(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板に固着された金属ブロックと、
前記金属ブロックに固着され電気的に並列に接続された、同じ機能を有する複数の、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子と、
前記半導体素子に固着された複数のインプラントピンと、
前記インプラントピンに固着され、前記半導体素子に対向して配置されたプリント基板と、を備え、
前記金属ブロックと前記プリント基板の間隔が２００μｍから１ｍｍであり、
最大粒径が１００μｍの充填材を含んでいる封止材が前記半導体素子とプリント基板の間に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子の大きさが２ｍｍ〜５ｍｍ角である請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
さらに、電気的に並列に接続され、同じ機能を有する複数の、Ｓｉを用いた半導体素子が前記金属ブロックに固着された請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
ワイドバンドギャップ半導体を用いた前記半導体素子がトランジスタまたはダイオードである請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
ワイドバンドギャップ半導体を用いた前記半導体素子がダイオードであり、Ｓｉを用いた前記半導体素子がトランジスタである請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
一方の面に第１金属層が、他方の面に第２金属層が、それぞれ固着された絶縁基板と、
該第１金属層に固着された第１金属ブロックと、
前記第２金属層に固着された第２金属ブロックと、
該第２金属ブロック上にその一方の面が固着され電気的に並列に接続された、同じ機能を有する複数の、ＳｉＣもしくはＧａＮを用いた半導体素子と、
該半導体素子のそれぞれの他方の面に固着された複数のインプラントピンと、
第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、を備え、
前記第２金属ブロックと前記プリント基板の間隔が２００μｍから１ｍｍであり、
最大粒径が１００μｍの充填材を含んでいる封止材が前記半導体素子とプリント基板の間に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子の大きさが２ｍｍ〜５ｍｍ角である請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
さらに、電気的に並列に接続され、同じ機能を有する複数の、Ｓｉを用いた半導体素子が前記第２金属ブロックに固着された請求項６記載の半導体装置。
【請求項９】
ＳｉＣもしくはＧａＮを用いた前記半導体素子がトランジスタまたはダイオードである請求項６記載の半導体装置。
【請求項１０】
ＳｉＣもしくはＧａＮを用いた前記半導体素子がダイオードであり、Ｓｉを用いた前記半導体素子がトランジスタである請求項８記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記封止材が液状エポキシ樹脂を硬化したもの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１２】
前記封止材が液状エポキシ樹脂を硬化したものであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記充填材がシリカ、アルミナまたはシリカとアルミナの混合物のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記充填材がシリカ、アルミナまたはシリカとアルミナの混合物のいずれかであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記充填材の含有量が封止材に対し７０重量％〜８５重量％であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記封止材の熱膨張係数が１．５×１０−５／℃〜１．８×１０−５／℃であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記封止材の前記金属ブロックに対する接着強さが１０ＭＰａ〜３０ＭＰａであることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記封止材の前記第２金属ブロックに対する接着強さが１０ＭＰａ〜３０ＭＰａであることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記封止材の熱変形温度が１７５℃から２２５℃であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
【請求項２０】
