229817
上式(2b)中、Rは上記式(2)におけるRと同義である。
(D)成分の含量は、(A)成分と(B)成分の合計量100部に対して0.01〜5質量部が好ましく、0.1〜3質量部が更に好ましく、0.5〜2質量部が最も好ましい。
上記珪素含有硬化性組成物の(A)成分は、ビニル基を少なくとも2つ有し、質量平均分子量が3000〜100万である珪素含有重合体であるが、高温環境下での酸化による接着力の低下を抑制できることから、上記樹脂製接合部18を作製する本発明の珪素含有硬化性組成物の(A)成分が下記一般式(3)で表される珪素含有化合物であることが好ましい。
Figure 2014229817
(上式(3)中、R〜R及びR11は同一でも異なっていてもよい炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルキル基又は炭素原子数6〜12のアリール基を表し、R及びR10は同一でも異なっていてもよい炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表し、R12はアルキル基又は炭素原子数6〜12のアリール基を表し、bは2〜7の数である。c及びdは、c:d=1:1〜1:100且つcとdの合計が15以上となる数であって、且つ一般式(3)で表されるケイ素含有化合物の質量平均分子量を3000〜100万とする数である。また、cを繰り返し数とする重合部分と、dを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。)
上記一般式(3)に使用可能な炭素原子数1〜12のアルキル基及び炭素原子数6〜10のアリール基としては、前記一般式(1)のR〜Rで例示した基等が挙げられる。Rとしては、原料の入手が容易であることからメチル基、エチル基、フェニル基が好ましく、メチル基がより好ましい。R及びRとしては、原料の反応性が良好であることから、メチル基、エチル基が好ましく、メチル基が更に好ましい。R及びR10としては、低温での柔軟性の点から、炭素原子数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましく、メチル基が更に好ましい。R11としては、耐熱性の点から、メチル基、エチル基、フェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。R12としては、耐熱性の点から、メチル基、エチル基、フェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。該アルキル基と該アリール基の割合は、硬化物に求められる物性により任意に設定することができる。好ましい割合(数)は、該アルキル基:該アリール基が100:1〜1:2であり、20:1〜1:1がより好ましい。
上記一般式(3)のbは2〜7の数であり、工業的な原料が入手しやすいことから、2〜4の数が好ましく、2〜3の数が更に好ましく、3の数が最も好ましい。一般式(3)で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を3000〜100万とする数である。一般式(3)で表される珪素含有化合物の質量平均分子量は、本発明の珪素含有硬化性組成物成分のハンドリング性と、硬化物の耐熱性の点から、5000〜50万が好ましく、1万〜10万がより好ましい。なお、本発明において、質量平均分子量とは、テトラヒドロフランを溶媒としてGPC分析を行った場合のポリスチレン換算の質量平均分子量をいう。質量平均分子量は、重量平均分子量という場合がある。
上記一般式(3)で表される珪素含有化合物は、公知の方法、例えば、特開2008−266484号公報記載の方法により得ることができる。
上記珪素含有硬化性組成物の(B)成分は、SiH基を少なくとも2つ有し、質量平均分子量が3000〜100万である珪素含有重合体であるが、高温環境下での酸化による接着力の低下を抑制できることから、上記樹脂製接合部18を作製する本発明の珪素含有硬化性組成物の(B)成分が下記一般式(4)で表される珪素含有化合物であることが好ましい。
Figure 2014229817
(上式(4)中、R13〜R15及びR18は同一でも異なっていてもよい炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルキル基又は炭素原子数6〜12のアリール基を表し、R16及びR17は同一でも異なっていてもよい炭素原子数1〜12の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表し、R19はアルキル基又は炭素原子数6〜12のアリール基を表し、eは2〜7の数である。f及びgは、f:g=1:1〜1:100且つfとgの合計が15以上となる数であって、且つ一般式(4)で表されるケイ素含有化合物の質量平均分子量を3000〜100万とする数である。また、fを繰り返し数とする重合部分と、gを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。)
上記一般式(4)に使用可能な炭素原子数1〜12のアルキル基及び炭素原子数6〜10のアリール基としては、前記一般式(1)のR〜Rで例示した基等が挙げられる。R13としては、原料の入手が容易であることからメチル基、エチル基、フェニル基が好ましく、メチル基がより好ましい。R14及びR15としては、原料の反応性が良好であることから、メチル基、エチル基が好ましく、メチル基が更に好ましい。R16及びR17としては、低温での柔軟性の点から、炭素原子数1〜4の直鎖若しくは分岐のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましく、メチル基が更に好ましい。R18としては、耐熱性の点から、メチル基、エチル基、フェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。R19としては、耐熱性の点から、メチル基、エチル基、フェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。該アルキル基と該アリール基の割合は、硬化物に求められる物性により任意に設定することができる。好ましい割合(数)は、該アルキル基:該アリール基が100:1〜1:2であり、20:1〜1:1がより好ましい。
上記一般式(4)のeは2〜7の数であり、工業的な原料が入手しやすいことから、2〜4の数が好ましく、2〜3の数が更に好ましく、3の数が最も好ましい。一般式(4)で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を3000〜100万とする数である。一般式(4)で表される珪素含有化合物の質量平均分子量は、本発明の珪素含有硬化性組成物成分のハンドリング性と、硬化物の耐熱性の点から、5000〜50万が好ましく、1万〜10万がより好ましい。
