JP2017224778A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長い寿命を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、半導体素子２０と、半導体素子２０に電気的に接続される配線（２５，２７）と、半導体素子２０を封止しかつ電気的絶縁性を有する樹脂封止部材３５と、配線（２５，２７）の少なくとも一部を覆いかつ配線（２５，２７）の少なくとも一部と樹脂封止部材３５との間に配置される半導電膜３０とを備える。半導電膜３０は、配線（２５，２７）よりも高くかつ樹脂封止部材３５よりも低い電気抵抗率を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）またはダイオードのような半導体素子と、半導体素子に電気的に接続される導電ワイヤと、半導体素子と導電ワイヤとを封止し、かつ、電気的絶縁性を有する樹脂封止部材とを備える半導体装置が知られている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載された半導体装置では、導電ワイヤの一部が電気的絶縁性を有する低帯電材で被覆されている。電気的絶縁性を有する低帯電材は、導電ワイヤから樹脂封止部材に電荷が注入されることにより樹脂封止部材を介したリーク電流が発生することを抑制して、半導体装置の絶縁耐圧を向上させる。

特開２００７−３０５７５７号公報

しかし、特許文献１に記載された半導体装置が長期間使用されることにより、低帯電材と導電ワイヤとの間にボイド（微小空隙）が形成される。特許文献１に記載された低帯電材は電気的絶縁性を有する。そのため、低帯電材と導電ワイヤとの間のボイドに大きな電界が発生する。このボイドにおいて部分放電が発生する。この部分放電は、低帯電材を劣化させる。この部分放電は、半導体装置においてリーク電流が発生することを抑制することを困難にするとともに、半導体装置の絶縁耐圧を低下させる。そのため、特許文献１に記載された半導体装置は短い寿命を有する。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、長い寿命を有する半導体装置を提供することである。

本発明の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子に電気的に接続される配線と、半導体素子を封止し、かつ、電気的絶縁性を有する樹脂封止部材と、配線の少なくとも一部を覆いかつ配線の少なくとも一部と樹脂封止部材との間に配置される半導電膜とを備える。半導電膜は、配線よりも高くかつ樹脂封止部材よりも低い電気抵抗率を有する。

本発明の半導体装置では、半導電膜は、配線よりも高い電気抵抗率を有する。半導電膜は、配線から樹脂封止部材に電荷が注入されることを抑制する。半導電膜は、半導体装置においてリーク電流が発生することを抑制することができる。半導電膜は、電気的絶縁性を有する樹脂封止部材よりも低い電気抵抗率を有する。半導体装置が長期間使用されることにより配線と半導電膜との間にボイドが形成されても、半導電膜は、配線と半導電膜との間のボイドにおける電界の大きさを減少させることができる。半導電膜は、ボイドにおいて部分放電が発生することを抑制することができる。このように、本発明の半導体装置は、長期間にわたって、半導体装置の絶縁耐圧が低下することを抑制することができる。本発明の半導体装置は、長い寿命を有する。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の、図１に示される領域ＩＩの概略部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の、図２に示される断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける概略部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の、図４に示される領域Ｖの概略部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１及び図２を参照して、実施の形態１に係る半導体装置１を説明する。半導体装置１は、例えば、パワーモジュールであってもよい。本実施の形態の半導体装置１は、半導体素子２０と、半導体素子２０に電気的に接続される配線（第１の配線２５、第２の配線２７）と、樹脂封止部材３５と、半導電膜３０とを備える。本実施の形態の半導体装置１は、半導体素子２０を収容するケース１０をさらに備えてもよい。ケース１０は、半導体素子２０が載置される基板１１と、外囲体１５と、第１のリードフレーム１６と、第２のリードフレーム１７とを含んでもよい。

基板１１は、絶縁層１３と、絶縁層１３の表面上の導電部１４と、絶縁層１３の裏面上の放熱部材１２とを有する。絶縁層１３は、例えば、高い熱伝導性を有するフィラーが分散された樹脂で構成されてもよい。高い熱伝導性を有するフィラーは、例えば、窒化ホウ素または窒化アルミニウムで構成されてもよい。絶縁層１３は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウムもしくは窒化ケイ素等からなるセラミック基板であってもよい。導電部１４及び放熱部材１２は、銅またはアルミニウムのような金属で構成されてもよい。導電部１４は、半導体素子２０よりも大きな表面積を有してもよい。導電部１４は、半導体素子２０で発生した熱を拡散させるヒートスプレッダとして機能してもよい。

