JP2018006569A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁基板上に設けられた電極の上側角部における放電を抑制することが可能な絶縁信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁基板２に接合された電極３の上面端部に沿って、固形の絶縁物で構成された流動制御部材１１を設置し、流動制御部材１１の側面１１ｃ、電極３の側面３ｃ、および絶縁基板２の沿面に、液状の絶縁樹脂１０を塗布する。絶縁樹脂１０には、絶縁耐圧が高く、且つ未硬化時の粘度が比較的低いエポキシ系やポリイミド系等の樹脂材料が用いられる。流動制御部材１１は、電極３の上側角部３ｂ付近の液状の絶縁樹脂１０の流動を抑制するため、電極３の上側角部３ｂに十分な厚さの絶縁樹脂１０を塗布することができ、電極３の下側角部３ａのみならず上側角部３ｂにおける放電を抑制することが可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に半導体装置の絶縁信頼性の向上を図るための構造に関する。

電力変換機器等に広く用いられている半導体パワーモジュールは、絶縁基板に接合された電極上に半導体素子が搭載され、シリコーンゲル等の封止材によって絶縁封止されている。半導体パワーモジュールの電極に高電圧が印加される場合、高電界部位である電極端部周辺から部分放電が発生し、絶縁部の劣化や絶縁破壊を引き起こすことがあり、機器の故障の要因となっていた。

このような部分放電による絶縁破壊を抑制するための従来技術として、絶縁基板上の電極の端部を含む沿面を、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の絶縁樹脂で覆うことが知られている。また、特許文献１には、高電界部位である電極端部周辺を、高耐圧の無機系ガラス材で被覆したパワー半導体装置が開示されている。

特開２０００−３４０７１９号公報

上述のように、従来の半導体装置においては、絶縁耐圧の高い樹脂を高電界部位である電極の端部および絶縁基板の沿面に塗布することで、部分放電の発生を抑制している。ただし、塗布される絶縁樹脂の厚さが十分でない場合、樹脂表面の電界が高くなり、その樹脂を覆う封止材との界面で放電を引き起こし易くなる。このため、高耐圧樹脂を高電界部位に塗布する際は、十分な厚さに厚塗りすることが求められている。

シリコーンゴムのように未硬化時に比較的粘度が高い樹脂は、厚塗りに適しているが、硬化時にボイドが抜けきらずに樹脂内部にボイドが残留することがある。ボイドが電界集中部の近傍に存在する場合、ボイド内部で部分放電が発生し、絶縁劣化や絶縁破壊を引き起こす可能性がある。一方、未硬化時に低粘度の樹脂を用いた場合、ボイドの残留によるリスクを低減することはできるが、硬化する前に流動してしまうため厚塗りすることが難しい。

半導体装置の内部構造において、絶縁基板、電極、および封止材の３つが重なる点が電界集中部となり、放電による絶縁破壊の起点となる可能性が最も高い。従って、この電界集中部に対する絶縁対策が最も重要であるが、電極の上側角部においても放電が発生し易く、塗布された高耐圧樹脂に沿って沿面放電による絶縁破壊に至る場合がある。このため、電極の上側角部にも高耐圧樹脂を厚塗りする必要があるが、低粘度の樹脂を用いた場合、電極の上側角部に対して厚みを持たせることが難しいという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、絶縁基板上に設けられた電極の上側角部における放電を抑制することが可能な絶縁信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、絶縁基板の一方の主面に接合された電極と、電極の上面に搭載された半導体素子と、電極の上面端部に沿って配設された流動制御部材と、少なくとも、流動制御部材の一部、電極の絶縁基板との接合面と上面とを繋ぐ側面、および絶縁基板の一部を被覆するように設けられた絶縁樹脂とを備えたものである。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁基板の一方の主面に接合された電極の上面端部に沿って流動制御部材を設置する流動制御部材設置工程と、流動制御部材設置工程の後、少なくとも、流動制御部材の一部、電極の絶縁基板との接合面と上面とを繋ぐ側面、および絶縁基板の一部を被覆するように、液状の絶縁樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程と、液状樹脂塗布工程の後、液状の絶縁樹脂を硬化させる液状樹脂硬化工程とを含み、液状樹脂塗布工程において、流動制御部材は、塗布された液状の絶縁樹脂が電極の上面と側面の間の上側角部に留まるように液状絶縁樹脂の流動を抑制するものである。

