(57)【要約】  絶縁基板（１）上の沿面（１ｃ）と電極（２）の側面（２ａ）とに液状樹脂（１１）を塗布し、沿面（１ｃ）の液状樹脂（１１）を樹脂部材（１２）により電極（２）の方向に移動させ、電極（２）の側面（２ａ）と樹脂部材（１２）との間に液状樹脂（１１）を溜めるようにしたので、低粘度の液状樹脂（１１）を高電界部位である沿面（１ｃ）の電極（２）周辺に厚く塗ることができる。また、液状樹脂（１１）は電極（２）の側面（２ａ）に押し付けられるため、液状樹脂（１１）の内部のボイド（１０）が上方へ押し上げられて抜け易くなり、ボイド（１０）に起因する部分放電を抑制することができる。また、樹脂部材（１２）にスペーサ（１３、１５）または溝（１４）を設けることにより、樹脂部材（１２）と電極（２）または絶縁基板（１）との隙間を確保することが可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の一方の主面に接合された電極、前記電極に搭載された半導体素子、前記絶縁基板の基板沿面と前記電極の側面とを被覆する絶縁樹脂、および前記基板沿面に前記絶縁樹脂を介して配設された樹脂部材とを備え、
前記樹脂部材は、前記電極と対向する面にスペーサまたは溝が設けられ、前記電極との間に隙間を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記樹脂部材は、前記基板沿面と対向する面にスペーサまたは溝が設けられ、前記基板沿面との間に隙間を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
絶縁基板上に半導体素子が搭載される電極を有する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板上の前記電極の端部と前記絶縁基板の外周端部との間の領域である基板沿面と、前記電極の側面とに、液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程、
前記液状樹脂塗布工程の後、前記基板沿面の前記液状樹脂上に固形の樹脂部材を載置し、この樹脂部材により前記基板沿面上の前記液状樹脂を前記電極の方向に移動させ、前記電極の前記側面と前記樹脂部材との間に前記液状樹脂を溜める液状樹脂移動工程、
前記液状樹脂移動工程の後、前記液状樹脂を硬化させると共に、前記樹脂部材を前記絶縁基板上に固定する液状樹脂硬化工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記液状樹脂移動工程において、前記樹脂部材を前記電極の方向へ移動させることにより、前記液状樹脂を前記電極の前記側面に押し付けることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記樹脂部材の前記電極と対向する面にスペーサまたは溝を設けることにより、前記電極と前記樹脂部材との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂部材の前記基板沿面と対向する面にスペーサまたは溝を設けることにより、前記基板沿面と前記樹脂部材との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂部材は、前記基板沿面に対向する面が凸状の曲面であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記樹脂部材は、前記電極を囲む枠状であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記液状樹脂移動工程において、前記樹脂部材の表面に前記液状樹脂を塗布した後、前記基板沿面の前記液状樹脂上に前記樹脂部材を載置することを特徴とする請求項３から請求項８のいずれか一項に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、特に半導体装置の絶縁信頼性の向上を図るための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換機器等に広く用いられる半導体パワーモジュールは、絶縁基板に接合された電極上に半導体素子が搭載され、シリコーンゲル等の封止材によって絶縁封止されている。数ｋＶの高電圧が印加される機器の場合、半導体パワーモジュールの絶縁基板上の高電界部位において部分放電が発生し易い。部分放電は、絶縁部の劣化を引き起こし、機器の故障あるいは破壊を引き起こす要因となる。また、絶縁基板上の沿面距離が短い場合、沿面破壊が発生し易く、絶縁破壊に至り易い。【０００３】