上記(A)成分と(B)成分の比は、(A)成分中のビニル基に対する(B)成分中のSiH基の比がモル比で、0.5〜2であることが好ましく、0.7〜1.4であることが更に好ましく、0.8〜1.25であることが最も好ましい。
上記珪素含有硬化性組成物の(C)成分は、硬化反応触媒である白金系触媒である。 (A)成分のビニル基と(B)成分のSiH基を(D)成分によりヒドロシリル化反応させることにより、上記珪素含有硬化性組成物を硬化させることができる。上記(C)成分の例としては、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトン等との錯体、白金−オレフィン錯体、白金−カルボニルビニルメチル錯体(Ossko触媒)、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体(KaRstedt触媒)、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド錯体、白金−ホスフィン錯体(例えば、Pt[P(C)]、PtCl[P(C)]、Pt[P(C))])、白金−ホスファイト錯体(例えば、Pt[P(OC)]、Pt[P(OC)])、ジカルボニルジクロロ白金等が挙げられ、反応性の点から、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体及び白金−カルボニルビニルメチル錯体が好ましく、白金−カルボニルビニルメチル錯体が更に好ましい。また、(C)成分の含量は、反応性の点から(A)成分と(B)成分の合計量の5質量%以下が好ましく、0.0001〜1.0質量%が更に好ましく、0.001〜0.1質量%が最も好ましい。
また、この実施形態では、上記樹脂製接合部18を作製する本発明の上記珪素含有硬化性組成物が、更に、(F)成分として無機微粒子を含有することが好ましい。この(F)成分の例としては、コロイダルシリカ、シリカフィラー、シリカゲル、マイカやモンモリナイト等の鉱物、酸化アルミニウムや酸化亜鉛、二酸化珪素等のセラミックス等が挙げられる。耐熱性の点から、酸化アルミニウムが好ましい。また、上記(F)成分としての無機粒子の粒径は1〜50μmが好ましく、5〜25μmがより好ましい。また、一例として、上記樹脂製接合部18の(F)成分の含有質量%は、上記素子被覆用下塗り樹脂部13の(F)成分の含有質量%以上にすることが望ましい。
また、この実施形態では、上記樹脂製被覆本体21の素子被覆用下塗り樹脂部13は、上記(A)成分、上記(B)成分、上記(C)成分、および上記(F)成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。なお、上記素子被覆用下塗り樹脂部13の(F)成分の含有質量%を、5%以下にすることが望ましく、上記素子被覆用下塗り樹脂部13の (F)成分の含有質量%を約0%とすることがより好ましい。また、上記素子被覆用下塗り樹脂部13の(F)成分の含有質量%は、上記第2の被覆部16を作製する珪素含有硬化性組成物の上記(F)成分の含有質量%よりも低い。これにより、この素子被覆用下塗り樹脂部13の粘度と接着力を上記第2の被覆部16の粘度と接着力に比べて高くすることができる。
また、上記樹脂製被覆本体21の第1の被覆部15は、上記(A)成分、上記(B)成分、および上記(C)成分を含有する第1の樹脂としての珪素含有硬化性組成物で作製されている。また、上記樹脂製被覆本体21の第2の被覆部16は、上記(A)成分、上記(B)成分、上記(C)成分および上記(F)を含有する第2の樹脂としての珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が50〜200ppm/℃である。
この第1の被覆部15として使用される第1の珪素含有硬化性組成物は、次に説明する合成工程1から合成工程5によって合成した。なお、この合成工程1〜5において「部」とは質量部を表す。上記第1の珪素含有硬化性組成物を250℃にて3時間硬化反応させることにより第1の被覆部15が得られる。
さらに、この実施形態では、上記第1の被覆部15の全表面15Aを覆うが第1の被覆部15から露出した支持体ベース3の部分3Bは覆わず支持体ベース3に接しないように、第2の被覆部16となる第2の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。この第2の被覆部16として使用される第2の珪素含有硬化性組成物は上記第1の珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径20μmのアルミナ微粒子を50%の体積充填率で配合している。この第2の珪素含有硬化性組成物を200℃にて6時間硬化反応させることにより第1の被覆部16が得られる。また、上記硬化後の第2の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は150ppm/℃である。
この樹脂製接合部18として使用される上記珪素含有硬化性組成物は、次に説明する合成工程によって合成した。
〔合成工程1〕
ジクロロジメチルシラン90部とジクロロジフェニルシラン9部とを混合し、100部のイオン交換水、50部のトルエン及び450部の48%水酸化ナトリウム水溶液の混合物中に滴下し、105℃で5時間重合させた。得られた反応溶液を500部のイオン交換水で水洗した後、このトルエン溶液を脱水し、ピリジンを20部加え、これにさらにジメチルクロロシラン20部を加えて70℃で30分間攪拌した。その後、100部のイオン交換水で水洗した後、150℃で溶媒を減圧留去した。次に100部のアセトニトリルで洗浄し、その後、70℃で溶媒を減圧留去し、鎖状ポリシロキサン化合物(HSi−1)を得た。鎖状ポリシロキサン化合物(HSi−1)のGPCによる分子量はMw=20,000であった。
〔合成工程2〕
上記合成工程1で得られた非環状ポリシロキサン化合物(HSi−1)100部をトルエン200部に溶かし、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.003部、及び不飽和結合を有する環状ポリシロキサン化合物である1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラビニルシクロテトラシロキサン10部を加え、105℃で2時間反応させた。70℃で溶媒を減圧留去した後にアセトニトリル100部で洗浄した。その後、70℃で溶媒を減圧留去し、珪素含有化合物(VSi−1)を得た。珪素含有化合物(VSi−1)は、前記一般式(3)に該当する化合物であり、GPCによる分析の結果、Mw=22,000であった。