本発明に係る半導体装置によれば、電極の上面端部に沿って配設された流動制御部材の一部、電極の側面、および絶縁基板の一部を被覆するように絶縁樹脂を設けることにより、電極の上側角部に十分な厚さの絶縁樹脂を設けることができるので、電極の下側角部のみならず上側角部における放電を抑制することが可能であり、絶縁信頼性の向上が図られる。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、電極の上面端部に沿って流動制御部材を設置し、電極の上側角部付近の液状の絶縁樹脂の流動を流動制御部材により抑制するようにしたので、電極の上側角部に十分な厚さの絶縁樹脂を塗布することができ、電極の下側角部のみならず上側角部における放電を抑制することが可能な絶縁信頼性の高い半導体装置を製造することができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの全体構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの製造方法を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの製造方法を示す斜視図である。 従来の半導体装置における絶縁樹脂の塗布方法を説明する図である。 従来の半導体装置における絶縁樹脂の別の塗布方法を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体パワーモジュールの製造方法を示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体パワーモジュールの製造方法を示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る半導体装置である半導体パワーモジュールおよびその製造方法について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの全体構成を示す断面図、図２は、図１中、破線Ａで示す部分の部分拡大図である。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。

本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１は、図１に示すように、セラミック基板等の絶縁基板２の一方の主面に電極３が接合されており、この電極３の上面に半導体素子４が搭載されている。なお、図１では電極３と半導体素子４を１つずつ示しているが、それらは複数であっても良い。

絶縁基板２の他方の主面には下部電極５が設けられ、下部電極５は、はんだ６を介してベース板７と接合されている。これらは樹脂製のケース８に収納され、絶縁性の封止材であるシリコーンゲル９によって封止されている。図１に示す例では、ケース８は、絶縁基板２を囲むようにベース板７上に設けられ、その内部にシリコーンゲル９が充填されている。

このように構成された半導体パワーモジュール１においては、電極３に高電圧が印加される場合、図１中、破線Ａで示す箇所が高電界部位となる。特に、絶縁基板２、電極３、およびシリコーンゲル９の３つが重なる点、すなわち電極３の下側角部３ａが電界集中部となり、部分放電が発生し易い。また、電極３の上側角部３ｂも電界が集中し易く、部分放電が発生し易い。

そこで、本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１は、固形の絶縁物で構成された流動制御部材１１を電極３の上面端部に沿って配設し、少なくとも流動制御部材１１の一部、電極３の一部、および絶縁基板２の一部を絶縁樹脂１０で被覆することにより、高電界部位の絶縁耐圧を向上させている。

ただし、高電界部位を被覆する絶縁樹脂１０の厚さが十分でない場合、絶縁樹脂１０の表面の電界が高くなり、絶縁樹脂１０を覆うシリコーンゲル９との界面で沿面放電を引き起こし易くなる。このため、半導体パワーモジュール１における部分放電および沿面放電を抑制するためには、十分な厚さの絶縁樹脂１０を塗布する必要がある。すなわち、「十分な厚さ」とは、部分放電および沿面放電の発生を抑制するために必要な厚さのことであり、その具体的な寸法は、絶縁樹脂１０の種類によって適宜決定される。

本実施の形態１における流動制御部材１１は、図２に示すように、その断面形状は矩形であり、対向する上面と下面およびそれらを繋ぐ側面１１ｃを有している。また、電極３は、絶縁基板２との接合面と上面とを繋ぐ側面３ｃが、絶縁基板２の主面に対して略垂直に設けられ、電極３の側面３ｃと流動制御部材１１の側面１１ｃは、ほぼ同一平面上に位置している。

