(57)【要約】【課題】        半導体素子の主電極と導体との間の接続部分において、環境汚染に配慮しつつ、熱サイクルに伴う応力を緩和することができ、かつエレクトロマイグレーションの発生による短絡を防止することができ、電気的信頼性を向上することができる電力用半導体装置を提供する。【解決手段】  電力用半導体装置１は、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間の接続部分に導電性樹脂７０を備え、この導電性樹脂７０の露出する周囲に耐湿封止する封止体７１を備えている。導電性樹脂７０は、エポキシ系樹脂等の絶縁性基材に、銀等の導電性物質を含んでいる。封止体７１は導電性樹脂７０に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタの主電極を表面上に配設した半導体素子と、
前記主電極上に形成され、絶縁性樹脂基材に導電性物質を含有する導電性樹脂と、
前記主電極に前記導電性樹脂を介して一端を接続する電極引出導体と、
前記導電性樹脂の周囲を耐湿封止する封止体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子を搭載する第１のマウント用導体と、
前記電極引出導体の他端を接続する第２のマウント用導体と、
前記第１のマウント用導体及び前記第２のマウント用導体を表面上に搭載する放熱体と、
前記第１のマウント用導体及び前記第２のマウント用導体と前記放熱体との間に配設されたシート状放熱絶縁体と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１のマウント用導体上に前記半導体素子を複数搭載し、
前記複数の半導体素子のそれぞれの主電極と前記第２のマウント用導体との間は、各々、前記電極引出導体により電気的に並列に接続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。
【請求項４】
前記封止体は、前記主電極と前記導電性樹脂との接続部及び前記電極引出導体と前記導電性樹脂との接続部を除き、前記導電性樹脂の露出する表面を局部的に覆うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記封止体は、前記導電性樹脂、前記半導体素子、前記第１のマウント用導体、前記第２のマウント用導体、前記シート状放熱絶縁体、及び裏面を除いた前記放熱体を覆うことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記封止体は、トランスファモールド型封止体であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導電性樹脂は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂を主成分とする前記絶縁性樹脂基材に、銀、金、錫合金、カーボンブラック、炭素繊維、銅、ニッケル、金属メッキしたポリマーのいずれか１つ又は複数を前記導電性物質として含有したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記封止体は、硬化剤を配合したエポキシ樹脂に、硬化促進剤、低応力化剤、充填剤、難燃剤、カップリング剤、難型剤、顔料の１つ又は複数を加えた一液性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記主電極と前記電極引出導体との間に熱応力を減少する金属板を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記電極引出導体の前記主電極との接続部に細孔を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記導電性樹脂は前記主電極と前記電極引出導体との間に生成された隙間に充填されたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特にパワートランジスタ、サイリスタ、パワーモジュール、パワーＩＣ等により構築されたインバータ等を搭載する電力用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電機器、省エネルギ型ダイレクトドライブ、インテリジェントアクチュエータ、車両モータ駆動デバイス等のインバータ制御電力機器には、パワートランジスタ、サイリスタ、パワーモジュール、パワーＩＣ等により構築された電力用半導体装置が使用されている。
【０００３】
中容量分野から大容量分野にかけて使用される電力用半導体装置１００は、図１１に示すように、側面を覆う外装ケース１０１及び底面に配設された金属板１０２により囲まれた容器内部に各電子部品を納めている。外装ケース１０１には、通常、ポリフェニレンサンファイド、ポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂が使用されている。金属板１０２の裏面には熱伝導性グリース１１２を介して冷却器１０３が取り付けられている。
【０００４】
