JP7258187B2 - 半導体装置の製造方法、樹脂封入部材、半導体装置及び電力変換装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法、樹脂封入部材、半導体装置及び電力変換装置 Download PDF

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Description

本開示は、液状の樹脂組成物を封入した樹脂封入部材、樹脂封入部材を用いた半導体装置の製造方法、半導体装置及び半導体装置が搭載された電力変換装置に関する。
半導体装置の封止材として、樹脂組成物が広く用いられている。このうち、金型を用いることなく封止が可能である液状封止材として、主剤と硬化剤とからなる二液性の樹脂組成物がある。二液性の樹脂組成物を用いた封止では、製造装置によって主剤と硬化剤とを攪拌・混合した後に注入し、その後加熱することにより混合物を硬化させる。したがって、製造装置内に液状の樹脂組成物が付着するため、洗浄等のメンテナンスを行う必要がある。
そこで、マイクロカプセルに内包された硬化剤を主剤中に分散させることによって、主剤と硬化剤とからなる一液性の樹脂組成物とする技術がある（例えば、特許文献１参照）。二液性から一液性にすることで、主剤と硬化剤との混合プロセスを省略することができる。
特開平５－６５３９２号公報
しかしながら、一液性の樹脂組成物を用いたとしても、液状の樹脂組成物を攪拌し注入するために製造装置を用いる。したがって、製造装置内に付着した樹脂組成物の洗浄等のメンテナンスは依然として必要であるという課題があった。
本開示は、上記した課題を解決するためになされたものであり、製造装置のメンテンナンス性を向上した生産性の高い半導体装置の製造方法を得ることを目的とするものである。
本開示に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子が搭載された支持部材上に、熱硬化性樹脂を含有する主剤を含む液状の樹脂組成物が包装体の内部に封入された樹脂封入部材を載置する第１工程と、包装体を開封し、樹脂組成物を支持部材上において半導体素子を取り囲むように流出させる第２工程と、第１の温度で加熱して、樹脂組成物を硬化させる第３工程と、を含む。
本開示に係る樹脂封入部材は、熱硬化性樹脂を含有する主剤と主剤を硬化するための硬化剤とを含む液状の樹脂組成物と、樹脂組成物を封入し、熱可塑性樹脂からなる包装体と、を備える。
本開示に係る半導体装置の製造方法は、液状の樹脂組成物が封入された樹脂封入部材を用いて封止を行うため、製造装置のメンテンナンス性を向上し生産性が高いという効果を有する。
本開示に係る樹脂封入部材は、製造装置のメンテンナンス性を向上した封止を行うことができるという効果を有する。
実施の形態１の半導体装置を示す断面図である。 実施の形態１の半導体装置を示す上面図である。 実施の形態１の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態１の半導体装置の封止工程を説明するための断面図である。 実施の形態１の樹脂封入部材を示す斜視図である。 実施の形態１の樹脂封入部材を示す断面図である。 実施の形態１の樹脂封入部材の第１の変形例を示す上面図である。 実施の形態１の樹脂封入部材の第１の変形例の別の例を示す上面図である。 実施の形態１の樹脂封入部材の第２の変形例を用いた封止工程を説明するための断面図である。 実施の形態１の半導体装置の第１の変形例を示す断面図である。 実施の形態１の半導体装置の第１の変形例を示す上面図である。 実施の形態１の半導体装置の第１の変形例の封止工程を説明するための断面図である。 実施の形態１の半導体装置の第２の変形例を示す断面図である。 実施の形態１の半導体装置の第２の変形例を示す上面図である。 実施の形態１の半導体装置の第２の変形例の封止工程を説明するための断面図である。 実施の形態１の半導体装置の第３の変形例を示す断面図である。 実施の形態１の半導体装置の第３の変形例の封止工程を説明するための断面図である。 実施の形態１の半導体装置の第４の変形例を示す断面図である。 実施の形態２の半導体装置を示す断面図である。 実施の形態２の半導体装置の封止工程の前半を説明するための断面図である。 実施の形態２の半導体装置の封止工程の後半を説明するための断面図である。 実施の形態２の樹脂封入部材を示す斜視図である。 実施の形態２の樹脂封入部材を示す断面図である。 実施の形態３の電力変換装置を説明するためのブロック図である。
以下、図面に基づいて実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一又は相当する部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。また、以下で説明する寸法や温度、時間等の数値は一例であり、他の数値であってもよい。
実施の形態１．
実施の形態１の樹脂封入部材、樹脂封入部材を用いた半導体装置の製造方法及び半導体装置について、図１から図６を用いて説明する。
まず、実施の形態１の半導体装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態の半導体装置１００を示す断面図、図２は、半導体装置１００を示す上面図である。なお、図２は、図１で示す硬化封止材１５及び包装部材１６の図示を省略している。
半導体装置１００は、図１に示すように、ベース板１、ベース板１上にはんだ２を介して裏面電極３ｃが接合された支持部材としてのセラミック基板３、セラミック基板３の表面電極３ｂ上にはんだ４を介して搭載されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ／絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）５、セラミック基板３の表面電極３ｂ上にはんだ６を介して搭載されたダイオード７、ベース板１の外周側面に接着剤８によって接着されたケース９、ケース９に取り付けられた信号端子１０及び主端子１１、ＩＧＢＴ５と信号端子１０とを電気的に接続する信号ワイヤ１２、セラミック基板３の表面電極３ａと主端子１１とを電気的に接続する主端子ワイヤ１３、ＩＧＢＴ５とダイオード７とセラミック基板３の表面電極３ａとを電気的に接続する素子ワイヤ１４、セラミック基板３とケース９とで囲まれた領域に充填される硬化封止材１５、並びに硬化封止材１５中に封止されている包装部材１６から構成される。
なお、主端子ワイヤ１３は、セラミック基板３の表面電極３ａと主端子１１とを電気的に接続するほか、図２に示すように、セラミック基板３のＩＧＢＴ５及びダイオード７を搭載する表面電極３ｂと主端子１１とを電気的に接続する。
ベース板１は、銅（Ｃｕ）によって形成される。ベース板１上には、ベース付け用のはんだ２を介してセラミック基板３の裏面電極３ｃが接合されており、ベース板１の外周側面には、接着剤８によってケース９が接着されている。なお、ベース板１は、銅製に限られるものではなく、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料で形成されてもよいし、アルミニウム－炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）合金又は銅－モリブデン（ＣｕＭｏ）合金のような合金で形成されてもよい。
セラミック基板３は、図１に示すように、絶縁層としての窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のセラミック基材と、セラミック基材の両面に設けられた銅（Ｃｕ）製の表面電極３ａ、３ｂ及び裏面電極３ｃからなる導体層と、から構成される絶縁基板である。セラミック基板３において、セラミック基材の外形寸法は例えば３５ｍｍ×６５ｍｍ×厚さ０．６４ｍｍ、導体層の外形寸法は例えば３１ｍｍ×６１ｍｍ×厚さ０．４ｍｍである。また、セラミック基板３においてベース板１に接合された裏面電極３ｃの反対側の面には、図２に示すように、導体層として表面電極３ａ、３ｂがパターン形成されており、セラミック基板３を支持部材として、表面電極３ｂ上に半導体素子であるＩＧＢＴ５とダイオード７とが搭載されている。
なお、本実施の形態では、セラミック基板３のセラミック基材の材料に窒化アルミニウムを用いる場合について説明するが、これに限られるものではなく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等のセラミック材料を用いてもよい。また、絶縁基板としてガラスエポキシ基板を用いることもできる。
また、本実施の形態では、ベース板１とセラミック基板３とが別個に設けられる場合について説明するが、これに限られるものではなく、銅やアルミニウム（Ａｌ）等によって構成される金属ベース板と、窒化ホウ素（ＢＮ）やアルミナ等の熱伝導性フィラーをエポキシ樹脂等に分散させた絶縁層とが一体に積層され、ベース板と絶縁基板との機能を併せ持つ金属ベース絶縁基板を用いてもよい。金属ベース絶縁基板を用いることで、半導体装置の軽量化や小型化ができる。