〔合成工程3〕
ジクロロジメチルシラン90部とジクロロジフェニルシラン9部とを混合し、100部のイオン交換水、50部のトルエン及び450部の48%水酸化ナトリウム水溶液の混合物中に滴下し、105℃で5時間重合させた。得られた反応溶液を500部のイオン交換水で水洗した後に、このトルエン溶液を脱水し、ピリジンを20部加え、これにさらにジメチルビニルクロロシラン20部を加えて70℃で30分間攪拌した。
その後、100部のイオン交換水で水洗した後、150℃で溶媒を減圧留去した。次に100部のアセトニトリルで洗浄し、その後、70℃で溶媒を減圧留去し、不飽和結合を有する鎖状ポリシロキサン化合物(VSi−2)を得た。不飽和結合を有する鎖状ポリシロキサン化合物(VSi−2)のGPCによる分子量はMw=20,000であった。
〔合成工程4〕
上記合成工程1で得られた不飽和結合を有する非環状ポリシロキサン化合物(VSi−2)100部をトルエン200部に溶かし、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.003部、及び環状ポリシロキサン化合物である1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン10部を加え、105℃で2時間反応させた。70℃で溶媒を減圧留去した後にアセトニトリル100部で洗浄した。その後、70℃で溶媒を減圧留去し、珪素含有化合物(HSi−2)を得た。珪素含有化合物(HSi−2)は、前記一般式(4)に相当する化合物であり、GPCによる分子量は、Mw=22,000であった。
〔合成工程5〕
1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン−4−オール100部、テトラブチルアンモニウム硫酸水素塩10部及びアリルクロライド200部を混合し、25℃で撹拌し、48%水酸化ナトリウム水溶液200部を30分かけて滴下し、滴下終了後、更に50℃で6時間攪拌した。反応液に、トルエン150部を加え、250部の水で8回水洗した後、70℃で溶媒を減圧留去し、4−アリルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジンを得た。
[合成工程6]
鎖状ポリシロキサン化合物(HSi−1)100部、4−アリルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン10部、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体0.003部、溶媒としてトルエン50部を混合し、100〜110℃で2時間攪拌した。反応終了後25℃まで冷却し、過剰の4−アリルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジンを除去するため、1%炭酸水素ナトリウム水溶液100部による洗浄を6回行った後、70℃で溶媒を減圧留去し、ろ過を行って、珪素含有化合物(HA)を得た。珪素含有化合物(HA)は、上記一般式(1)に相当する化合物であり、GPCによる分子量は、Mw=20、000であった。
<第1の珪素含有硬化性組成物の配合例>
(A)成分として上記合成工程2で得られた珪素含有化合物(VSi−1)50部、(B)成分として上記合成工程4で得られた珪素含有化合物(HSi−2)50部、(C)成分として白金系触媒である白金−カルボニルビニルメチル錯体0.005部、(D)成分として上記合成工程6で得られた珪素含有化合物(HA)1部を混合して、上記第1の珪素含有硬化性組成物を得た。
<第2の珪素含有硬化性組成物の配合例>
この実施形態によれば、第2の被覆部16となる第2の珪素含有硬化性組成物は上記第1の珪素含有硬化性組成物にセラミックスとしての粒径20μmのアルミナ微粒子を50%の体積充填率で配合している。そして、この第2の珪素含有硬化性組成物を200℃にて6時間硬化反応させることにより第2の被覆部16とした。上記硬化後の第2の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は150ppm/℃である。この実施形態によれば、上記第2の被覆部16は高温(例えば200℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、この第2の被覆部16は支持体ベース3に接しないので、高温時(例えば200℃以上)に支持体ベース3との線膨張係数の差で剥がれることがなく、また、第1の被覆部15が支持体ベース3と第2の被覆部16との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
また、上記第2の被覆部16をなす第2の珪素含有硬化性組成物が含有するセラミックス粒子の粒径は1〜50μmが好ましく、5〜25μmがより好ましい。また、上記第2の珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックス粒子の体積充填率は40〜70%であるのが好ましく、50〜60%がより好ましい。これにより、上記第2の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を50〜200ppm/℃、より好ましくは100〜150ppm/℃にすることができる。なお、上記第2の被覆部16をなす第2の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を50ppm/℃より小さくすると、第1の被覆部15との密着性が悪くなり、絶縁材として作用しなくなる。一方、上記第2の被覆部16をなす第2の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を200ppm/℃より大きくすると、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られない。
また、上記第2の被覆部16をなす第2の珪素含有硬化性組成物は絶縁性セラミックス微粒子を含有することで、上記第2の珪素含有硬化性組成物のガスバリア性が向上する。すなわち、上記第2の珪素含有硬化性組成物は酸化劣化しにくくなる。
この実施形態のSiC GTOサイリスタ装置によれば、樹脂製被覆本体21と支持体ベース3との間に耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部18を形成して、樹脂製被覆本体21と支持体ベース3とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の外周部を耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部18により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、樹脂製被覆本体21が支持体ベース3から剥離するのを防止でき、高温環境下での信頼性を向上できる。