このような部分放電や沿面破壊の発生を抑制するための半導体装置の構造として、例えば特許文献１には、絶縁基板上の電極（銅箔）の端部を含む沿面を、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂で覆った半導体装置が提示されている。このように、基板沿面に絶縁樹脂を設けることにより、絶縁基板と銅箔の界面での電界が緩和され、沿面放電が生じにくくなる。さらに、この特許文献１では、予め固化された樹脂部材を先に塗布した絶縁樹脂で接着し、基板沿面上に半導体素子の高さよりも高さが高い絶縁層を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９１４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されるように、従来の半導体装置においては、絶縁耐圧が高い樹脂を高電界部位である基板沿面に塗布し、部分放電を抑制している。その際、シリコーンゴムのような比較的粘度の高い樹脂を用いて厚く塗ると、沿面距離が長くなるためより効果的である。【０００６】
一方、例えば数１０Ｐａ・ｓ以上の高粘度の樹脂を厚く塗る場合、硬化時にボイドが抜けきれず、樹脂内部にボイドが残留していることがある。絶縁基板、電極、及び封止材の３つが重なる点は、電界集中部（図２参照。図２中、Ｅで示す点）となるが、この電界集中部の近傍にボイドが存在すると、ボイド内部で部分放電が発生する可能性があり、放電による絶縁劣化が進展し絶縁破壊に至るという問題があった。【０００７】
絶縁樹脂の内部にボイドが残留する可能性を減らすためには、例えば１０Ｐａ・ｓ以下のような低粘度の樹脂を用いれば良い。しかし、低粘度の樹脂は硬化前に流動するため、厚く盛り上げることが難しいという課題があった。高電圧部位に塗布された絶縁樹脂が薄い場合、樹脂表面の電界が高くなり、それを覆う封止材との界面で放電を引き起こし易くなるという問題があった。【０００８】
低粘度の樹脂を厚く塗るための従来方法として、絶縁基板の外周に固体絶縁物を接着して壁を作り、液状の低粘度樹脂が流れ出ないようにする方法がある。しかし、この方法では、基板外周に固体絶縁物を接着させる必要があり、硬化工程が１つ多くなる点で好ましくない。また、特許文献１では、低粘度の絶縁樹脂上に固化された樹脂部材を設けているが、先に塗布した絶縁樹脂中のボイドが抜け易くするような工夫はなされていない。【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑み、絶縁基板上の高電界部位である基板沿面における部分放電を抑制することが可能な絶縁信頼性の高い半導体装置とその製造方法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】
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、絶縁基板の一方の主面に接合された電極と、電極に搭載された半導体素子と、絶縁基板の基板沿面と電極の側面とを被覆する絶縁樹脂と、基板沿面に絶縁樹脂を介して配設された樹脂部材とを備え、樹脂部材は、電極と対向する面にスペーサまたは溝が設けられ、電極との間に隙間を有しているものである。【００１１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁基板上に半導体素子が搭載される電極を有する半導体装置の製造方法であって、絶縁基板上の電極の端部と絶縁基板の外周端部との間の領域である基板沿面と、電極の側面とに、液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程と、液状樹脂塗布工程の後、基板沿面の液状樹脂上に固形の樹脂部材を載置し、この樹脂部材により基板沿面上の液状樹脂を電極の方向に移動させ、電極の側面と樹脂部材との間に液状樹脂を溜める液状樹脂移動工程と、液状樹脂移動工程の後、液状樹脂を硬化させると共に、樹脂部材を絶縁基板上に固定する液状樹脂硬化工程とを含んで製造するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体装置によれば、高電界部位である基板沿面と電極の側面が絶縁樹脂で被覆されており、且つ、基板沿面に配設された樹脂部材により沿面距離が長くなるため沿面耐圧が向上する。また、樹脂部材の電極と対向する面にスペーサまたは溝が設けられているため、電極との間に隙間が確保され、硬化前の絶縁樹脂の内部に存在していたボイドが抜け易い。これらのことから、本発明によれば、基板沿面における部分放電を抑制することが可能であり、絶縁信頼性の高い半導体装置が得られる。【００１３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、固形の樹脂部材によって基板沿面上の液状樹脂を移動させ、電極の側面と樹脂部材との間に液状樹脂を溜めるようにしたので、例えば１０Ｐａ・ｓ以下の低粘度の液状樹脂を基板沿面の高電界部位に厚く塗ることができる。また、液状樹脂の内部の電界集中部近傍に存在しているボイドを上方へ押し上げることができるため、ボイドが抜け易くなり、ボイドに起因する部分放電を抑制することができる。さらに、樹脂部材により沿面距離が長くなるため、沿面耐圧が向上する。これらのことから、基板沿面における部分放電を抑制することができ、絶縁信頼性の高い半導体装置を製造することが可能である。