半導体素子２０は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、ゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタまたはダイオードであってもよい。半導体素子２０は、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）のような半導体材料から構成されてもよい。

半導体素子２０は、第１の電極２１と、第２の電極２２とを含む。第１の電極２１は、半導体素子２０の第１の主面２０ａ上に形成されてもよい。第２の電極２２は、半導体素子２０の第１の主面２０ａと反対側の第２の主面上に形成されてもよい。第１の配線２５は、第１の接合部２６において、第１の電極２１に電気的及び機械的に接続される。第１の配線２５は、接合部２６ａにおいて、第１のリードフレーム１６に電気的及び機械的に接続される。第１の電極２１は、第１の配線２５を介して、第１のリードフレーム１６に電気的に接続される。半導体素子２０は、第１の配線２５を介して、第１のリードフレーム１６に電気的に接続される。

半導体素子２０の第２の電極２２は、基板１１の導電部１４に電気的及び機械的に接続される。第２の配線２７は、第２の接合部２８において、導電部１４に電気的及び機械的に接続される。第２の配線２７は、接合部２８ａにおいて、第２のリードフレーム１７に電気的及び機械的に接続される。第２の電極２２は、導電部１４及び第２の配線２７を介して、第２のリードフレーム１７に電気的に接続される。半導体素子２０は、基板１１及び第２の配線２７を介して、第２のリードフレーム１７に電気的に接続される。第１の配線２５及び第２の配線２７は、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）から構成されてもよい。第１の配線２５及び第２の配線２７は、ワイヤの形状を有してもよいし、板の形状を有してもよい。第１の接合部２６、第２の接合部２８及び接合部２６ａ，２８ａにおける接合は、例えば、超音波ワイヤボンディング法を用いて行われてもよいし、はんだまたは導電性ペーストを用いた接合であってもよい。

半導体素子２０は、第１の主面２０ａの周縁領域に、ガードリング２４をさらに含んでもよい。ガードリング２４は、第１の主面２０ａの周縁領域を周回するように配置される複数の導電リングを含む。複数の導電リングは、互いに離間している。ガードリング２４は、半導体素子２０の周縁領域において電界が集中することを抑制し、半導体素子２０の絶縁耐圧を向上させる。本実施の形態では、ガードリング２４は、４本の導電リングを有する。導電性リングの本数は４本に限られず、半導体素子２０の種類に応じて適宜設定され得る。

樹脂封止部材３５は、半導体素子２０を封止する。樹脂封止部材３５は、電気的絶縁性を有する。樹脂封止部材３５は、エポキシ樹脂のような、半導電膜３０よりも高い弾性率を有する材料から構成されてもよい。樹脂封止部材３５は、例えば、シリコーンゲルのような、半導電膜３０よりも低い弾性率と高い熱膨張率とを有する材料から構成されてもよい。

半導電膜３０は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部を覆う。半導電膜３０は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部と樹脂封止部材３５との間に配置される。本実施の形態では、半導電膜３０によって覆われる配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部は、第１の配線２５の一部である。

特定的には、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部は、ガードリング２４の上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分を含んでもよい。半導電膜３０は、ガードリング２４の上方の第１の配線２５の第１の部分上を覆ってもよい。半導電膜３０は、第１の配線２５の第１の部分の一部を覆ってもよいし、第１の配線２５の第１の部分の全てを覆ってもよい。ガードリング２４の上方の第１の配線２５の第１の部分において、第１の配線２５から樹脂封止部材３５に電荷が注入されやすく、かつ、第１の電極２１と第２の電極２２との間に樹脂封止部材３５を介したリーク電流が発生しやすい。そのため半導体装置１は絶縁破壊されやすい。半導電膜３０は、この電荷注入及びリーク電流を抑制することができ、そのため半導体装置１の絶縁破壊を抑制することができる。

配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）のうちガードリング２４に最も近い部分を含んでもよい。半導電膜３０は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）のうちガードリング２４に最も近い部分上を覆ってもよい。配線（第１の配線２５、第２の配線２７）のうちガードリング２４に最も近い部分において、第１の配線２５から樹脂封止部材３５に電荷が注入されやすく、かつ、第１の電極２１と第２の電極２２との間に樹脂封止部材３５を介したリーク電流が発生しやすい。そのため半導体装置１は絶縁破壊されやすい。半導電膜３０は、この電荷注入及びリーク電流を抑制することができ、そのため半導体装置１の絶縁破壊を抑制することができる。

