(57)【要約】【課題】高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる半導体装置を提供する。【解決手段】この半導体装置では、銅製の支持体３の上面３Ａに載置されたＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１の表面を被覆する第１の被覆部１５の表面１５Ａを被覆する第２の被覆部１６の環状の端部２３が支持体３の環状の嵌合溝２１に嵌合する。支持体３の嵌合溝２１に嵌合した第２の被覆部１６の環状の端部２３が支持体３に対するアンカーとしての役割を果たすので、支持体３との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部１６が高温時(例えば２００℃以上)に支持体３から剥離するのを抑制できる。【選択図】図１
2011222869.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、
上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面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の樹脂で作製された第１の被覆部と、
上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接する第２の樹脂で作製された第２の被覆部とを備え、
上記第２の樹脂の硬度は、上記第１の樹脂の硬度よりも大きく、
上記支持体は、
上記第２の被覆部の一部が密に嵌合されている嵌合部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、
上記支持体の上記嵌合部は、上記第１の被覆部の周囲を囲む形状であり、
上記第２の被覆部の上記一部は、上記支持体の上記嵌合部に密に嵌合されている端部であ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、
上記第１の樹脂および上記第２の樹脂は、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以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記第１の被覆部を作製する第１の樹脂は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｄ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部を作製する第２の樹脂は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および (Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部は、上記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/℃であることを特徴としている。
(Ａ)成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
2011222869.tif 000008
（上式(１)中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂ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。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）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。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。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
2011222869.tif 000009
（上式(２)中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｈは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−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。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）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。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉ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。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
上記第１の被覆部は、上記(Ｆ)成分を含有し、
さらに、上記第１の被覆部に表面が被覆されていると共に上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部と、
上記第２の被覆部に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部とを備え、
上記第３の被覆部および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
上記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および(Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記半導体素子と上記支持体との間に配置されたセラミック絶縁基板を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記支持体は、金属、または、金属と半導体の複合材料、または、異種金属の積層構造材料で作製されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置において、
上記支持体の表面がメッキされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記半導体素子が、ワイドギヤップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子である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、半導体装置に関し、例えば耐熱性が高い高耐電圧パワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な半導体モジュールでは、半導体素子の表面の絶縁を確保するために素子被覆用レジンとしてのシリコーンゲルで半導体素子を覆い、さらにモールド用樹脂としてのエポキシ樹脂で上記シリコーンゲルを覆って封止している。
【０００３】
しかし、エポキシ樹脂は高温での柔軟性が乏しく、例えばＳｉＣ素子の高温の動作温度領域で２００℃以上になるとガラス化して硬くなってしまう。このため、半導体素子の温度が通電時の高温状態からオフ時の室温状態に戻ると、エポキシ樹脂の内部に多数のクラックが発生し、高電界には耐えることができず、耐電圧性はよくない。
【０００４】
そこで、特許文献１(特開２００９−２１２３４２号公報)では、図７に示すようなＧＴＯサイリスタ装置が記載されている。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７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。
【０００５】
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。
【０００６】