金属ブロックが表面に固着された絶縁基板を用意する工程と、
前記金属ブロック上に、同じ機能を有する複数のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子と、インプラントピンが固着されたプリント基板とを固着し、前記金属ブロックと前記プリント基板の間隔を２００μｍから１ｍｍとして、前記半導体素子を電気的に並列に接続する工程と、
前記半導体素子とプリント基板の間に最大粒径が１００μｍの充填材を含む樹脂を充填し、硬化させる工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記半導体素子の大きさが２ｍｍ〜５ｍｍ角である請求項２０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
一方の面に第１金属層が、他方の面に第２金属層がそれぞれ固着され、前記第１金属層に固着された第１金属ブロックおよび前記第２金属層に固着された第２金属ブロックを備えた絶縁基板を用意する工程と、
同じ機能を有する複数のＳｉＣもしくはＧａＮを用いた半導体素子を前記第２金属ブロックに固着し、プリント基板に固着されたインプラントピンを前記半導体素子に固着して、前記第２金属ブロックと前記プリント基板の間隔を２００μｍから１ｍｍとし、前記半導体素子を電気的に並列に接続する工程と、
前記半導体素子とプリント基板の間に最大粒径が１００μｍの充填材を含む樹脂を充填し、硬化させる工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記半導体素子の大きさが２ｍｍ〜５ｍｍ角である請求項２２記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ、炭化シリコン）やＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ、窒化ガリウム）等のワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体素子を搭載し、樹脂で封止された半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置、無停電電源装置、工作機械および産業用ロボット等には、パワー半導体素子を搭載した半導体装置（汎用モジュール）が用いられている。
この半導体装置の例を図４に示す。図４は半導体装置の模式的な要部断面図である。半導体装置３００は、絶縁基板３０１と回路パターン３０２を有する銅ベース基板３０３にＳｉ（シリコン）を用いた半導体素子３０４が半田層３０５により固着されている。半導体素子３０４には半田層３０６によりリードフレーム３０７が固着され、外部接続端子３０８に接続されている。
【０００３】
半導体装置３００に搭載される半導体素子３０４の数は、半導体装置３００の容量で決まり、この容量に合せた大きさの銅ベース基板３０３に取り付けられている。銅ベース基板３０３の周囲にはケース３０９が接着剤（図示せず）を用いて固着されている。ケース３０９内には封止材３１０が充填され、半導体素子３０４が封止されている。封止材３１０として使用されるのは例えばシリコーンゲル材料で、２液混合型の反応材料である。ケース３０９には封止材３１０を覆うようにフタ３１１が取り付けられている。
【０００４】
このような半導体装置３００は、半導体素子で発生した熱を放熱するため、熱伝導ペーストが塗布された冷却フィンに取付けられ、ボルトで固定されて使用される。
ここで、半導体素子３０４は、例えばＳｉを用いたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等である。これらの半導体素子３０４を組み合わせて、インバータ回路等が構成される。
【０００５】
また、図５は別の半導体装置の構成図である。図５に示す半導体装置４００は、複数の第１、第２金属箔４０１ａ、４０１ｂを介して複数の第１、第２金属ベース板４０２、４０３が表面および裏面にそれぞれ固着された絶縁基板４０１と、第１金属ベース板４０２上に半田４０５により固着された複数の半導体素子４０４とで構成されている。
【０００６】
さらに、絶縁基板４０１に対向して平行に配置された制御基板であるプリント基板４０８と、半導体素子４０４上に半田４０５により固着された複数の金属ピン４０７と、周囲を囲う樹脂ケース４１０と、第１金属箔４０１ａに接続された複数の外部導出端子４０９と、複数の第２金属ベース板４０３同士の間の隙間４１１に充填された高熱伝導樹脂４１２と、樹脂ケース４１０の内部を充填した封止材である第２樹脂４１３とで構成されている。高熱伝導樹脂４１２には、例えば金属粒子が混入された樹脂（フィラー入り樹脂）などが用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１０８９５５号公報（段落００１８〜００２７、図１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、Ｓｉに代えて、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子を搭載した半導体装置の開発が進められている。
ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体はＳｉに比べて優れた電気的特性を有しており、ＳｉＣ等を用いた半導体素子は、Ｓｉを用いた場合に比べて高温での動作特性に優れ、半導体素子に流す電流の密度を高くすることができるという利点を有している。
【０００９】
しかしながら、電流密度を高くすると、半導体素子近傍では面積あたりの発熱量も増大し、半導体素子を封止する封止材も局所的に高い温度にさらされることになる。したがって、ＳｉＣ等を用いた半導体素子を使用する場合、素子で発生した熱を効率よく放熱できる、高温での動作領域において安定な性能をもつ封止材を適用する必要がある。
【００１０】
また、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体からなるウェハは、Ｓｉに比べると欠陥密度が高い。このため、半導体素子の歩留まりを確保しようとして、２ｍｍ〜５ｍｍ角程度の比較的小さな半導体素子を複数並列接続して実装する技術が検討されている。しかしながら、複数の小さな半導体素子を並べて配置すると、半導体素子間の隙間が小さくなり、封止材を十分充填できないという問題があった。加えて、図５に示した半導体装置のように、半導体素子に金属ピンを介してプリント基板を接続する場合は、複数の金属ピンの間、および半導体素子とプリント基板の隙間に封止材を十分均一に充填できないという問題もあった。このような問題は、封止材がその熱伝導率向上や熱膨張係数調整のためフィラーを含有する場合に特に顕著となっている。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、前記の課題を解決して、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子を備える、耐熱性能の高い半導体装置、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体装置は、上記問題を解決するために、絶縁基板と、前記絶縁基板に固着された金属ブロックと、前記金属ブロックに固着され電気的に並列に接続された、同じ機能を有する複数の、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子と、前記半導体素子に固着された複数のインプラントピンと、前記インプラントピンに固着され、前記半導体素子に対向して配置されたプリント基板と、を備え、前記金属ブロックと前記プリント基板の間隔が２００μｍから１ｍｍであり、最大粒径が１００μｍの充填材を含んでいる封止材が前記半導体素子とプリント基板の間に配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体素子とプリント基板の間に最大粒径が１００μｍの充填材を含む封止材を備えるので、半導体素子、金属ブロックおよびプリント基板の間の熱抵抗の増大を防止でき、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の半導体装置の構成図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ部拡大図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体装置の製造工程を順に示す要部断面図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。
【図４】図４は、従来の半導体装置の要部断面図である。
【図５】図５は、他の従来の半導体装置の構成図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる半導体装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は要部断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ部拡大図である。図２は、図１に示す半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【００１６】
図１に示す半導体装置１００は、少なくとも絶縁基板１、第１銅ブロック２、第２銅ブロック３、半導体素子４、インプラントピン７、プリント基板８、コレクタ端子９、エミッタ端子１０および封止材２０を具備している。
【００１７】
絶縁基板１は、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等のセラミックス材料からなる板状部材であり、その両面には金属ブロックとして第１銅ブロック２および第２銅ブロック３が固着されている。第１銅ブロック２および第２銅ブロック３は、図１（ｂ）に示すように、絶縁基板１の両面にそれぞれ接合した第１金属層１ａおよび第２金属層１ｂ上に半田等のろう材からなる導電接合材を介して固着されている。第１金属層１ａおよび第２金属層１ｂは例えば銅、銅合金等である。