金属板１０２の表面上には表面及び裏面に導電箔１０５が設けられた絶縁基板１０４が搭載されている。金属板１０２の表面と絶縁基板１０４の裏面側の導電箔１０５との間は半田により電気的かつ機械的に接続されている。絶縁基板１０４の表面側の導電箔１０５上には回路部品である半導体素子１０６が複数搭載されている。半導体素子１０６はパワートランジスタ、サイリスタ等のトランジスタを備え、トランジスタの電極にはボンディングワイヤ１０７が接続されている。ボンディングワイヤ１０７は更に外装ケース１０１の内壁に配設された外部接続端子１０８の一端に接続されている。
【０００５】
外装ケース１０１及び金属板１０２により囲まれた容器内部には封止樹脂１０９が充填され、この封止樹脂１０９はその上に形成される固形樹脂１１０により更に封止されている。封止樹脂１０９にはシリコーンゲルやエポキシ樹脂が使用されている。固形樹脂１１０にはエポキシ樹脂が使用されている。そして、固形樹脂１１０上には更に端子ホルダ１１１が配設されている。端子ホルダ１１１は外装ケース１０１と同種類か又は異種類の材料により形成されている。
【０００６】
このように構成される電力用半導体装置１００においては、半導体素子１０６の動作で発生する熱を金属板１０２、熱伝導グリース１１２、冷却器１０３のそれぞれを通して外部に放出することができる。更に、電力用半導体装置１００は半導体素子１０６を封止樹脂１０９により気密封止することができる。従って、電力用半導体装置１００においては、比較的優れた電気的特性を得ることができ、更に高い電気的信頼性を得ることができる。
【０００７】
ところで、電力用半導体装置１００において、半導体素子１０６の動作温度が１００℃を越えるような高温度になり、かつｋＶクラスの高電圧が印加される場合、半導体素子１０６と冷却器１０３との間の絶縁基板１０４の材料には、半導体素子１０６から発生する熱を速やかに冷却器１０３に逃がしつつ、高い絶縁特性を備えることが要求される。そこで、通常、絶縁基板１０４には熱伝導性並びに絶縁特性に優れた窒化アルミニウムが使用されている。更に金属板１０２と冷却器１０３との間には熱伝導性グリース１１２が設けられており、金属板１０２から冷却器１０３に効率良く熱を逃がすようになっている。なお、金属板１０２と冷却器１０３との間は機械的にネジにより締結されている。
【０００８】
また、図１２に示すように、下記特許文献１に開示された電力用半導体装置２００においては、マウント用導体２０２上に半田接合により複数の半導体素子１０６が実装され、マウント用導体２０２はセラミックスを含有した樹脂シート状放熱絶縁体２０５介在して冷却器１０３に接着されている。マウント用導体２０２には入出力用導体２０３が接続されており、更にこの入出力用導体２０３には入出力端子２０４が接続されている。半導体素子１０６のトランジスタの電極には幅広導体２０１の一端が半田接合により電気的に接続され、幅広導体２０１の他端はマウント用導電体２０２に接続されている。なお、図１２に示す電力用半導体装置２００において、図１１に示す電力用半導体装置１００の構成要素に付した符号と同一の符号を付した構成要素は同等の機能を有し、ここでの説明は重複するので省略する。
【０００９】
特許文献１に開示された電力用半導体装置２００においては、図１１に示す電力用半導体装置１００のボンディングワイヤ１０７に代えて、幅広導体２０１により半導体素子１０６のトランジスタの電極と幅広導体２０１との間を接続しているので、半導体素子１０６の動作で発生する熱を幅広導体２０１を通して効率良くマウント用導体２０２に逃がすことができ、放熱効果を向上することができる。更に、電力用半導体装置２００においては、ワイヤボンディング工程を省略することができるので、製造時間を短縮することができ、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【特許文献１】特願２００３−３２１４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述の特許文献１に開示された電力用半導体装置２００においては、以下の点について配慮がなされていなかった。
【００１１】
電力用半導体装置２００の半導体素子１０６に搭載されたトランジスタの電極と幅広導体２０１との間の接合部分には半導体素子１０６の動作、停止の繰り返しにより発生する熱サイクルに伴う熱応力が集中するので、半田クラックが発生する要因になる。また、マウント用導体２０２に半田接合により半導体素子１０６を実装した後、トランジスタの電極と幅広導体２０１との間を半田により接合するので、マウント用導体２０２に半導体素子１０６を実装する際に使用される半田が再度溶融し、この半田接合層の厚みに不均一が生じ、例えばトランジスタの電極と幅広導体２０１との間の接続位置のずれが生じやすい。更に、環境汚染への配慮のため、半田の主要成分である鉛（Ｐｂ）の使用を避ける傾向にある。
【００１２】
そこで、半導体素子１０６のトランジスタの電極と幅広導体２０１との間の接合に導電性ペーストを使用することが有効である。導電性ペーストは絶縁性樹脂基材に銀（Ａｇ）粒子を含有させたものが一般的である。この導電性ペーストを使用することによって、絶縁性樹脂そのものが持つ弾力性により電極と幅広導体２０１との間の熱サイクルに伴う応力を緩和することができる。更に、半田の使用を避けることで、鉛を使用することがなくなるので、環境汚染に配慮することができる。
【００１３】
