(57)【要約】【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
2014229817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】従来のＳｉＣ ＧＴＯ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
(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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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)。
【００２７】
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。
【００２８】
(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
【００２９】
(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
【００３０】
(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
【００３１】
【化１】
2014229817.tif 000003
(上式(１)中、Ｒ１〜Ｒ４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、Ｘ１は下記一般式(２)で表される基である。)
【００３２】
【化２】
2014229817.tif 000004
(上式(２)中、Ｒ５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。)
【００３３】
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。
【００３４】
一般式(１)において、Ｒ１〜Ｒ４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。
【００３５】
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。
【００３６】
(Ａ)成分及び(Ｂ)成分との相溶性に特に優れるため、Ｒ１〜Ｒ４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。Ｒ１〜Ｒ４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、Ｒ１〜Ｒ４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。
【００３７】
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、Ｘ１は、上記一般式(２)で表される基である。
【００３８】
一般式(２)において、Ｒ５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Ｒ１〜Ｒ４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。
【００３９】
耐熱性の向上の点から、Ｒ５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。
【００４０】
上記一般式(１)で表される珪素含有化合物のうち、Ｘ１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。
【００４１】
【化３】
2014229817.tif 000005
上式(１ａ)中、Ｒ１〜Ｒ４、及びａは上記式(１)におけるＲ１〜Ｒ４、及びａと同義である。
【００４２】
【化４】
2014229817.tif 000006
上式(２ａ)中、Ｒ５は上記式(２)におけるＲ５と同義である。
【００４３】
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。
【００４４】
【化５】
2014229817.tif 000007
上式(２ｂ)中、Ｒ５は上記式(２)におけるＲ５と同義である。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
【化６】
2014229817.tif 000008
（上式（３）中、Ｒ６〜Ｒ８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、Ｒ９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。）
【００４８】
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Ｒ１〜Ｒ４で例示した基等が挙げられる。Ｒ６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。Ｒ７及びＲ８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。Ｒ９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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
【化７】
2014229817.tif 000009
（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。）
【００５３】
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Ｒ１〜Ｒ４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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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(Ｃ６Ｈ５)３]４、ＰｔＣｌ[Ｐ(Ｃ６Ｈ５)３]３、Ｐｔ[Ｐ(Ｃ４Ｈ９)３)４])、白金−ホスファイト錯体(例えば、Ｐｔ[Ｐ(ＯＣ６Ｈ５)３]４、Ｐｔ[Ｐ(ＯＣ４Ｈ９)３]４)、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
〔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。
【００６４】
〔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。
【００６５】
〔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。
【００６６】
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。
【００６７】
〔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。
【００６８】
〔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。
【００６９】
［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。
【００７０】
＜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。
【００７１】
＜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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
(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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
(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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
(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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
(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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
(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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
(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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
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。
【符号の説明】
【０１２６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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