(57)【要約】【課題】高温下においても封止樹脂の酸化劣化を抑制し、封止方法および封止樹脂は従来通りのものを使用することができ、ヒートサイクル試験や高温動作などの信頼性試験でも、絶縁破壊電圧が低下しない、信頼性の高い半導体装置を得る。【解決手段】半導体装置は、１５０℃以上でも動作する半導体素子、基板、端子、封止樹脂、配線、接合材、ケースを有する半導体装置において、上記封止樹脂よりも熱分解温度の高い被覆樹脂を用いて上記封止樹脂または上記ケースが外気に触れる箇所を被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１５０℃以上でも動作する半導体素子、基板、端子、封止樹脂、配線、接合材、ケースを有する半導体装置において、
上記封止樹脂よりも熱分解温度の高い被覆樹脂を用いて上記封止樹脂または上記ケースが外気に触れる箇所を被覆することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記半導体素子の裏面を基準面として、上記半導体素子の裏面の各辺を中心軸として上記基準面を上記半導体素子の厚み方向の少なくともいずれか一方方向に０度から２０度傾けた平面が交わる上記封止樹脂の外壁の部分を除く残りの部分に上記被覆樹脂を被覆する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】
上記被覆樹脂の膜厚が０．００１ｍｍ以上且つ上記半導体装置の厚さ、幅、長さのうち最も小さい値以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記封止樹脂よりも熱分解温度の高い樹脂成形体を上記封止樹脂の外側に設け、
上記封止樹脂の外壁と平行な方向の上記樹脂成形体の線膨張係数βが、上記封止樹脂の線膨張係数をαとしたとき、０．７αを超え且つ３α未満であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
上記封止樹脂は上記樹脂成形体を脱着できるように固定された金型の内部に未硬化の状態で注入された後で硬化されたものであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、１５０℃以上の高温でも動作できる半導体素子を搭載した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業機器や電鉄、自動車の進展に伴い、それらに使用される半導体素子の使用温度も向上している。近年、１５０℃以上の温度でも動作する半導体素子の開発が精力的に行われ、半導体素子の小型化や高耐圧化、高電流密度化が進んでいる。特に、ＳｉＣやＧａＮなどの化合物半導体は、シリコン半導体よりもバンドギャップが大きく、半導体装置の高耐圧化、小型化、高電流密度化、高温動作が期待されている。
このような特徴を持つ半導体素子を装置化するためには、１５０℃以上の温度でも長時間絶縁性を確保できる材料で半導体素子を埋設する必要がある。このような概念に基づいて、半導体素子の周辺をポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂で被覆する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５１０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示す方法では、半導体素子の周囲しか耐熱性の樹脂で被覆していないため、半導体素子の発熱により半導体装置の全体が高温に曝されると、封止樹脂が外気と触れている箇所から酸化分解が進み、封止樹脂や被覆樹脂に亀裂や剥離が起こり、半導体装置の信頼性を著しく低下させる課題があった。
また、封止樹脂や被覆樹脂に亀裂や剥離が発生すると、電気的に導通を必要とする金属接合材にも亀裂や剥離を生じて、半導体装置が動作しなくなる課題があった。
また、金型を必要とする金型成形半導体装置では、被覆を行った部材が金型内に収まるようにしなければならず、半導体装置設計の自由度に制限が生じる課題があった。
また、樹脂で被覆した部材を金型で成形すると、封止樹脂の流動性や密着性が変化してしまうため、成形条件や封止樹脂の特性を変更しなければいけない課題があった。