しかし、上記ＧＴＯサイリスタ装置でも、被覆部２１６の線膨張係数１５０ｐｐｍと、銅製とした支持体２１１の線膨張係数１７ｐｐｍとの差はかなりあるので、高温(２００℃以上)で繰り返し熱ストレスがかかる環境で使用すると、支持体２１１と被覆部２１６との間に応力が発生して被覆部２１６が支持体２１１から徐々に剥離して封止機能が損なわれる可能性がある。この場合、半導体素子の耐電圧性の低下等が発生し、ＧＴＯサイリスタ装置の信頼性が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２１２３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明の課題は、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能に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】
【０００９】
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、
上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面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の樹脂で作製された第１の被覆部と、
上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接する第２の樹脂で作製された第２の被覆部とを備え、
上記第２の樹脂の硬度は、上記第１の樹脂の硬度よりも大きく、
上記支持体は、
上記第２の被覆部の一部が密に嵌合されている嵌合部を有することを特徴としている。
【００１０】
この発明の半導体装置では、上記支持体の上面に載置された半導体素子の表面を被覆する第１の被覆部の表面を被覆する第２の被覆部の一部が、上記支持体の嵌合部に密に嵌合している。この支持体の嵌合部に密に嵌合した第２の被覆部の一部が支持体に対するアンカーとしての役割を果たすので、一般に支持体との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部が高温時(例えば２００℃以上)に支持体から剥離するのを抑制できる。
【００１１】
ところで、上記第２の樹脂よりなる第２の被覆部の剥離はヒートサイクルによる膨張,収縮により外周部にできた僅かの隙間から空気が侵入し、周囲の高温環境と相まって樹脂の酸化,硬化が起こり、樹脂の接着力が低下することにより起こる。この樹脂の接着力の低下は、その後の樹脂の膨張,収縮により酸化が内部へと進展する。
【００１２】
これに対し、本発明では、上記第２の被覆部の膨張時には上記第２の被覆部が外周側に向けて上記支持体の嵌合部に押しつけられ、上記第２の被覆部の収縮時には上記第２の被覆部が内周側に向けて上記支持体の嵌合部に押しつけられる。これにより、上記第２の被覆部の膨張と収縮により第２の被覆部と支持体との間に隙間が発生することを抑制できて、上記嵌合部から内部への空気の侵入を抑制できる。
【００１３】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体の上記嵌合部は、上記第１の被覆部の周囲を囲む形状であり、
上記第２の被覆部の上記一部は、上記支持体の上記嵌合部に密に嵌合されている端部である。
【００１４】
この実施形態の半導体装置によれば、上記支持体の嵌合部と上記第２の被覆部の端部とが上記第１の被覆部の周囲を囲んで密に嵌合しているので、第２の被覆部の支持体に対するアンカー作用が確実になり、上記支持体と第２の被覆部との接着力も向上して、第２の被覆部が支持体から剥離するのをより確実に防ぐことができる。
【００１５】
また、一実施形態の半導体装置では、上記第１の樹脂および上記第２の樹脂は、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。
【００１６】
この実施形態の半導体装置によれば、１５５℃以上の高温で使用しても、第１,第２の樹脂で作製された第１,第２の被覆部のクラック,剥離等が発生することを回避できる。なお、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重量％を上記第１の樹脂のセラミック粒子の含有重量％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。
【００１７】
なお、上記第１,第２の樹脂の線膨張係数係数の下限値は、一例として、５ｐｐｍであるが５ｐｐｍ以下、例えば３ｐｐｍでも良い。
【００１８】
また、一実施形態の半導体装置では、
上記第１の被覆部を作製する第１の樹脂は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｄ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部を作製する第２の樹脂は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および (Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部は、上記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/℃であることを特徴としている。
【００１９】
(Ａ)成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
2011222869.tif 000003
（上式(１)中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂ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。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）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。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。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
2011222869.tif 000004
（上式(２)中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｈは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−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。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）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。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉ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。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
この実施形態の半導体装置によれば、上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面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、珪素含有硬化性組成物で作製した。そして、この珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を配合している。したがって、この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第１の被覆部でもって、半導体素子を絶縁できる。
【００２０】
