(57)【要約】【課題】高い耐熱性と高い耐塩害性とを両立させた半導体装置を低コストで得る。【解決手段】円板形状のダイオード１１が、凹部が形成された容器状の支持電極１２の凹部中に設置されている。円板形状における上下面が、ダイオード１１における２つの電極となっており、下面の電極は、はんだ層１３を介して支持電極１２における凹部の底面に接続されている。上面の電極は、はんだ層１４を介してリード端子１５に接続されている。支持電極１２の凹部には、絶縁性の樹脂材料からなる保護部材１６が充填されており、リード端子１５の棒状の部分は、この保護部材１６から突出した形態とされる。保護部材１６は、エポキシ樹脂を主材料とし、特にその表面での撥水性を高める処理が行われている。このため、このエポキシ樹脂中には、シリコン系溶剤が添加されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの電極を具備する半導体チップと、前記２つの電極にそれぞれ接続された２つの引出電極が設けられ、当該２つの引出電極間に絶縁性の保護部材が形成された構成を具備する半導体装置であって、
前記保護部材表面で撥水性を高める処理が行われたエポキシ樹脂が前記保護部材として用いられたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記２つの引出電極のうちの一方は、凹部が形成され、当該凹部中に前記半導体チップを収容し、前記半導体チップにおける２つの電極のうちの一方と接続された支持電極であり、
前記保護部材は、前記凹部中に充填され、
前記２つの引出電極のうちの他方は、前記半導体チップにおける２つの電極のうちの他方と接続され、前記保護部材から突出した形態とされたリード端子である、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記保護部材は、シロキサン結合をもつシリコン系溶剤が、Ｓｉの重量濃度として０．５重量％〜２．５重量％の濃度で添加されたエポキシ樹脂であ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。
【請求項４】
前記半導体チップはダイオードであり、整流素子として動作することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項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、２つの電極を具備する半導体素子がモールドされた形態をもつ半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子がモールドされ、実装される際には、様々な形態が採用される。例えば、２つの電極をもつダイオード等の半導体素子が実装される際には、図１に示されるような形態が採用される。図１（ａ）は、その外観斜視図であり、図１（ｂ）は、その内部構造を示す断面図である。この半導体装置（整流素子）１０においては、円板形状のダイオード１１が用いられる、ダイオード１１は、円筒形の凹部をもつ容器状となった支持電極１２中に収納されている。ダイオード１１の下面は、はんだ層１３を介して支持電極１２に接続されており、ダイオード１１の上面は、はんだ層１４を介してリード端子１５に接続されている。リード端子１５の下部は、ダイオード１１の上面に整合した円板形状であり、棒状に突出した部分が上部に設けられている。電圧がそれぞれ印加されるリード端子１５と支持電極１２との間の絶縁性を確保するために、支持電極１２の凹部には、絶縁性の樹脂材料からなる保護部材１６が充填されている。また、特に高い絶縁性が要求されるダイオード１１等の側壁には、ポリイミド等からなる側壁保護材１７も形成されている。この構成によって、支持電極１２における凹部中にダイオード１１がモールドされ、ダイオード１１における２つの電極は、２つの引出電極（支持電極１２、リード端子１５）に接続された構成となる。
【０００３】
この構造においては、引出電極となった支持電極１２の下面とリード端子１５の上部に電気的接続がとられ、整流素子として動作させることができる。この際、これらの間には電圧が印加されるため、保護部材１６には高い機械的強度や絶縁特性が要求され、これが維持されるためには、支持電極１２等への安定した密着性も要求される。また、こうした整流装置は、例えば自動車のエンジンの近傍等で用いられることが多いため、高い耐熱性、耐候性も要求される。