絶縁樹脂１０は、流動制御部材１１の側面１１ｃ、電極３の側面３ｃ、および絶縁基板２の沿面（電極３の端部と絶縁基板２の外周端部との間の領域）に連続的に塗布され、電極集中部である電極３の下側角部３ａと上側角部３ｂを被覆している。本実施の形態１では、同一平面上にある流動制御部材１１の側面１１ｃと電極３の側面３ｃに絶縁樹脂１０を塗布することにより、電極３の上側角部３ｂの絶縁樹脂１０が流動して薄くなることを抑制している。

絶縁樹脂１０には、絶縁耐圧が高く、且つ未硬化時の粘度が比較的低いエポキシ系やポリイミド系等の樹脂材料が用いられる。低粘度の樹脂を用いることにより、樹脂内部にボイドが残留し難く、ボイドに起因する放電を抑制することができる。また、封止材であるシリコーンゲル９よりも絶縁耐圧の高い樹脂を用いることにより、高電界部位の絶縁耐圧を向上させることができる。

さらに、絶縁樹脂１０は、流動制御部材１１との熱膨張係数の差が小さい樹脂であることが望ましい。これにより、半導体パワーモジュール１の温度変化時に絶縁樹脂１０と流動制御部材１１の間で生じる応力が抑制され、絶縁樹脂１０の剥離を防止することができる。流動制御部材１１を絶縁樹脂１０の硬化物で構成した場合、両者の間の接着力も高く、且つ熱膨張係数差に起因する応力も発生しなくなるため、欠陥の発生が抑制され、絶縁信頼性が向上する。

本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１の製造方法について、図２から図６を用いて説明する。なお、図５および図６は、本実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の比較例として、従来の半導体装置における高電界部位に対する絶縁樹脂の塗布方法を示している。

まず、図３および図４に示すように、絶縁基板２の一方の主面に接合された電極３の上面端部に沿って、流動制御部材１１を設置する（流動制御部材設置工程）。本実施の形態１では、流動制御部材１１の側面１１ｃが電極３の側面３ｃと段差なく連続した面となるように流動制御部材１１を設置する。流動制御部材１１は、単体であっても複数の部材から構成されたものであっても良い。

図３に示す例では、電極３の外周形状と合致する枠状の流動制御部材１１を用意し、電極３の上面に設置している。この場合、流動制御部材１１の位置合わせが容易であり、作業効率が良い。また、図４に示す例では、矩形の電極３の各辺に対応する４つの棒状の流動制御部材１１を用意し、電極３の上面で組み合わせている。この場合、作業効率は低下するが、電極３の形状や大きさが変更になった場合の対応が容易となる。

流動制御部材設置工程の後、少なくとも、流動制御部材１１の一部、電極３の側面３ｃ、および絶縁基板２の一部を被覆するように、ディスペンサ等を用いて液状の絶縁樹脂１０を塗布する（液状樹脂塗布工程）。本実施の形態１では、図２に示すように、流動制御部材１１の側面１１ｃ、電極３の側面３ｃ、および絶縁基板２の沿面に液状の絶縁樹脂１０を塗布する。

この時、流動制御部材１１は、電極３の上側角部３ｂ付近に塗布された低粘度の液状の絶縁樹脂１０が電極３の上側角部３ｂ付近に留まるように、液状の絶縁樹脂１０の流動を抑制している。なお、液状樹脂塗布工程において、絶縁樹脂１０は、流動制御部材１１の上面に塗布されていても良い。液状樹脂塗布工程の後、オーブンまたはホットプレートにより加熱し、液状絶縁樹脂を硬化させる（液状樹脂硬化工程）。この時の加熱温度は、絶縁樹脂１０の種類によって適宜決定される。

一方、図５に示す従来方法では、流動制御部材１１を設置せずに、未硬化時に低粘度の絶縁樹脂１０を電極３の側面３ｃに塗布している。未硬化時に低粘度の絶縁樹脂１０は、塗布した後に流動するため厚塗りすることが難しく、特に電極３の上側角部３ｂに液状の絶縁樹脂１０を留めることは困難である。このため、図５に示す従来の塗布方法では、上側角部３ｂを起点として絶縁樹脂１０上に発生する沿面放電を抑制することができず、絶縁破壊に至る可能性があった。