【０００５】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、封止樹脂が外気に触れている部分の酸化劣化が半導体装置の信頼性を左右していることが分かったため、高温下においても封止樹脂の酸化劣化を抑制し、封止方法および封止樹脂は従来通りのものを使用することができ、ヒートサイクル試験や高温動作などの信頼性試験でも、絶縁破壊電圧が低下しない、信頼性の高い半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る半導体装置は、１５０℃以上でも動作する半導体素子、基板、端子、封止樹脂、配線、接合材、ケースを有する半導体装置において、上記封止樹脂よりも熱分解温度の高い被覆樹脂を用いて上記封止樹脂または上記ケースが外気に触れる箇所を被覆する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る半導体装置は、封止樹脂またはケースの外側に絶縁性の被覆樹脂を被覆することにより、内部の封止樹脂に進入する酸素の量を低下するので、高温時でも封止樹脂の酸化劣化を防止し、絶縁特性を確保できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る他の半導体装置の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置の断面図である。
【図７】半導体素子の温度を１８０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態２に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図８】半導体素子の温度を２００℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態２に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図９】半導体素子の温度を２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態２に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置の断面図である。
【図１１】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態３に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図１２】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態４に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図１３】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態５に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図１４】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態６に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図１５】この発明の実施の形態７に係る半導体装置の透明斜視図である。
【図１６】この発明の実施の形態７に係る半導体装置の製造工程の一部である。
【図１７】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果の一部である。
【図１８】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果の一部である。
【図１９】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果の一部である。
【図２０】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果の一部である。
【図２１】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、この発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果の一部である。
【図２２】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、樹脂成形体の膜厚を変化させたこの発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図２３】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、樹脂成形体の膜厚を変化させたこの発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図２４】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、樹脂成形体の膜厚を変化させたこの発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図２５】半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、樹脂成形体の膜厚を変化させたこの発明の実施の形態７に係る半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
【図２６】この発明の実施の形態８に係る半導体装置の製造方法の一部を示す図である。