半導電膜３０は、第１の配線２５及び樹脂封止部材３５に密着してもよい。半導電膜３０は、樹脂封止部材３５に隙間なく接してもよい。半導電膜３０は、第１の配線２５に隙間なく接してもよい。

半導電膜３０は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）よりも高くかつ樹脂封止部材３５よりも低い電気抵抗率を有する。半導電膜３０は、金属のような低い電気抵抗率を有する材料から構成される配線（第１の配線２５及び第２の配線２７）よりも少ない自由電子の数を有する。半導電膜３０は、配線（第１の配線２５及び第２の配線２７）から樹脂封止部材３５に電荷が注入されることを抑制することができる。特定的には、半導電膜３０は、１０Ω・ｃｍ以上１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の電気抵抗率を有してもよい。

半導体装置１が長期間使用されることにより、第１の配線２５と半導電膜３０との間にボイド（微小空隙）３１が形成されても（図３を参照）、半導電膜３０は、第１の配線２５と半導電膜３０との間のボイド３１における電界の大きさを、第１の配線２５と電気的絶縁性を有する低帯電材（特許文献１を参照）との間のボイドにおける電界の大きさよりも減少させることができる。そのため、半導電膜３０は、第１の配線２５と半導電膜３０との間のボイド３１において部分放電が発生することを抑制することができる。半導体装置１が長期間使用されることにより、第１の配線２５と半導電膜３０との間にボイド３１が形成されても（図３を参照）、１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の電気抵抗率を有する半導電膜３０は、第１の配線２５と半導電膜３０との間のボイド３１における電界の大きさを、第１の配線２５と電気的絶縁性を有する低帯電材（特許文献１を参照）との間のボイドにおける電界の大きさよりも、さらに確実に減少させることができる。そのため、半導電膜３０は、第１の配線２５と半導電膜３０との間のボイド３１において部分放電が発生することをさらに確実に抑制することができる。

半導電膜３０は、エポキシ樹脂のような材料からなる樹脂封止部材３５よりも低い弾性率を有してもよい。半導電膜３０は樹脂封止部材３５よりも低い弾性率を有するため、半導電膜３０は樹脂封止部材３５よりも柔らかい材料で構成されている。樹脂封止部材３５よりも低い弾性率を有する半導電膜３０は、樹脂封止部材３５の熱膨張係数と配線（第１の配線２５）の熱膨張係数との差に起因して配線（第１の配線２５）に加わる応力を緩和することができる。樹脂封止部材３５よりも低い弾性率を有する半導電膜３０は、この応力によって配線（第１の配線２５）が断線することを防ぐことができる。樹脂封止部材３５よりも低い弾性率を有する半導電膜３０は、この応力によって、配線（第１の配線２５）及び樹脂封止部材３５にクラックが発生することと、配線（第１の配線２５）、半導電膜３０及び樹脂封止部材３５の間にボイドが発生することとを抑制することができる。樹脂封止部材３５よりも低い弾性率を有する半導電膜３０は、このクラック及びボイドにおいて部分放電が発生することをさらに抑制することができる。樹脂封止部材３５よりも低い弾性率を有する半導電膜３０は、半導体装置１の寿命を延ばすことができる。

半導電膜３０は、シリコーンゲルのような材料からなる樹脂封止部材３５よりも高い弾性率と低い熱膨張率とを有してもよい。樹脂封止部材３５は半導電膜３０よりも柔らかくかつ高い熱膨張率を有する材料で構成されている。樹脂封止部材３５は配線（第１の配線２５）を拘束することができない。半導体装置１の動作時に半導体装置１の温度が上昇すると、樹脂封止部材３５が熱膨張するため、配線（第１の配線２５）は断線しやすい。樹脂封止部材３５よりも高い弾性率と低い熱膨張率とを有する半導電膜３０は、配線（第１の配線２５）の断線の可能性を低減することができる。樹脂封止部材３５よりも高い弾性率と低い熱膨張率とを有する半導電膜３０は、半導体装置１の寿命を延ばすことができる。