【００１８】
第１銅ブロック２は半導体装置１００の下側に配置される図示しない冷却器に接触する。第２銅ブロック３には、複数の半導体素子４を含むＩＧＢＴとＦＷＤがそれぞれ半田等のろう材からなる導電接合層５により固着され、さらにピン状のコレクタ端子９が固着されている。絶縁基板１の両面に相対的に厚い金属ブロックを配置することにより、その反りを低減し、半導体素子４から放出される熱を効率よく冷却器側に伝熱できるようにしている。なお、第１銅ブロック２および第２銅ブロック３は、それぞれ絶縁基板１上に直接接合法や半田付けにより固着されていてもよい。
【００１９】
複数の半導体素子４は、ＳｉＣやＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体を用いた素子を含む。ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子４は、ＩＧＢＴ、ＦＷＤもしくはこれら両方のいずれであってもよい。ＦＷＤがＳｉＣ等を用いた半導体素子４であり、ＩＧＢＴがＳｉを用いた他の半導体素子４であってもよい。ＩＧＢＴとしての半導体素子４はそのコレクタ電極が、ＦＷＤとしての半導体素子４はそのカソード電極が、それぞれ第２銅ブロック３に固着される。
【００２０】
ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子４の大きさは例えば□（かく）２〜３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度であり、第２銅ブロック３上に例えば１２個の半導体素子４が０．８ｍｍ程度の間隔で配置される。
【００２１】
半導体素子４にはそれぞれ、半田等のろう材からなる導電接合層６を介して複数のインプラントピン７が固着されている。インプラントピン７は例えば銅、銅合金等の導電材料からなる。半導体素子４がＩＧＢＴである場合、インプラントピン７は図示しないエミッタ電極およびゲート電極に固着され、ＦＷＤである場合図示しないアノード電極に固着される。
【００２２】
インプラントピン７の大きさは例えば直径１２０μｍ、長さ３００μｍであり、各半導体素子４に対し最大で１１個程度が配置される。
インプラントピン７には、インプラントピン方式のプリント基板８（以下、単にプリント基板８と称す）が固着されている。プリント基板８には図示しない導電パターンが形成されており、この導電パターンにインプラントピン７が固着されている。プリント基板８と第２銅ブロック３の間隔は１ｍｍ程度であり、最も狭いところでは２００μｍ程度である。プリント基板は例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる。同じ機能を有する半導体素子４、例えばＩＧＢＴ同士、ＦＷＤ同士は、プリント基板８に形成された導電パターン、インプラントピン７および第２銅ブロック３により電気的に並列に接続される。
【００２３】
プリント基板８には、インプラントピン７が固着されている面の反対側にピン状のエミッタ端子１０および図示しない制御端子が固着されており、プリント基板８上の導電パターンを介して、それぞれＩＧＢＴのエミッタ電極およびゲート電極と電気的に接続している。
【００２４】
さらに、封止材２０が、第１銅ブロック２、コレクタ端子９、エミッタ端子１０および図示しないゲート端子の端部をそれぞれ露出するように、絶縁基板１、第１銅ブロック２、第２銅ブロック３、半導体素子４、プリント基板８、インプラントピン７、コレクタ端子９およびエミッタ端子１０等を封止している。封止材２０の端部には半導体装置１００を冷却器に固定するためのボルトを通す取付け金具２１が固着されている。
【００２５】
封止材２０は、最大粒径が１００μｍの充填材を含む液状のエポキシ樹脂を硬化したものである。エポキシ樹脂は具体的には環状脂肪族系のエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤の混合組成物であり、充填材はシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）もしくはこれらの混合物である。強度の点から好ましくはシリカが用いられる。
【００２６】
液状のエポキシ樹脂を用い、これに混合する充填材の最大粒径を１００μｍとすることにより、プリント基板８と第２銅ブロック３の間の狭い空間、すなわち複数の半導体素子４の間やインプラントピン７の周囲の空間に充填材が十分に充填される。この結果、ワイドバンドギャップ半導体を用いた小さな寸法の半導体素子４を多数用いる場合であっても、半導体素子４周辺の狭い空間を含め、封止材２０の全体にわたって熱膨張係数や熱伝導度を所望のものとすることができる。
【００２７】
封止材２０の固形分に対する充填材の含有量は７０重量％以上８５重量％以下が好ましい。含有量が７０重量％より小さいと封止工程中に充填材が沈降してしまい、プリント基板８と第２銅ブロック３の間に充填材が十分に充填されず、その部分の封止材２０の熱膨張係数が小さくならないからであり、８５重量％より大きいと硬化前の封止材の粘度が大きくなり製造が困難になるからである。