【０００４】
こうした要求を満たす材料として、シリコーン樹脂が保護部材１６として広く用いられている。しかしながら、シリコーン樹脂は、熱膨張係数が大きいために、支持電極１２やリード端子１５との間で剥離を生じやすい。更に、こうした整流素子の耐久試験の一種として知られ、ＪＩＳＺ２３７１で規定される塩水噴霧試験においては、塩水が各電極に印加された電圧によって電気分解され、その際にアルカリが発生するという現象が確認された。このアルカリは、金属とシリコーン樹脂との間の密着性に寄与するシロキサン結合を破壊し、剥離の原因となる。このことは、例えば海浜地帯でこの整流素子が使用される際の寿命が短くなることを意味する。これに対して、特許文献１では、このシロキサン結合の破壊を抑制するために、シリコーン樹脂にシリカ粉末を添加することが有効であることが示された。すなわち、これによって耐塩害性を高めることができる。
【０００５】
また、特許文献２においては、保護部材１６の表面側に、耐触塗装剤を塗布する構造が記載されている。これによっても、塩水の電気分解による影響等は抑制される。
【０００６】
これらの技術によって、高い耐圧を長期間にわたり安定して維持できる整流素子が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−１４６６５５号公報
【特許文献２】特開昭５６−３２７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の例で保護部材として用いられていたシリコーン樹脂は、耐熱性という点では必ずしも充分ではない。保護部材としては、シリコーン樹脂の他には、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の熱可塑性樹脂等が用いられるが、いずれも、軟化温度が低い。すなわち、耐熱性が不充分である。
【０００９】
エポキシ樹脂は、軟化温度が高いために耐熱性、耐久性という点では良好であり、絶縁性に関しても良好である。しかしながら、エポキシ樹脂を用いた場合には、塩水噴霧試験において、シリコーン樹脂よりも劣った結果となった。すなわち、耐塩害性という観点では、エポキシ樹脂はシリコーン樹脂等よりも劣っていた。特許文献２に記載の技術のように、表面に耐触塗装剤を塗布することによって耐塩害性を高めることは可能であるが、この場合には、この半導体装置を製造するに際して、耐触塗装剤を表面に塗布する工程が新たに必要になる。このために、その製造コストが高くなった。
【００１０】
このように、高い耐熱性と高い耐塩害性とを両立させた半導体装置を低コストで得ることは困難であった。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、２つの電極を具備する半導体チップと、前記２つの電極にそれぞれ接続された２つの引出電極が設けられ、当該２つの引出電極間に絶縁性の保護部材が形成された構成を具備する半導体装置であって、前記保護部材表面で撥水性を高める処理が行われたエポキシ樹脂が前記保護部材として用いられたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記２つの引出電極のうちの一方は、凹部が形成され、当該凹部中に前記半導体チップを収容し、前記半導体チップにおける２つの電極のうちの一方と接続された支持電極であり、前記保護部材は、前記凹部中に充填され、前記２つの引出電極のうちの他方は、前記半導体チップにおける２つの電極のうちの他方と接続され、前記保護部材から突出した形態とされたリード端子である、ことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記保護部材は、シロキサン結合をもつシリコン系樹脂が、Ｓｉの重量濃度として０．５重量％〜２．５重量％の濃度で添加されたエポキシ樹脂であることを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記半導体チップはダイオードが形成されたチップであり、本発明の半導体装置は、整流素子として動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上のように構成されているので、高い耐熱性と高い耐塩害性とを両立させた半導体装置を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ダイオードが実装されて構成された整流素子の形態を示す外観斜視図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図２】塩水噴霧試験によってエポキシ樹脂が劣化する際の反応を示す図である。