半導電膜３０は、導電性ポリマーを含んでもよい。半導電膜３０は、導電性ポリマーで構成されてもよい。導電性ポリマーを含む半導電膜３０と樹脂封止部材３５の両者は樹脂を含むため、導電性ポリマーを含む半導電膜３０は樹脂封止部材３５に密着しやすい。導電性ポリマーを含む半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間にボイドが形成されにくい。導電性ポリマーを含む半導電膜３０は、半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間のボイドで部分放電が発生することを抑制することができる。導電性ポリマーを含む半導電膜３０は、この部分放電が半導電膜３０及び樹脂封止部材３５を劣化させること、及び、配線（第１の配線２５）から樹脂封止部材３５に電荷が注入されることを、より確実に防止することができる。

導電性ポリマーは、例えば、共役π電子系導電性ポリマーを含んでもよい。特定的には、導電性ポリマーは、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェンまたはポリアルキルチオフェンを含んでもよい。

導電性ポリマーを含む半導電膜３０を第１の配線２５の少なくとも一部上に形成する方法は、特に制限はない。半導電膜３０を形成する方法の一例では、導電性ポリマーを第１の配線２５の少なくとも一部上に塗布することによって、半導電膜３０が形成されてもよい。半導電膜３０を形成する方法の別の例では、導電性ポリマーからなる熱収縮性チューブの中に、第１の配線２５の少なくとも一部が収容される。

特定的には、半導電膜３０は、アクセプタをさらに含んでもよい。さらに特定的には、アクセプタは、ヨウ素を含んでもよい。特定的には、半導電膜３０は、ドナーをさらに含んでもよい。さらに特定的には、ドナーは、アルカリ金属を含んでもよい。アクセプタ及びドナーは、半導電膜３０の電気抵抗率を変化させることができる。アクセプタ及びドナーによって、半導電膜３０の電気抵抗率は容易に最適化され得る。

半導電膜３０は、導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含んでもよい。半導電膜３０は、導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーから構成されてもよい。導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０と樹脂封止部材３５の両者は樹脂を含むため、導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０は樹脂封止部材３５に密着しやすい。導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間にボイドが形成されにくい。導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０は、半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間のボイドで部分放電が発生することを抑制することができる。導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０は、この部分放電が半導電膜３０及び樹脂封止部材３５を劣化させること、及び、配線（第１の配線２５）から樹脂封止部材３５に電荷が注入されることを、より確実に防止することができる。

導電性フィラーは、半導電膜３０の電気抵抗率を変化させることができる。導電性フィラーによって、半導電膜３０の電気抵抗率は容易に最適化され得る。導電性フィラーは、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）のような金属及びカーボンブラックの少なくとも１つを含んでもよい。電気絶縁性ポリマーは、例えば、ポリイミドまたはエポキシ樹脂から構成されてもよい。

特定的には、半導電膜３０に含まれる電気絶縁性ポリマーは、樹脂封止部材３５に含まれる有機材料を含んでもよい。半導電膜３０及び樹脂封止部材３５は共通する有機材料を含むため、半導電膜３０は樹脂封止部材３５にさらに密着しやすい。樹脂封止部材３５に含まれる有機材料を含む半導電膜３０は、半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間にボイドが形成されることをさらに抑制することができる。樹脂封止部材３５に含まれる有機材料を含む半導電膜３０は、半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間のボイドで部分放電が発生することをさらに抑制することができる。樹脂封止部材３５に含まれる有機材料を含む半導電膜３０は、この部分放電が半導電膜３０及び樹脂封止部材３５を劣化させること、及び、配線（第１の配線２５）から樹脂封止部材３５に電荷が注入されることを、より確実に防止することができる。

導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０を第１の配線２５の少なくとも一部上に形成する方法は、特に制限はない。半導電膜３０を形成する方法の一例では、導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを第１の配線２５の少なくとも一部上に塗布することによって、半導電膜３０が形成されてもよい。半導電膜３０を形成する方法の別の例では、導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーからなる熱収縮性チューブの中に、第１の配線２５の少なくとも一部が収容される。熱収縮性チューブを加熱して収縮させることによって、第１の配線２５の少なくとも一部上に半導電膜３０が形成されてもよい。

外囲体１５は、電気的絶縁性を有する。特定的には、外囲体１５は、電気的絶縁性を有する樹脂から構成されてもよい。外囲体１５は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）から構成されてもよい。外囲体１５は、接着剤１８を用いて、基板１１に接着されてもよい。特定的には、外囲体１５は、樹脂からなる接着剤１８を用いて、基板１１の絶縁層１３に接着されてもよい。接着剤１８は、例えば、シリコーン樹脂から構成されてもよい。