すなわち、0℃〜250℃のヒートサイクル試験1000サイクルによっても、樹脂製被覆本体21が支持体ベース3から剥離しないことが確認できた。このヒートサイクル試験の試験方法は、高温側が温度250℃で20分のさらし時間とし、低温側が温度0℃で20分のさらし時間として、繰り返し回数を1000サイクルとした。
また、SiC GTOサイリスタ素子1を被覆すると共に電気接続部(7,8,10,11)の少なくとも一部を被覆する第1の被覆部15を、第1の被覆部15よりも表面を保護するための硬度が高くかつガスバリア性が高い第2の被覆部16により被覆することにより、装置表面を保護できると共に、高温環境下での酸化劣化を抑えることができる。
なお、上記第1実施形態では、樹脂製被覆本体を第1,第2の被覆部15,16と下塗り樹脂部13とで構成したが、下塗り樹脂部13を除く第1,第2の被覆部15,16で樹脂製被覆本体を構成してもよい。また、上記(C)成分の白金系触媒は、白金、パラジウム及びロジウムの一種以上の金属を含有し、ヒドロシリル化反応を促進する触媒であり、公知のものを用いることができる。ヒドロシリル化反応用の触媒として用いられる該白金系触媒としては、白金−カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド錯体等が挙げられるほか、これらの触媒における白金を、同じく白金系金属であるパラジウムまたはロジウムに代えた化合物が挙げられ、これらは一種で用いてもよく又は二種以上を併用してもよい。硬化性の点から、白金を含有するものが好ましく、具体的には、白金−カルボニルビニルメチル錯体が特に好ましい。また、クロロトリストリホスフィンロジウム(I)等の、上記白金系金属を含有するいわゆるWilkinson触媒も、(D)成分の白金系触媒に含まれる。また、上記実施形態では、樹脂製接合部18が作製する珪素含有硬化性組成物が、(F)成分として無機微粒子を含有したが、(F)成分として無機微粒子を含有していなくてもよい。
(第2実施形態)
次に、図2に、この発明の半導体装置の第2実施形態を示す。この第2実施形態は、耐圧5kVの半導体素子の一例としてのSiC GTOサイリスタ素子51を有し、このSiC サイリスタ素子51は、カソード電極59がセラミック絶縁基板52の上面52Aに配置されるように載置されている。このセラミック絶縁基板52は、支持体構造の一例としての支持体ベース50上に配置されている。このセラミック絶縁基板52は、一例として酸化アルミニウム,窒化アルミニウム,窒化ケイ素等で作製される。また、上記支持体ベース50は、銅,アルミニウムのような金属材料もしくはAl−SiCのような複合材料もしくは銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製されている。また、支持体ベース50の表面に金またはニッケル、錫、亜鉛、クロム等によるメッキを施してもよい。
このSiC GTOサイリスタ素子51のアノード電極55はアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線56により電極57に接続されている。また、GTOサイリスタ素子51のゲート電極54は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線58により電極60に接続されている。また、上記電極60には電極60上に延在するゲート端子61が接続され、上記電極57には電極57上に延在するアノード端子62が接続されている。
そして、上記SiC GTOサイリスタ素子51の全表面、およびリード線56,58と電極57,60、および電極57,60上の端子61,62の一部分を覆うように、第1の被覆部63となる第1の樹脂(一例として、上記第1の珪素含有硬化性組成物)が塗布されている。ここで、この第1の被覆部63として使用される第1の樹脂(一例として、上記第1の珪素含有硬化性組成物)は、先述の第1実施形態の第1の被覆部15として使用される第1の樹脂と同様であるので、詳細な説明を省略する。
また、この実施形態では、上記第1の被覆部63の全表面を覆う第2の被覆部64となる第2の樹脂(一例として上記第2の珪素含有硬化性組成物)が塗布されている。この第2の被覆部64として使用される第2の樹脂(一例として上記第2の珪素含有硬化性組成物)は、先述の第1実施形態の第2の被覆部16として使用される第2の樹脂と同様であるので、詳細な説明を省略する。
上記第1の被覆部63と第2の被覆部64で樹脂製被覆本体を構成している。
また、この実施形態では、上記支持体ベース50と上記第1の被覆部63との間に樹脂製接合部68が形成されている。この樹脂製接合部68は、上記第1の被覆部63に直接に接合する第2の接合面68Aと上記支持体ベース50に直接に接合する第1の接合面68Bとを有する。この樹脂製接合部68の第2の接合面68Aは、上記第1の被覆部63の周縁部63Aに接合している。また、上記樹脂製接合部68の第1の接合面68Bは、上記支持体ベース50の上面50Aの周縁部50A−1および上記セラミック絶縁基板52の上面52Aの周縁部52A−1に接合している。上記樹脂製接合部68は、支持体ベース50の周縁部50A−1と第1の被覆部63の周縁部63Aとの間で環状に延在している。また、樹脂製接合部68の第2の接合面68Aは、第2の被覆部64の周縁部64Aと接合している。
この第2実施形態の半導体装置によれば、前述の第1実施形態と同様に、樹脂製被覆本体(63,64)と支持体ベース50との間に耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部68を形成して、樹脂製被覆本体(63,64)と支持体ベース50とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の外周部を耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部68により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、第1の被覆部63が支持体ベース50から剥離するのを防止でき、高温環境下での信頼性を向上できる。