また、上記第２の被覆部は、上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接しない珪素含有硬化性組成物で作製されている。この第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を含有する珪素含有硬化性組成物に充填剤としてセラミックス粒子を配合している。上記第２の被覆部は高温(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。
【００２１】
また、第１の被覆部が支持体と第２の被覆部との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。なお、上記第２の被覆部は、上記第１の被覆部の表面全体を被覆することが望ましい。
【００２２】
また、上記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の被覆部をなす上記珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックスの体積充填率は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の被覆部をなす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の被覆部との密着性が低下し、絶縁性が不足する。一方、上記第２の被覆部をなす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、硬度が低くなり半導体装置の保護能力が不足する。
【００２３】
なお、上記(Ｄ)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、クロロトリストリフェニル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。
【００２４】
また、上記(Ｆ)成分のセラミックス粒子の例としては、コロイダルシリカ、シリカフィラー、シリカゲル、マイカやモンモリロナイト等の鉱物、酸化アルミニウムや酸化亜鉛、二酸化珪素等の金属酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭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。
【００２５】
また、この実施形態によれば、上記第２の被覆部をなす硬化物の線膨張係数が５０ｐｐｍ/℃以上なので、第１の被覆部との密着性が良く、かつ、上記硬化物の線膨張係数が２００ｐｐｍ/℃以下なので、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られる。
【００２６】
また、一実施形態の半導体装置では、上記第１の被覆部は、上記(Ｆ)成分を含有し、
さらに、上記第１の被覆部に表面が被覆されていると共に上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部と、
上記第２の被覆部に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部とを備え、
上記第３の被覆部および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
上記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および(Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。
【００２７】
この実施形態の半導体装置によれば、上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部および上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％を第１,第２の被覆部の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低くした。これにより、上記第３,第４の被覆部の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部の粘度と接着力に比べて高くすることができる。なお、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を略零％とすることがより好ましい。
【００２８】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体素子と上記支持体との間に配置されたセラミック絶縁基板を備える。
【００２９】
この実施形態の半導体装置によれば、上記半導体素子を上記セラミック絶縁基板で上記支持体から絶縁できる。なお、上記セラミック絶縁基板は、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。
【００３０】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体は、銅,アルミニウムのような金属、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る。
【００３１】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体の表面が金、ニッケル、錫、亜鉛、クロム等でメッキされている。
【００３２】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体素子が、ワイドギヤップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子である。
【００３３】
この実施形態の半導体装置によれば、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第１の被覆部でもって、ＳｉＣもしくはＧａＮあるいはその他のワイドギャップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子を絶縁でき、上記第１の被覆部の表面全体を被覆するが上記支持体に接しない上記第２の被覆部は高温(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。
【発明の効果】
【００３４】
この発明の半導体装置によれば、支持体の上面に載置された半導体素子の表面を被覆する第１の被覆部の表面を被覆する第２の被覆部の一部が、上記支持体の嵌合部に密に嵌合する。この支持体の嵌合部に密に嵌合した第２の被覆部の一部が支持体に対するアンカーとしての役割を果たすと共に上記嵌合部から内部への空気の侵入を抑制するので、一般に支持体との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部が高温時(例えば２００℃以上)に支持体から剥離するのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の半導体装置の第１実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図２】この発明の半導体装置の第２実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図３】この発明の半導体装置の第３実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図４】この発明の半導体装置の第４実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図５】この発明の半導体装置の第５実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図６】この発明の半導体装置の第４実施形態の変形例の半導体装置を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。なお、この発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。