第１のリードフレーム１６及び第２のリードフレーム１７は、銅またはアルミニウムのような、低い電気抵抗率と高い熱伝導率とを有する材料で構成されてもよい。第１のリードフレーム１６及び第２のリードフレーム１７は、外囲体１５に一体化されてもよい。特定的には、トランスファーモールド法によって、第１のリードフレーム１６及び第２のリードフレーム１７は、外囲体１５に一体化されてもよい。

本実施の形態の半導体装置１の作用及び効果を説明する。
本実施の形態の半導体装置１は、半導体素子２０と、半導体素子２０に電気的に接続される配線（第１の配線２５、第２の配線２７）と、半導体素子２０を封止する樹脂封止部材３５と、半導電膜３０とを備える。樹脂封止部材３５は、電気的絶縁性を有する。半導電膜３０は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部を覆いかつ配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部と樹脂封止部材３５との間に配置される。半導電膜３０は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）よりも高くかつ樹脂封止部材３５よりも低い電気抵抗率を有する。

本実施の形態の半導体装置１では、半導電膜３０は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）よりも高い電気抵抗率を有する。半導電膜３０は、配線（第１の配線２５）から樹脂封止部材３５に電荷が注入されることを抑制する。半導電膜３０は、第１の電極２１と第２の電極２２との間に樹脂封止部材３５を介したリーク電流が発生することを抑制することができる。

半導電膜３０は、電気的絶縁性を有する樹脂封止部材３５よりも低い電気抵抗率を有する。半導体装置１が長期間使用されることにより、配線（第１の配線２５）と半導電膜３０との間にボイド３１が形成されても（図３を参照）、半導電膜３０は、配線（第１の配線２５）と半導電膜３０との間のボイド３１における電界の大きさを、配線（第１の配線２５）と電気的絶縁性を有する低帯電材（特許文献１を参照）との間のボイドにおける電界の大きさよりも減少させることができる。半導電膜３０は、ボイドにおいて部分放電が発生することを抑制することができる。

このように、本実施の形態の半導体装置１は、長期間にわたって半導体装置１の絶縁耐圧が低下することを抑制することができる。本実施の形態の半導体装置１は、長い寿命を有する。

本実施の形態の半導体装置１では、半導電膜３０は、１０Ω・ｃｍ以上１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の電気抵抗率を有してもよい。１０Ω・ｃｍ以上の電気抵抗率を有する半導電膜３０は、配線（第１の配線２５）から樹脂封止部材３５に電荷が注入されることをより確実に抑制することができる。

半導体装置１が長期間使用されることにより、配線（第１の配線２５）と半導電膜３０との間にボイド３１が形成されても（図３を参照）、１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の電気抵抗率を有する半導電膜３０は、配線（第１の配線２５）と半導電膜３０との間のボイド３１における電界の大きさを、配線（第１の配線２５）と電気的絶縁性を有する低帯電材（特許文献１を参照）との間のボイドにおける電界の大きさよりも、より確実に減少させることができる。１０Ω・ｃｍ以上１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の電気抵抗率を有する半導電膜３０は、ボイドにおいて部分放電が発生することをより確実に抑制することができる。

このように、本実施の形態の半導体装置１は、長期間にわたって、半導体装置１の絶縁耐圧が低下することをさらに抑制することができる。そのため、本実施の形態の半導体装置１は、長い寿命を有する。

本実施の形態の半導体装置１では、半導電膜３０は、導電性ポリマーを含んでもよい。導電性ポリマーを含む半導電膜３０と樹脂封止部材３５の両者は樹脂を含むため、導電性ポリマーを含む半導電膜３０は樹脂封止部材３５に密着しやすい。導電性ポリマーを含む半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間にボイドが形成されにくい。導電性ポリマーを含む半導電膜３０は、半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間のボイドで部分放電が発生することを抑制することができる。導電性ポリマーを含む半導電膜３０は、この部分放電が半導電膜３０及び樹脂封止部材３５を劣化させることをより確実に抑制することができる。本実施の形態の半導体装置１は、向上された絶縁耐圧と長い寿命とを有する。