【００２８】
また、最大粒径が１００μｍの充填材の平均粒径は、３０μｍ〜７０μｍの間が好ましく、より好ましくは５０μｍ程度である。平均粒径がこれより小さいと硬化前の封止材の粘度が大きくなり製造が困難になるからである。
【００２９】
封止材２０の熱変形温度は１７５℃から２２５℃、熱膨張係数は１．５×１０−５／℃〜１．８×１０−５／℃であり、第１金属ブロック２および第２金属ブロック３に対する接着強さは１０ＭＰａ〜３０ＭＰａである。
【００３０】
熱変形温度が１７５℃から２２５℃であると封止材２０の熱特性に対する変曲点が高くなり、半導体素子４の上下の導電接合層５，６の熱疲労による熱抵抗の増大を防止できるので、耐熱性能が高く、信頼性の高い半導体装置１００を提供することができる。
【００３１】
さらに、封止材２０の上記の熱膨張係数は銅の熱膨張係数と同等であるので、絶縁基板１、第１銅ブロック２および第２銅ブロック３を備える銅ベース基板の反りと半導体素子４の上下の導電接合層５，６の熱疲労とによる熱抵抗の増大を防止し、信頼性の高い半導体装置１００を提供することができる。
【００３２】
さらに、封止材２０の第１銅ブロック２、第２銅ブロック３に対する接着強さが１０ＭＰａ〜３０ＭＰａであることにより、半導体素子４を銅ベース基板に強固に接着できるので、半導体素子４の上下の導電接合層５，６の熱疲労による熱抵抗の増大を防止し、信頼性の高い半導体装置１００を提供することができる。
【００３３】
したがって、本発明の半導体装置１００は、パワーサイクル試験やヒートショック試験等の負荷試験において高い信頼性を備えることが確認される。例えば、Ｔｊ＝２００℃、運転１秒、休止９秒の条件を１サイクルとして実施するパワーサイクル試験において、サイクル数の増加にしたがい、銅ベース基板の反りと半導体装置１００の熱抵抗が増加する傾向が小さい。また、−４０℃（６０分間）〜＋２００℃（６０分間）の条件を１サイクルとして実施するヒートショック試験において、サイクル数の増加とともに銅ベース基板の反りと半導体装置１００の熱抵抗が増加する傾向が小さい。
【００３４】
上記の半導体装置１００では、半導体素子４を含むＩＧＢＴとＦＷＤが、第２銅ブロック３およびプリント基板８に形成された導電パターン等を介して電気的に逆並列接続されており、このような構成を２組備えることにより１アームを構成している。このような半導体装置１００を３個使用することにより３相インバータの主回路を構成できる。
【００３５】
半導体装置１００は、第１銅ブロック２が熱伝導ペーストを介して冷却器と熱的に接するよう、冷却器に固定されて使用される。半導体装置１００の動作時、半導体素子４や導電パターンで発生する熱は第１銅ブロック２や各端子を経由して放熱される。
【００３６】
次に図２を参照して、半導体装置１００の製造方法を説明する。
図２は、図１に示す半導体装置の製造工程を順に示す要部断面図である。
まず、図２（ａ）に示すように、第１銅ブロック２、コレクタ端子９が固着された第２銅ブロック３、および絶縁基板１を用意し、第１銅ブロック２、絶縁基板１および第２銅ブロック３を順にもしくは一括して固着し銅ベース基板を作製する。本実施の形態ではこのような銅ベース基板を２組作製する。絶縁基板１と、第１銅ブロック２および第２銅ブロック３とは、直接接合されてもよいし、または絶縁基板１に予め形成しておいた第１金属層および第２金属層上に半田等の導電接合材を介して接合されてもよい（図１（ｂ）参照）。第１銅ブロック２および第２銅ブロック３はこの例では略直方体形状である。
【００３７】
コレクタ端子９は、例えば、第２銅ブロック３に図示しない凹部を形成し、この凹部にコレクタ端子９を差し込んで、その後半田接合することにより固着される。
つぎに、図２（ｂ）に示すように、銅ベース基板上に複数の半導体素子４を含むＩＧＢＴおよびＦＷＤと、インプラントピン方式のプリント基板８を固着する。
【００３８】
エミッタ端子１０、制御端子（不図示）およびインプラントピン７と接続している導電パターン（不図示）が形成されたプリント基板８を用意する。エミッタ端子１０、制御端子およびインプラントピン７のそれぞれの先端は、プリント基板８の導電パターン内に形成された図示しない貫通孔に差し込まれた後、半田で固着されている。また、コレクタ端子９が通る貫通孔が導電パターンと離れた位置に形成されている。
【００３９】
半導体素子４を含むＩＧＢＴおよびＦＷＤを用意し、ＩＧＢＴをそのコレクタ電極を下側にして、ＦＷＤをそのカソード電極を下側にして、導電接合材を介して第２銅ブロック３上に載置する。さらに、ＩＧＢＴのエミッタ電極およびゲート電極に導電接合材を載置し、ＦＷＤのアノード電極に導電接合材を載置する。プリント基板８に形成した貫通孔にコレクタ端子９を通し、プリント基板８を降下させてインプラントピン７の先端を半導体素子４上の導電接合材に接触させる。導電接合材は例えば半田等のろう材である。
【００４０】