すなわち、0℃〜250℃のヒートサイクル試験1000サイクルによっても、第1の被覆部63が支持体ベース50から剥離しないことが確認できた。このヒートサイクル試験の試験方法は、高温側が温度250℃で20分のさらし時間とし、低温側が温度0℃で20分のさらし時間として、繰り返し回数を1000サイクルとした。
また、SiC GTOサイリスタ素子51を被覆すると共に電気接続部(56,57,58,60)の少なくとも一部を被覆する第1の被覆部63を、第1の被覆部63よりも表面を保護するための硬度が高くかつガスバリア性が高い第2の被覆部64により被覆することにより、装置表面を保護できると共に、高温環境下での酸化劣化を抑えることができる。
尚、上記実施形態では、樹脂製接合部68が支持体ベース50の上面50Aの周縁部50A−1および上記セラミック絶縁基板52の上面52Aの周縁部52A−1の両方に接合していたが、上記周縁部50A−1および周縁部52A−1のいずれか一方に樹脂製接合部68の第1の接合面68Bが直接に接合していてもよい。
(第3実施形態)
次に、図3に、この発明の半導体装置の第3実施形態を示す。この第3実施形態は、前述の第2実施形態の第1,第2の被覆部63,64に替えて第1,第2の被覆部83,84を備える点、前述の第2実施形態の樹脂製接合部68に替えて樹脂製接合部88を備える点、および、支持体構造53が樹脂製接合部88の外周面88Aを覆う枠体89と支持体ベース50とを備える点のみが、前述の第2実施形態と異なる。よって、この第3実施形態では、前述の第2実施形態と同様の箇所には同様の符号を付して、前述の第2実施形態と異なる点を主として説明する。
この第3実施形態では、上記SiC GTOサイリスタ素子51の全表面、およびリード線56,58と電極57,60、および電極57,60上の端子61,62の一部分を覆うように、第1の被覆部83となる第1の樹脂(一例として、上記第1の珪素含有硬化性組成物)が塗布されている。ここで、この第1の被覆部83として使用される第1の樹脂(一例として、上記第1の珪素含有硬化性組成物)は、先述の第1実施形態の第1の被覆部15として使用される第1の樹脂と同様である。
また、図3に示すように、支持体構造53は、支持体ベース50と、セラミックまたは樹脂で作製された枠体89を備える。
図3に示すように、上記第1の被覆部83は、上記セラミック絶縁基板52の上面52Aを被覆しており、上記上面52Aの周縁部52A−1を部分的に被覆している。また、この第1の被覆部83は、上記支持体構造53の支持体ベース50に直接接していない。そして、上記樹脂製接合部88は、第2の接合面88Bが上記第1,第2の被覆部83,84の外周面を被覆するように環状に形成されている。この樹脂製接合部88は、第1の接合面88Cが上記セラミック絶縁基板52の上面52Aの周縁部52A−1および上記支持体ベース50の上面50Aの周縁部50A−1に直接に接合している。
また、図3に示すように、支持体構造53は、支持体ベース50と、セラミックまたは樹脂で作製された枠体89を備える。上記枠体89は、セラミックまたは樹脂で作製され、樹脂製接合部88の外周面88Aを被覆するように上記支持体ベース50の上面50Aの周縁部50A−1に立設されている。
上記第3実施形態の半導体装置によれば、前述の第1実施形態と同様に、樹脂製被覆本体(83,84)と支持体構造53との間に耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部88を形成して、樹脂製被覆本体(83,84)と支持体構造53とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の外周部を耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部88により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、樹脂製接合部88が支持体ベース50の上面50Aの周縁部50A−1から剥離するのを防止できる。よって、第1の被覆部83がセラミック絶縁基板52から剥離するのを防止でき、高温環境下での信頼性を向上できる。
すなわち、0℃〜250℃のヒートサイクル試験1000サイクルによっても、樹脂製接合部88が支持体ベース50から剥離せず、第1の被覆部83がセラミック絶縁基板52から剥離しないことが確認できた。このヒートサイクル試験の試験方法は、高温側が温度250℃で20分のさらし時間とし、低温側が温度0℃で20分のさらし時間として、繰り返し回数を1000サイクルとした。
また、この第3実施形態によれば、上記第1,第2の被覆部83,84の厚さを中央部から端部まで均一化できると共に端部が樹脂製接合部88と枠体89で保護されているので、特に端部での機械的強度を向上できる。
(第4実施形態)
次に、図4に、この発明の半導体装置の第4実施形態を示す。この第4実施形態は、前述の第3実施形態の樹脂製接合部88に替えて、樹脂製接合部98を備える点と、前述の第3実施形態の第1の被覆部83に替えて、第1の被覆部93を備える点のみが、前述の第3実施形態と異なる。よって、この第4実施形態では、前述の第3実施形態と同様の箇所には同様の符号を付して、前述の第3実施形態と異なる点を主として説明する。
図4に示すように、この第4実施形態では、第1の被覆部93は、セラミック絶縁基板52の上面52Aだけでなく、支持体ベース50の上面50Aの周縁部50A−1にも直接に接合している。
また、樹脂製接合部98は、枠体89と第1,第2の被覆部93,84との間に配置されており、この樹脂製接合部98の第1の接合面としての外周面98Aが上記枠体89の内周面に直接に接合し、上記樹脂製接合部98の第2の接合面としての内周面98Bが第1,第2の被覆部93,84の外周面に直接に接合している。そして、この樹脂製接合部98は、セラミック絶縁基板52には接していない。上記樹脂製接合部98は、セラミック絶縁基板52の上面52Aとは間隔を隔てているが、枠体89の内周面89Aが第1の被覆部93の外周面と上記樹脂製接合部98の外周面98Aに直接接している。これにより、上記樹脂製接合部98は、酸素流入経路の入口を封止している。
上記第4実施形態の半導体装置によれば、前述の第1実施形態と同様に、樹脂製被覆本体(93,84)と支持体構造53との間に耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部98を形成して、樹脂製被覆本体(93,84)と支持体構造53とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の外周部を耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部98により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、樹脂製接合部98が枠体89の内周面89Aから剥離するのを防止できる。よって、第1の被覆部93がセラミック絶縁基板52と支持体構造53の支持体ベース50から剥離するのを防止でき、高温環境下での信頼性を向上できる。