【００３７】
(第１の実施の形態)
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を銅製の支持体３の上面３Ａに載置している。
【００３８】
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。
【００３９】
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３との間の絶縁を保ちつつ支持体３を貫通して固定されている。なお、上記支持体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。
【００４０】
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３の上面３Ａの大部分と、支持体３の上面３Ａから突出したアノード端子１０,ゲート端子１１を覆うように、第１の被覆部である被覆部１５となる第１の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。
【００４１】
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」とは重量部を表す。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。
【００４２】
さらに、この実施形態では、上記支持体３に嵌合部をなす嵌合溝２１が形成されている。この嵌合溝２１は、第１の被覆部１５の周囲を囲むように延在している。なお、一例として、上記嵌合溝２１は、第１の被覆部１５の周縁形状に対応して四角形,楕円,円等の形状に第１の被覆部１５の周囲を囲むように延在していればよい。また、上記嵌合溝２１は必ずしも連続的に第１の被覆部の周囲を囲んでいなくてもよく、第１の被覆部の周囲を断続的あるいは部分的に囲んでいてもよい。
【００４３】
また、上記嵌合溝２１に隣接し嵌合溝２１を囲むように支持体３の突起２２が延在している。上記支持体３の嵌合溝２１には、上記第２の被覆部１６の端部２３が密に嵌合している。なお、一例として、上記端部２３は、第１の被覆部１５,嵌合溝２１の周縁形状に対応して四角形,楕円形,円形,多角形等の形状に第１の被覆部１５の周囲を囲むように延在していればよい。また、上記嵌合溝２１は必ずしも連続的に第１の被覆部の周囲を囲んでいなくてもよく、第１の被覆部の周囲を断続的あるいは部分的に囲んでいてもよい。
【００４４】
また、上記第２の被覆部１６の環状の段差部２５が上記支持体３の環状の突起２２に嵌合している。なお、上記支持体３の環状の突起２２はなくてもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
〔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。
【００４７】
〔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（１）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。
【００４８】
〔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。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。
【００４９】
〔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（２）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。
【００５０】
〔合成工程５〕（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部と（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部とを混合したものに、（Ｄ）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部を混合して、上記第１の珪素含有硬化性組成物を得た。
【００５１】
この実施形態によれば、上記支持体３の上面３Ａに載置されたＧＴＯサイリスタ素子１の表面を被覆する第１の被覆部１５の表面１５Ａを被覆する第２の被覆部１６の環状の端部２３が、上記支持体３の環状の嵌合溝２１に密に嵌合している。この支持体３の嵌合溝２１に上記第２の樹脂としての第２の珪素含有硬化性組成物が流し込まれることで密に嵌合した第２の被覆部１６の環状の端部２３が支持体３に対するアンカーとしての機能を果たす。これにより、支持体３との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部１６が高温時(例えば２００℃以上)に支持体３から剥離するのを抑制できる。また、上記第２の被覆部１６の環状の段差部２５が上記支持体３の環状の突起２２に外周側から嵌合しているので、第２の被覆部１６の環状の端部２３を支持体３の環状の嵌合溝２１から外れにくくでき、上記アンカーの機能を強化できる。
【００５２】
また、上記第２の被覆部１６の膨張時には上記第２の被覆部１６の端部２３が外周側に向けて上記支持体３の嵌合溝２１の外周面に押しつけられ、上記第２の被覆部１６の収縮時には上記第２の被覆部１６の端部２３が内周側に向けて上記嵌合溝２１の内周面に押しつけられる。よって、第２の被覆部１６の膨張と収縮により第２の被覆部１６と支持体３との間に隙間が発生することを抑制できて、上記嵌合溝２１から内部への空気の侵入を抑制できる。
【００５３】
また、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、第１の被覆部１５が支持体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。
【００５４】
なお、上記第１,第２の珪素含有硬化性組成物が含有する上記珪素含有重合体(Ａ),(Ｂ)としては、次に示す組成のものを採用できることが、実験により確認された。
【００５５】
珪素含有重合体(Ａ)成分：下記（Ａ）成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
2011222869.tif 000005
（式中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂ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。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）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。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。）
珪素含有重合体(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
2011222869.tif 000006
（式中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−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。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）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。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉ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。）