ところが、導電性ペーストは銀粒子を含んでいるので、トランジスタの電極と幅広導体２０１との間に高電圧が印加され、しかも耐湿性が十分に確保されていない場合には、銀粒子が成長しエレクトロマイグレーションが発生する。このエレクトロマイグレーションの発生によって、電極と幅広導体２０１との間の接続部と、この接続部に隣接し他の電圧若しくは信号が印加される端子や導体との間において短絡が発生し、電力用半導体装置２００の電気的信頼性を低下してしまう。
【００１４】
本発明はこのような技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、半導体素子の主電極と導体との接続部分において、環境汚染を配慮しつつ、熱サイクルに伴う応力を緩和することができ、かつエレクトロマイグレーションの発生による起因する短絡を防止することができ、電気的信頼性を向上することができる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、半導体装置において、トランジスタの主電極を表面上に配設した半導体素子と、主電極上に形成され、絶縁性樹脂基材に導電性物質を含有する導電性樹脂と、主電極に導電性樹脂を介して一端を接続する電極引出導体と、導電性樹脂の周囲を耐湿封止する封止体とを備えたことである。
【００１６】
第１の特徴に係る半導体装置においては、導電性樹脂の周囲を封止体により耐湿封止することにより、外部から導電性樹脂の導電性物質に達する水分の浸入を防ぐことができるので、導電性樹脂に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、第１の特徴に係る半導体装置の封止体が、主電極と導電性樹脂との接続部及び電極引出導体と導電性樹脂との接続部を除き、導電性樹脂の露出する表面を局部的に覆うことである。
【００１８】
第２の特徴に係る半導体装置においては、導電性樹脂の露出する表面を局部的に封止体で耐湿封止するようにしたので、封止体の占有面積を減少することができ、半導体装置の小型化を実現することができる。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、第１の特徴に係る半導体装置の封止体が、導電性樹脂、半導体素子等の大半を覆うことである。
【００２０】
第３の特徴に係る半導体装置においては、導電性樹脂、半導体素子等の大半を封止体により耐湿封止し、水分の浸入経路を長くすることができるので、より一層の水分の浸入を防止することができ、導電性樹脂に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、半導体素子の主電極と電極引出導体との間の接続部分において、環境汚染に配慮しつつ、熱サイクルに伴う応力を緩和することができ、かつエレクトロマイグレーションの発生に起因する短絡を防止することができ、電気的信頼性を向上することができる半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面の記載において、同一機能を有する構成要素には同一符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものと異なる。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１は、トランジスタの主電極１１を表面上に配設した半導体素子１０と、主電極１１上に形成され、絶縁性樹脂基材に導電性物質を含有する導電性樹脂７０と、主電極１１に導電性樹脂７０を介して一端を接続する電極引出導体５０と、導電性樹脂７０の周囲を耐湿封止する封止体７１とを備えている。更に、電力用半導体装置１は、半導体素子１０を搭載する第１のマウント用導体２０Ａと、電極引出導体５０の他端を接続する第２のマウント用導体２０Ｂと、第１のマウント用導体２０Ａ及び第２のマウント用導体２０Ｂを表面上に搭載する放熱体４０と、第１のマウント用導体２０Ａ及び第２のマウント用導体２０Ｂと放熱体４０との間に配設されたシート状放熱絶縁体３０とを備えている。
【００２４】
第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１は第１のマウント用導体２０Ａ上に同一種類の（又は２種類以上の）半導体素子１０を複数搭載し、この複数の半導体素子１０のそれぞれの主電極１１と第２のマウント用導体２０Ｂとの間は、各々、電極引出導体５０により電気的に並列に接続されている。つまり、電力用半導体装置１はマルチチップモジュール構造を採用する。
【００２５】
電力用半導体装置１を構築する放熱体４０は例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属体により形成されている。放熱体４０は、第１の実施の形態において空冷方式を採用するヒートシンクとして構成されている。また、放熱体４０は、水冷方式を採用するヒートシンクとして構成してもよい。
【００２６】
シート状放熱絶縁体３０は、絶縁性基材に、少なくとも硬化剤並びに硬化促進剤を添加することにより形成されている。絶縁性基材には絶縁性並びに接着性に優れたエポキシ系樹脂を実用的に使用することができる。具体的には、クレゾールノボラック形、フェノールノボラック形、ビフェニル形、ジシクロペンタジエン形、ナフタレン形等のグループから選択された少なくとも１種類のエポキシ樹脂を主剤として使用することができる。硬化剤には、例えば酸及び酸無水物類、フェノール類、アミン類、ポリアミノアミド類、ジシアンジアミド、イミダゾール類のいずれか１つを実用的に使用することができる。硬化促進剤には、イミダゾール化合物、３級アミン、リン化合物等を実用的に使用することができる。