また、図６に示す従来方法では、未硬化時に高粘度のシリコーンゴム等の絶縁樹脂１２を、電極３の側面３ｃに塗布している。未硬化時に高粘度の絶縁樹脂１２は、塗布した後に流動し難く、電極３の上側角部３ｂを覆うように厚塗りすることが可能である。ただし、塗布時に絶縁樹脂１２中にボイド１３が混入していた場合、ボイド１３が外部へ抜け難く、内部に残留することがある。図６に示すように、ボイド１３が電極３の下側角部３ａの近傍に存在する場合、ボイド１３内部で部分放電が発生する可能性があった。

本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１によれば、電極３の上面端部に沿って配設された流動制御部材１１の側面１１ｃ、電極３の側面３ｃ、および絶縁基板２の沿面を被覆するように絶縁樹脂１０を設けることにより、電極３の上側角部３ｂ付近に十分な厚さの絶縁樹脂１０を設けることができるので、電極３の下側角部３ａのみならず上側角部３ｂにおける放電を抑制することが可能であり、絶縁信頼性の向上が図られる。

また、本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１の製造方法によれば、電極３の上面端部に沿って流動制御部材１１を設置し、電極３の上側角部３ｂ付近の液状の絶縁樹脂１０の流動を流動制御部材１１により抑制するようにしたので、電極３の上側角部３ｂに十分な厚さの絶縁樹脂１０を塗布することができ、電極３の下側角部３ａのみならず上側角部３ｂにおける放電を抑制することが可能な絶縁信頼性の高い半導体パワーモジュール１を製造することができる。

また、本実施の形態１によれば、未硬化時に低粘度の絶縁樹脂１０を電極３の上側角部３ｂ付近に十分な厚さに塗布することができるため、従来方法のように未硬化時に高粘度の絶縁樹脂１２（図６）を用いる必要がない。よって、高粘度の絶縁樹脂１２を用いた場合に発生し易いボイド１３内部の部分放電を抑制することができ、従来方法の課題を解消することが可能である。

以下に示す実施の形態２から実施の形態７では、本実施の形態１で説明した流動制御部材１１の形状や設置位置についての様々な変形例について説明する。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。なお、本実施の形態２に係る半導体パワーモジュール１の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。また、本実施の形態２に係る半導体パワーモジュール１の製造方法は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

本実施の形態２では、固形の絶縁物で構成された流動制御部材１１を電極３の上面端部に沿って配設する際、流動制御部材１１の側面１１ｃを、電極３の側面３ｃよりも電極３の内側に配置している。このため、流動制御部材１１の側面１１ｃと電極３の側面３ｃの間には段差部ができ、電極３の上面３ｄの端部が露出するが、流動制御部材１１の側面１１ｃおよび電極３の側面３ｃと共に絶縁樹脂１０に被覆されている。

すなわち、流動制御部材１１の側面１１ｃと電極３の側面３ｃの間隔が離れ過ぎていな
ければ、未硬化の絶縁樹脂１０に働く表面張力により、電極３の上側角部３ｂに十分な厚さの絶縁樹脂１０を塗布することができる。よって、本実施の形態２に係る半導体パワーモジュール１によれば、上記実施の形態１と同等あるいはそれ以上に、絶縁信頼性の向上が図られる。

実施の形態３．
図８、図９および図１０は、本発明の実施の形態３に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。なお、本実施の形態３に係る半導体パワーモジュール１の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。また、本実施の形態３に係る半導体パワーモジュール１の製造方法は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

本実施の形態３では、固形の絶縁物で構成された流動制御部材１１を電極３の上面端部に沿って配設する際、流動制御部材１１の側面１１ｃを、電極３の側面３ｃよりも電極３の外側に配置している。このため、流動制御部材１１の側面１１ｃと電極３の側面３ｃの間には段差部ができ、流動制御部材１１の下面１１ｄが露出するが、流動制御部材１１の側面１１ｃおよび電極３の側面３ｃと共に絶縁樹脂１０に被覆されている。