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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｒ１〜Ｒ７,Ｒ９〜Ｒ１５で表される炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基の一例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第２ブチル、第３ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、第３アミル、ヘキシル、２−ヘキシル、３−ヘキシル、シクロヘキシル、１−メチルシクロヘキシル、ヘプチル、２−ヘプチル、３−ヘプチル、イソヘプチル、第３ヘプチル、ｎ−オクチル、イソオクチル、第３オクチル、２−エチルヘキシル、ノニル、イソノニル、デシル、ドデシル等が挙げられる。
【００５８】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｒ５,Ｒ１３で表される飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基は、置換基である飽和脂肪族炭化水素基も含めた全体で炭素原子数が６〜１２である。置換基である飽和脂肪族炭化水素基としては、例えば、上に例示した飽和脂肪族炭化水素基のうち、上記炭素原子数を満たすことができるものを採用することができ、一例として、フェニル、ナフチル、２−メチルフェニル、３−メチルフェニル、４−メチルフェニル、３−イソプロピルフェニル、４−イソプロピルフェニル、４−ブチルフェニル、４−イソブチルフェニル、４−第３ブチルフェニル、４−ヘキシルフェニル、４−シクロヘキシルフェニル、２，３−ジメチルフェニル、２，４−ジメチルフェニル、２，５−ジメチルフェニル、２，６−ジメチルフェニル、３，４−ジメチルフェニル、３，５−ジメチルフェニル、シクロヘキシルフェニル、ビフェニル、２，４，５−トリメチルフェニル等が挙げられる。
【００５９】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｒ８,Ｒ１６で表される炭素原子数２〜４のアルキレン基としては、一例として、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ（ＣＨ３）ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）−等が挙げられる。
【００６０】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｚ,Ｈで表される炭素原子数２〜４のアルケニル基としては、一例として、ＣＨ２＝ＣＨ−、ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ２−、ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ２−ＣＨ２−、ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）−、ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）−ＣＨ２−、ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ（ＣＨ３）−等が挙げられる。
【００６１】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｚ,Ｈで表される炭素原子数２〜４のアルキニル基としては、一例として、下記の基が挙げられる。
【化３】
2011222869.tif 000007
上記一般式(１)，(２)中のＲ１〜Ｒ７，Ｒ９〜Ｒ１５において、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基の割合を大きくすると、得られる硬化物の可撓性が向上し、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基の割合を大きくすると、得られる硬化物の耐熱性及び硬度が向上する。該飽和脂肪族炭化水素基と該芳香族炭化水素の割合は、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、該飽和脂肪族炭化水素基：該芳香族炭化水素が１００：１〜１：２であり、２０：１〜１：１がより好ましい。また、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基としては、耐熱性が良好であるのでメチル基が好ましく、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基としては、耐熱性が良好であるのでフェニル基が好ましい。
【００６２】
上記一般式(１),(２)に置いて、Ｒ３,Ｒ１１及びＲ４,Ｒ１２が、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、特にメチル基であり、Ｒ５,Ｒ１３及びＲ６,Ｒ１４の少なくとも一方が、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数１〜１２の芳香族炭化水素基、特にフェニル基であるものが好ましい。
【００６３】
本発明のケイ素含有化合物の質量平均分子量は、３０００〜１００万である。３０００より小さいと得られる硬化物の耐熱性が不充分となり、１００万より大きいと粘度が大きくなりハンドリングに支障をきたす。質量平均分子量は、５０００〜５０万が好ましく、１万〜１０万がより好ましい。
【００６４】
本発明のケイ素含有化合物は、その製造方法により、特に制限されることはなく、周知の反応を応用して製造することができる。
尚、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重量％を上記第１の樹脂のセラミック粒子の含有重量％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。
【００６５】
（第２の実施の形態）
次に、この発明の半導体装置の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、前述の第１実施形態における第１の被覆部１５および第２の被覆部１６を形成する珪素含有硬化性組成物の組成が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を説明する。
【００６６】
この第２実施形態では、第１の被覆部１５を前述の第１の珪素含有硬化性組成物に替えて第３の珪素含有硬化性組成物で形成した。この第３の有硬化性祖成物は次に説明する合成工程６によって合成した。なお、この合成工程６において「部」とは重量部を表す。上記第３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。
【００６７】
さらに、この第２実施形態では、第１の被覆部１５の全表面１５Ａを覆うと共に支持体３の嵌合溝２１に端部２３が密に嵌合する第２の被覆部１６が第４の珪素含有硬化性組成物で作製されている。この第２の被覆部１６として使用される第４の珪素含有硬化性組成物は上記第３の珪素含有硬化性組成物にセラミックス粒子として粒径２０μｍのアルミナ微粒子を４０％の体積充填率で配合している。この第４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が得られる。また、上記第４の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１８０ｐｐｍ/℃である。
【００６８】
〔合成工程６〕 （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部と（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部とを混合したものに、（Ｄ）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０．０１部、および鉄（ＩＩＩ）アセチルアセトネート０．０１部を混合して、上記第３の珪素含有硬化性組成物を得た。