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】従来の半導体装置における問題点を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程の流れを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す部分断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す部分断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の効果を説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の効果を説明する図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す部分断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す部分断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す部分断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る半導体装置である半導体パワーモジュールの全体構成を示している。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
【００１６】
本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１００は、セラミック基板等の絶縁基板１上に選択的に電極２が設けられ、この電極２上に半導体素子３が搭載されている。なお、図１に示す例では、電極２と半導体素子３が１つずつ設けられているが、それらは複数であっても良い。
【００１７】
絶縁基板１の裏面には下部電極４が設けられ、はんだ５によりベース板６と接合されている。これらは樹脂製のケース７に収納され、絶縁性の封止材であるシリコーンゲル８によって封止される。この半導体パワーモジュール１００においては、図１中、破線Ａで示す箇所が高電界部位であり、放電が発生し易い部分となる。
【００１８】
高電界部位にボイドが残留した場合の問題点について、図２を用いて説明する。図２は、従来の半導体装置において放電が発生し易い高電界部位を示している。絶縁基板１、高電圧が印加される電極２、及びシリコーンゲル８の３つが重なる点（図２中、Ｅで示す点）は、電界集中部となる。この電界集中部Ｅにおける放電を抑制し高耐圧化を図るためには、絶縁耐圧の高いシリコーンゴム９を厚く塗り、電界集中部Ｅの周辺を覆うことが効果的である。
【００１９】
一方、シリコーンゴム９は、粘度が比較的高く（数１０Ｐａ・ｓ）、厚く塗ることには適しているが、硬化時にボイド１０が完全に抜けきらないことがある。特に、電極２と絶縁基板１の接する角部近傍は、他の部位と比べてシリコーンゴム９が若干厚くなるため、ボイド１０が抜け難い。ボイド１０が電界集中部Ｅの近傍にある場合、ボイド１０の内部で部分放電が発生する可能性があり、放電による絶縁劣化が進展して最終的に絶縁破壊に至ることがある。
【００２０】
そこで、本実施の形態１では、絶縁基板１上の高電界部位に絶縁樹脂を厚く塗る際に、樹脂内部、特に電界集中部Ｅの近傍にボイド１０が残留することを防止し、また、ボイド１０が樹脂内部に残留したとしても、その後の真空脱気工程で抜け易い位置にボイド１０を移動させることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。
【００２１】
本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１００の製造方法について、図３〜図５を用いて説明する。図３は、本実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの製造工程の流れを示すフローチャート、図４及び図５は、本実施の形態１に係る半導体パワーモジュールの製造方法を示す部分断面図及び斜視図である。なお、以下の説明で、ステップＳ１〜ステップＳ５とは、図３のフローチャートの工程を示している。
【００２２】
図５（ａ）は、初期の基板状態を示し、絶縁基板１上に電極２が接合されている。まず、ステップＳ１において、図４（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、絶縁基板１上の沿面１ｃと、電極２の側面２ａとに、ディスペンサを用いて絶縁樹脂である液状樹脂１１を塗布する（液状樹脂塗布工程）。なお、絶縁基板１の沿面１ｃとは、絶縁基板１上の電極端部１ａと絶縁基板１の外周端部１ｂとの間の領域である。
【００２３】
図４（ａ）に示す例では、液状樹脂１１を沿面１ｃの全面に塗布しているが、図５（ｂ）に示す例では、沿面１ｃの高電界部位（図１中、破線Ａで示す）のみに塗布し、外周端部１ｂ付近には塗布していない。このように、液状樹脂１１は、必ずしも沿面１ｃの全面を覆う必要はないが、高電界部位及び電界集中部（図２中、Ｅで示す点）を覆うように、電極２の側面２ａから沿面１ｃの電極２周辺に切れ目なく塗布される。
【００２４】