セラミック基板３の表面電極３ｂ上には、半導体素子として、ＩＧＢＴ５とダイオード７とが、それぞれダイボンド用のはんだ４、６を介して搭載されている。ＩＧＢＴ５の外形寸法は例えば１３ｍｍ×１３ｍｍ×厚さ０．２ｍｍ、ダイオード７の外形寸法は例えば１３ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍであり、ＩＧＢＴ５及びダイオード７は、シリコン（Ｓｉ）を半導体材料とする。
ここで、はんだ２、４、６の組成は、例えば９６％Ｓｎ－３．５％Ａｇ－０．５％Ｃｕである。なお、本実施の形態では、ベース板１とセラミック基板３の裏面電極３ｃ、ＩＧＢＴ５とセラミック基板３の表面電極３ｂ、ダイオード７とセラミック基板３の表面電極３ｂの接合部材として９６％Ｓｎ－３．５％Ａｇ－０．５％Ｃｕの組成を有するはんだ２、４、６をそれぞれ用いる場合について説明するが、これに限られるものではなく、その組成比が異なるものを用いてもよいし、９８．５％Ｓｎ－１．０％Ａｇ－０．５％Ｃｕ又は９６％Ｓｎ－３．０％Ｓｂ－１．０％Ａｇ等の組成を有するはんだを用いてもよい。また、接合部材としては、はんだに代えて、銅粉を分散させて等温凝固することにより得られる高耐熱性のＣｕ－Ｓｎペーストや、ナノ銀（Ａｇ）粒子の低温焼成により接合するナノ銀ペースト等を用いることもできる。
また、本実施の形態では、半導体素子としてＩＧＢＴ５とダイオード７とを備える半導体装置について説明するが、これに限られるものではなく、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ―Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ／金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等の半導体素子を備えてもよいし、半導体素子を駆動制御する制御用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ／集積回路）を備えてもよい。また、本実施の形態では、半導体素子がＳｉを半導体材料とする例について説明するが、これに限られるものではなく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）又はダイヤモンド（Ｃ）のようなワイドバンドギャップ半導体材料としてもよい。
さらに、本実施の形態では、ＩＧＢＴ５とダイオード７とが１対搭載された１ｉｎ１のモジュール構成の場合について説明するが、これに限られるものではなく、半導体素子が１個搭載されたディスクリート部品や、２対搭載された２ｉｎ１又は６対搭載された６ｉｎ１等の構成としてもよい。
ケース９は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）によって形成され、ベース板１及びセラミック基板３の外周を取り囲む複数の面を有する枠状の形状を有し、ベース板１にシリコーン製の接着剤８によって接着されている。ケース９の外形寸法は、例えば７５ｍｍ×７５ｍｍ×高さ８ｍｍである。ケース９には、外部端子として、銅製の信号端子１０及び銅製の主端子１１が、それぞれインサート成形により取り付けられている。なお、本実施の形態では、ケース９の材料としてＰＰＳを用いる場合について説明するが、これに限られるものではなく、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又はＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）のような熱可塑性樹脂で形成されてもよいし、ＬＣＰ（液晶ポリマー）で形成されてもよい。
また、本実施の形態では、ケース９がベース板１の外周側面に接着剤８によって接着されている構成について説明するが、これに限られるものではなく、支持部材としてのセラミック基板の外周側面にケースが設けられ、セラミック基板とケースとが接着剤によって接合される構成とすることもできる。
信号ワイヤ１２、主端子ワイヤ１３及び素子ワイヤ１４は、純アルミ（Ａｌ）製のワイヤである。信号端子１０とＩＧＢＴ５とを接続する信号ワイヤ１２は例えば直径０．１５ｍｍ、セラミック基板３の表面電極３ａ、３ｂと主端子１１とを接続する主端子ワイヤ１３は例えば直径０．３０ｍｍであり、信号ワイヤ１２には主端子ワイヤ１３よりも小さい径のワイヤが用いられる。また、素子ワイヤ１４は、ＩＧＢＴ５とダイオード７とセラミック基板３の表面電極３ａとを電気的に接続する。すなわち、信号ワイヤ１２、主端子ワイヤ１３及び素子ワイヤ１４によって、表面電極３ａ、３ｂ、ＩＧＢＴ５、ダイオード７、信号端子１０及び主端子１１が電気的に接続されることで回路形成がされている。なお、本実施の形態では、信号ワイヤ１２、主端子ワイヤ１３及び素子ワイヤ１４が純アルミ製ワイヤである場合について説明するが、これに限られるものではなく、銅製ワイヤ、アルミ被服銅ワイヤ、又は金（Ａｕ）製ワイヤ等を用いてもよいし、リボンボンド等を用いることもできる。
また、本実施の形態では、セラミック基板３の表面電極３ａ、３ｂ、ＩＧＢＴ５、ダイオード７、信号端子１０及び主端子１１を電気的に接続して回路形成するためにワイヤを用いる構成について説明するが、これに限られるものではなく、ワイヤの代わりに電極板をはんだ付けすることにより回路形成する構成としてもよい。
硬化封止材１５は、支持部材としてのセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域に充填され、半導体素子であるＩＧＢＴ５とダイオード７とを封止する。硬化封止材１５はシリカフィラーを分散させたエポキシ樹脂を含有する絶縁性複合材料で形成され、硬化されたものである。硬化封止材１５の材料についての詳細は後述する。
包装部材１６は、熱可塑性樹脂で形成された薄膜状又は板状等の形状を有する部材である。包装部材１６は、図１に示すように、断面視で折れ曲がったような形状であってもよいし、直線状であってもよい。また、包装部材１６は、硬化封止材１５中に封止されている。なお、図１では包装部材１６が２つ図示されているが、包装部材１６は、１つの塊として存在していてもよいし、３つ以上の断片として存在してもよい。包装部材１６の材料についての詳細は後述する。
次に、実施の形態１の半導体装置の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、本実施の形態の半導体装置１００の製造方法を示すフローチャート、図４は、本実施の形態の半導体装置１００の製造工程における封止工程を説明するための断面図である。
図３に示すように、まず、ベース板１上に、セラミック基板３の裏面電極３ｃを、接合部材としてのベース付け用のはんだ２によってはんだ接合する（ステップＳ１０１）。
次に、セラミック基板３の表面電極３ｂ上に、ＩＧＢＴ５とダイオード７とを、接合部材としてのダイボンド用のはんだ４、６によってそれぞれはんだ接合して、搭載する（ステップＳ１０２）。この工程により、支持部材であるセラミック基板３上に半導体素子であるＩＧＢＴ５とダイオード７とが搭載される。
ＩＧＢＴ５及びダイオード７を搭載したセラミック基板３に接合されたベース板１の外周側面と、ケース９とを、シリコーン製の接着剤８を用いて接着する（ステップＳ１０３）。ベース板１とケース９との隙間を接着剤８によって埋めることで、後の工程で説明する液状の混合封止材の漏れを防止することができる。
次に、純アルミ製のワイヤを用いて、信号端子１０とＩＧＢＴ５とを電気的に接続する信号ワイヤ１２、主端子１１と表面電極３ａ、３ｂとを電気的に接続する主端子ワイヤ１３、及びセラミック基板３の表面電極３ａとＩＧＢＴ５とダイオード７とを電気的に接続する素子ワイヤ１４を、それぞれワイヤボンディングして形成する（ステップＳ１０４）。なお、ワイヤの代わりに電極板を用いる場合は、この工程においては電極板をはんだ付けすることにより電気的に接続する。
次に、封止工程の第１工程として、図４（Ａ）に示すように、支持部材としてのセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域に、樹脂封入部材２０を載置する（ステップＳ１０５）。
ここで、実施の形態１の樹脂封入部材について、図５及び図６を用いて説明する。図５は本実施の形態の樹脂封入部材２０を示す斜視図、図６は樹脂封入部材２０を示す断面図である。
樹脂封入部材２０は、図５及び図６に示すように、両端のシール部２１ａ、２１ｂによって密封された筒状の外部包装体２１、外部包装体２１内に封入された液状の樹脂組成物の主剤２２、主剤２２と共に外部包装体２１内に封入され両端のシール部２３ａ、２３ｂによって密封された筒状の内部包装体２３及び内部包装体２３内に封入された液状の樹脂組成物の硬化剤２４から構成される。樹脂封入部材２０の外形寸法は、例えば７０ｍｍ×７０ｍｍ×１０ｍｍである。