【００６９】
この第２実施形態によれば、第２の被覆部１６となる第２の樹脂としての第４の珪素含有硬化性組成物は第１の樹脂としての上記第３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４０％の体積充填率で配合している。そして、この第４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４の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１８０ｐｐｍ/℃である。この第２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。
【００７０】
また、上記第２の被覆部１６の端部２３が、上記支持体３の嵌合溝２１に密に嵌合している。上記支持体３の嵌合溝２１に上記第２の樹脂としての第２の珪素含有硬化性が流し込まれることで密に嵌合した第２の被覆部１６の環状の端部２３が支持体３に対するアンカーとしての機能を果たす。これにより、支持体３との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部１６が高温時(例えば２００℃以上)に支持体３から剥離するのを抑制できる。また、上記第２の被覆部１６の段差部２５が上記支持体３の環状の突起２２に外周側から嵌合しているので、第２の被覆部１６の端部２３を支持体３の環状の嵌合溝２１から外れにくくでき、上記アンカーの機能を強化できる。
【００７１】
また、上記第２の被覆部１６の膨張時には上記第２の被覆部１６の端部２３が外周側に向けて上記支持体３の嵌合溝２１の外周面に押しつけられ、上記第２の被覆部１６の収縮時には上記第２の被覆部１６の端部２３が内周側に向けて上記嵌合溝２１の内周面に押しつけられる。よって、第２の被覆部１６の膨張と収縮により、第２の被覆部１６と支持体３との間に隙間が発生することを抑制できて、上記嵌合溝２１から内部への空気の侵入を抑制できる。
【００７２】
また、第１の被覆部１５が支持体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。
【００７３】
尚、上記第１,第２実施形態において、上記第１の被覆部１５に表面が被覆されていると共に上記ＧＴＯサイリスタ素子１を直接被覆する下塗り部となる第３の被覆部(図示せず)と、上記第２の被覆部１６に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部１５を直接被覆する下塗り部となる第４の被覆部(図示せず)とを備えてもよい。ここで、上記第３の被覆部(図示せず)および第４の被覆部(図示せず)を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｄ）成分および（Ｆ）成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。そして、上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部１５,１６を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。つまり、上記第３,第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分は、上記(Ｆ)成分以外は、上記第１の被覆部１５を作製する珪素含有硬化性組成物の成分と同様である。これにより、下塗り部となる上記第３,第４の被覆部(図示せず)の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部１５,１６の粘度と接着力に比べて高くすることができる。なお、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を略零％とすることがより好ましい。
【００７４】
また、上記第１の被覆部１５の厚さを０.１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下とし、上記第２の被覆部１６の厚さを５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下とし、上記第３および第４の被覆部の厚さを０.０１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、上記実施形態では、支持体３を銅製としたが、銅の他にアルミニウムのような金属、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してもよい。また、上記支持体の表面を金またはニッケル、錫、亜鉛、クロム等でメッキしてもよい。
【００７５】
(第３の実施の形態)
次に、図２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、図１のＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１に替えてＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子２１を有する点と、支持体３に替えて、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た支持体３３および上記支持体３３の上面３３Ａ上に設置されてＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子３１が載置されたセラミック絶縁基板３５を有する点が、前述の第１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１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００７６】
この第３実施形態が有するＧＴＯサイリスタ素子３１は、アノード電極３２がアルミニウム,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、カソード電極３７がセラミック絶縁基板３５上に配置されている。また、ＧＴＯサイリスタ素子３１のゲート電極３６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。すなわち、この第３実施形態は、ＧＴＯサイリスタ素子３１がカソード電極３７を有し、支持体３に替えてセラミック絶縁基板３５と支持体３３を備え、ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子３１の下にセラミック絶縁基板３５を敷いてＧＴＯサイリスタ素子３１のカソード電極３７を支持体３３と絶縁した構造とした点が、先述の第１実施形態と異なっている。
【００７７】
尚、この第３実施形態において、図３に示すように、上記第１の被覆部１５に表面４１Ａが被覆されていると共に上記ＧＴＯサイリスタ素子３１を直接被覆する第３の被覆部４１と、上記第２の被覆部１６に表面４２Ａが被覆されていると共に上記第１の被覆部１５を直接被覆する第４の被覆部４２とを備えてもよい。上記第３の被覆部４１は、素子被覆部(第１の被覆部１５)の下塗りとなり、上記第４の被覆部４２は、モールド部(第２の被覆部１６)の下塗りとなる。なお、図３に示す一例では、第３の被覆部４１はＧＴＯサイリスタ素子３１だけでなく支持体３３上に突出したアノード端子１０,ゲート端子１１も覆っている。
【００７８】
ここで、上記第３の被覆部４１および第４の被覆部４２を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｄ）成分および（Ｆ）成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。そして、上記第３および第４の被覆部４１,４２を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部１５,１６を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。つまり、上記第３,第４の被覆部４１,４２を作製する珪素含有硬化性組成物の成分は、上記(Ｆ)成分以外は、上記第１の被覆部１５を作製する珪素含有硬化性組成物の成分と同様である。これにより、上記第３,第４の被覆部４１,４２の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部１５,１６の粘度と接着力に比べて高くすることができる。また、上記第３,第４の被覆部４１,４２の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部４１,４２の(Ｆ)成分の含有重量％を約０％とすることがより好ましい。