すなわち、0℃〜250℃のヒートサイクル試験1000サイクルによっても、樹脂製接合部98が枠体89から剥離せず、第1の被覆部93がセラミック絶縁基板52と支持体構造53から剥離しないことが確認できた。このヒートサイクル試験の試験方法は、高温側が温度250℃で20分のさらし時間とし、低温側が温度0℃で20分のさらし時間として、繰り返し回数を1000サイクルとした。
なお、上記第1の被覆部93として使用される第1の樹脂(一例として、上記第1の珪素含有硬化性組成物)は、先述の第1実施形態の第1の被覆部15として使用される第1の樹脂と同様である。
(第5実施形態)
次に、図5に、この発明の半導体装置の第5実施形態を示す。この第5実施形態では、前述の第2実施形態の支持体構造53,セラミック絶縁基板52,電極57,60に替えてDBC(ダブル・ボンディング・カッパー)基板122を備えている点が、前述の第2実施形態と異なる。よって、この第5実施形態では、前述の第2実施形態と同様の箇所には同様の符号を付して、前述の第2実施形態と異なる点を主として説明する。
この第5実施形態では、上記DBC基板122は、セラミック絶縁基板123と、このセラミック絶縁基板123の上面123Aに形成された電極126,電極127および上記セラミック絶縁基板123の裏面に形成された裏面電極128を有する。上記電極126にはアノード端子62が接続され、上記電極127にはゲート端子61が接続される。
また、この第5実施形態では、図5に示すように、上記DBC基板122の周縁部122Aと第1の被覆部63との間に樹脂製接合部129が形成されている。この樹脂製接合部129は、上記第1の被覆部63に直接に接合する第2の接合面129Aと、上記セラミック絶縁基板123の上面123Aの周縁部123A-1および電極126,127の周縁部126A,127Aに直接に接合する第1の接合面129Bとを有する。上記樹脂製接合部129は、DBC基板122の周縁部と第1の被覆部63の周縁部63Aとの間で環状に延在している。また、樹脂製接合部129の第2の接合面129Aは、第1の被覆部63の周縁部63Aに接合すると共に、第2の被覆部64の周縁部64Aと接合している。
この第5実施形態の半導体装置によれば、前述の第1実施形態と同様に、樹脂製被覆本体(63,64)とDBC基板122との間に耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部129を形成して、樹脂製被覆本体(63,64)とDBC基板122とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の外周部を耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部129により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、第1の被覆部63がDBC基板122から剥離するのを防止でき、高温環境下での信頼性を向上できる。
すなわち、0℃〜250℃のヒートサイクル試験1000サイクルによっても、第1の被覆部63がDBC基板122から剥離しないことが確認できた。このヒートサイクル試験の試験方法は、高温側が温度250℃で20分のさらし時間とし、低温側が温度0℃で20分のさらし時間として、繰り返し回数を1000サイクルとした。
尚、上記実施形態では、樹脂製接合部129が、DBC基板122のセラミック絶縁基板123の上面123Aの周縁部123A-1および電極126,127の周縁部126A,127Aの両方に直接に接合していたが、上記周縁部123A-1および周縁部126A,127Aのいずれか一方に樹脂製接合部129の第1の接合面129Bが直接に接合していてもよい。
(第6実施形態)
次に、図6に、この発明の半導体装置の第6実施形態を示す。この第6実施形態は、前述の第3実施形態の支持体構造53,セラミック絶縁基板52,電極57,60に替えてDBC(ダブル・ボンディング・カッパー)基板142を備えている点が、前述の第3実施形態と異なる。よって、この第6実施形態では、前述の第3実施形態と同様の箇所には同様の符号を付して、前述の第3実施形態と異なる点を主として説明する。
この第6実施形態では、上記DBC基板142は、セラミック絶縁基板143と、このセラミック絶縁基板143の上面に形成された電極146,電極147および上記セラミック絶縁基板143の裏面に形成された裏面電極148を有する。上記電極146にはアノード端子62が接続され、上記電極147にはゲート端子61が接続される。
この第6実施形態では、図6に示すように、樹脂製接合部88は、第2の接合面88Bが、第1,第2の被覆部83,84の外周面を被覆するように環状に形成されている。また、この樹脂製接合部88は、第1の接合面88Cが、上記セラミック絶縁基板143の上面143Aの周縁部143A-1および電極146,147の周縁部146A,147Aに直接に接合している。
また、枠体89は、セラミックまたは樹脂で作製され、樹脂製接合部88の外周面88Aを被覆するように上記DBC基板142のセラミック絶縁基板143の上面143Aの周縁部143A-1に立設されている。
上記第6実施形態の半導体装置によれば、前述の第1実施形態と同様に、樹脂製被覆本体(83,84)とDBC基板142との間に耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部88を形成して、樹脂製被覆本体(83,84)とDBC基板142とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の外周部を耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部88により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、樹脂製接合部88がDBC基板142から剥離するのを防止できる。よって、第1の被覆部83がDBC基板142から剥離するのを防止でき、高温環境下での信頼性を向上できる。
すなわち、0℃〜250℃のヒートサイクル試験1000サイクルによっても、樹脂製接合部88がDBC基板142から剥離せず、第1の被覆部83がDBC基板142から剥離しないことが確認できた。このヒートサイクル試験の試験方法は、高温側が温度250℃で20分のさらし時間とし、低温側が温度0℃で20分のさらし時間として、繰り返し回数を1000サイクルとした。