外部包装体２１及び内部包装体２３は、筒状の樹脂フィルムの両端を熱シールすることにより密封された包装体であり、樹脂フィルムの膜厚は例えば０．１ｍｍである。外部包装体２１及び内部包装体２３は、例えば熱変形温度が４０～８０℃のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）によって形成する。なお、外部包装体２１及び内部包装体２３の材料としては、熱変形温度が６０～８０℃のＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等の熱可塑性樹脂を用いてもよいし、ＰＶＡ又はＰＶＣに添加剤を加えることにより熱変形温度を調整したものを用いてもよい。
外部包装体２１内に封入された主剤２２及び内部包装体２３内に封入された硬化剤２４は、主剤２２と、主剤２２を硬化するための硬化剤２４とが混合して加熱されることにより硬化する液状の樹脂組成物である。したがって、樹脂組成物の主剤２２の成分としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂を含有するものとする。また、主剤２２と硬化剤２４とからなる樹脂組成物は、加熱により硬化された形態である硬化封止材１５として電気的絶縁性を有する材料で構成される。
本実施の形態の樹脂封入部材２０では、主剤２２は、エポキシ樹脂、シリカフィラー、軟化剤、消泡剤及び難燃剤等を含有する。また、硬化剤２４は、反応促進剤、シリカフィラー及び触媒等を含有する。なお、主剤及び硬化剤に分散されるフィラーとしては、シリカのほか、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ダイヤモンド（Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）等を用いてもよい。また、フィラーは１種類でもよいし、２種類以上充填してもよい。
次に、樹脂封入部材２０の製造方法について簡単に説明する。
まず、筒状に形成された樹脂フィルムの一方の開放部を熱シールして、図５に示す内部包装体２３のシール部２３ａを形成する。シール部２３ａを下側にして、袋状の樹脂フィルム内に硬化剤２４を注入する。その後、先に熱シールしたシール部２３ａの反対側を真空引きしながら熱シールすることにより、シール部２３ｂを形成する。以上の工程により、内部に硬化剤２４を封入して密封された内部包装体２３が形成される。
次に、内部包装体２３を形成したものよりも径が大きい筒状に形成された樹脂フィルムの一方の開放部を熱シールして、図５に示す外部包装体２１のシール部２１ａを形成する。シール部２１ａを下側にして、袋状の樹脂フィルム内に、内部に硬化剤２４を封入して密封した内部包装体２３を入れ、さらに、主剤２２を注入する。その後、先に熱シールしたシール部２１ａの反対側を真空引きしながら熱シールすることにより、シール部２１ｂを形成する。以上の工程により、内部に主剤２２及び内部包装体２３を封入して密封された外部包装体２１が形成されることで、樹脂封入部材２０が完成する。
樹脂封入部材２０は、液状の樹脂組成物の硬化剤２４が内部包装体２３に封入されることにより主剤２２と分離されているため、保存安定性が高いという効果を奏する。また、筒状の樹脂フィルムを熱シールして内部に主剤２２及び硬化剤２４からなる液状の樹脂組成物を封入しているため、必要な分量に応じて成形することが容易であるという効果を奏する。
図３の説明に戻る。封止工程の第１工程で上記した樹脂封入部材２０が載置された後、封止工程の第２工程として、６０℃で加熱を行うことでＰＶＡ製の外部包装体２１及び内部包装体２３を熱変形させて開封する（ステップＳ１０６）。これにより、図４（Ｂ）に示すように、外部包装体２１及び内部包装体２３の内部に封入されている液状の樹脂組成物の主剤２２及び硬化剤２４は、外部包装体２１及び内部包装体２３が変形して開封された箇所から流出し、徐々に混合されることで混合封止材２５となって、セラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内においてＩＧＢＴ５及びダイオード７を取り囲むように堆積する。そして、外部包装体２１及び内部包装体２３を形成していた樹脂フィルムは、図４（Ｂ）に示すように、熱変形することで包装部材１６となって混合封止材２５中に存在する。
すなわち、封止工程の第２工程では、加熱温度を外部包装体２１及び内部包装体２３の熱変形温度以上かつ主剤２２と硬化剤２４とからなる樹脂組成物の硬化温度未満とすることで、樹脂組成物を硬化させることなく粘度を下げたまま流出させて濡れ広がらせることができる。したがって、樹脂組成物の硬化温度よりも低温で熱変形する材料で外部包装体２１及び内部包装体２３を形成することが望ましい。
なお、封止工程の第２工程では、加熱によって外部包装体２１及び内部包装体２３を熱変形させて開封するだけでなく、樹脂封入部材２０に水を滴下することにより、外部包装体２１及び内部包装体２３の材料である水溶性の例えばＰＶＡを溶解させることにより開封するものとしてもよい。これにより、さらに容易に外部包装体２１及び内部包装体２３を開封することができ、封止工程を短時間化することが可能となる効果を奏する。
その後、図４（Ｃ）に示すように、混合封止材２５がセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内にさらに濡れ広がり、包装部材１６が混合封止材２５中に存在する状態となってから、封止工程の第３工程として、オーブンを用いて１００℃で１．５時間加熱し、さらに１４０℃で１．５時間加熱することにより混合封止材２５を硬化させる（ステップＳ１０７）。この工程により、混合封止材２５が硬化されて硬化封止材１５となり、図１に示す半導体装置１００が完成する。
なお、封止工程の第３工程では、混合封止材２５を硬化するための加熱には、真空オーブンを用いてもよい。真空オーブンを用いることで、硬化封止材１５中にボイドが少なく信頼性の高い半導体装置１００を得ることができる。
また、封止工程の第２工程から第３工程にかけては、加熱をしながら支持部材としてのセラミック基板３に直接又は間接的に振動を与えることで、主剤２２と硬化剤２４との混合を促進することができる。このとき、ワイヤの共振周波数を外した周波数を用いることで、共振によるワイヤへのダメージを軽減することが可能となる。
このようにして構成される半導体装置１００の製造方法の効果について説明する。
半導体装置の封止に液状の樹脂組成物を用いる場合、従来は注入の直前に主剤と硬化剤とを混合するために、加熱して粘度を下げた状態で攪拌・混合を行う製造装置を使用していた。したがって、液状の樹脂組成物が通過するホースや攪拌・混合ユニット等を頻繁に洗浄する必要があり、さらに定期的に取り換える必要がある等、メンテナンスにかかる手間が大きいという課題があった。
そこで、本実施の形態の半導体装置１００の製造方法では、液状の樹脂組成物を内部に封入して密閉された樹脂封入部材２０を封止に用いる。そして、樹脂封入部材２０を載置した後に加熱を行い外部包装体２１及び内部包装体２３を変形させ開封することで、主剤２２と硬化剤２４とが混ざり合いながら流出するため、製造装置を用いた樹脂組成物の攪拌、混合及び注入等の工程を行う必要がない。したがって、封止工程において製造装置内を液状の樹脂組成物が通過せず、製造装置への液状の樹脂組成物の付着を低減することができるため、製造装置のメンテンナンス性が向上し、生産性の高い半導体装置を得ることができる効果を奏する。
また、本実施の形態の樹脂封入部材２０を用いた封止を行うことにより、外部包装体２１及び内部包装体２３が開封されて液状の樹脂組成物が流出する直前までは主剤と硬化剤を分離しておくことができるため、保存安定性が高い効果を奏する。
また、従来の製造装置を用いた封止においては、吐出量の計量や脱泡の確認のために液状の樹脂組成物のロスが大きいという課題があった。そこで、本実施の形態の樹脂封入部材２０を用いることで、予め樹脂組成物を一定量封入しておくことができるため、樹脂組成物のロスを低減し、生産性の高い半導体装置１００を得ることができる効果を奏する。
さらに、本実施の形態の半導体装置１００では、樹脂封入部材２０の外部包装体２１及び内部包装体２３の熱変形温度と樹脂組成物の硬化温度とを添加物等によって調整することにより、樹脂の濡れ広がりと硬化速度とを調整することが可能となる効果を奏する。
なお、本実施の形態の半導体装置１００では支持部材としてのセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内に硬化封止材１５を設ける構成について説明したが、例えば樹脂組成物の粘度を調整することによって、ケースを設けずに、半導体素子が搭載された基板又は金属板等の板状の支持部材上に液状の樹脂組成物を濡れ広がらせて硬化させることもできる。この場合、封止工程の第２工程においては、樹脂封入部材２０の外部包装体２１及び内部包装体２３が熱変形することで開封して主剤２２と硬化剤２４とが混合しながら流出することで混合封止材２５となって、支持部材上で半導体素子を取り囲むように流出する。