【００２７】
更に、シート状放熱絶縁体３０の絶縁性基材には熱伝導性を持たせる充填剤が含まれている。充填剤には、例えば窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナ等の少なくともいずれか１つを実用的に使用することができる。また、充填剤には、これらの窒化アルミニウム等に加えて、溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維等を組み合わせて添加することができる。更に、シート状放熱絶縁体３０には、低応力化剤、難燃剤、カップリング剤、離型材、顔料のうちの少なくとも１つ以上を加えることができる。低応力化剤には、シリコーン、ゴム、ポリオレフィン等の粒子又はオイルを実用的に使用することができる。難燃剤には、臭素系、塩素系等のハロゲン系難燃剤、無機系難燃剤等を実用的に使用することができる。カップリング剤にはシラン等、離型材には各種ワックス類、顔料にはカーボンブラック等を実用的に使用することができる。
【００２８】
第１のマウント用導体２０Ａ、第２のマウント用導体２０Ｂのそれぞれは、基本的には同一層の導体（同一種類の金属板）において構成されている。第１のマウント用導体２０Ａ、第２のマウント用導体２０Ｂには、例えば電気伝導性並びに熱伝導性に優れた金属板、更に詳細には銅板を実用的に使用することができる。この銅板表面には、ボンダビリティを向上するために、ニッケル等のメッキ処理を施すことができる。
【００２９】
第１の実施の形態においては１つのマウント用導体２０Ａ上に複数の半導体素子１０を実装しているが、本発明はこのような構造に限定されるものではない。本発明は、例えば、複数のマウント用導体２０Ａを配設し、この複数のマウント用導体２０Ａ上のそれぞれに個々に半導体素子１０を実装してもよい。
【００３０】
半導体素子１０には、電力用半導体素子として使用することができる、例えばＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワーＢＪＴ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリスタ、ダイオード等のパワーデバイスが搭載されている。更に、半導体素子１０には、電力用半導体素子の動作制御を行う制御用半導体素子として使用することができる、制御回路を搭載することができる。制御回路は、例えばｎチャネルＭＯＳ制御回路、ｐチャネルＭＯＳ制御回路、ＣＭＯＳ制御回路、バイポーラ制御回路、ＢｉＣＭＯＳ制御回路、ＳＩＴ制御回路等である。これらの制御回路には過電圧保護回路、過電流保護回路、過熱保護回路の少なくともいずれか１つを含むことが望ましい。更に、電力用半導体装置１においては、半導体素子１０の他に、例えば抵抗、コンデンサ、コイル等の各種電子部品、又は電源回路を、別途、搭載することができる。なお、第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１は、電力用半導体素子である半導体素子１０のみを実装したモジュール構造において構成されている。
【００３１】
電極引出導体５０は、第１の実施の形態において半導体素子１０の表面上の大半を覆う主電極１１の幅寸法と同等の幅寸法を有する、いわゆる幅広導体により構成されている。幅広導体の断面面積はボンディングワイヤの断面面積に比べて大きく、幅広導体の熱抵抗を小さくすることができるので、幅広導体は半導体素子１０の動作で発生する熱を効率良く第２のマウント用導体２０Ｂに放出することができる。電極引出導体５０には、電気伝導性並びに熱伝導性に優れた例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム、鉄ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金等の金属体を実用的に使用することができ、例えば１ｍｍ以上の厚みを持って構成することができる。
【００３２】
導電性樹脂７０には導電性ペーストを実用的に使用することができる。この導電性ペーストは、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等の絶縁性樹脂を基材とし、この絶縁性基材に銀（Ａｇ）からなる導電性物質を含有したものである。導電性樹脂７０の導電性物質には、銀だけに限定されるものではなく、金、錫（Ｓｎ）合金、カーボンブラック、炭素繊維、銅、ニッケル、金属メッキしたポリマーのいずれか１つ又は複数の組み合わせを実用的に使用することができる。半導体素子１０の動作により発生する熱を効率良く電極引出導体５０を通して排出するために、導電性樹脂７０の熱伝導率を１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上に設定することが望ましい。導電性樹脂７０は、例えばスクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサ法等の塗布方法を用いて、半導体素子１０の主電極１１上に塗布される。