【図２７】金型に空けられた吸引孔の断面図である。
【図２８】吸引孔が空けられた金型の斜視図である。
【図２９】吸引孔が空けられた金型の斜視図である。
【図３０】可動式の押さえピンを用いて樹脂成形体を金型の内面に配置固定する方法を示す図である。
【図３１】リブ材を用いて樹脂成形体を金型の内面に配置固定する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の半導体装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
この発明に係る半導体素子２は、材質がシリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの１５０℃以上で動作する半導体素子であり、これに限定するものではなく、１５０℃以上で動作するＰＮ接合を利用した半導体素子であれば構わない。
また、図中では、半導体素子２が１個しか搭載されていないが、これに限定するものではなく、使用される用途に応じて必要な個数の半導体素子２を搭載していても良い。
【００１０】
配線３は、材質がアルミニウムまたは金からなり、断面が円形の線体を用いるが、これに限定するものではなく、断面が方形の帯体を用いても良い。また図中では、半導体素子２に２本の配線３しか施されていないが、これに限定するものではなく、半導体素子２の電流密度などにより、必要な本数を設けても良い。また、配線３は、銅や錫などの金属片を溶融金属で接合しても良く、必要な電流と電圧を半導体素子２に供給できる構造であれば構わない。
【００１１】
端子４、ベース板５及び電極６は、材質として銅を用いるが、これに限定するものではなく、アルミニウムや鉄を用いても良く、これらを複合した材料を用いても良い。
また、端子４、ベース板５及び電極６の表面は、通常、ニッケルメッキを行うが、これに限定するものではなく、金メッキや錫メッキを行っても良く、必要な電流と電圧を半導体素子２に供給できる構造であれば構わない。
【００１２】
また、銅／インバー／銅などの複合材料を用いても良く、ＳｉＣＡｌ、ＣｕＭｏなどの合金を用いても良い。図中では、半導体装置１に端子４が２本しか設けられていないが、これに限定するものではなく、回路構成上必要な本数の端子４を取出しても良い。
また、端子４及び電極６は、封止樹脂７に埋設されるため、封止樹脂７との密着性を向上させるための表面凹凸を設けても良く、化学的に結合するようにシランカップリング剤などで接着補助層を設けても良い。
【００１３】
基板８は、放熱性と絶縁性を備えるために、セラミック粉を分散させた樹脂硬化物を用いるが、これに限定するものではなく、セラミック板を埋め込んだ樹脂硬化物または、セラミック板でも良い。
また、使用するセラミック粉は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４などが用いられるが、これに限定するものではなく、ダイアモンド、ＳｉＣ、Ｂ２Ｏ３などを用いても良い。
また、シリコーン樹脂やアクリル樹脂などの樹脂製の粉を用いても良い。
【００１４】
粉形状は、球状を用いることが多いが、これに限定するものではなく、破砕状、粒状、リン片状、凝集体などを用いても良い。
粉体の充填量は、必要な放熱性と絶縁性が得られる量が充填されていれば良い。基板８に用いられる樹脂は、通常エポキシ樹脂が用いられるが、これに限定するものではなく、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂などを用いても良く、絶縁性と接着性の兼ね備えた材料であれば構わない。
【００１５】
封止樹脂７は、通常、エポキシ樹脂を用いるが、これに限定するものではなく、シリコーン樹脂やポリイミド樹脂、アクリル樹脂などを用いることもできる。
また、通常はＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などのセラミック粉を添加して用いるが、これに限定するものではなく、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイアモンド、ＳｉＣ、Ｂ２Ｏ３などを添加しても良く、シリコーン樹脂やアクリル樹脂などの樹脂製の粉を添加しても良い。
粉形状は、球状を用いることが多いが、これに限定するものではなく、破砕状、粒状、リン片状、凝集体などを用いても良い。粉体の充填量は、必要な流動性や絶縁性や接着性が得られる量が充填されていれば良い。
【００１６】
封止樹脂７の外側を被覆する被覆樹脂９は、封止樹脂７の熱分解温度をＴｍｏｌｄとし、被覆樹脂９の熱分解温度をＴｃｏａｔとすると、ＴｃｏａｔがＴｍｏｌｄ以上でなければならない。ここで、熱分解温度は、ＴＧＡ（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ  ａｎａｌｙｓｙｓ）の５％重量減少時の温度として評価することができる。