【図３】実施例と比較例における塩水噴霧試験の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態となる半導体装置について説明する。この半導体装置は、ダイオードが用いられた整流素子として動作する。その構造は、図１における従来の半導体装置（整流素子）１０と同様である。
【００１６】
すなわち、図１に示されるように、円板形状のダイオード（半導体チップ）１１が、凹部が形成された容器状の支持電極１２の凹部中に設置されている。円板形状における上下面が、ダイオード１１における２つの電極となっており、下面の電極は、はんだ層１３を介して支持電極（引出電極）１２における凹部の底面に接続されている。上面の電極は、はんだ層１４を介してリード端子（引出電極）１５に接続されている。リード端子１５の底面は、ダイオード１１の上面に整合した円板形状であり、その上部には、棒状に突出した部分が設けられている。支持電極１２の凹部には、絶縁性の樹脂材料からなる保護部材１６が充填されており、リード端子１５の棒状の部分は、この保護部材１６から突出した形態とされる。また、特に高い絶縁性が要求されるダイオード１１等の側壁には、ポリイミド等からなる側壁保護材１７も形成されている。この構成によって、支持電極１２における凹部中にダイオード１１がモールドされ、ダイオード１１における２つの電極は、２つの引出電極（支持電極１２、リード端子１５）に接続された構成となる。２つの引出電極間の絶縁性は、主に保護部材１６によって確保される。
【００１７】
ここで特徴的なのは、保護部材１６の材質である。本発明の実施の形態で用いられる保護部材１６は、エポキシ樹脂を主材料とし、特にその表面での撥水性を高める処理が行われている。このため、このエポキシ樹脂中には、シリコン系溶剤が添加されている。このシリコン系溶剤は、保護部材１６の熱硬化後の特性（ガラス転移温度・ヤング率・絶縁抵抗率・不純物濃度等）には大きな影響を与えないが、その表面の性質を大きく変える。具体的には、表面の撥水性が大きく高まる。
【００１８】
エポキシ樹脂としては、通常知られる材料として、例えば、ビスフェノールＡにエピクロルヒドリンが付加、又はフェノールノボラックにエピクロルヒドリンが付加されたプレポリマーと、多官能酸無水系の硬化剤とが混合されたものを、用いることができる。
【００１９】
シリコン系溶剤としては、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）をもつ溶剤が好ましく、これが、表面の撥水性を高めることに寄与する。その添加量としては、エポキシ樹脂のもつ高い耐熱性、耐久性に影響を与えずに表面の撥水性を高めるためには、シロキサン結合の濃度に対応して、Ｓｉの重量濃度を０．５〜２．５重量％程度の添加量とすることが好ましい、０．５重量％未満では、撥水性が不充分であり、２．５重量％よりも多いと、エポキシ樹脂の耐熱性、耐久性に悪影響が出る。
【００２０】
エポキシ樹脂自身の表面における撥水性は低いが、その表面における撥水性を高くすることにより、塩水がリード端子１５や支持電極１２で電気分解することが抑制される。このため、本来は耐塩害性が低いエポキシ樹脂の耐塩害性を実質的に高めることができる。
【００２１】
まず、エポキシ樹脂の耐塩害性について以下に説明する。
【００２２】
まず、塩（ＮａＣｌ）は、（１）式に示されるように、水中ではＮａ＋イオンとＣｌ−イオンに分解され、更に塩水が電気分解されると、Ｈ＋イオンとＯＨ−イオンとなる。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
図２は、Ｈ＋イオンとＯＨ−イオンのエポキシ樹脂に対して起こす反応を示す図である。ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、それぞれＣ、Ｈが連鎖して構成されている成分を示す。エポキシ樹脂においては丸印で囲まれたＯ分子の結合は比較的弱く、これにＨ＋、ＯＨ−が反応することによって、この両側のＣ分子間の結合が分断され、ＣとＨが連鎖した樹脂本体と、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３成分を含む離脱成分とに分解される。後者は、水溶液中に溶出し、前者は元のエポキシ樹脂表面に残留する。すなわち、Ｈ＋、ＯＨ−によってエポキシ樹脂は分解され、変質する。分解後の樹脂本体の絶縁性は低く、もはや保護部材１６としての機能を果たすことはできない。