【００７９】
また、上記第１の被覆部１５の厚さを０.１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下とし、上記第２の被覆部１６の厚さを５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下とし、上記第３,第４の被覆部４１,４２の厚さを０.０１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、図３では、第３の被覆部４１は、ＧＴＯサイリスタ素子３１だけでなく支持体３３上に突出したアノード端子１０,ゲート端子１１も覆っているがＧＴＯサイリスタ素子３１とその周辺部だけを覆ってもよいし、第３の被覆部４１を支持体２３の縁に向かって広く塗って第１の被覆部１５の端まで延在させてもよい。なお、上記セラミック絶縁基板３５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、支持体３３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。
【００８０】
（第４の実施の形態）
次に、図４に、この発明の半導体装置の第４実施形態を説明する。この第４実施形態は、耐圧５ｋＶ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５３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５３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５３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。
【００８１】
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。
【００８２】
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の被覆部である被覆部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。
【００８３】
また、この実施形態では、上記第１の被覆部６３の全表面６３Ａ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。
【００８４】
さらに、この実施形態では、上記支持体５３に嵌合部をなす嵌合溝６９が形成されている。この嵌合溝６９は、第１の被覆部６３の周囲を囲むように延在している。なお、一例として、上記嵌合溝６９は、第１の被覆部６３の周縁形状に対応して四角形,楕円,円等の形状に第１の被覆部６３の周囲を囲むように延在していればよい。また、上記嵌合溝６９は必ずしも連続的に第１の被覆部の周囲を囲んでいなくてもよく、第１の被覆部の周囲を断続的に囲んでいてもよい。
【００８５】
上記支持体５３の嵌合溝６９には、上記第２の被覆部６４の端部６７が密に嵌合している。なお、一例として、上記端部６７は、第１の被覆部６３,嵌合溝６９の周縁形状に対応して四角形,楕円形,円形,多角形等の形状に第１の被覆部６３の周囲を囲むように延在していればよい。また、上記嵌合溝６９は必ずしも連続的に第１の被覆部の周囲を囲んでいなくてもよく、第１の被覆部の周囲を断続的に囲んでいてもよい。
【００８６】
この実施形態によれば、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第１の被覆部６３でもって、ＧＴＯサイリスタ素子５１を絶縁できる。また、上記支持体５３上のセラミック絶縁基板５２の上面５２Ａに載置されたＧＴＯサイリスタ素子５１の表面を被覆する第１の被覆部６３の表面６３Ａを被覆する第２の被覆部６４の端部６７が、上記支持体５３の嵌合溝６９に密に嵌合している。この支持体５３の嵌合溝６９に上記第２の樹脂(一例として、上記第２の珪素含有硬化性組成物)が流し込まれることで密に嵌合した第２の被覆部６４の環状の端部６７が支持体５３に対するアンカーとしての機能を果たす。これにより、支持体５３との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部６４が高温時(例えば２００℃以上)に支持体５３から剥離するのを抑制できる。
【００８７】
また、上記第２の被覆部６４の膨張時には上記第２の被覆部６４の端部６７が外周側に向けて上記支持体５３の嵌合溝６９の外周面に押しつけられ、上記第２の被覆部６４の収縮時には上記第２の被覆部６４の端部６７が内周側に向けて上記支持体５３の嵌合溝６９の内周面に押しつけられる。よって、第２の被覆部６４の膨張と収縮により支持体５３と第２の被覆部６４との間に隙間が発生することを抑制できて、上記嵌合溝６９から内部への空気の侵入を抑制できる。
【００８８】
また、第１の被覆部６３がセラミック製の絶縁基板５２と第２の被覆部６４との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。これにより、この実施形態によれば、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共にＧＴＯサイリスタ素子５１の被覆部６３とＧＴＯサイリスタ素子５１の支持体をなすセラミック製の絶縁基板５２との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる。
【００８９】
尚、上記第４実施形態の変形例を、図６に示す。この図６に示す変形例は、上記支持体５３に替えて支持体１０３を有し、上記第２の被覆部６４に替えて第２の被覆部１１４を有する点だけが、上述の第４実施形態と異なる。そして、この変形例の支持体１０３は、図４の嵌合溝６９に替えて、嵌合部として嵌合凸部１１９を有する点が図４の支持体５３と異なる。また、この変形例の第２の被覆部１１４は、図４の端部６７に替えて、嵌合溝１１７を有する点が図４の第２の被覆部６４と異なる。
【００９０】
この第４実施形態の変形例では、上記支持体１０３上のセラミック絶縁基板５２の上面５２Ａに載置されたＧＴＯサイリスタ素子５１の表面を被覆する第１の被覆部６３の表面６３Ａを被覆する第２の被覆部１１４の嵌合溝１１７が、上記支持体１０３の嵌合凸部１１９に密に嵌合している。この支持体１０３の嵌合凸部１１９上から上記第２の樹脂(一例として、上記第２の珪素含有硬化性組成物)が流し込まれることで上記支持体１０３の嵌合凸部１１９と密に嵌合した第２の被覆部１１４の環状の嵌合溝１１７が支持体１０３に対するアンカーとしての機能を果たす。これにより、支持体１０３との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部１１４が高温時(例えば２００℃以上)に支持体１０３から剥離するのを抑制できる。
【００９１】
また、この変形例では、上記第２の被覆部１１４の膨張時には上記第２の被覆部１１４の嵌合溝１１７が外周側に向けて上記支持体１０３の嵌合凸部１１９に押しつけられ、上記第２の被覆部１１４の収縮時には上記第２の被覆部１１４の嵌合溝１１７が内周側に向けて上記嵌合凸部１１９に押しつけられる。これによって、上記第２の被覆部１１４の膨張と収縮により支持体１０３と第２の被覆部１１４との間に隙間が発生することを抑制できて、上記嵌合凸部１１９から内部への空気の侵入を抑制できる。
【００９２】