また、熱分解温度は、電気規格調査会試験法（ＪＥＣ−６１５１）を用いても良く、小沢法を用いた耐熱寿命を用いても良いが、同一の評価方法において封止樹脂よりも熱分解温度の高い樹脂で被覆しなければならない。
被覆樹脂９として封止樹脂７より耐熱性の低い樹脂を使用すると、半導体素子２が発熱した際に、外気に曝されている被覆樹脂９が酸化分解して剥離や亀裂を発生させ、内部の封止樹脂７にも同様の破壊を生じさせるため、半導体装置１の信頼性を低下させてしまう。
【００１７】
また、被覆樹脂９は、封止樹脂７と密着できる樹脂が良く、熱や光により硬化する樹脂が良い。好ましくは、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アミドイミド樹脂、マレイミド樹脂、エポキシ樹脂、およびそれらを使用した変性樹脂などが良いが、５％重量減少温度が、２５０℃以上の樹脂であれば良い。
【００１８】
また、被覆に使用する際、樹脂のみの硬化物を用いても良いが、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイアモンド、ＳｉＣ、Ｂ２Ｏ３などのセラミック粉を充填しても良く、樹脂製の粒子を充填しても良い。被覆に使用する樹脂に、これらの充填材を用いて、被覆樹脂９の弾性率と線膨張率を封止樹脂７の値に近づけると、更に好ましい。
【００１９】
また、被覆樹脂９には、カーボン、酸化鉄、ポリフェノールなど、還元作用を持つ充填材を添加しても良いが、これに限定するものではなく、被覆樹脂９および封止樹脂７の酸化劣化を軽減させるものであれば構わない。
また、充填材は、樹脂に相溶する方が好ましいが、これに限定するものではなく、非相溶の充填材を用いても構わない。
【００２０】
半導体装置１に被覆を行うには、硬化した封止樹脂７に未硬化の被覆樹脂９を塗布し、硬化させるのが良いが、この方法に限定するものではなく、スプレーコート、ディップコートやスクリーン印刷などの方法を用いても良い。
また、被覆樹脂９と封止樹脂７の密着性を向上させるために表面に凹凸を設けたり、シランカップリング剤処理などの化学的な処理を設けたりしても良い。
【００２１】
また、未硬化の被覆樹脂９は、必要な膜厚を得るために多数回塗布を行っても良い。また、１回の塗布毎に被覆樹脂９を硬化させても良く、複数回塗布を行った後に被覆樹脂９を硬化させても良い。
【００２２】
図１では、金型成形した半導体装置１について示すが、図２では、ケース型の半導体装置１Ｂについて説明する。端子４、配線３、電極６、基板８については前述したものと同様であるので、説明は省略する。
ケース１１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を用いるのが良いが、これに限定するものではなく、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）などを用いても良く、液状の封止樹脂７を封止するためのケース形状を作製できる材料であれば構わない。
【００２３】
また、ケース１１に使用する際、樹脂のみの硬化物を用いても良いが、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイアモンド、ＳｉＣ、Ｂ２Ｏ３などのセラミック粉を充填しても良く、樹脂製の粒子を充填しても良い。
また、粉形状は、球状を用いることが多いが、これに限定するものではなく、破砕状、粒状、リン片状、凝集体などを用いても良い。
また、ケース１１に使用する樹脂に、これらの充填材を用いて、ケース材料の弾性率と線膨張率を封止樹脂の値に近づけると、更に好ましい。
【００２４】
ケース型の半導体装置１Ｂについても、金型成形を行う半導体装置１と同様に、硬化した封止樹脂７に未硬化の被覆樹脂９を塗布し、硬化させるのが良いが、この方法に限定するものではなく、スプレーコートやディップコート、転写などの方法を用いても良い。
また、被覆樹脂９と封止樹脂７の密着性を向上させるために表面に凹凸を設けたり、シランカップリング剤処理などの化学的な処理を設けたりしても良い。
また、未硬化の被覆樹脂９は、必要な膜厚を得るために多数回塗布を行っても良い。また、１回の塗布毎に被覆樹脂９を硬化させても良く、複数回塗布を行った後に被覆樹脂９を硬化させても良い。
【００２５】
この発明の実施の形態１に係る半導体装置１では、封止樹脂７またはケース１１の外側に絶縁性の被覆樹脂９を被覆することにより、内部の封止樹脂７に進入する酸素の量を低下するので、高温時でも封止樹脂の酸化劣化を防止し、絶縁特性を確保できる。
【００２６】
実施の形態２．
図３および図４は、この発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
この発明の実施の形態２に係る半導体装置１Ｃは、図３に示すように、この発明の実施の形態１に係る半導体装置１と被覆樹脂９を被覆する範囲が異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