実施の形態１の樹脂封入部材の第１の変形例について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態の樹脂封入部材２０の第１の変形例の樹脂封入部材４０を示す上面図である。
樹脂封入部材４０は、図７に示すように、シール部４１ａによって密封された外部包装体４１、外部包装体４１の一部であってシール部４１ａによって仕切られた主剤封入部４１ｂ内に封入された液状の樹脂組成物の主剤４２、及び、外部包装体４１の一部であってシール部４１ａによって主剤封入部４１ｂと仕切られた硬化剤封入部４１ｃ内に封入された液状の樹脂組成物の硬化剤４４から構成される。
樹脂封入部材４０は、筒状に形成された樹脂フィルムを熱シールすることにより、外部包装体４１にシール部４１ａのパターンが形成され、シール部４１ａのパターンにより主剤封入部４１ｂと硬化剤封入部４１ｃとが別個に形成されている。主剤封入部４１ｂと硬化剤封入部４１ｃとは、断面視で同一平面上に交互に配置されている。より詳細には、樹脂封入部材４０は、シール部４１ａ、主剤４２（主剤封入部４１ｂ）、シール部４１ａ、硬化剤４４（硬化剤封入部４１ｃ）、シール部４１ａ、・・・というように、図７の紙面上下方向に細長く形成された主剤封入部４１ｂ及び硬化剤封入部４１ｃが、シール部４１ａで区切られて、紙面左右方向に交互に存在している。つまり、樹脂封入部材４０では、外部包装体４１内に、主剤４２と硬化剤４４とが断面視で同一平面上に交互に分離して配置されている。
ここで、発明者らは、図５及び図６に示す樹脂封入部材２０のように、主剤２２と硬化剤２４とが半導体装置の製造時における重力方向すなわち上下方向に積み重ねられた構造よりも、図７に示す樹脂封入部材４０のように、主剤４２と硬化剤４４とが水平方向に隣り合って配置された構造のほうが、包装体が熱変形により開封された後に主剤と硬化剤とが混合されやすいことを見出した。したがって、上述したように樹脂封入部材４０を形成することで、樹脂封入部材４０の外部包装体４１が熱変形して開封された後に、内部の主剤４２と硬化剤４４とがさらに混合されやすくなる効果を奏する。
なお、樹脂封入部材４０は、図８に示すように、主剤封入部４１ｂ及び硬化剤封入部４１ｃを形成するシール部４１ａのパターンを曲線上に形成し、図８の紙面左右方向に主剤封入部４１ｂと硬化剤封入部４１ｃとで太い部分（大面積の部分）と細い部分（小面積の部分）とを交互に配置することもできる。このように樹脂封入部材４０を形成することで、主剤４２と硬化剤４４とが、図８の紙面左右方向だけでなく、紙面上下方向にも混合されやすくなる効果を奏する。
以上に述べたように、図７又は図８に示すようにより主剤４２と硬化剤４４とがより混合されやすいように構成することで、主剤４２と硬化剤４４との混合を促進するために特別な工程を設けなくてもよいことから、半導体装置を製造するための装置構成を簡易化することができる効果を奏する。このような樹脂封入部材４０を用いて半導体装置を製造する場合は、図７又は図８に示す紙面手前方向を上面として、支持部材上に載置する。このようにすることで、図４で説明したのと同様に半導体装置を製造することができる。
実施の形態１の樹脂封入部材の第２の変形例について、図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態の樹脂封入部材２０の第２の変形例に係る樹脂封入部材５０を用いた半導体装置の封止工程を説明するための断面図である。
樹脂封入部材５０は、図９（Ａ）に示すように、上部に保護膜５１ａを有する外部包装体５１、外部包装体５１の一部であって樹脂フィルムによって形成された主剤封入部５１ｂ内に封入された液状の樹脂組成物の主剤５２、及び、外部包装体５１の一部であって樹脂フィルムによって主剤封入部５１ｂと仕切られた硬化剤封入部５１ｃ内に封入された液状の樹脂組成物の硬化剤５４から構成される。
樹脂封入部材５０は、樹脂フィルムを熱シールすること等により、外部包装体５１に主剤封入部５１ｂと硬化剤封入部５１ｃとが別個に形成されている。主剤封入部５１ｂと硬化剤封入部５１ｃとは、断面視で同一平面上に交互に配置されている。より詳細には、樹脂封入部材５０は、図９（Ａ）の紙面奥行方向に細長く形成された主剤封入部５１ｂ及び硬化剤封入部５１ｃが外部包装体５１を構成する樹脂フィルムによって仕切られて交互に存在している。つまり、樹脂封入部材５０では、外部包装体５１内に、主剤５２と硬化剤５４とが断面視で同一平面上に交互に分離して配置されている。
さらに、樹脂封入部材５０は、図９（Ａ）に示すように、上部に保護膜５１ａを有する。樹脂封入部材５０では、保護膜５１ａに主剤封入部５１ｂと硬化剤封入部５１ｃとを構成する樹脂フィルムが取付けられるようにして外部包装体５１が形成されている。保護膜５１ａは、外部包装体５１の一部を構成し、外部包装体５１のその他の部分よりも高融点で厚く、高強度に形成される。
このような樹脂封入部材５０を用いた半導体装置の製造方法では、図３に示す封止工程の第１工程として、図９（Ａ）に示すように、まず、支持部材としてのセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域に、樹脂封入部材５０を載置する。このとき、樹脂封入部材５０は、保護膜５１ａが上側に位置するように配置される。
次に、封止工程の第２工程として、６０℃で加熱を行うことで外部包装体５１のうちの保護膜５１ａ以外のＰＶＡ製の樹脂フィルム部分を熱変形させて開封する。そして、外部包装体５１の一部が熱変形して開封した後、図９（Ｂ）に示すように、流出した主剤５２と硬化剤５４とが混合し、加熱されることにより硬化封止材１５となる。このとき、外部包装体５１のうち保護膜５１ａは高融点であるから熱変形せずに形状を保って残存し、図９（Ｂ）に示すように硬化封止材１５の上部に存在することとなる。
このように樹脂封入部材５０を構成することによって、封止工程が完了した後に保護膜５１ａが効果封止材１５の表面（上部）に残存するため、封止される半導体素子（ＩＧＢＴ５、ダイオード７）及びワイヤ（信号ワイヤ１２、主端子ワイヤ１３、素子ワイヤ１４）等を機械的に保護することができる効果を奏する。また、保護膜５１ａを硬化封止材１５よりも吸湿性の低い材料で形成することで、硬化封止材１５の表面からの吸湿を低減することができ、半導体装置の信頼性を向上することもできる。
なお、図９（Ｂ）では図示を省略しているが、図９（Ｂ）においても図１に示す半導体装置１００と同様に、外部包装体５１の保護膜５１ａを除く一部が包装部材として硬化封止材１５中に残存していてもよい。
実施の形態１の半導体装置及び半導体装置の製造方法の第１の変形例について、図１０から図１２を用いて説明する。図１０は、本実施の形態の半導体装置１００の第１の変形例の半導体装置１０１を示す断面図、図１１は半導体装置１０１を示す上面図である。また、図１２は、半導体装置１０１の封止工程を説明するための断面図である。なお、図１１は、図１０で示す硬化封止材１５及び包装部材１６の図示を省略している。
図１０及び図１１に示すように、半導体装置１０１は、ケース９の対向する面を架橋するように設けられた第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂからなるステー１７を有する点で、本実施の形態の半導体装置１００と異なる。半導体装置１０１のその他の構成は半導体装置１００と同じであるため、説明を省略する。
ステー１７は、ケース９の一部として、ケース９の材料と同じ材料の例えばＰＰＳを用いて形成される。なお、ステー１７は、ケース９と同様に、ＰＢＴ又はＰＥＥＫのような熱可塑性樹脂で形成されてもよいし、ＬＣＰで形成されてもよい。
また、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂは、素子ワイヤ１４の設けられる範囲の上方において、一端がケース９の複数の面のうちの１面に接続され、他端が１面に対向する面に接続され、図１０に示す素子ワイヤ１４のワイヤボンディングにおける谷部１４ａ、１４ｂの上側を通るようにしてそれぞれ設けられている。
このように構成される半導体装置１０１の製造方法について説明する。
図３に示すように、半導体装置１００と同様に、まず、ベース板１上に、セラミック基板３の裏面電極３ｃを、接合部材としてのベース付け用のはんだ２によってはんだ接合する（ステップＳ１０１）。
次に、セラミック基板３の表面電極３ｂ上に、ＩＧＢＴ５とダイオード７とを、接合部材としてのダイボンド用のはんだ４、６によってそれぞれはんだ接合して、搭載する（ステップＳ１０２）。この工程により、支持部材であるセラミック基板３上に半導体素子であるＩＧＢＴ５とダイオード７とが搭載される。