なお、この変形例においても、上記嵌合凸部１１９は、第１の被覆部６３,嵌合溝１１７の周縁形状に対応して四角形,楕円形,円形,多角形等の形状に第１の被覆部６３の周囲を囲むように延在していればよい。また、上記嵌合凸部１１９は必ずしも連続的に第１の被覆部の周囲を囲んでいなくてもよく、第１の被覆部６３の周囲を断続的に囲んでいてもよい。
【００９３】
(第５の実施の形態)
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実施形態は、耐圧５ｋＶのＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子７１を有し、このＳｉＣ サイリスタ素子７１は、カソード電極７９がセラミック絶縁基板７２の上面７２Ａ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７２の裏面には裏面電極７３が形成されている。上記セラミック絶縁基板７２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。
【００９４】
上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子７１のアノード電極７５はアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線７６により電極７７に接続されている。また、ＧＴＯサイリスタ素子７１のゲート電極７４は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線７８により電極８０に接続されている。また、上記電極８０には電極８０上に延在するゲート端子８１が接続され、上記電極７７には電極７７上に延在するアノード端子８２が接続されている。
【００９５】
そして、上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子７１の全表面、およびリード線７６,７８と電極７７,８０、および電極７７,８０上の端子８１,８２の一部分を覆うように、第１の被覆部である被覆部８３となる第１の樹脂(例えば、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。
【００９６】
また、上記電極７７,８０およびカソード電極７９と裏面電極７３は銅製であり、この電極７７,８０およびカソード電極７９と裏面電極７３およびセラミック絶縁基板７２が支持体としてのＤＢＣ(ダブル・ボンディング・カッパー)基板９１を構成している。そして、このＤＢＣ基板９１は、セラミック絶縁基板７２上に銅製の溝形成用パターン部９０が上記第１の被覆部８３の周囲を囲むように形成されている。この溝形成用パターン部９０は、上記電極７７,８０との間に嵌合溝８９を形成している。この嵌合溝８９は、上記第１の被覆部８３の周囲を囲むように形成される。
【００９７】
また、この実施形態では、上記第１の被覆部８３の全表面８３Ａを覆う第２の被覆部８４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８４として使用される第２の樹脂は、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。
【００９８】
この実施形態によれば、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第１の被覆部８３でもって、ＧＴＯサイリスタ素子７１を絶縁できる。また、上記第２の被覆部８４は、環状の端部８７が上記ＤＢＣ基板９１の環状の嵌合溝８９に密に嵌合している。すなわち、このＤＢＣ基板９１の環状の嵌合溝８９に第２の樹脂(例えば、上記第２の珪素含有硬化性組成物)が流し込まれることで密に嵌合した第２の被覆部８４の環状の端部８７がＤＢＣ基板９１に対するアンカーとしての機能を果たす。これにより、ＤＢＣ基板９１との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部８４が高温時(例えば２００℃以上)にＤＢＣ基板９１から剥離するのを抑制できる。また、この実施形態では、上記第２の被覆部８４の環状の端部８７と外周端部８８とで上記ＤＢＣ基板９１の溝形成用パターン部９０の内周側と外周側の両側から挟んでいるので、上記第２の被覆部８４をＤＢＣ基板９１から剥がれにくくすることができる。
【００９９】
また、上記第２の被覆部８４の膨張時には上記第２の被覆部８４の端部８７が外周側に向けて上記嵌合溝８９の外周面に押しつけられ、上記第２の被覆部８４の収縮時には上記第２の被覆部８４の端部８７が内周側に向けて上記嵌合溝８９の内周面に押しつけられる。よって、第２の被覆部８４の膨張と収縮によりセラミック絶縁基板７２と第２の被覆部８４との間に隙間が発生することを抑制できて、上記嵌合溝８９から内部への空気の侵入を抑制できる。
【０１００】
また、第１の被覆部８３がＤＢＣ基板９１と第２の被覆部８４との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。これにより、この実施形態によれば、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共にＧＴＯサイリスタ素子７１の被覆部８３とＧＴＯサイリスタ素子７１の支持体をなすＤＢＣ基板９１との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる。
【０１０１】
なお、上記ＤＢＣ基板９１の嵌合溝８９は、必ずしも環状である必要はなく、第１の被覆部８３の周縁形状に対応して四角形,楕円,円等の形状に第１の被覆部８３の周囲を囲むように延在していればよい。また、上記嵌合溝８９は必ずしも連続的に第１の被覆部８３の周囲を囲んでいなくてもよく、第１の被覆部の周囲を断続的あるいは部分的に囲んでいてもよい。また、上記嵌合溝８９に嵌合される端部８７の形状も嵌合溝８９の形状と同様、必ずしも環状である必要はなく、第１の被覆部８３の周縁形状に対応して四角形,楕円,円等の形状に第１の被覆部８３の周囲を囲むように延在していればよい。また、端部８７は必ずしも連続的に第１の被覆部８３の周囲を囲んでいなくてもよく、第１の被覆部の周囲を断続的あるいは部分的に囲んでいてもよい。
【０１０２】
尚、上記第１〜第５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５実施形態では、支持体３,３３,５３,ＤＢＣ基板９１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４実施形態では、支持体３,３３,５３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。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
この発明は、一例として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、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】
【０１０４】
１,３１,５１,７１  ＧＴＯサイリスタ素子
２,３２,５５,７５  アノード電極
３,３３,５３,１０３  支持体
３Ａ,３３Ａ,５２Ａ  上面
４,３７,５９,７９  カソード電極
６,３６,５４,７４  ゲート電極
７,８,５６,５８,７６,７８  リード線
１０,６２,８２  アノード端子
１１,６１,８１  ゲート端子
１４,１９  絶縁材
１５,６３,８３  第１の被覆部
１６,６４,８４,１１４  第２の被覆部
２１,６９,８９,１１７  嵌合溝
２２,６７  突起
２３  環状の端部
２５  環状の段差部
３５,５２,７２  セラミック絶縁基板
４１  第３の被覆部
４２  第４の被覆部
７３  裏面電極
９０  溝形成用パターン部
９１  ＤＢＣ基板
１１９  嵌合凸部
【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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