本実施の形態の半導体装置１では、半導電膜３０は、導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含んでもよい。導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０と樹脂封止部材３５の両者は樹脂を含むため、導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０は樹脂封止部材３５に密着しやすい。導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間にボイドが形成されにくい。導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０は、半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間のボイドで部分放電が発生することを抑制することができる。導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む半導電膜３０は、この部分放電が半導電膜３０及び樹脂封止部材３５を劣化させること、及び、半導体装置１の絶縁耐圧が低下することを、より確実に抑制することができる。そのため、本実施の形態の半導体装置１は、長い寿命を有する。導電性フィラーによって、半導電膜３０の電気抵抗率は容易に最適化され得る。

本実施の形態の半導体装置１では、半導電膜３０に含まれる電気絶縁性ポリマーは、樹脂封止部材３５に含まれる有機材料を含んでもよい。半導電膜３０及び樹脂封止部材３５は共通する有機材料を含むため、半導電膜３０は樹脂封止部材３５にさらに密着しやすい。樹脂封止部材３５に含まれる有機材料を含む半導電膜３０は、半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間にボイドが形成されることをさらに抑制することができる。樹脂封止部材３５に含まれる有機材料を含む半導電膜３０は、半導電膜３０と樹脂封止部材３５との間のボイドで部分放電が発生することを抑制することができる。樹脂封止部材３５に含まれる有機材料を含む半導電膜３０は、この部分放電が半導電膜３０及び樹脂封止部材３５を劣化させること、及び、半導体装置１の絶縁耐圧が低下することを、より確実に抑制することができる。そのため、本実施の形態の半導体装置１は、長い寿命を有する。

本実施の形態の半導体装置１において、半導体素子２０はガードリング２４を含んでもよい。ガードリング２４は、半導体素子２０の周縁領域において電界が集中することを抑制し、半導体装置１の絶縁耐圧を向上させる。本実施の形態の半導体装置１は、高い絶縁耐圧を有する。

本実施の形態の半導体装置１において、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部は、ガードリング２４の上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分を含んでもよい。半導体素子２０の周縁部では、カードリングの上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分から樹脂封止部材３５に電荷が注入されやすい。ガードリング２４の上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分を覆う半導電膜３０は、この電荷の注入を防ぐことができる。半導電膜３０は、第１の電極２１と第２の電極２２との間に樹脂封止部材３５を介したリーク電流が発生することを抑制することができる。本実施の形態の半導体装置１は、向上された絶縁耐圧と長い寿命とを有する。

本実施の形態の半導体装置１は、リードフレーム（第１のリードフレーム１６）を含みかつ半導体素子２０を収容するケース１０をさらに備えてもよい。配線（第１の配線２５）は、リードフレーム（第１のリードフレーム１６）に電気的及び機械的に接続されてもよい。本実施の形態の半導体装置１では、ケース１０によって、半導体素子２０が機械的に保護され得る。

（実施の形態２）
図４及び図５を参照して、実施の形態２に係る半導体装置１ａを説明する。本実施の形態の半導体装置１ａは、基本的には、実施の形態１の半導体装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。

本実施の形態の半導体装置１ａでは、半導電膜３０は、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部を覆う。配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部は、ガードリング２４の上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分と、第１の部分と異なる配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の第２の部分とを含んでもよい。配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の第２の部分は、ガードリング２４の上方の第１の部分を除く第１の配線２５の残りの部分と第２の配線２７との少なくとも一部であってもよい。

半導電膜３０ａ，３２は、ガードリング２４の上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分と、第１の部分と異なる配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の第２の部分とを覆う。半導電膜３０ａは、配線（第１の配線２５）の第１の部分に加えて、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の第２の部分の一部を覆ってもよいし、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の第２の部分の全てを覆ってもよい。半導電膜３０ａは、配線（第１の配線２５）の第１の部分に加えて、第１の部分を除く第１の配線２５の残りの部分と第２の配線２７との少なくとも一部を覆ってもよい。特定的には、半導電膜３０ａ，３２は、半導体素子２０に電気的に接続される配線（第１の配線２５及び第２の配線２７）の全てを覆ってもよい。

本実施の形態の半導体装置１ａでは、半導電膜３０ａは、第１の接合部２６をさらに覆ってもよい。半導電膜３０ａは、第１の接合部２６の一部を覆ってもよいし、第１の接合部２６の全てを覆ってもよい。半導電膜３２は、第２の接合部２８をさらに覆ってもよい。半導電膜３２は、第２の接合部２８の一部を覆ってもよいし、第２の接合部２８の全てを覆ってもよい。