また、この第6実施形態によれば、上記第1,第2の被覆部83,84の厚さを中央部から端部まで均一化できると共に端部が樹脂製接合部88と枠体89で保護されているので、特に端部での機械的強度を向上できる。
尚、上記実施形態では、樹脂製接合部88が、DBC基板142のセラミック絶縁基板143の上面143Aの周縁部143A-1および電極146,147の周縁部146A,147Aの両方に直接に接合していたが、上記周縁部143A-1および周縁部146A,147Aのいずれか一方に樹脂製接合部88の第1の接合面88Cが直接に接合していてもよい。
(第7実施形態)
次に、図7に、この発明の半導体装置の第7実施形態を示す。この第7実施形態は、前述の第4実施形態の枠体89に替えて、枠体189を備える点と、この枠体189を支持体構造53に接着する樹脂製接着部188を備える点および第2の被覆部84を備えていない点のみが、前述の第4実施形態と異なる。よって、この第7実施形態では、前述の第4実施形態と同様の箇所には同様の符号を付して、前述の第7実施形態と異なる点を主として説明する。
図7に示すように、この第7実施形態では、第1の被覆部103は、セラミック絶縁基板52の上面52Aだけでなく、支持体ベース50の上面50Aの周縁部50A−1にも直接に接合している。この第1の被覆部103の上面を第2の接合面としての裏面108Bで被覆する樹脂製接合部108が形成されている。この樹脂製接合部108は、第1の接合面としての外周面108Aが上記枠体189の内周面189Aに直接に接合している。
また、図7に示すように、支持体構造53は、支持体ベース50と、セラミックまたは樹脂で作製された枠体189を備える。この枠体189の下端面と支持体構造53の上面50Aの周縁部50A−1との間に樹脂製接着部188が挟まれた状態で枠体189を支持体ベース50に接着している。
この樹脂製接着部188は、樹脂製接合部108と同様に、上記(A)成分、(B)成分、(C)成分および(D)成分と(F)成分を含有する珪素含有硬化性組成物で作製した。
上記第7実施形態の半導体装置によれば、樹脂製被覆本体(103)と支持体構造53との間に耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部108を形成して、樹脂製被覆本体(103)と支持体構造53とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の外周部と第1の被覆部103を耐熱性,耐酸化性を有する樹脂製接合部108により覆うことによって、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、樹脂製接合部108が枠体189の内周面189Aから剥離するのを防止できる。よって、第1の被覆部103がセラミック絶縁基板52と支持体構造53から剥離するのを防止でき、高温環境下での信頼性を向上できる。なお、上記樹脂製接合部108の厚さは、5mm以上とすることが好ましい。
また、この実施形態では、上記樹脂製接着部188は、上面188Aが枠体189の下端面に直接に接合し、下面188Bが支持体ベース50の上面50Aの周縁部50A−1に直接に接合している。この樹脂製接着部188により、高温環境下での酸化による接着力の低下が抑制され、枠体189が支持体構造53の支持体ベース50から剥離するのを防止できて、高温環境下での信頼性を向上できる。
すなわち、0℃〜250℃のヒートサイクル試験1000サイクルによっても、樹脂製接合部108および樹脂製接着部188が枠体189から剥離せず、第1の被覆部103がセラミック絶縁基板52と支持体構造53から剥離しないことが確認できた。このヒートサイクル試験の試験方法は、高温側が温度250℃で20分のさらし時間とし、低温側が温度0℃で20分のさらし時間として、繰り返し回数を1000サイクルとした。
尚、上記第1〜第7実施形態では、半導体素子としてSiCによるGTOサイリスタを備えたが、pnダイオード素子等、SiCで作製された他の半導体素子を備えてもよく、GaNもしくは他のワイドギャップ半導体で作製された半導体素子を備えてもよく、ワイドギャップ半導体以外の半導体で作製された半導体素子を備えてもよい。また、上記第1〜第11実施形態では、支持体に1つの半導体素子を載置したが、2つの半導体素子もしくは3つ以上の半導体素子を載置してもよい。また、上記第1,第2実施形態では、第2の被覆部16が第1の被覆部15の表面15Aの全体を被覆したが、第1の被覆部15の表面15Aの外縁部が上記第2の被覆部16から露出していてもよい。また、上記第1,第2実施形態では、支持体ベース3,50を銅製としたが、アルミニウム等の他の金属製としてもよく、Al−SiCのような複合放熱材料としてもよい。
また、上記第1の被覆部15を作製する第1の樹脂および上記第2の被覆部16を作製する第2の樹脂としては、線膨張係数が500ppm以下であると共にJIS規格の規格番号JIS C 4003による耐熱性クラスがF以上であるものを採用してもよい。なお、上記線膨張係数の下限値は、一例として、5ppmであるが5ppm以下、例えば3ppmでも良い。例えば、このような第1,第2の樹脂の一例としてはセラミック粒子を含有した有機珪素化合物が挙げられ、この場合、上記第2の樹脂のセラミック粒子の含有質量%を上記第1の樹脂のセラミック粒子の含有質量%よりも高くすることで、上記第2の樹脂の硬度を上記第1の樹脂の硬度よりも大きくすることができる。また、上記実施形態では、被覆部本体が第1の被覆部と第2の被覆部の2層構造を有したが、被覆部本体をポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂としてのシリコン樹脂からなる1層の被覆部としてもよい。
この発明は、高耐電圧かつ高耐熱のワイドギャップ半導体装置に利用可能であり、一例として耐熱性が高い高耐電圧パワー半導体装置として有用である。
1,51 GTOサイリスタ素子
2,55 アノード電極
3 支持体ベース
3A 上面
3A−1 周縁部
4,59 カソード電極
6,54 ゲート電極
7,8,56,58 リード線
10,62 アノード端子
11,61 ゲート端子
13 素子被覆用下塗り樹脂部
14,19 絶縁材
15,63,83,93,103 第1の被覆部
16,64,84 第2の被覆部
18,68,88,98,108,129 樹脂製接合部
18A,68A,88B,129A 第2の接合面
18B,68B,88C,129B 第1の接合面
21 樹脂製被覆本体
50 支持体ベース
50A 上面
50A−1 周縁部
52,123,143 セラミック絶縁基板
52A,143A 上面
52A−1 周縁部
89,189 枠体