流動制御部材１１の側面１１ｃに塗布された液状の絶縁樹脂１０は、未硬化時に低粘度であるため、重力により流動制御部材１１の下面１１ｄを伝って電極３の側面３ｃへ流れ、絶縁基板２の沿面に達する。この時、流動制御部材１１の下面１１ｄと電極３の側面３ｃの間に塗布された絶縁樹脂１０には表面張力が働くため、電極３の上側角部３ｂ付近には他の部分よりも厚く絶縁樹脂１０が留まる。すなわち、流動制御部材１１の側面１１ｃと電極３の側面３ｃの間隔が離れ過ぎていなければ、液状の絶縁樹脂１０に働く表面張力により、電極３の上側角部３ｂ付近に十分な厚さの絶縁樹脂１０を塗布することができる。

ただし、流動制御部材１１の側面１１ｃと電極３の側面３ｃの間隔が離れ過ぎると、流動制御部材１１の側面１１ｃに塗布された絶縁樹脂１０が電極３の上側角部３ｂに到達しない恐れがある。図８に示すように、流動制御部材１１の下側角部１１ａが直角の場合、液状の絶縁樹脂１０の流れの方向が９０度変わるため、重力による流れが止まり易い。

また、本実施の形態３では、流動制御部材１１は絶縁物であるが、後述の実施の形態６のように導電物で構成された流動制御部材を用いた場合、流動制御部材は電極３と同電位となるため、流動制御部材の下側角部に電界が集中し、十分な厚さの絶縁樹脂１０が設けられていない場合、放電が発生する可能性がある。

このような課題を解決するためには、流動制御部材１１の下側角部を、図９に示すような曲面１１ｅを含む形状や、図１０に示すような鈍角１１ｆを含む形状とすることが有効である。流動制御部材１１の下側角部を曲面１１ｅあるいは鈍角１１ｆを含む形状とすることにより、液状の絶縁樹脂１０は、流動制御部材１１の側面１１ｃから下面１１ｄへ流れ易くなるため、電極３の上側角部３ｂに到達することができる。その結果、電極３の上側角部３ｂ付近に十分な厚さの絶縁樹脂１０を設けることができる。

また、導電物で構成された流動制御部材を用いた場合には、流動制御部材の下側角部を曲面１１ｅあるいは鈍角１１ｆを含む形状とすることにより、流動制御部材の下側角部の電界集中を緩和することができる。よって、本実施の形態３に係る半導体パワーモジュール１によれば、上記実施の形態１と同等あるいはそれ以上に、絶縁信頼性の向上が図られる。

なお、図８から図１０に示す例では、流動制御部材１１の側面１１ｃに絶縁樹脂１０が塗布されているが、絶縁樹脂１０は、流動制御部材１１の下面１１ｄと電極３の側面３ｃに塗布されていれば良く、流動制御部材１１の側面１１ｃは必ずしも塗布されていなくても良い。

実施の形態４．
図１１および図１２は、本発明の実施の形態４に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。なお、本実施の形態４に係る半導体パワーモジュール１の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。また、本実施の形態４に係る半導体パワーモジュール１の製造方法は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記実施の形態１から実施の形態３では、流動制御部材１１の上側角部１１ｂが略直角である場合について述べたが、直角の場合、液状樹脂塗布工程において、液状の絶縁樹脂１０を流動制御部材１１の側面１１ｃに対して塗布し難い。

そこで、本実施の形態４では、図１１に示すように、流動制御部材１１の上面角部を、曲面１１ｅを含む形状としている。あるいは、図１２に示すように、流動制御部材１１の上側角部の直角部分をカットし、鈍角１１ｆを含む形状としている。