本実施の形態の半導体装置１ａの作用及び効果を説明する。本実施の形態の半導体装置１ａは、基本的には、実施の形態１の半導体装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の半導体装置１ａでは、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の少なくとも一部は、ガードリング２４の上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分と、第１の部分と異なる配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の第２の部分とを含む。半導電膜３０ａ，３２は、ガードリング２４の上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分と、第１の部分と異なる配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の第２の部分とを覆う。半導電膜３０ａ，３２は、ガードリング２４の上方の配線（第１の配線２５）の第１の部分から樹脂封止部材３５への電荷の注入だけでなく、配線（第１の配線２５、第２の配線２７）の第２の部分から樹脂封止部材３５への電荷の注入をも防ぐことができる。半導電膜３０ａ，３２は、第１の電極２１と第２の電極２２との間に樹脂封止部材３５を介したリーク電流が発生すること、及び、半導体装置１ａの絶縁耐圧が低下することをさらに抑制することができる。そのため、本実施の形態の半導体装置１ａは、さらに長い寿命を有する。

本実施の形態の半導体装置１ａでは、半導体素子２０は、電極（第１の電極２１）を有する。配線（第１の配線２５）は、接合部（第１の接合部２６）において、半導体素子２０の電極（第１の電極２１）に電気的及び機械的に接続される。半導電膜３０ａは、接合部（第１の接合部２６）をさらに覆ってもよい。半導電膜３０ａは、接合部（第１の接合部２６）から樹脂封止部材３５に電荷が注入されることを防ぐことができる。半導電膜３０ａは、第１の電極２１と第２の電極２２との間に樹脂封止部材３５を介したリーク電流が発生すること、及び、半導体装置１ａの絶縁耐圧が低下することをさらに抑制することができる。そのため、本実施の形態の半導体装置１ａは、さらに長い寿命を有する。

（実施の形態３）
図６を参照して、実施の形態３に係る半導体装置１ｂを説明する。本実施の形態の半導体装置１ｂは、基本的には、実施の形態１の半導体装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。

本実施の形態の半導体装置１ｂでは、第１の配線２５は、第１のリードフレーム１６ｂに電気的及び機械的に接続される。第１のリードフレーム１６ｂの一部は、半導体素子２０とともに樹脂封止部材３５に一体化される。第２の配線２７は、第２のリードフレーム１７ｂに電気的及び機械的に接続される。第２のリードフレーム１７ｂの一部は、半導体素子２０とともに樹脂封止部材３５に一体化される。トランスファーモールド法によって、リードフレーム（第１のリードフレーム１６ｂ、第２のリードフレーム１７ｂ）の一部及び半導体素子２０は樹脂封止部材３５にモールドされてもよい。本実施の形態の半導体装置１ｂは、実施の形態１の外囲体１５を備えていない。

本実施の形態の半導体装置１ｂの作用及び効果を説明する。本実施の形態の半導体装置１ｂは、基本的には、実施の形態１の半導体装置１と同様の効果を奏するが、以下の点で異なる。

本実施の形態の半導体装置１ｂでは、リードフレーム（第１のリードフレーム１６ｂ）の一部は、半導体素子２０とともに樹脂封止部材３５に一体化される。本実施の形態の半導体装置１ｂでは、実施の形態１の外囲体１５が省略され得る。本実施の形態の半導体装置１ｂは、低コストで製造され得る簡素な構造を有する。

（実施例）
比較例と対照しながら、実施の形態１の実施例を説明する。

放熱部材１２は、１００ｍｍ×４５ｍｍ×３ｍｍ（厚さ）のサイズを有する銅板である。絶縁層１３は、高い熱伝導性を有する無機フィラーが分散されたエポキシ樹脂である。導電部１４は、１ｍｍの厚さを有しかつ銅（Ｃｕ）からなる導電パターンである。放熱部材１２と絶縁層１３と導電部１４とを高温でプレスすることによって、放熱部材１２と絶縁層１３と導電部１４とが一体化された基板１１が形成される。それから、導電部１４上に半導体素子２０が載置される。外囲体１５と絶縁層１３との間に設けられたシリコーン樹脂からなる接着剤１８を、１５０℃の温度で５分間加熱することにより、シリコーン樹脂からなる接着剤１８は硬化される。シリコーン樹脂からなる接着剤１８を用いて、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）から構成される外囲体１５が、絶縁層１３に接着される。