次に、純アルミ製のワイヤを用いて、セラミック基板３の表面電極３ａとＩＧＢＴ５とダイオード７とを電気的に接続する素子ワイヤ１４をワイヤボンディングにより形成する。すなわち、半導体装置１００の製造方法と異なり、図３に示すステップＳ１０２とステップＳ１０３との間において、先に素子ワイヤ１４を形成しておく。このようにしておくことで、ケース９にステー１７が設けられていても、素子ワイヤ１４を形成することが可能となる。なお、ステー１７をケース９と一体成形ではなく後付けとして、半導体装置１００と同様にステップＳ１０１からステップＳ１０４までの工程を行った後にステー１７を形成することもできる。
素子ワイヤ１４の形成後、ＩＧＢＴ５及びダイオード７を搭載したセラミック基板３に接合されたベース板１の外周側面と、ステー１７が設けられたケース９とを、シリコーン製の接着剤８を用いて接着する（ステップＳ１０３）。ベース板１とケース９との隙間を接着剤８によって埋めることで、後の工程で説明する液状の混合封止材の漏れを防止することができる。
次に、純アルミ製のワイヤを用いて、信号端子１０とＩＧＢＴ５とを電気的に接続する信号ワイヤ１２、及び主端子１１と表面電極３ａ、３ｂとを電気的に接続する主端子ワイヤ１３を、それぞれワイヤボンディングして形成する（ステップＳ１０４）
その後、封止工程の第１工程として、図１２（Ａ）に示すように、支持部材としてのセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域において、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂの上に、樹脂封入部材２０を載置する（ステップＳ１０５）。
次に、封止工程の第２工程として、６０℃で加熱を行うことでＰＶＡ製の外部包装体２１及び内部包装体２３を熱変形させて開封する（ステップＳ１０６）。これにより、図１２（Ｂ）に示すように、外部包装体２１及び内部包装体２３の内部に封入されている液状の樹脂組成物の主剤２２及び硬化剤２４は、外部包装体２１及び内部包装体２３が変形して開封された箇所から流出し、徐々に混合されることで混合封止材２５となってセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内に堆積する。そして、外部包装体２１及び内部包装体２３を形成していた樹脂フィルムは、図１２（Ｂ）に示すように、熱変形することで包装部材１６となり、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂと共に混合封止材２５中に存在する。
その後、図１２（Ｃ）に示すように、混合封止材２５がセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内にさらに濡れ広がり、包装部材１６が混合封止材２５中に存在する状態となってから、封止工程の第３工程として、オーブンを用いて１００℃で１．５時間加熱し、さらに１４０℃で１．５時間加熱することにより混合封止材２５を硬化させる（ステップＳ１０７）。この工程により、混合封止材２５が硬化されて硬化封止材１５となり、図１０に示す半導体装置１０１が完成する。
このように構成される半導体装置１０１にあっては、封止工程の第１工程において、樹脂封入部材２０が素子ワイヤ１４上に直接載置されることを防ぐことができる。したがって、樹脂封入部材２０の荷重により素子ワイヤ１４が曲げられたり損傷されたりすることを抑制することができる効果を奏する。また、ステー１７は、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂの２つのステーからなるため、樹脂封入部材２０を安定して載置することができる効果を奏する。
なお、ステー１７としては、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂの２つを設ける場合に限られず、３つ以上のステーを設ける構成としてもよい。
実施の形態１の半導体装置及び半導体装置の製造方法の第２の変形例について、図１３から図１５を用いて説明する。図１３は、本実施の形態の半導体装置１００の第２の変形例の半導体装置１０２を示す断面図、図１４は半導体装置１０２を示す上面図である。また、図１５は、半導体装置１０２の封止工程を説明するための断面図である。なお、図１４は、図１３で示す硬化封止材１５及び包装部材１６の図示を省略している。
図１３及び図１４に示すように、半導体装置１０２は、ケース９の対向する面を架橋するように設けられた第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂからなるステー１７を有する点で、本実施の形態の半導体装置１００と異なる。また、半導体装置１０２は、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂの設けられる位置が、半導体装置１０１と異なる。半導体装置１０２のその他の構成は半導体装置１００と同じであるため、説明を省略する。
半導体装置１０１では、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂは、素子ワイヤ１４のワイヤボンディングにおける谷部１４ａ、１４ｂの上側を通るようにしてそれぞれ設けられていたが、半導体装置１０２では、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂは、図１３及び図１４に示すように、信号ワイヤ１２の上方に第２ステー１７ｂが、素子ワイヤ１４の上方に第１ステー１７ａが、それぞれ設けられている。つまり、信号ワイヤ１２の上方にもステーが設けられる点で、半導体装置１０１と異なる。
このように構成される半導体装置１０２の製造方法について説明する。
まず、上記した半導体装置１０１の製造方法と同様に、ステップＳ１０１からステップＳ１０４の工程を行い、図１５（Ａ）で樹脂封入部材２０が載置される前の状態まで形成する。
次に、封止工程の第１工程として、図１５（Ａ）に示すように、支持部材としてのセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域において、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂの上に、樹脂封入部材２０を載置する（ステップＳ１０５）。
次に、封止工程の第２工程として、６０℃で加熱を行うことでＰＶＡ製の外部包装体２１及び内部包装体２３を熱変形させて開封する（ステップＳ１０６）。これにより、図１５（Ｂ）に示すように、外部包装体２１及び内部包装体２３の内部に封入されている液状の樹脂組成物の主剤２２及び硬化剤２４は、外部包装体２１及び内部包装体２３が変形して開封された箇所から流出し、徐々に混合されることで混合封止材２５となってセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内に堆積する。そして、外部包装体２１及び内部包装体２３を形成していた樹脂フィルムは、図１５（Ｂ）に示すように、熱変形することで包装部材１６となり、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂと共に混合封止材２５中に存在する。
その後、図１５（Ｃ）に示すように、混合封止材２５がセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内にさらに濡れ広がり、包装部材１６が混合封止材２５中に存在する状態となってから、封止工程の第３工程として、オーブンを用いて１００℃で１．５時間加熱し、さらに１４０℃で１．５時間加熱することにより混合封止材２５を硬化させる（ステップＳ１０７）。この工程により、混合封止材２５が硬化されて硬化封止材１５となり、図１３に示す半導体装置１０２が完成する。
このように構成される半導体装置１０２にあっては、信号ワイヤ１２上に第２ステー１７ｂが設けられていることで、封止工程の第１工程において、樹脂封入部材２０を載置することによって、特に損傷されやすいワイヤ径の小さい信号ワイヤ１２に負荷がかかることを抑制することができる効果を奏する。
実施の形態１の半導体装置及び半導体装置の製造方法の第３の変形例について、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は、本実施の形態の半導体装置１００の第３の変形例の半導体装置１０３を示す断面図である。また、図１７は、半導体装置１０３の封止工程を説明するための断面図である。
図１６に示すように、半導体装置１０３は、第１の変形例の半導体装置１０１について説明したのと同様に、ケース９の対向する面を架橋するように設けられた第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂからなるステー１７を有し、さらに、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂ上にそれぞれ設けられた突起１７ｃ、１７ｄを有する点で、本実施の形態の半導体装置１００と異なる。半導体装置１０３のその他の構成は半導体装置１００と同じであるため、説明を省略する。