金型成形した半導体装置１Ｃの外面に被覆樹脂９を被覆するとき、半導体素子２の裏面を基準面として、半導体素子２の裏面の各辺を中心軸として基準面を半導体素子２の厚み方向の両方向に０度から２０度傾けた平面が交わる封止樹脂７の外壁には被覆樹脂９の被覆を行わず、外壁の残りには被覆樹脂９を被覆する。
【００２７】
この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置１Ｄは、図４に示すように、この発明の実施の形態１に係る半導体装置１Ｂと被覆樹脂９を被覆する範囲が異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
ケース型半導体装置１Ｄの外面に被覆樹脂９を被覆するとき、半導体素子２の裏面を基準面として、半導体素子２の裏面の各辺を中心軸として基準面を半導体素子２の厚み方向の裏面から表面に向かう方向に０度から２０度の角度で傾いた平面が交わる封止樹脂７及びケース１１の外壁には被覆樹脂９の被覆を行わず、外壁の残りには被覆樹脂９を被覆する。
【００２８】
なお、半導体素子２は通常、立方体であるため、裏面の形状は方形になる。従って、半導体素子２の裏面の交わる２つの辺を中心軸とした２つの平面と交わる封止樹脂７またはケース１１の外壁は、二重に被覆することは無く一重に被覆する。
【００２９】
図５は、この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置の透視斜視図である。
この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置１Ｅは、図５に示すように、２個の半導体素子２が搭載されている。このように複数の半導体素子２が搭載されている場合、個々の半導体素子２による被覆領域が他の半導体素子２による被覆領域と重なるときがあるが、重なる被覆領域を２重に被覆樹脂９で被覆する必要は無く、複数の半導体素子２による全被覆領域が被覆されれば構わない。
【００３０】
図６は、この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置の断面図である。
この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置１Ｆは、図６に示すように、この発明の実施の形態２に係る半導体装置１Ｃと被覆領域が異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る他の半導体装置１Ｆは、半導体素子２のサイズが１０×１２×０．３ｍｍ、半導体装置１のサイズが５９×７０×１５ｍｍ、電極６のサイズが４０×３０×２ｍｍ、封止樹脂７が日立化成製のＣＥＬ−１６２０ＨＦ１７、被覆樹脂９が信越化学製ＫＥ１８３３であり、被覆樹脂９の膜厚が０．２ｍｍである。
【００３１】
そして、被覆樹脂９を被覆しない領域は、半導体素子２の裏面を基準面とし、半導体素子２の裏面の相対する２辺を中心軸として基準面を半導体素子２の厚み方向の両方向に０度からθＡ、θＢ、θＤ、θＥ度傾けた平面が交わる封止樹脂７の外壁である。なお、裏面の一辺を中心軸として傾けられた平面が交わる封止樹脂７の外壁だけ被覆樹脂９で被覆せずに、残りの外壁は全て被覆樹脂９で被覆する。
【００３２】
図７、８、９は、それぞれ半導体素子の温度を１８０℃、２００℃、２５０℃にして１０００時間動作した後の、半導体装置の絶縁破壊電圧について測定した結果である。
この時に、θＡ、θＢ、θＤ、θＥの箇所を半導体装置の断面によって、Ａ領域、Ｂ領域、Ｄ領域、Ｅ領域の４箇所に区切り、それぞれの箇所について試験を行った。また、夫々の箇所についてθを検討する場合、他の３箇所にある封止樹脂が外気に触れるところは、全て被覆樹脂９で被覆を行った。
【００３３】
これらの結果より、４箇所のどの部分についても、樹脂被覆を行わない開口部が２０度を超えると著しく半導体装置の絶縁特性が低下することがわかった。
しかしながら、図３に示すように、被覆樹脂９を被覆しない領域が中心軸を中心に基準面を０度から２０度傾ける平面に交わる封止樹脂７の外壁であっても、その領域内に端子４がある場合は、図１０に示すように、端子４の周囲の封止樹脂７を幅２ｍｍ以内で被覆樹脂９で被覆を行うと良く、０．０５ｍｍ以上、１ｍｍ以下であれば更に良い。
【００３４】
実施の形態３．
図１１は、サイズが５０×７０×１５ｍｍ、被覆樹脂９がＴＳＥ３３３１である半導体装置を半導体素子が１８０℃、２００℃、２５０℃となるようにして１０００時間動作した後の、絶縁破壊電圧について測定した結果である。
この発明の実施の形態３に係る半導体装置は、この発明の実施の形態２に係る半導体装置１Ｇと被覆樹脂９がモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク製ＲＴＶゴムＴＳＥ３３３１と被覆する被覆樹脂９の厚みが０．０００５、０．００１、０．００１５、０．１、１、５、１５、１６ｍｍと可変したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