液状樹脂１１には、絶縁耐圧が高く、且つ液状時の粘度が低いエポキシ系やポリイミド系等の樹脂材料が用いられる（粘度１０Ｐａ・ｓ以下）。なお、図４では、説明の都合上、塗布された液状樹脂１１の内部の電界集中部近傍にボイド１０が存在している様子を示しているが、ボイド１０は必ず存在するわけではない。
【００２５】
次に、ステップＳ２において、図４（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、絶縁基板１の沿面１ｃの液状樹脂１１上に、固形の樹脂部材１２を載置する。続いて、ステップＳ３において、図４（ｃ）に示すように、沿面１ｃに塗布された液状樹脂１１を、樹脂部材１２により電極２の方向に移動させ、電極２の側面２ａと樹脂部材１２との間に液状樹脂１１を溜める（液状樹脂移動工程）。
【００２６】
具体的には、樹脂部材１２の上面を吸着ピンセットにより吸着し、この吸着ピンセットを用いて絶縁基板１上の規定の位置に載置した後、電極２の方向へ移動させことにより、液状樹脂１１を電極２の側面２ａに押し付けるようにする。これにより、低粘度の液状樹脂１１が沿面１ｃの電極２周辺に厚く塗られると共に、電極２の側面２ａと液状樹脂１１との密着性が向上する。この液状樹脂移動工程における一連の動作は、既存の搬送ロボットにより自動化が可能である。
【００２７】
図４（ｄ）及び図５（ｄ）は、液状樹脂移動工程において、樹脂部材１２を規定の位置まで移動させた状態を示している。液状樹脂１１は、樹脂部材１２により電極２の側面２ａに押し付けられ、液状樹脂１１の内部の電界集中部近傍に存在していたボイド１０は、電極２の側面２ａに沿って上方へ押し上げられる。
【００２８】
この時、ボイド１０が抜けきらず、電極２の側面２ａ付近の液状樹脂１１の上部に留まったとしても、電界集中部（図２中、Ｅで示す）から離れることにより、ボイド１０の内部での部分放電を抑制する効果がある。ボイド１０の位置が液状樹脂１１の上部であれば、その後の放置や真空脱気により抜け易い。
【００２９】
なお、図５（ｄ）に示す状態では、電極２と樹脂部材１２の隙間が広い場合、隙間に溜められた液状樹脂１１が各樹脂部材１２の間から流れ出ることがある。隙間を狭くすることにより、液状樹脂１１は、電極２の側面２ａ及び樹脂部材１２の側面との表面張力により、隙間に留まり易い。
【００３０】
続いて、ステップＳ４において、真空脱気装置により真空脱気を行い、液状樹脂１１からボイド１０を抜く。真空脱気は、液状樹脂１１の硬化が進まないように常温で行う。この時、ボイド１０は液状樹脂１１の内部の上方に押し上げられているため、真空脱気により抜け易い。
【００３１】
その後、ステップＳ５において、オーブンまたはホットプレートにより加熱し、液状樹脂１１を硬化させると共に、樹脂部材１２を絶縁基板１上に固定する（液状樹脂硬化工程）。この時の加熱温度は、液状樹脂１１の種類によって適宜決定される。なお、この液状樹脂硬化工程以前の工程において、樹脂部材１２が動くようであれば、固定治具により樹脂部材１２の上面を押さえるようにしても良い。
【００３２】
以上の工程により、図４（ｅ）に示すように、絶縁基板１上の高電界部位に、液状樹脂１１が硬化した樹脂１１Ａが樹脂部材１２と一体化した樹脂を備え、且つ、樹脂内部の電界集中部近傍にボイド１０が存在しない半導体パワーモジュール１００が製造される。
【００３３】
なお、上記の製造方法において、固形の樹脂部材１２は、液状樹脂１１と同じ材料であることが望ましい。同じ材料を用いることにより、液状樹脂１１が硬化した樹脂１１Ａと樹脂部材１２との界面に熱膨張係数差に起因する応力が発生せず、界面の剥離を抑制することができる。樹脂部材１２として液状樹脂１１と異なる材料を用いる場合は、互いの接着性が良く熱膨張係数の近いものを選択する必要がある。また、樹脂部材１２の高さは、電極２よりも高くすることが望ましい。
【００３４】
樹脂部材１２の形状は、図５（ｃ）に示すような細長い直方体に限定されるものではない。例えば図６に示すように、電極２を囲む枠状の樹脂部材１２ａを用いることもできる。この場合、図６（ａ）に示すように、枠状の樹脂部材１２ａを液状樹脂１１の上に載置し、下方へ押圧することにより、横方向へ押し出された液状樹脂１１が電極２の側面２ａの方向へ移動する。よって、図６（ｂ）では、電極２の側面２ａと樹脂部材１２ａとの間に液状樹脂１１が溜まっている。
【００３５】
枠状の樹脂部材１２ａを用いた場合、液状樹脂１１を横方向へ移動させる力は若干弱くなるが、樹脂部材１２ａを絶縁基板１上に載置するだけで良く、４つの樹脂部材１２をそれぞれ電極２の方向へ移動させるよりも簡単な動作機構で行える。
【００３６】
また、図７に示すように、角部を曲面にした樹脂部材１２ｂを用いても良い。樹脂部材１２はその他にも様々な変形が可能であり、後述の実施の形態２〜実施の形態４で具体例を挙げて説明する。
【００３７】
以上のように、本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１００の製造方法によれば、絶縁基板１上の沿面１ｃと電極２の側面２ａとに液状樹脂１１を塗布し、沿面１ｃの液状樹脂１１を樹脂部材１２により電極２の方向に移動させ、電極２の側面２ａと樹脂部材１２との間に液状樹脂１１を溜めるようにしたので、低粘度の液状樹脂１１を高電界部位である沿面１ｃの電極２周辺に厚く塗ることができる。