【００３３】
封止体７１は、第１の実施の形態において、主電極１１と導電性樹脂７０との接続部及び電極引出導体５０と導電性樹脂７０との接続部を除き、導電性樹脂７０の露出する表面、具体的には図１に示すように導電性樹脂７０の露出する側表面を局部的に覆って配設されている。ここで、「局部的に覆う」とは、半導体素子１０、電極引出導体５０、放熱体４０等のすべてを覆うことではなく、半導体素子１０の表面上若しくは第１のマウント用導体２０Ａ上の範囲内の狭い範囲において部分的に覆うという意味で使用されている。
【００３４】
封止体７１においては、導電性樹脂７０の外部に存在する水分（湿気）の、この導電性樹脂７０の導電性物質である銀への到達を阻止することができ、導電性樹脂７０に半導体素子１０の動作電圧が印加された場合に発生するエレクトロマイグレーションを防止することができる。封止体７１には、硬化剤を配合したエポキシ樹脂に、硬化促進剤、低応力化剤、充填剤、難燃剤、カップリング剤、難型剤、顔料の１つ又は複数を加えた一液性樹脂を実用的に使用することができる。封止体７１は例えばトランスファモールド法により成型することができる。また、この封止体７１は滴下塗布法により形成することができる。この場合、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂基材に溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維等の充填剤を添加した樹脂をディスペンサ等の滴下装置を使って塗布し、この塗布された樹脂を硬化することにより、封止体７１を形成することができる。なお、シリコーンゲルは、エポキシ系樹脂に対して耐湿性が低いので、封止体７１には採用しない。
【００３５】
図２に示すように、放熱体４０の表面上の周縁部分には外装ケース６０が配設されている。この外装ケース６０は半導体素子１０、第１のマウント用導体２０Ａ、第２のマウント用導体２０Ｂ、電極引出導体５０、導電性樹脂７０、封止体７１の外周囲を取り囲む。外装ケース６０の高さは電極引出導体５０の高さよりも高く設定されている。外装ケース６０には例えば熱可塑性プラスチックを実用的に使用することができる。
【００３６】
外装ケース６０の内壁には、放熱体４０側から外装ケース６０よりも上方に突出した外部接続端子６１が配設されている。外部接続端子６１には例えばニッケルメッキが施された銅リードを実用的に使用することができる。
【００３７】
外部接続端子６１の放熱体４０側の一端と第１のマウント用導体２０Ａ又は第２のマウント用導体２０Ｂとの間はボンディングワイヤ６２を通して電気的に接続されている。ボンディングワイヤ６２には、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ、金ワイヤのいずれかを実用的に使用することができる。
【００３８】
この外装ケース６０の内壁と放熱体４０の表面とにより構築される容器内部には半導体素子１０等を外部環境に対して気密に封止する樹脂封止体６５が充填されている。樹脂封止体６５には例えばシリコーンゲルを実用的に使用することができる。
【００３９】
そして、樹脂封止体６５上には端子ホルダ６６が配設され、この端子ホルダ６６の外周囲には外装ケース６０内部において固形樹脂体６７が配設されている。端子ホルダ６６は例えば熱可塑性プラスチックにより形成され、固形樹脂体６７は例えばエポキシ系樹脂により形成されている。
【００４０】
このように構成される第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１においては、導電性樹脂７０の周囲を封止体７１により耐湿封止することにより、外部から導電性樹脂７０の導電性物質に達する水分の浸入を防ぐことができるので、導電性樹脂７０に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。この結果、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間の接続部分において、環境汚染を生じることなく、熱サイクルに伴う応力を緩和することができ、かつエレクトロマイグレーションの発生による接続部分とそれに隣接する端子との間の短絡を防止することができ、電気的信頼性を向上することができる電力用半導体装置１を提供することができる。
【００４１】
第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１においては、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間の導電性樹脂７０の周囲に封止体７１を備えたので、図３に符号「Ａ」を付して示すように、プレッシャークッカー試験における漏れ電流特性を向上することができる。図３において、縦軸は漏れ電流（μＡ）であり、横軸は時間（Ｈ）である。また、符号「Ｂ」を付して示す漏れ電流特性は、第１の実施の形態に係る封止体７１を備えていない半導体装置の漏れ電流特性である。すなわち、電力用半導体装置１は、高温高湿環境の厳しい使用条件下において使用することができる。
【００４２】
更に、導電性樹脂７０の露出する表面を局部的に封止体７１により耐湿封止するようにしたので、封止体７１の占有面積を減少することができ、電力用半導体装置１の小型化を実現することができる。