【００３５】
この結果より、被覆する被覆樹脂９の膜厚が、０．００１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の時に半導体装置の絶縁信頼性が高いことが明らかになった。被覆樹脂９の膜厚が１５ｍｍを超えると、被覆樹脂９と封止樹脂７の界面に剥離が発生するために絶縁信頼性が低下したものと考えられる。
【００３６】
実施の形態４．
図１２は、サイズが５０×３０×１５ｍｍ、被覆樹脂９が信越化学製ＫＥ１８３３である半導体装置を半導体素子が１８０℃、２００℃、２５０℃となるようにして１０００時間動作した後の、絶縁破壊電圧について測定した結果である。
この発明の実施の形態４に係る半導体装置は、この発明の実施の形態２に係る半導体装置１Ｇと被覆樹脂９を被覆しない領域が０度から１５度の範囲であることと端子４の周囲を幅１ｍｍで被覆することと被覆する被覆樹脂９の厚みを０．０００５、０．００１、０．００１５、０．１、１、５、１５、１６ｍｍと可変したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
【００３７】
この結果より、被覆する被覆樹脂９の膜厚が、０．００１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の時に半導体装置の絶縁信頼性が高いことが明らかになった。
【００３８】
実施の形態５．
図１３は、サイズが５０×４５×１２ｍｍ、被覆樹脂９が信越化学製ＫＥ１８３３である半導体装置を半導体素子が１８０℃、２００℃、２５０℃となるようにして１０００時間動作した後の、絶縁破壊電圧について測定した結果である。
この発明の実施の形態５に係る半導体装置は、この発明の実施の形態２に係る半導体装置１Ｇと被覆樹脂９を被覆しない領域が０度から１０度の範囲であることと端子４の周囲を幅１ｍｍで被覆することと被覆する被覆樹脂９の厚みを０．０００５、０．００１、０．００１５、０．１、１、５、１５、１６ｍｍと可変したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
【００３９】
この結果より、被覆する被覆樹脂９の膜厚が、０．００１ｍｍ以上、１２ｍｍ以下の時に半導体装置の絶縁信頼性が高いことが明らかになった。
【００４０】
実施の形態６．
図１４は、サイズが５０×７０×３０ｍｍ、被覆樹脂９が信越化学製ＫＥ１８３３である半導体装置を半導体素子が１８０℃、２００℃、２５０℃となるようにして１０００時間動作した後の、絶縁破壊電圧について測定した結果である。
この発明の実施の形態６に係る半導体装置は、この発明の実施の形態２に係る半導体装置１Ｇと被覆樹脂９を被覆しない領域が０度から１０度の範囲であることと端子４の周囲を幅１ｍｍで被覆することと被覆する被覆樹脂９の厚みを０．０００５、０．００１、０．００１５、０．１、１、２９、３０、３１ｍｍと可変したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
【００４１】
この結果より、被覆する被覆樹脂９の膜厚が、０．００１ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の時に半導体装置の絶縁信頼性が高いことが明らかになった。
【００４２】
以上の結果より、半導体装置の厚さをＨ、幅をＷ、長さをＬとすると、Ｈ、Ｗ、Ｌのうち最も小さい値をＭとし、半導体装置に被覆する被覆樹脂９の膜厚が、０．００１ｍｍ以上、Ｍ以下であれば、良好な半導体装置の絶縁破壊特性が得られることが明らかになった。
【００４３】
実施の形態７．
図１５は、この発明の実施の形態７に係る半導体装置の透明斜視図である。図１６は、この発明の実施の形態７に係る半導体装置の製造工程の一部である。
この発明の実施の形態７に係る半導体装置１Ｈは、予め作製した樹脂成形体１４を半導体素子２、端子４、電極６および基板８を金型１５内に配置し、封止樹脂７を注入することに、樹脂成形体１４が被覆樹脂９の代りを果たすことが異なり、それ以外は実施の形態１と同様である。
【００４４】
樹脂成形体１４は、ポリイミド樹脂（日立化成ディポン製ＰＩＸ−８１４４）にシリカ充填材を０〜５０ｗｔ％充填したワニスをガラスクロスに塗布し、溶剤を１２０℃で１５分間、続いて１５０℃で１５分間乾燥させ、続いて、面圧１９．６×１０５Ｐａで加圧成形しながら、１５０℃で１時間続いて２００℃で１時間、続いて２５０℃で３０分間加熱硬化して作製した。そして、樹脂成形体１４は、封止樹脂７の線膨張率をαとした時に、封止樹脂７の外壁と平行な方向における樹脂成形体１４の線膨張係数βが０．７α＜β＜３αとなるよう、シリカ充填材の量とガラスクロスにより調節した。
【００４５】