98A,108A 外周面(第1の接合面)
98B 内周面(第2の接合面)
108B 裏面(第2の接合面)
122,142 DBC基板
128,148 裏面電極
188 樹脂製接着部

Claims (5)

  1. 半導体素子と、
    上記半導体素子が載置される支持体構造と、
    上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
    上記半導体素子を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する樹脂製被覆部と
    を備え、
    上記樹脂製被覆部は、
    上記樹脂製被覆本体と、
    上記樹脂製被覆本体と上記支持体構造とが直接に接合された界面の外周部が露出しないように、上記界面の少なくとも外周部を覆う耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接合部と
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    上記樹脂製接合部は、無機微粒子を含有する珪素含有硬化性組成物で作成されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1または2に記載の半導体装置において、
    上記支持体構造は、
    支持体ベースと、
    上記樹脂製被覆部の外周面を覆う枠体と
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項3に記載の半導体装置において、
    上記枠体を上記支持体ベースに接着する耐熱性および耐酸化性を有する樹脂製接着部を備えたことを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1から4までのいずれか1つに記載の半導体装置において、
    上記樹脂製被覆本体は、上記半導体素子を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する第1の被覆部と、上記第1の被覆部を被覆する第2の被覆部とを有し、
    上記第2の被覆部は、上記第1の被覆部よりも表面を保護するための硬度が高くかつガスバリア性が高いことを特徴とする半導体装置。
JP2013109798A 2013-05-24 2013-05-24 半導体装置 Pending JP2014229817A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013109798A JP2014229817A (ja) 2013-05-24 2013-05-24 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013109798A JP2014229817A (ja) 2013-05-24 2013-05-24 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014229817A true JP2014229817A (ja) 2014-12-08

Family

ID=52129382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013109798A Pending JP2014229817A (ja) 2013-05-24 2013-05-24 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014229817A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019038906A1 (ja) * 2017-08-25 2019-11-07 三菱電機株式会社 パワー半導体装置およびパワー半導体装置の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019038906A1 (ja) * 2017-08-25 2019-11-07 三菱電機株式会社 パワー半導体装置およびパワー半導体装置の製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4519869B2 (ja) 半導体装置
EP1858983B1 (en) Curable silicone composition and electronic device produced therefrom
KR101285145B1 (ko) 접착 촉진제, 경화성 오가노폴리실록산 조성물, 및 반도체 디바이스
JP3482115B2 (ja) 硬化性シリコーン組成物および電子部品
JP2004519544A (ja) 低温高速硬化シリコーン組成物
TWI621664B (zh) 半導體裝置及半導體元件密封用硬化性聚矽氧組合物
WO2006028081A1 (ja) 半導体装置
JP2009173773A (ja) シリコーン樹脂組成物および半導体装置
JP2007002234A (ja) 硬化性シリコーンゴム組成物及び半導体装置
KR101263905B1 (ko) 수지조성물
EP2957599A1 (en) Curable resin composition, cured product, sealing member semiconductor device
KR20220123417A (ko) 경화성 오가노폴리실록산 조성물 및 그의 경화물, 보호제 또는 접착제 및 전기·전자 기기
EP3587498B1 (en) Curable organopolysiloxane composition and semiconductor device
WO2020026760A1 (ja) シリコーンゲル組成物及びその硬化物並びにパワーモジュール
KR102412508B1 (ko) 경화성 수지 조성물, 그의 경화물 및 반도체 장치
CN114144477B (zh) 可固化有机聚硅氧烷组合物、固化产物和电气/电子设备
JP5393373B2 (ja) 半導体装置
JP3519779B2 (ja) 接着剤および半導体装置
TW202128846A (zh) 加成硬化型矽氧組成物、其硬化物,及半導體裝置
KR20140068774A (ko) 봉지 시트, 광 반도체 장치 및 그의 제조 방법
JP2014229817A (ja) 半導体装置
JP5648290B2 (ja) 電子装置およびその製造方法
JP2011222869A (ja) 半導体装置
JP5083822B2 (ja) 半導体装置
CN116004014A (zh) 导热性硅酮组合物