【００４３】
更に、電力用半導体装置１において、半導体素子１０の表面側の主電極１１上に導電性樹脂７０を介在させて幅広導体である電極引出導体５０を配設し、そして半導体素子１０の裏面側の主電極１２下に第１のマウント用導体２０Ａ、シート状放熱絶縁体３０、放熱体４０のそれぞれを配設したので、熱抵抗特性を向上することができる。図４に示すように、図１及び図２に示す第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１の熱抵抗特性（符号「Ｃ」を付して示す。）は、前述の図１１に示す電力用半導体装置１００の熱抵抗特性（符号「Ｅ」を付して示す。）に比べて、半導体素子１０の表面側、裏面側のそれぞれからの放熱経路を充分に確保しているので優れている。ここで、図４において、縦軸は熱抵抗（ｋ／Ｗ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。図４から明らかなように、電力用半導体装置１においては、特に起動時の過渡熱抵抗並びに一定期間経過後の定常熱抵抗を減少することができる。
【００４４】
更に、電力用半導体装置１において、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間を導電性樹脂７０により電気的かつ機械的に接続しているので、この接続部分の信頼性を向上することができる。図５に示すように、接続部分に導電性樹脂７０（第１の実施の形態）を使用した場合と、半田を使用した場合とにおいて、双方のクラック発生率を比較すると、熱サイクル数が増加しても導電性樹脂７０のクラック発生率が半田のクラック発生率に比べて極めて低くなる。従って、電力用半導体装置１においては、主電極１１と電極引出導体５０との間の接続不良を減少することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１において、シート状放熱絶縁体３０と放熱体４０との間の構造を代えた例を説明するものである。すなわち、第２の実施の形態に係る電力用半導体装置１は、放熱体４０上に熱伝導グリース４２を介在して放熱板４１を備え、この放熱板４１上にシート状放熱絶縁体３０を介在して第１のマウント用導体２０Ａ及び第２のマウント用導体２０Ｂを配設している。第１のマウント用導体２０Ａ上には、前述の図１及び図２に示す電力用半導体装置１と同様に、半導体素子１０が実装されている。
【００４６】
第２の実施の形態において、放熱板４１は、熱伝導性に優れた金属板、例えば銅板、セラミックス基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板等により形成されている。放熱体４０は、第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１の放熱体４０と同様に、空冷方式若しくは水冷方式を採用するヒートシンク（冷却器）として使用されている。
【００４７】
第２の実施の形態に係る電力用半導体装置１においては、第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができ、更に、放熱板４１及び外装ケース６０により囲まれた容器内部に半導体素子１０等を収納し、放熱板４１を熱伝導グリース４２を介在させて放熱体４０に装着するようにしたので、放熱体４０の冷却方式を適宜選択することができ、互換性を向上することができる。
【００４８】
更に、第２の実施の形態に係る電力用半導体装置１においては、前述の図４に符号「Ｄ」を付して示すように、第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１の熱抵抗特性（符号「Ｃ」）に比べて若干劣るものの、前述の図１１に示す電力用半導体装置１００の熱抵抗特性（符号「Ｅ」）に比べて、熱抵抗特性が優れている。
【００４９】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る電力用半導体装置１は、図７に示すように、半導体素子１０と電極引出導体５０との間に熱緩衝板７５を備えている。第３の実施の形態において、導電性樹脂７０は半導体素子１０の主電極１１と熱緩衝板７５との間に配設されている。封止体７１は、主電極１１、熱緩衝板７５のそれぞれと導電性樹脂７０との間の接合部を除き、導電性樹脂７０の露出する外周囲を局部的に覆うように形成されている。なお、導電性樹脂７０は、熱緩衝板７５と電極引出導体５０との間に、又は主電極１１と熱緩衝板７５との間及び熱緩衝板７５と電極引出導体５０との間の双方に配設するようにしてもよい。熱緩衝板７５には、熱膨張係数の低い金属、好ましくは半導体素子１０の熱膨張係数と電極引出導体５０の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する金属、具体的にはモリブデン（Ｍｏ）を実用的に使用することができる。
【００５０】