【００２５】
単にエポキシ樹脂を塩水に浸漬しただけではこうした反応は生じず、エポキシ樹脂は分解されないが、更に電極に電圧が印加された条件下においては、こうした反応が生じるためにエポキシ樹脂は分解される。この状況は、例えば海浜地帯で図１の構造の整流素子が使用される際に対応する。塩水噴霧試験は、この状況に対応した加速試験となっている。
【００２６】
また、保護部材１６だけでなく、金属で構成された支持電極１２やリード端子１５の表面においても、例えばＣｌ−と金属成分との反応が生じ、腐食の原因となることも明らかである。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る半導体装置において用いられる保護部材はエポキシ樹脂であるが、シリコン系溶剤を上記の範囲で添加することにより、その表面において撥水性をもつ。
【００２８】
この実験結果について説明する。図１の構造において、保護部材１６として通常のエポキシ樹脂を用いた比較例と、保護部材１６として前記のシリコン系溶剤が添加されたエポキシ樹脂（シリコン系溶剤をＳｉ濃度として１．５重量％添加）を用いた実施例について、塩水噴霧試験を行った。ここで、ダイオード１１の導通方向を２種類とし、それぞれに場合に、ダイオード１１が逆方向となる電圧が支持電極１２とリード端子１５の間に印加された。ここで、共に表面がニッケル（Ｎｉ）めっきされた銅（Ｃｕ）で、支持電極１２、リード端子１５を形成した。このため、保護部材１６だけでなく、支持電極１２やリード端子１５も、上記の反応によって影響を受ける。ここで、印加電圧は７．５Ｖ、保持期間は３８８時間とした。
【００２９】
この実験の際の形態、及びその結果について図３に表として示す。図３に示された表における最上段は、この実験における試料の断面図である。ここで、図１の構造に対して塩水の水滴２０が噴霧されている。ここでは、ダイオードの導通方向を２種類（左：下向き、右：上向き）としている。なお、図示を省略しているが、この支持電極１２の外側にはアルミニウム（Ａｌ）で形成されたフィンが設けられており、このフィンは支持電極１２と共通電位とされる。
【００３０】
図３の表の２段目には、この状態において観察された保護部材１６上の水滴２０の状態が模式的に示されている。３段目には、塩水噴霧試験後の状態が模式的に示され、その結果の概要がその下側の段に記載されている。
【００３１】
図３の表の２段目の結果より、ダイオード１１の順方向の向きに関わらず、比較例（通常のエポキシ樹脂）の場合には、その表面の撥水性が不充分であり、塩水の水滴２０と保護部材１６の表面との接触角θが小さく、濡れ性が高く、これらの間の接触面積が大きくなった状態であった。一方、実施例の場合には、接触角θが大きくなったために、この接触面積が極めて小さくなっていることが確認できた。
【００３２】
図３の表の３段目は、塩水噴霧試験後のこの半導体装置１０の形態を模式的に示した図である。以下、これについて説明する。
【００３３】
まず、比較例の結果について説明する。まず、ダイオード１１の順方向を下向きとし、支持電極１２側を正電位とした場合、保護部材１６における表面側が除去され、支持電極１２の表面側及びその外側のフィンが腐食した。一方、リード端子１５には異常は見られない。保護部材１６の表面側が除去されたことは、図２に示された反応が生じていたことに起因する。同時に、正電位とされた支持電極１２の表面におけるＣｌ−やＯＨ−によってその表面のＮｉの腐食が発生し、その下地となったＣｕも腐食が進行したことによって、支持電極１２の腐食が進行した。また、負電位とされたリード端子１５には異常が見られなかったことは、リード端子１５側に集まるＮａ＋、Ｈ＋、あるいは支持電極１２やフィンから溶出したＮｉ＋、Ｃｕ＋、Ａｌ＋等は、リード端子１５の表面に悪影響を与えないことに起因する。
【００３４】