突起１７ｃ、１７ｄは、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂのそれぞれについて、１つずつ設けられ、図１６に示すように、上側が鋭利な形状を有している。なお、突起は、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂのそれぞれに１つずつ設けられるものに限らず、複数個設けられるものとしてもよい。
このように構成される半導体装置１０３の製造方法について説明する。
まず、上記した半導体装置１０１の製造方法と同様に、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの工程を行い、図１７（Ａ）で樹脂封入部材２０が載置される前の状態まで形成する。
次に、封止工程の第１工程として、図１７（Ａ）に示すように、支持部材としてのセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域において、第１ステー１７ａ及び第２ステー１７ｂ上の突起１７ｃ、１７ｄに接するように、樹脂封入部材２０を載置する（ステップＳ１０５）。
次に、封止工程の第２工程として、外部包装体２１及び内部包装体２３を開封する（ステップＳ１０６）。具体的には、突起１７ｃ、１７ｄの上側が鋭利な形状を有しているため、樹脂封入部材２０が突起１７ｃ、１７ｄ上に載置されることで、外部包装体２１に穴が開けられ、機械的に開封される。そして、開封箇所からは主剤２２がセラミック基板３側へと流れ出す。さらに、この開封と同時又は開封後に、６０℃で加熱を行うことでＰＶＡ製の外部包装体２１及び内部包装体２３を熱変形させる。これにより、図１７（Ｂ）に示すように、外部包装体２１及び内部包装体２３の内部に封入されている液状の樹脂組成物の主剤２２及び硬化剤２４は、外部包装体２１及び内部包装体２３が変形して開封された箇所からさらに流出し、徐々に混合されることで混合封止材２５となってセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内に堆積する。そして、外部包装体２１及び内部包装体２３を形成していた樹脂フィルムは、図１７（Ｂ）に示すように、熱変形することで包装部材１６となり、第１ステー１７ａ、第２ステー１７ｂ及び突起１７ｃ、１７ｄと共に混合封止材２５中に存在する。
その後、図１７（Ｃ）に示すように、混合封止材２５がセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内にさらに濡れ広がり、包装部材１６が混合封止材２５中に存在する状態となってから、封止工程の第３工程として、オーブンを用いて１００℃で１．５時間加熱し、さらに１４０℃で１．５時間加熱することにより混合封止材２５を硬化させる（ステップＳ１０７）。この工程により、混合封止材２５が硬化されて硬化封止材１５となり、図１６に示す半導体装置１０３が完成する。
このように構成される半導体装置１０３にあっては、外部包装体２１及び内部包装体２３を熱変形させて主剤２２及び硬化剤２４を流出させることに加えて、先に突起１７ｃ、１７ｄで穴を開けることにより、少なくとも外側の外部包装体２１を開封して主剤２２を流出させることができる。したがって、より短時間で液状の樹脂組成物を流出させることができる効果を奏する。これによって、半導体装置の封止工程を短時間化することが可能となる。
なお、突起を設ける構成においては、外部包装体２１及び内部包装体２３がいずれも突起によって開封されるものとしてもよい。これによって、半導体装置の封止工程をさらに短時間化することが可能となる。また、封止工程の第２工程において加熱を行わず、突起によって穴を開けることで外部包装体及び内部包装体を変形させるものとしてもよい。この場合は、包装体の材料としては熱可塑性樹脂に限らず、他の材料から形成されてもよい。
実施の形態１の半導体装置の第４の変形例について、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施の形態の半導体装置１００の第４の変形例の半導体装置１０４を示す断面図である。
図１８に示すように、半導体装置１０４は、主端子ワイヤ１３及び素子ワイヤ１４の代わりに電極板１９を用いて回路形成しており、さらに、電極板に突起１９ａを有する点で、本実施の形態の半導体装置１００と異なる。半導体装置１０４のその他の構成は半導体装置１００と同じであるため、説明を省略する。
電極板１９は、ＩＧＢＴ５及びダイオード７の上に、はんだを介して接合されており、外部電極である主端子１１に接続されている。電極板１９には、突起１９ａが設けられており、突起１９ａは上側が鋭利な形状を有している。
このように構成される半導体装置１０４にあっては、半導体装置１０３と同様に、封止工程の第２工程において突起１９ａによって樹脂封入部材２０の外部包装体２１に穴を開けて開封することができるため、より短時間で液状の樹脂組成物を流出させることができる効果を奏する。これにより、封止工程の短時間化が可能となる。また、半導体装置１０４は、ステーを設けておらず、主端子ワイヤ１３及び素子ワイヤ１４の代わりに電極板１９を用いることで、樹脂封入部材２０をより安定して載置することができ、突起１９ａによる開封が容易となる効果を奏する。
なお、突起は半導体装置１０３のようにステーに設けられるもの又は半導体装置１０４のように電極板に設けられるものに限られず、例えばケース９又は樹脂封入部材２０を搬入するための搬送装置のヘッド部に突起を形成してもよい。
実施の形態１の樹脂封入部材、樹脂封入部材を用いた半導体装置の製造方法の第５の変形例について説明する。
樹脂封入部材２０は、硬化剤２４を封入した内部包装体２３が主剤２２を封入する外部包装体２１内に封入されて一体とした部材として形成される場合について説明したが、主剤を封入した第１包装体と、硬化剤を封入した第２包装体とをそれぞれ別個に形成し、二つの部材から構成される樹脂封入部材としてもよい。
このように構成することで、より簡易な方法で樹脂封入部材を形成することができる効果を奏する。また、包装体が二重になっていないことから、上記した突起及び加熱による変形が容易となる効果を奏する。
また、樹脂封入部材は、硬化剤２４を封入した内部包装体２３が主剤２２を封入する外部包装体２１内に封入されて一体とした部材に限られるものではなく、主剤と硬化剤とを包装体によって分離して封入することができる形態であればよく、例えば図５に示す樹脂封入部材２０の主剤２２と硬化剤２４とを反対にして、主剤を封入した内部包装体が硬化剤を封入する外部包装体内に封入されて一体とした樹脂封入部材とすることもできる。
実施の形態２．
実施の形態２の樹脂封入部材、樹脂封入部材を用いた半導体装置の製造方法及び半導体装置について、図１９から図２３を用いて説明する。
まず、実施の形態２の半導体装置について、図１９を用いて説明する。図１９は、本実施の形態の半導体装置２００を示す断面図である。
半導体装置２００は、硬化封止材１５中に包装部材としての複数のカプセル部材３６をさらに備える点で、実施の形態１の半導体装置１００と異なる。半導体装置２００のその他の構成は半導体装置１００と同じであるため、説明を省略する。
カプセル部材３６は、熱可塑性樹脂で形成され内部に空間を有する球状の包装部材であり、一部が変形して開封されている。また、カプセル部材３６は、硬化封止材１５中に複数個封止されている。カプセル部材３６の材料についての詳細は後述する。
次に、実施の形態２の半導体装置の製造方法について、図２０及び図２１を用いて説明する。図２０及び図２１は、本実施の形態の半導体装置２００の製造工程における封止工程を説明するための断面図である。
まず、図３で説明した実施の形態１の半導体装置１００の製造方法と同様に、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの工程を行い、図２０（Ａ）で樹脂封入部材３０が載置される前の状態まで形成する。
次に、図３に示す封止工程の第１工程として、図２０（Ａ）に示すように、支持部材としてのセラミック基板３とケース９とで囲まれた領域に、樹脂封入部材３０を載置する（ステップＳ１０５）。
ここで、実施の形態２の樹脂封入部材について、図２２及び図２３を用いて説明する。図２２は本実施の形態の樹脂封入部材３０を示す斜視図、図２３は本実施の形態の樹脂封入部材３０を示す断面図である。
樹脂封入部材３０は、図２２及び図２３に示すように、両端のシール部３１ａ、３１ｂによって密封された筒状の外部包装体３１、外部包装体３１内に封入された液状の樹脂組成物の主剤３２、複数のマイクロカプセル３３に内包された状態で主剤３２と共に外部包装体３１内に封入された液状の樹脂組成物の硬化剤３４から構成される。樹脂封入部材３０の外形寸法は、例えば７０ｍｍ×７０ｍｍ×１０ｍｍである。