第３の実施の形態に係る電力用半導体装置１においては、第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができ、更に、熱緩衝板７５の挿入により熱抵抗値が約５％程度上昇するが、熱緩衝板７５の挿入に伴い熱応力を減少することができるので、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間の接合部の耐久性、詳細には導電性樹脂７０の耐久性を向上することができる。従って、電力用半導体装置１において、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間の接続部の電気的信頼性を向上することができる。
【００５１】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る電力用半導体装置１は、図８に示すように、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間の接続部分において、電極引出導体５０に細孔５０Ｈを備えている。電極引出導体５０は前述の第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１の電極引出導体５０と同様に幅広導体により構成されており、細孔５０Ｈの直径は例えば０．２ｍｍ以上に設定されている。細孔５０Ｈは主電極１１と電極引出導体５０との間に配設される導電性樹脂７０の余剰部分を内部に引き込むことができ、導電性樹脂７０の主電極１１の外周囲への不必要なはみ出しを防止することができる。
【００５２】
また、電力用半導体装置１の製造プロセス（組立プロセス）において、細孔５０Ｈを導電性樹脂７０の注入口として使用することができる。この場合、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間に適度な隙間を生成しておき、滴下塗布装置のディスペンサから電極引出導体５０の細孔５０Ｈを通して隙間に導電性樹脂７０を注入し、注入された導電性樹脂７０を硬化させることにより実現することができる。
【００５３】
なお、第４の実施の形態において、１つの電極引出導体５０には１つの細孔５０Ｈが配設されているが、本発明は、この配設個数に限定されるものではなく、１つの電極引出導体５０に複数の細孔５０Ｈを配設してもよい。
【００５４】
第４の実施の形態に係る電力用半導体装置１においては、第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができ、更に、電極引出導体５０に細孔５０Ｈを備えたので、導電性樹脂７０の余剰部分を細孔５０Ｈ内部に吸収することができ、主電極１１と電極引出導体５０との間の接続部分をはみ出す導電性樹脂７０をなくすことができる。従って、導電性樹脂７０の余剰部分のはみ出しに起因する不良、例えば外観不良、隣接導体間短絡不良等を排除することができるので、電力用半導体装置１の製造上の歩留まりを向上することができる。
【００５５】
更に、電力用半導体装置１の製造プロセスにおいて、主電極１１と電極引出導体５０との間の接続部分の側面周囲から導電性樹脂７０を注入する必要がなくなり、電極引出導体５０に配設された細孔５０Ｈを通して導電性樹脂７０を注入することができるので、導電性樹脂７０の注入時間を短縮することができ、量産性を向上することができる。
【００５６】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係る電力用半導体装置１は、図９に示すように、その製造プロセスにおいて、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０の一端との間に適度な隙間Ｓを生成した状態で電極引出導体５０の他端を第２のマウント用導体２０Ｂに接合し、この状態において隙間Ｓに導電性樹脂７０を注入し、注入された導電性樹脂７０を硬化するようになっている。第５の実施の形態において、隙間Ｓは例えば０．０２５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内に設定されることが好ましい。滴下塗布装置のディスペンサを利用して導電性樹脂７０を隙間Ｓに注入することができる。また、主電極１１と電極引出導体５０との間の隙間Ｓの周囲に導電性樹脂７０を滴下塗布し、キャピラリー効果を利用して隙間Ｓに導電性樹脂７０を充填するようにしてもよい。
【００５７】
第５の実施の形態に係る電力用半導体装置１の製造プロセスにおいては、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間に予め隙間Ｓを生成し、この隙間Ｓに導電性樹脂７０を注入するようにしたので、導電性樹脂７０の厚さを隙間Ｓにより予め決定することができ、導電性樹脂７０の滴下塗布に起因する厚さのばらつきを減少することができる。従って、電力用半導体装置１の製造プロセスにおいて、製造上の歩留まりを向上することができる。
【００５８】
更に、電力用半導体装置１においては、主電極１１と電極引出導体５０との間の導電性樹脂７０の厚さのばらつきを減少することができるので、導電性樹脂７０（主電極１１と電極引出導体５０との間の接続部分）の熱抵抗のばらつきを減少することができる。