半導体装置１Ｈは、サイズが幅５０ｍｍ、長さ７０ｍｍ、厚さ１５ｍｍであり、樹脂成形体１４と、５．０ｍｍ□のＳｉＣ素子からなる半導体素子２を搭載した電極６や基板８などを金型１５内の所定の位置に設置した後、１７７７４Ｐａで金型１５内を減圧し、１７５℃に加熱したエポキシ樹脂（日立化成製ＣＥＬ−１６２０ＨＦ１７）を９．８×１０６Ｐａの圧力で注入し、５分以内の時間で樹脂硬化させてから、金型１５より取出し、１７５℃で６時間オーブン中で後硬化させて作製した。
【００４６】
それから、半導体装置１を１８０℃、２００℃、２５０℃の雰囲気下で１０００時間動作した後に、半導体装置１の絶縁破壊電圧を測定した。絶縁破壊電圧は、３０秒間試験電圧を保持しながら、０．５ｋＶステップで昇圧し、短絡する電圧を求めた。
【００４７】
金型１５の内側に樹脂成形体１４を配置し、封止樹脂７を注入することで、樹脂成形体１４に押圧力を加えながら、硬化させることができ、樹脂成形体１４との密着性が向上する。
このとき、樹脂成形体１４の表面には封止樹脂７との密着性を向上させるために、シランカップリング剤などの表面処理剤を表面に塗布しても良い。
また、樹脂成形体１４の表面に凹凸を設けて、封止樹脂７との接着性を向上させても良い。
【００４８】
樹脂成形体１４は、封止樹脂７の外壁を形成する金型の面に密着するよう設置されるが、封止樹脂７を注入し、硬化させた後は、金型１５より離型されて半導体装置１Ｈと一体化する。
【００４９】
図１７〜図２１は、線膨張係数αが異なる封止樹脂７毎に厚さが１００μｍの樹脂成形体１４の線膨張係数βを変えた半導体装置１Ｈの１８０℃の雰囲気下で１０００時間動作させた後での絶縁破壊電圧の測定結果である。
この測定結果から分かるように、封止樹脂７の線膨張係数αが、８ｐｐｍ未満になると、樹脂成形体１４の線膨張係数βを変化させても絶縁破壊電圧は１ｋＶしか無い。
また、封止樹脂７の線膨張係数が５０ｐｐｍより大きくなっても、絶縁破壊電圧が低くなることが分かった。これは、電極材料に銅を用いているために、高温動作時に線膨張率差による熱応力が発生し、封止樹脂７と部材の間で剥離が発生するためと考えられる。
【００５０】
そして、線膨張係数αが８〜５０ｐｐｍの間の封止樹脂７に対して樹脂成形体１４の線膨張係数βを変化させたところ、封止樹脂７の線膨張係数αに対して、樹脂成形体１４の線膨張係数βが０．７αを超え且つ３α未満であれば、高温動作後も７ｋＶという高い絶縁破壊電圧を得られる。同様の試験を２００℃と２５０℃で実施したが、封止樹脂７の線膨張係数αと樹脂成形体１４の線膨張係数βとの関係は１８０℃のときと同様であった。
【００５１】
次に、同じサイズの半導体装置１Ｈについて、樹脂成形体１４の膜厚を変化させた時の絶縁破壊電圧の測定結果を図２２に示す。この測定結果より、樹脂成形体１４の膜厚が、０．００１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲に含まれているときには、半導体装置１Ｈの絶縁信頼性が高いことが明らかになった。樹脂成形体１４の膜厚が１５ｍｍを超えると、樹脂成形体１４と封止樹脂７の界面に剥離が発生するために絶縁信頼性が低下したものと考えられる。
【００５２】
図２３は、サイズが幅５０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの半導体装置で、ポリアミドイミド（東洋紡製バイロマックス）で作製した樹脂成形体１４を使用し、１８０℃、２００℃、２５０℃の雰囲気下で１０００時間動作した後での絶縁破壊電圧の測定結果である。
この測定結果より、膜厚が０．００１ｍｍ以上且つ１５ｍｍ以下の樹脂成形体１４を使用した半導体装置の絶縁信頼性が高いことが明らかになった。
【００５３】
図２４は、サイズが幅５０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの半導体装置で、ポリイミド（日立化成デュポン製ＰＩＸ−８１４４）で作製した樹脂成形体１４を使用し、１８０℃、２００℃、２５０℃の雰囲気下で１０００時間動作した後での絶縁破壊電圧の測定結果である。
この測定結果より、膜厚が０．００１ｍｍ以上且つ１２ｍｍ以下の樹脂成形体１４を使用した半導体装置の絶縁信頼性が高いことが明らかになった。
【００５４】
図２５は、サイズが幅５０ｍｍ、長さ７０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの半導体装置で、ポリイミド（日立化成デュポン製ＰＩＸ−８１４４）で作製した樹脂成形体１４を使用し、１８０℃、２００℃、２５０℃の雰囲気下で１０００時間動作した後での絶縁破壊電圧の測定結果である。
この測定結果より、膜厚が０．００１ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下の樹脂成形体１４を使用した半導体装置の絶縁信頼性が高いことが明らかになった。
【００５５】
ゆえに、半導体装置の厚さをＨ、幅をＷ、長さをＬとすると、Ｈ、Ｗ、Ｌのうち最も小さい値をＭとし、半導体装置に使用する樹脂成形体１４の膜厚が、０．００１ｍｍ以上且つＭ以下であれば、良好な半導体装置の絶縁破壊特性が得られることが明らかになった。