外部包装体３１は、筒状の樹脂フィルムの両端を熱シールすることにより密封された包装体であり、樹脂フィルムの膜厚は例えば０．１ｍｍである。外部包装体２１及び内部包装体２３は、例えば熱変形温度を６０℃に調整したＰＶＡによって形成する。なお、外部包装体２１及び内部包装体２３の材料としては、熱変形温度が６０～８０℃のＰＶＣ等の熱可塑性樹脂を用いてもよいし、熱変形温度を調整したものを用いてもよい。
外部包装体３１内に封入された主剤３２及びマイクロカプセル３３に内包された硬化剤３４は、主剤３２と、主剤３２を硬化するための硬化剤３４とが混合して加熱されることにより硬化する液状の樹脂組成物である。したがって、樹脂組成物の主剤３２の成分としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂を含有するものとする。また、主剤３２と硬化剤３４とからなる樹脂組成物は、加熱により硬化された形態である硬化封止材１５として電気的絶縁性を有する材料で構成される。
本実施の形態の樹脂封入部材３０では、主剤３２は、エポキシ樹脂、シリカフィラー、軟化剤、消泡剤及び難燃剤等を含有する。また、硬化剤３４は、反応促進剤、シリカフィラー及び触媒等を含有する。なお、主剤及び硬化剤に分散されるフィラーとしては、シリカのほか、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ホウ素等を用いてもよい。また、フィラーは１種類でもよいし、２種類以上充填してもよい。
マイクロカプセル３３は、例えば直径１ｍｍの中空の球形を有しており、熱可塑性樹脂で形成されるカプセルである。マイクロカプセル３３は、例えば熱変形温度を８０℃に調整したＰＶＡによって形成し、外部包装体３１の熱変形温度よりも高温かつ樹脂組成物の硬化温度よりも低温の熱変形温度を有するものとすることが望ましい。なお、マイクロカプセル３３の材料としては、熱変形温度を例えば８０℃に調整したＰＶＣ等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。また、マイクロカプセル３３は直径１ｍｍの球状に限られるものではなく、径は１ｍｍよりも大きくても小さくてもよいし、形状は球形以外でもよい。
次に、樹脂封入部材３０の製造方法について簡単に説明する。
まず、筒状に形成された樹脂フィルムの一方の開放部を熱シールして、図２２に示す外部包装体３１のシール部３１ａを形成する。シール部３１ａを下側にして、袋状の樹脂フィルム内に、主剤３２中にマイクロカプセル３３に内包された硬化剤３４が分散された一液性の樹脂組成物を注入する。その後、先に熱シールしたシール部３１ａの反対側を真空引きしながら熱シールすることにより、シール部３１ｂを形成する。以上の工程により、内部に主剤３２及びマイクロカプセル３３に内包された硬化剤３４を封入した外部包装体３１が形成されることで、樹脂封入部材３０が完成する。
樹脂封入部材３０は、液状の樹脂組成物の硬化剤３４がマイクロカプセル３３に内包されることにより主剤３２と分離されているため、保存安定性が高いという効果を奏する。また、本実施の形態で用いる樹脂組成物は、硬化剤３４がマイクロカプセル３３に内包されて主剤３２中に分散されることで、主剤３２と硬化剤３４とを含む１液性の樹脂組成物として構成されているため、１度で主剤３２及び硬化剤３４を封入することができ、封入が簡易であるという効果を奏する。
図３の製造方法の説明に戻る。封止工程の第１工程で上記した樹脂封入部材３０が載置された後、封止工程の第２工程として、オーブンを用いて６０℃で加熱を行うことで外部包装体３１を熱変形させて開封する（ステップＳ１０６）。これにより、図２０（Ｂ）に示すように、外部包装体３１の内部に封入されている液状の樹脂組成物の主剤３２及び硬化剤３４は、外部包装体３１が変形して開封された箇所から流出する。このとき、マイクロカプセル３３は変形せず、主剤３２と硬化剤３４とはマイクロカプセル３３によって分離されたままである。
その後も６０℃で加熱を続けると、図２０（Ｃ）に示すように、複数のマイクロカプセル３３に内包された硬化剤３４が分散した主剤３２はさらに濡れ広がって、セラミック基板３とケース９とで囲まれた領域内に堆積する。そして、外部包装体３１を形成していた樹脂フィルムは、図２０（Ｃ）に示すように、熱変形することで包装部材１６となって主剤３２中に存在する。
すなわち、封止工程の第２工程では、加熱温度を外部包装体２１の熱変形温度以上かつマイクロカプセル３３の熱変形温度未満とすることで、樹脂組成物の主剤３２と硬化剤３４とが混合しないため、樹脂組成物を硬化させることなく濡れ広がらせることができる。
封止工程の第２工程で図２０（Ｃ）のように複数のマイクロカプセル３３に内包された硬化剤３４が分散した主剤３２が濡れ広がった後、封止工程の第４工程として、オーブンを用いて８０℃で加熱を行うことで、マイクロカプセル３３を熱変形させる。すなわち、封止工程の第４工程は、図３で説明した第２工程（ステップＳ１０６）と、第３工程（ステップＳ１０７）との間で行われる工程である。第４工程でマイクロカプセル３３が熱変形して弾けることにより、図２１（Ａ）に示すように、マイクロカプセル３３に内包された硬化剤３４が主剤３２中に流出する。
その後、図２１（Ｂ）に示すように、主剤３２と硬化剤３４とが混合して混合封止材３５となり、マイクロカプセル３３が変形して硬化剤３４が流出した後の形態であるカプセル部材３６及び包装部材１６が混合封止材３５中に存在する状態となってから、封止工程の第３工程として、オーブンを用いて１００℃で１．５時間加熱し、さらに１４０℃で１．５時間加熱することにより混合封止材３５を硬化させる（ステップＳ１０７）。この工程により、混合封止材３５が硬化されて硬化封止材１５となり、図１９に示す半導体装置２００が完成する。
なお、封止工程の第３工程では、混合封止材３５を硬化するための加熱に真空オーブンを用いてもよい。真空オーブンを用いることで、硬化封止材１５中にボイドが少なく信頼性の高い半導体装置２００を得ることができる。
また、封止工程の第２工程から第３工程にかけては、加熱しながら振動を与えることで、主剤３２と硬化剤３４との混合を促進することができる。このとき、ワイヤの共振周波数を外した周波数を用いることで、共振によるワイヤへのダメージを軽減することが可能となる。
このようにして構成される半導体装置２００の製造方法の効果について説明する。
本実施の形態の半導体装置２００の製造方法にあっても、液状の樹脂組成物を内部に封入して密閉された樹脂封入部材３０を用いるため、樹脂封入部材３０を載置した後に加熱を行うことで液状の樹脂組成物を流出させることができ、製造装置を用いた樹脂組成物の攪拌、混合及び注入等の工程を行う必要がない。したがって、製造装置への液状の樹脂組成物の付着を低減することができるため、製造装置のメンテンナンス性が向上し、生産性の高い半導体装置を得ることができる効果を奏する。
また、本実施の形態の樹脂封入部材３０は、マイクロカプセル３３と外部包装体３１との熱変形温度に差があるため、主剤３２と硬化剤３４とが混ざり合わない状態での樹脂組成物の外部包装体３１からの流出及び濡れ広がりと、マイクロカプセル３３が開封されてからの主剤３２と硬化剤３４とが混合された混合封止材３５の硬化反応とを時間差で行うことができる効果を奏する。
実施の形態３．
上述した実施の形態１又は２に係る半導体装置が搭載された、実施の形態３の電力変換装置について図２４を用いて説明する。図２４は、本実施の形態の電力変換装置を説明するためのブロック図であり、図２４の全体は本実施の形態の電力変換装置が適用された電力変換システムを示している。以下、実施の形態３が三相のインバータである場合について具体的に説明する。
図２４に示す電力変換システムは、本実施の形態の電力変換装置５００、電源５１０、負荷５２０から構成される。電源５１０は、直流電源であり、電力変換装置５００に直流電力を供給する。電源５１０は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源５１０を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
電力変換装置５００は、電源５１０と負荷５２０の間に接続された三相のインバータであり、電源５１０から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷５２０に交流電力を供給する。電力変換装置５００は、図２４に示すように、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路５０１と、主変換回路５０１を制御する制御信号を主変換回路５０１に出力する制御回路５０３とを備えている。
負荷５２０は、電力変換装置５００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷５２０は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