この状態で部材をカーボン治具で固定し、リフロー炉に入れて、導電接合材を溶融し、冷却する。このようにして第２銅ブロック３、半導体素子４を含むＩＧＢＴ、ＦＷＤとインプラントピン７の間が導電接合層５，６により固着され、電気的に接続される。
【００４１】
つぎに、図２（ｃ）に示すように、上記の方法で用意した部材を金型２２内に載置し、樹脂を用いて封止する。このとき、第１銅ブロック２の裏面と、エミッタ端子１０、コレクタ端子９、および制御端子の端部が露出するよう封止する。
【００４２】
封止方法として、例えば液状樹脂によるポッティング成形法を用いることができる。
封止用の樹脂は、例えば、環状脂肪族系のエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤の混合組成物であり、充填材が７０重量％以上８５重量％以下の範囲で配合された１液状型の成形封止材料である。充填材としてはシリカ（ＳｉＯ２）が好ましい。例えば粒度分布が０.１μｍ〜１５０μｍの溶融シリカをふるい等で分級し、粒径１００μｍ以上の粒子を除いた最大粒径１００μｍの溶融シリカを充填材として用いる。なお、充填材としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いることもできる。封止材２０の熱伝導率を高める効果がある。アルミナを用いる場合は、封止材２０の強度を十分なものとするため、シリカ等、他の充填材を補助的に添加することが好ましい。
【００４３】
このような樹脂、充填材を計量、混合し、温度７０℃、真空度１Ｔｏｒｒ、時間１０分の条件で１次脱泡し、気泡を除去する。その後、予め被封止部材を収容し、１００℃に昇温、保温された金型２２のキャビティーに充填材を配合した樹脂を注ぎ込む。この状態で真空度０．５Ｔｏｒｒ、時間１０ｍｉｎの条件で２次脱泡し、気泡を除去する。
【００４４】
次に、樹脂を１００℃、１時間の１次硬化工程、１８０℃、２時間の２次硬化行程を経て硬化させると、図２（ｄ）に示すように、封止材２０で封止された略直方体形状の半導体装置１００が完成する。硬化後の封止材の典型的な物性は、熱変形温度が約２２５℃、熱膨張係数が約１．５×１０−５／℃、銅ベース基板に対する接着強さが約２３ＭＰａである。
【００４５】
このような本発明の製造方法によれば、樹脂として液状エポキシ樹脂を使用し、充填材の最大粒径を１００μｍとしたので、第２銅ブロック３とプリント基板８の間の隙間、最も狭いところで２００μｍ程度である隙間にも、充填材を詰まりなく十分に充填することができ、均一な熱膨張係数および熱伝導度を有する封止材２０を備える半導体装置１００を製造することができる。さらに、充填材の配合量を７０重量％以上８５重量％以下とすることにより、充填材が封止工程中に沈降することなくプリント基板８と第２銅ブロック３の間に十分均一に充填され、その部分の封止材２０の熱膨張係数を所定の大きさにでき、硬化前の封止材の粘度が大きくなることもないので製造が容易になる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の半導体装置の要部断面図である。
【００４６】
半導体装置２００は、封止材として半導体素子４の周囲のみを封止する封止材２０と半導体装置２００の全体を封止する封止材２３を備える点で実施の形態１の半導体装置１００と異なり、その他の点で半導体装置１００と共通の構成を備えている。
【００４７】
半導体装置２００は半導体素子４周辺のプリント基板８と第２銅ブロック３の間にのみ最大粒径が１００μｍの充填材を含む封止材２０が充填され、その他の領域には１００μｍより大きな粒径の充填材を含む封止材２３が充填されている。硬化前の封止材２０は、例えばプリント基板８と第２銅ブロック３の間に毛細管現象を利用して充填される。
【００４８】
最大粒径が１００μｍの充填材を含む封止材２０をプリント基板８と第２銅ブロック３の間にのみ用いることにより半導体装置２００の製造コストを低減でき、半導体装置２００の全体を大きな粒径の充填材を含む封止材２３を用いて封止することにより封止材料の粘度が下がり製造が容易になる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態は、本発明を具体化した例を示すものであり、したがって本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１    絶縁基板
１ａ  第１金属層
１ｂ  第２金属層
２    第１銅ブロック
３    第２銅ブロック
４    半導体素子
５，６  導電接合層
７    インプラントピン
８    プリント基板
９    コレクタ端子
１０    エミッタ端子
２０，２３  封止材
２１    金具
１００，２００  半導体装置
【図１】
0005807348.tif 000002
【図２】
0005807348.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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