【００５６】
実施の形態８．
図２６は、この発明の実施の形態８に係る半導体装置の製造方法の一部を示す図である。図２７は、金型に空けられた吸引孔の断面図である。
この発明の実施の形態８に係る半導体装置は、予め吸引孔２１が空けられた金型１５の吸引口２３側に樹脂成形体１４を配置し、金型１５の吸引基２２側から樹脂成形体１４を吸引して、金型１５の内側に樹脂成形体１４が密着するように配置し、片方の金型１５には５．０ｍｍ□のＳｉＣ素子からなる半導体素子２を搭載した電極６や基板８などを金型１５内の所定の位置に設置する。その後、１７７７４Ｐａで金型１５内を減圧し、１７５℃に加熱したエポキシ樹脂（日立化成製ＣＥＬ−１６２０ＨＦ１７）を９．８×１０６Ｐａの圧力で注入し、５分以内の時間で樹脂硬化させてから、金型１５より取出し、１７５℃で６時間オーブン中で後硬化させて作製した。
【００５７】
なお、図２７に示す金型１５には、樹脂成形体１４を脱着できる様に固定するための吸引孔２１を４個設けた例を示しているが、これに限定するものではなく、吸引孔２１は、樹脂成形体１４を固定するのに必要な個数を設けて良い。
また、上述の例では吸引孔２１が半導体装置１のひとつの外壁面にしか設けられていないが、これに限定するものではなく、樹脂成形体１４を固定するのに必要な外壁面に設けて良い。
また、図２９に示す様に、吸引孔２１を複数の外壁面に跨っていても良い。
また、吸引孔２１は、円形であるのが良いが、これに限定するものではなく、矩形、三角形、楕円形などを用いても良く、樹脂成形体１４を固定するのに必要な形状であれば構わない。
また、吸引孔２１は、吸引基２２と同じサイズで形成されていてもよいが、拡幅して図２８のように吸引口２３を吸引基２２より大きくしても良い。
また、図２７に示す様に、拡幅されている部分を利用して、樹脂成形体の吸引面積を大きくすると、吸引固定の精度が高くなる。
なお、吸引孔２１から減圧する圧力をＡとし、金型１５内を減圧する圧力をＢとすると、Ｂ≦Ａでなければならない。また、吸引孔２１を使用する場合、樹脂成形体１４の金型１５と接触する面は、機密性を保つために平坦が好ましい。
また、樹脂成形体１４の金型１５への固定方法は、複数の手法を組み合わせても良い。  吸引孔を用いて吸着し、リブ材を用いて補強を行っても良い。
【００５８】
実施の形態９．
図３０には、可動式の押さえピン２６を用いて樹脂成形体１４を金型１５の内面に配置固定する方法を示す。なお、可動式の押さえピン２６は、樹脂成形体１４が金型１５に密着する位置に設けられていれば良く、図３１では２本の押さえピン２６が記載されているが、これに限定するものではなく、必要な本数だけ設けても良い。
【００５９】
可動式の押さえピン２６は、ステンレスを用いるのが良いが、これに限定するものではなく、鉄、銅などでも良く、樹脂成形体１４を効果的に金型１５の内面に押圧できれば構わない。
【００６０】
封止樹脂７を注入した後は、封止樹脂７が硬化する前に押さえピン２６を引き抜くことで、半導体装置の内部に押さえピン２６を残すことなく、また、押さえピン２６を抜いた後も封止樹脂７に空洞ができることがなく、半導体装置の絶縁性を確保することができる。
【００６１】
図３１には、リブ材２７を用いて樹脂成形体１４を金型１５の内面に配置固定する方法を示す。リブ材２７の端面は、金型１５の内面の壁面と平行になる様に形成されており、リブ材２７の伸縮力を利用して、樹脂成形体１４を配置固定することができる。
リブ材２７は、封止樹脂７注入後も半導体装置の内部に残るため、絶縁性の材料が良く、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリフェニレンサルフェート（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などを用いるのが良いが、これに限定するものではなく、伸縮力を利用して、樹脂成形体１４を金型１５に押圧できるものであれば構わない。
【００６２】
なお、リブ材２７の表面は、封止樹脂７との密着性を向上させるために、シランカップリング剤などの表面処理剤を表面に塗布しても良い。
また、樹脂成形体１４の表面に凹凸を設けて、封止樹脂７との接着性を向上させても良い。
【符号の説明】
【００６３】
１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ  半導体装置、２  半導体素子、３  配線、４  端子、５  ベース板、６  電極、７  封止樹脂、８  基板、９  被覆樹脂、１１  ケース、１４  樹脂成形体、１５  金型、２１  吸引孔、２２  吸引基、２３  吸引口、２６  押さえピン、２７  リブ材。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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