このように、流動制御部材１１の上側角部を曲面１１ｅあるいは鈍角１１ｆを含む形状とすることにより、液状の絶縁樹脂１０を流動制御部材１１の側面１１ｃに塗布し易くなり、その結果、電極３の上側角部３ｂに対して絶縁樹脂１０を塗布し易くなる。よって、本実施の形態４に係る半導体パワーモジュール１によれば、上記実施の形態１と同等あるいはそれ以上に、絶縁信頼性の向上が図られる。

実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図、図１４は、本実施の形態５に係る半導体パワーモジュールの製造方法を示す部分拡大断面図である。なお、本実施の形態５に係る半導体パワーモジュール１の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。

上記実施の形態１から実施の形態４では、電極３の上面端部に流動制御部材１１を直接設置しているため、流動制御部材１１の下面に歪みがあった場合、設置が不安定になり、絶縁樹脂１０を均一に塗布することができない可能性がある。また、この歪みにより流動制御部材１１と電極３の間に隙間が生じ、電極３の上側角部３ｂに十分な厚さの絶縁樹脂１０が塗布されない可能性もある。

そこで、本実施の形態５では、図１３に示すように、電極３の上面と流動制御部材１１との間に、樹脂層として絶縁樹脂１０の層を設けたものである。このように、電極３と流動制御部材１１の間に予め絶縁樹脂１０を塗布しておくことにより、流動制御部材１１の下面に多少の歪みがある場合も、歪みが吸収され、流動制御部材１１を安定して設置することができる。

本実施の形態５に係る半導体パワーモジュールの製造方法について、図１４を用いて説明する。図１４（ａ）に示すように、流動制御部材１１を設置する前に、電極３の上面端部、側面３ｃ、および絶縁基板２の沿面の一部に液状の絶縁樹脂１０ａを塗布し、電極３の上面端部に樹脂層を形成する。続いて、図１４（ｂ）に示す流動制御部材設置工程において、電極３の上面端部に、絶縁樹脂１０ａからなる樹脂層を介して流動制御部材１１を設置する。

続いて、図１４（ｃ）に示す液状樹脂塗布工程において、流動制御部材１１の側面１１ｃに液状の絶縁樹脂１０を塗布する。なお、樹脂層を形成する絶縁樹脂１０ａと、後から塗布される絶縁樹脂１０は、同じ樹脂材料であることが望ましいが、別の材料を用いることもできる。また、図１４（ｃ）では、流動制御部材１１の上面に絶縁樹脂１０を塗布しているが、上面には塗布しなくても良い。

本実施の形態５に係る半導体パワーモジュール１によれば、流動制御部材１１を設置する前に、電極３の上面端部に絶縁樹脂１０ａを塗布する工程が必要となるが、流動制御部材１１を安定して設置することが可能となり、上記実施の形態１と同等あるいはそれ以上に、絶縁信頼性の向上が図られる。

実施の形態６
図１５は、本実施の形態６に係る半導体パワーモジュールの製造方法を示す部分拡大断面図である。なお、本実施の形態６に係る半導体パワーモジュール１の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。

上記実施の形態１から実施の形態５では、固形の絶縁物で構成された流動制御部材１１を電極３の上面端部に沿って配設することにより、電極３の上側角部３ｂに対して十分な厚さの絶縁樹脂１０を設けるようにしていた。しかし、製造ばらつきや条件によっては、電極３の上側角部３ｂに十分な厚さの絶縁樹脂１０が設けられていない可能性がある。

そこで、本実施の形態６では、絶縁物で構成された流動制御部材１１に代えて、導電物で構成された流動制御部材１１Ａを用いる。流動制御部材１１Ａは、電極３と同電位となるため、電極３の上側角部３ｂの電界は大幅に緩和される。このため、電極３の上側角部３ｂを被覆する絶縁樹脂１０が十分な厚さを有していなくても、絶縁を保つことができる。

ただし、流動制御部材１１Ａの上側角部に電界が集中することになるため、この部分に十分な厚さの絶縁樹脂１０を被覆する必要がある。本実施の形態６では、導電物の流動制御部材１１Ａの形状を、対向する上面と下面、およびそれらを繋ぐ側面１１ｃを有すると共に、上面と側面１１ｃの間の上側角部が鈍角１１ｆあるいは曲面１１ｅ（図１１参照）を含む形状とし、且つ、上側角部および側面１１ｃを、予め絶縁樹脂１０ｂで被覆している。