第１の配線２５の一部上に半導電膜３０を塗布することによって、第１の配線２５の一部上に半導電膜３０が形成される。半導電膜３０は、カーボンブラックが添加されたエポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂は、１６０℃のガラス転移温度を有する。半導電膜３０は、１０⁵Ω・ｃｍの電気抵抗率を有する。半導電膜３０が形成された第１の配線２５は、半導体素子２０の第１の電極２１にボンディングされる。第２の配線２７は、導電部１４にボンディングされる。それから、外囲体１５と基板１１とから構成されるケース１０内に樹脂封止部材３５を充填する。半導体素子２０は、樹脂封止部材３５によって封止される。樹脂封止部材３５は、１５０℃の温度で２時間加熱することによて、硬化される。こうして、図１及び図２に示される実施例の半導体装置１が得られる。

（比較例）
比較例の半導体装置は、実施例の半導体装置において、半導電膜３０が省略されている。

（加速試験の結果）
実施例の半導体装置１及び比較例の半導体装置がそれぞれ３個ずつ製造された。３個の実施例の半導体装置１及び３個の比較例の半導体装置の各々に、１５０℃の温度で、１０００ボルトの直流電圧を印加することにより、３個の実施例の半導体装置１及び３個の比較例の半導体装置の各々の絶縁破壊寿命が測定された。３個の実施例の半導体装置１の平均の絶縁破壊寿命は、３個の比較例の半導体装置の平均の絶縁破壊寿命の２倍よりも長かった。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１から実施の形態３の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

１，１ａ，１ｂ 半導体装置、１０ ケース、１１ 基板、１２ 放熱部材、１３ 絶縁層、１４ 導電部、１５ 外囲体、１６，１６ｂ 第１のリードフレーム、１７，１７ｂ 第２のリードフレーム、１８ 接着剤、２０ 半導体素子、２０ａ 第１の主面、２１ 第１の電極、２２ 第２の電極、２４ ガードリング、２５ 第１の配線、２６ 第１の接合部、２６ａ，２８ａ 接合部、２７ 第２の配線、２８ 第２の接合部、３０，３０ａ，３２ 半導電膜、３１ ボイド、３５ 樹脂封止部材。

Claims (13)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子に電気的に接続される配線と、
   前記半導体素子を封止しかつ電気的絶縁性を有する樹脂封止部材と、
   前記配線の少なくとも一部を覆いかつ前記配線の前記少なくとも一部と前記樹脂封止部材との間に配置される半導電膜とを備え、
   前記半導電膜は、前記配線よりも高くかつ前記樹脂封止部材よりも低い電気抵抗率を有する、半導体装置。
2. 前記半導電膜は、１０Ω・ｃｍ以上１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の前記電気抵抗率を有する、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記半導電膜は、導電性ポリマーを含む、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記導電性ポリマーは、共役π電子系導電性ポリマーを含む、請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記半導電膜は、導電性フィラーを含有する電気絶縁性ポリマーを含む、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
6. 前記導電性フィラーは、金属及びカーボンブラックの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記電気絶縁性ポリマーは、前記樹脂封止部材に含まれる有機材料を含む、請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記半導体素子はガードリングを含み、
   前記配線の前記少なくとも一部は、前記ガードリングの上方の前記配線の第１の部分を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記配線の前記少なくとも一部は、前記配線の前記第１の部分と、前記第１の部分と異なる前記配線の第２の部分とを含む、請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記配線の前記少なくとも一部は、前記配線の前記第１の部分である、請求項８に記載の半導体装置。
11. 前記半導体素子は、電極を有し、
    前記配線は、接合部において、前記半導体素子の前記電極に電気的及び機械的に接続され、
    前記半導電膜は、前記接合部をさらに覆う、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置。
12. リードフレームを含みかつ前記半導体素子を収容するケースをさらに備え、
    前記配線は、前記リードフレームに電気的及び機械的に接続される、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
13. リードフレームをさらに備え、
    前記配線は、前記リードフレームに電気的及び機械的に接続され、
    前記リードフレームの一部は、前記半導体素子とともに前記樹脂封止部材に一体化される、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
    

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