以下、本実施の形態の電力変換装置５００の詳細を説明する。主変換回路５０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源５１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷５２０に供給する。主変換回路５０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路５０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路５０１の各スイッチング素子と各還流ダイオードの少なくともいずれかに、上記した実施の形態１又は２に係る半導体装置５０２を適用する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路５０１の３つの出力端子は、負荷５２０に接続される。
また、主変換回路５０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体装置５０２に内蔵されていてもよいし、半導体装置５０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路５０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路５０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路５０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
制御回路５０３は、負荷５２０に所望の電力が供給されるように主変換回路５０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷５２０に供給すべき電力に基づいて主変換回路５０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路５０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路５０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
本実施の形態の電力変換装置では、主変換回路５０１のスイッチング素子と還流ダイオードの少なくともいずれかに実施の形態１又は２に係る半導体装置を適用するため、生産性の向上を実現することができるという効果を奏する。
なお、本実施の形態では、２レベルの三相インバータに適用する例を説明したが、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが、３レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本実施の形態を適用することも可能である。
また、本実施の形態の電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
なお、各実施の形態を、適宜、組み合わせたり、変形や省略することも、本開示の範囲に含まれる。
１ ベース板、２、４、６ はんだ、３ セラミック基板、５ ＩＧＢＴ、７ ダイオード、８ 接着剤、９ ケース、１０ 信号端子、１１ 主端子、１２ 信号ワイヤ、１３ 主端子ワイヤ、１４ 素子ワイヤ、１４ａ、１４ｂ 谷部、１５ 硬化封止材、１６ 包装部材、１７ ステー、１７ａ 第１ステー、１７ｂ 第２ステー、１７ｃ、１７ｄ、１９ａ 突起、１９ 電極板、２０、３０、４０、５０ 樹脂封入部材、２１、３１、４１、５１ 外部包装体、２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ、３１ａ、３１ｂ、４１ａ シール部、２２、３２、４２、５２ 主剤、２３ 内部包装体、２４、３４、４４、５４ 硬化剤、２５、３５ 混合封止材、３３ マイクロカプセル、３６ カプセル部材、５１ａ 保護膜、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、２００、５０２ 半導体装置、５００ 電力変換装置、５０１ 主変換回路、５０３ 制御回路、５１０ 電源、５２０ 負荷。

Claims (16)

  1. 半導体素子が搭載された支持部材上に、熱硬化性樹脂を含有する主剤を含む液状の樹脂組成物が包装体の内部に封入された樹脂封入部材を載置する第１工程と、
    前記包装体を開封し、前記樹脂組成物を前記支持部材上において前記半導体素子を取り囲むように流出させる第２工程と、
    第１の温度で加熱して、前記樹脂組成物を硬化させる第３工程と、を含む半導体装置の製造方法。
  2. 前記包装体は熱可塑性樹脂からなり、
    前記第２工程において、前記第１の温度よりも低い第２の温度で加熱して前記包装体を熱変形させることで開封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. 前記樹脂組成物は、前記主剤を硬化するための硬化剤をさらに含み、
    前記包装体は、前記主剤を封入する第１の包装体と、前記硬化剤を封入する第２の包装体と、から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記硬化剤を封入した前記第２の包装体は、前記主剤と共に前記第１の包装体に封入されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記樹脂組成物は、前記主剤を硬化するための硬化剤をさらに含み、
    前記包装体は、前記主剤を封入する主剤封入部、及び前記主剤封入部と断面視で同一平面上に配置され前記硬化剤を封入する硬化剤封入部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記樹脂組成物は、前記主剤を硬化するための硬化剤をさらに含み、
    前記硬化剤は、熱可塑性樹脂からなるマイクロカプセルに内包されて前記主剤中に分散されてい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。
  7. 前記第２工程と前記第３工程との間に行われる第４工程をさらに含み、
    前記第４工程において、前記第２の温度より高く、かつ前記第１の温度より低い第３の温度で加熱して前記マイクロカプセルを熱変形させることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記第２工程において、突起により前記包装体に穴を開けて開封することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記包装体は水溶性であり、
    前記第２工程において、前記包装体に水を滴下して前記包装体を溶解して開封することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記第３工程において、真空オーブンを用いて加熱を行うこと
    を特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記第２工程から前記第３工程までの少なくとも１つの工程において、前記支持部材に振動を与えて前記樹脂組成物を混合させることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 熱硬化性樹脂を含有する主剤と前記主剤を硬化するための硬化剤とを含む液状の樹脂組成物と、
    前記樹脂組成物を封入し、熱可塑性樹脂からなる包装体と、を備え、
    前記包装体は、前記主剤を封入する主剤封入部、及び前記主剤封入部と断面視で同一平面上に配置され前記硬化剤を封入する硬化剤封入部を有することを特徴とする、樹脂封入部材。
  13. 板状の支持部材上に搭載された半導体素子と、
    前記半導体素子を封止する硬化封止材と、
    前記硬化封止材中に封止され、熱可塑性樹脂からなる薄膜状又は板状の部材と、
    を備えた半導体装置。
  14. 前記支持部材の外周を取り囲む複数の面を有し、外部電極が取り付けられたケースと、
    前記半導体素子と前記外部電極とを電気的に接続するワイヤと、
    一端が前記ケースの第１の面に接続され、他端が前記第１の面に対向する面に接続されたステーと、をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
  15. 前記ケース又は前記ステーに鋭利な突起が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 請求項１３から１５のいずれか１項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
    前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、を備えた電力変換装置。
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