固形の導電物で構成された流動制御部材１１Ａを電極３の上面端部に設置することは、構造的には電極３が厚くなったようなものであるが、電極３の上側角部３ｂを鈍角や曲面を含む形状に加工するためには、エッチング工程等を追加する必要があり、高精度に加工することが難しい。これに対し、電極３とは別部材の流動制御部材１１Ａに対し、上側角部をカットして鈍角１１ｆを含む形状や曲面１１ｅを含む形状に加工することは容易である。また、流動制御部材１１Ａの上側角部に十分な厚さの絶縁樹脂１０ｂを塗布することも容易である。

本実施の形態６に係る半導体パワーモジュールの製造方法について、図１５を用いて説明する。図１５（ａ）に示すように、導電物で構成された流動制御部材１１Ａの上側角部には、予め絶縁樹脂１０ｂが塗布されている。流動制御部材１１Ａは、独立した部材であるため、絶縁樹脂１０ｂで被覆する際には、流動制御部材１１Ａを傾けたり、絶縁樹脂１０ｂの流動を防止する壁を設ける道具を用いたりすることができる。

続いて図１５（ｂ）に示すように、電極３の上面端部に流動制御部材１１Ａを設置する
。ここでは、流動制御部材１１Ａの側面１１ｃが電極３の側面３ｃと段差なく連続した面となるように設置している。その後、図１５（ｃ）に示すように、流動制御部材１１Ａの側面１１ｃおよび電極３の側面３ｃに対して絶縁樹脂１０を塗布する。なお、絶縁樹脂１０ｂと絶縁樹脂１０は、同じ樹脂材料であることが望ましいが、別の材料を用いることもできる。

本実施の形態６に係る半導体パワーモジュール１によれば、固形の導電物で構成された流動制御部材１１Ａの上側角部に予め十分な厚さの絶縁樹脂１０ｂを設けることにより、安定して絶縁信頼性の向上が図られる。

実施の形態７．
図１６は、本発明の実施の形態７に係る半導体パワーモジュールの部分拡大断面図である。なお、本実施の形態７に係る半導体パワーモジュール１の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。

上記実施の形態１から実施の形態６では、電極３の上面端部に固形の絶縁物である流動制御部材１１または固形の導電物である流動制御部材１１Ａを設置したが、固形の流動制御部材１１、１１Ａの場合、電極３のパターン形状毎に対応する流動制御部材１１、１１Ａを用意する必要がある。また、電極３のパターン形状が複雑であるほど、設置の際の位置決めが難しくなり、作業効率が低下する。

そこで、本実施の形態７では、図１６に示すように、未硬化状態の高粘度の絶縁樹脂、例えばシリコーンゴム等から構成された流動制御部材１１Ｂを電極３の上面端部に設置した後、硬化させる。その製造方法は、流動制御部材設置工程において、既存のコーティング装置を用い、ディスペンサの機械制御によって流動制御部材１１Ｂを任意の箇所に塗布する。このような方法により、流動制御部材１１Ｂを電極３の上面端部の外周形状に合わせて設置することができる。

さらに、液状樹脂塗布工程において、流動制御部材１１Ｂの上部から未硬化時に低粘度の絶縁樹脂１０を塗布し、電極３の側面３ｃおよび絶縁基板２の沿面まで被覆することにより、電極３の上側角部３ｂに十分な厚さの絶縁樹脂１０を設けることができ、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は、半導体パワーモジュールの絶縁信頼性の向上を図るための構造およびその製造方法として利用することができる。