ダイオード１１の順方向を上向きとし、リード端子１５側を正電位とした場合の比較例においては、これとは逆に、保護部材１６と支持電極１２には異常は見られず、リード端子１５が腐食して折損した。リード端子１５が腐食し、支持電極１２に異常が見られない原因は、それぞれ前記の支持電極１２、リード端子１５の場合と同様である。一方、この場合には、保護部材１６にも異常が見られなかった。これは、図１の構造においては、保護部材１６の表面の電位はその直下にあるリード端子１５の底面の電位と近く、これが負側となる場合（ダイオード１１の順方向が下向きの場合）において特に図２の反応が進行するためであると考えられる。すなわち、図２の反応が進行するに際しては、Ｈ＋等の影響が大きいと考えられる。
【００３５】
次に、実施例の結果について説明する。実施例においては、ダイオード１１の順方向の向きに関わらず、支持電極１２、リード端子１５、保護部材１６のいずれにも腐食や異常は見られなかった。
【００３６】
ダイオード１１の順方向を下向きとした場合においては、比較例で顕著であった保護部材１６と支持電極１２の腐食が見られなくなった。これは、保護部材１６表面の撥水作用が高まったことに起因する。上記の電気化学的作用はこの構造の表面で生じるが、保護部材１６の表面で撥水作用が高まり、図２の反応が生じにくくなった。また、図１の構造においては、表面の大部分の面積を占める保護部材１６の撥水性が高まったことに伴って、支持電極１２と塩水との接触面積も減少し、支持電極１２の腐食も低減されたと考えられる。
【００３７】
ダイオード１１の順方向を上向きとした場合においては、比較例においても支持電極１２，保護部材１６に異常は見られなかったが、この点については実施例でも同様である。一方、比較例で見られたリード端子１５の腐食が実施例では見られなかった。これは、前記と同様に、保護部材１６の撥水作用が高まったことに起因してリード端子１５と塩水との接触面積も減少したためと考えられる。
【００３８】
以上の結果より、保護部材１６表面の撥水作用を高めた実施例においては、ダイオード１１の方向性に関わらず（各電極に印加される電圧の極性に関わらず）、支持電極１２、リード端子１５、保護部材１６における電気化学反応が抑制され、腐食が抑制されることが確認された。
【００３９】
この際、保護部材１６の主成分はエポキシ樹脂であるため、その軟化温度が高く、絶縁性も高い。従って、この半導体装置（整流素子）においては、高い耐熱性と高い耐塩害性とが得られる。
【００４０】
保護部材１６の表面の撥水作用を高めるためには、例えばこの表面を撥水性の高い材料でコーティングすることも有効である。しかしながら、この場合には、この半導体装置を製造するに際して、このコーティングを施す工程が新たに必要となるため、製造コストが高くなる。また、このコーティング膜自身に耐熱性や絶縁性も要求される。これに対して、上記の材料を保護部材１６として用いることにより、表面の撥水性を高めることによって高い耐塩害性をもつ半導体装置を、単純な製造工程によって得ることが可能である。この際、保護部材１６の主成分はエポキシ樹脂であるために、前記の通りその軟化温度は高く、高い耐熱性も得られる。
【００４１】
なお、上記の例では、保護部材１６として、シリコン系溶剤が添加されたエポキシ樹脂を用いたが、他の材料を用いることも可能である。シリコン系材料と同様に撥水性をもつ材料としてフッ素（Ｆ）系材料も存在する。こうした材料が添加されることによって表面の撥水性が高められたエポキシ樹脂であれば、上記と同様の効果を奏することは明らかである。
【００４２】
また、上記の例では、この半導体装置が、ダイオードが用いられた整流素子であるとしたが、本発明は、これに限定されない。図１と同様に、支持電極とリード端子との間の絶縁性等が保護部材によって確保され、高い耐塩害性が要求される半導体装置であれば、上記の構成の保護部材を用いることにより、同様に耐塩害性を高めることが可能である。また、保護部材中に封入される半導体チップとしてはダイオードのみとしたが、他の半導体チップも同時に封入することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  整流素子（半導体装置）
１１  ダイオード（半導体チップ）
１２  支持電極（引出電極）
１３、１４  はんだ層
１５  リード端子（引出電極）
１６  保護部材
１７  側壁保護材
２０  水滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011199160.tif 000006