【００５９】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態に係る電力用半導体装置１は、図１０に示すように、半導体素子１０、電極引出導体５０、第１のマウント用導体２０Ａ、第２のマウント用導体２０Ｂ、シート状放熱絶縁体３０及び放熱体４０の裏面を除く、大半を覆う封止体７２を備えている。すなわち、電力用半導体装置１は、第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１の局部的な封止体７１とは異なり、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との間の接続部分を含む大半を封止体７２により気密封止している。封止体７２は、電力用半導体装置１の製造プロセスにおいて、トランスファモールド法により成型することができる。封止体７２には、エポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂基材に溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維等の充填剤を添加した樹脂を実用的に使用することができる。
【００６０】
封止体７２の内部において、第１のマウント用導体２０Ａには外部接続端子６２の一端が電気的に接続されている。外部接続端子６２の他端は封止体７２の外部に引出されている。外部接続端子６２はいわゆるリードであり、この外部接続端子６２には、鉄−ニッケル合金、銅、又はこれらの表面にメッキ処理を施したものを実用的に使用することができる。
【００６１】
第６の実施の形態に係る電力用半導体装置１においては、導電性樹脂７０、半導体素子１０等の大半を封止体７２により耐湿封止し、水分の浸入経路を長くすることができるので、より一層の水分の浸入を防止することができ、導電性樹脂７０に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。
【００６２】
（その他の実施の形態）
本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、前述の第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１は、１つの半導体素子１０と１つの電極引出導体５０との間の接続部分に配設された導電性樹脂７０を局部的に覆う封止体７１を各接続部分において個別に備えているが、本発明は、複数の接続部分を１つの封止体７１で耐湿封止するようにしてもよい。
【００６３】
更に、本発明は、前述の第１の実施の形態に係る電力用半導体装置１と第６の実施の形態に係る電力用半導体装置１とを組み合わせてもよい。すなわち、電力用半導体装置１は、半導体素子１０の主電極１１と電極引出導体５０との接続部分の導電性樹脂７０を局部的に覆う封止体７１を備えるとともに、半導体素子１０等の大半を覆う封止体７２を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力用半導体装置の要部拡大断面図である。
【図２】図１に示す電力用半導体装置の全体構造を示す断面図である。
【図３】図１に示す電力用半導体装置の漏れ電流特性図である。
【図４】図１に示す電力用半導体装置の熱抵抗特性図である。
【図５】図１に示す電力用半導体装置のクラック発生率を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電力用半導体装置の全体構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る電力用半導体装置の要部拡大断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る電力用半導体装置の要部拡大平面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る電力用半導体装置の要部拡大断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る電力用半導体装置の全体構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の先行技術に係る電力用半導体装置の断面図である。
【図１２】本発明の先行技術に係る電力用半導体装置の部分的な斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  電力用半導体装置
１０  半導体素子
１１、１２  主電極
２０Ａ  第１のマウント用導体
２０Ｂ  第２のマウント用導体
３０  シート状放熱絶縁体
４０  放熱体
４１  放熱板
４２  熱伝導グリース
５０  電極引出導体
５０Ｈ  細孔
６０  外装ケース
６１、６２  外部接続端子
６５  樹脂封止体
６６  端子ホルダ
６７  固形樹脂体
７０  導電性樹脂
７１、７２  封止体
７５  熱緩衝板
Ｓ  隙間
【図１】
2006080153.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006080153.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006080153.tif 000009
【図８】
2006080153.tif 000010
【図９】
2006080153.tif 000011
【図１０】
2006080153.tif 000012
【図１１】
2006080153.tif 000013
【図１２】
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