１ 半導体パワーモジュール、２ 絶縁基板、３ 電極、３ａ 下側角部、３ｂ 上側角部、３ｃ 側面、３ｄ 上面、４ 半導体素子、５ 下部電極、６ はんだ、７ ベース板、８ ケース、９ シリコーンゲル、１０、１０ａ、１０ｂ 絶縁樹脂、１１、１１Ａ、１１Ｂ 流動制御部材、１１ａ 下側角部、１１ｂ 上側角部、１１ｃ 側面、１１ｄ 下面、１１ｅ 曲面、１１ｆ 鈍角、１２ 絶縁樹脂、１３ ボイド

Claims (17)

1. 絶縁基板の一方の主面に接合された電極と、
   前記電極の上面に搭載された半導体素子と、
   前記電極の上面端部に沿って配設された流動制御部材と、
   少なくとも、前記流動制御部材の一部、前記電極の前記絶縁基板との接合面と前記上面とを繋ぐ側面、および前記絶縁基板の一部を被覆するように設けられた絶縁樹脂とを備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記絶縁基板の他方の主面に配設された下部電極と、前記下部電極とはんだを介して接合されたベース板と、前記絶縁基板を囲むように前記ベース板上に設けられたケースと、前記ケース内に前記半導体素子を覆うように設けられた封止材と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記流動制御部材は、対向する上面と下面、およびそれらを繋ぐ側面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記流動制御部材の前記側面は、前記電極の前記側面と段差なく連続した面となるように配置され、前記絶縁樹脂に被覆されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
5. 前記流動制御部材の前記側面は、前記電極の前記側面よりも前記電極の内側に配置され、前記流動制御部材の前記側面と前記電極の前記側面の間の段差部である前記電極の前記上面は、前記絶縁樹脂に被覆されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
6. 前記流動制御部材の前記側面は、前記電極の前記側面よりも前記電極の外側に配置され、前記流動制御部材の前記側面と前記電極の前記側面の間の段差部である前記流動制御部材の前記下面は、前記絶縁樹脂に被覆されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
7. 前記流動制御部材の前記側面と前記下面の間の下側角部は、鈍角あるいは曲面を含む形状であり、前記絶縁樹脂に被覆されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
8. 前記流動制御部材の前記上面と前記側面の間の上側角部は、鈍角あるいは曲面を含む形状であり、前記絶縁樹脂に被覆されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
9. 前記電極の前記上面と前記流動制御部材との間に、樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 前記流動制御部材は絶縁物であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置。
11. 前記流動制御部材は、前記絶縁樹脂の硬化物であることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置。
12. 前記流動制御部材は導電物であることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
13. 前記絶縁基板は、前記電極の端部と前記絶縁基板の外周端部との間の領域である沿面を前記絶縁樹脂に被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
14. 絶縁基板の一方の主面に接合された電極の上面端部に沿って流動制御部材を設置する流動制御部材設置工程、
    前記流動制御部材設置工程の後、少なくとも、前記流動制御部材の一部、前記電極の前記絶縁基板との接合面と上面とを繋ぐ側面、および前記絶縁基板の一部を被覆するように、液状の絶縁樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程、
    前記液状樹脂塗布工程の後、前記液状の絶縁樹脂を硬化させる液状樹脂硬化工程を含み、前記液状樹脂塗布工程において、前記流動制御部材は、塗布された前記液状の絶縁樹脂が前記電極の前記上面と前記側面の間の上側角部に留まるように、前記液状の絶縁樹脂の流動を抑制することを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 前記流動制御部材設置工程において、前記流動制御部材を設置する前に、少なくとも前記電極の前記上面端部に樹脂層を形成し、前記電極の前記上面端部に前記樹脂層を介して前記流動制御部材を設置することを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記流動制御部材設置工程において、前記流動制御部材として、対向する上面と下面、およびそれらを繋ぐ側面を有すると共に前記上面と前記側面の間の上側角部が鈍角あるいは曲面を含む形状であり、且つ、前記上側角部および前記側面を予め前記絶縁樹脂で被覆された導電物を用いることを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
17. 前記流動制御部材設置工程において、前記流動制御部材として未硬化状態の樹脂を用い、前記電極の前記上面端部の外周形状に合わせて前記未硬化状態の樹脂を塗布した後、前記未硬化状態の樹脂を硬化させることを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。

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