【００３８】
また、液状樹脂１１は電極２の側面２ａに押し付けられるため、液状樹脂１１と電極２の側面２ａとの密着性が向上すると共に、液状樹脂１１の内部の電界集中部近傍に存在しているボイド１０を上方へ押し上げることができる。これにより、ボイド１０が抜け易くなり、電界集中部近傍に存在するボイドに起因する部分放電を抑制することができる。さらに、固形の樹脂部材１２により電極２からベース板６への沿面距離が長くなり、沿面耐圧が向上する。
【００３９】
また、液状樹脂１１を硬化すると同時に、樹脂部材１２を絶縁基板１上に固定するようにしたので、１回の硬化工程で済み、製造工程の煩雑化を招かない。これらのことから、本実施の形態１によれば、絶縁基板１の沿面１ｃにおける部分放電及び沿面破壊を抑制することができ、絶縁信頼性の高い半導体パワーモジュール１００を製造することが可能である。
【００４０】
また、本実施の形態１に係る半導体パワーモジュール１００によれば、高電界部位である絶縁基板１の沿面１ｃと電極２の側面２ａが硬化した樹脂１１Ａで被覆されており、且つ、絶縁基板１の沿面１ｃに配設された樹脂部材１２により沿面距離が長くなるため、沿面耐圧が向上する。従って、絶縁基板１の沿面１ｃにおける部分放電を抑制することが可能となり、絶縁信頼性の高い半導体パワーモジュール１００が得られる。
【００４１】
なお、本実施の形態1に係る半導体パワーモジュール１００は、電極２と樹脂部材１２との間に液状樹脂１１が配置されている点で、前述の特許文献１の構成と類似している。ただし、先行技術では、樹脂部材を設置した後に、電極と樹脂部材の間に液状樹脂を注入するため、電極と樹脂部材の間に液状樹脂を注入するための一定以上の隙間が必要である。これに対し、本実施の形態１では、液状樹脂１１を塗布した後に樹脂部材１２を設置するため、電極２と樹脂部材１２の間に液状樹脂１１を注入するための隙間を設ける必要がなく、隙間を狭くすることが可能である。
【００４２】
実施の形態２．
図８及び図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモジュールを示す部分断面図、及びその製造方法を示す斜視図である。なお、図９では、液状樹脂１１の図示を省略している。本実施の形態２に係る半導体パワーモジュール１００の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。
【００４３】
本実施の形態２に係る半導体パワーモジュール１００の製造方法は、上記実施の形態１とほぼ同様であるが、異なるのは、固形の樹脂部材１２の電極２と対向する面に、スペーサ１３または溝１４を設けることにより、樹脂部材１２と電極２との隙間を確保するようにした点である。
【００４４】
上記実施の形態１では、樹脂部材１２を電極２の方向へ移動させる際に、何らかの理由で規定の位置を通り過ぎると、電極２と接触してしまい、液状樹脂１１の内部のボイドが抜けにくくなる。このため、本実施の形態２では、樹脂部材１２の電極２と対向する面にスペーサ１３を設けることにより、電極２と樹脂部材１２との間に隙間を設けている。なお、スペーサ１３による隙間を広くとりすぎると液状樹脂１１が隙間に留まりにくいため、液状樹脂１１が表面張力によって隙間に留まることができる程度の寸法とする。
【００４５】
図９（ａ）に示す例では、３個のスペーサ１３を等間隔に配置しているが、スペーサ１３の形状及び個数は特に限定されるものではない。ただし、電極２の側面２ａに対して樹脂部材１２を平行に配置できるように、スペーサ１３は２個以上であることが望ましい。また、スペーサ１３は、樹脂部材１２と同一材料であることが望ましいが、異なる材料であっても良い。さらに、スペーサ１３は、樹脂部材１２に後から取り付けることもできるし、樹脂部材１２と一体成形しても良い。
【００４６】
このように、樹脂部材１２の電極２と対向する面にスペーサ１３を設けることにより、電極２の側面２ａに対して樹脂部材１２を押し付けても、電極２と樹脂部材１２との間に隙間が確保され、ボイド１０が抜け易い。また、図９（ｂ）に示すように、スペーサ１３が電極２の側面２ａに接触するまで樹脂部材１２を移動させることで、樹脂部材１２を規定の位置に配置することができ、樹脂部材１２の位置決めが容易となる。
【００４７】
また、図１０に示すように、電極２と対向する面に溝１４を設けた樹脂部材１２ｃを用いても良く、スペーサ１３と同様の効果が得られる。図１０（ａ）に示すように、絶縁基板１の沿面１ｃ上に、固形の樹脂部材１２ｃを載置する。続いて、図１０（ｂ）に示すように、沿面１ｃに塗布された液状樹脂（図示省略）を樹脂部材１２ｃにより電極２の方向に移動させ、電極２の側面２ａと樹脂部材１２ｃとの間に液状樹脂１１を溜める。この時、溝１４との表面張力によって液状樹脂１１が溜まり易い。
【００４８】
本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、電極２と対向する面にスペーサ１３または溝１４を設けた樹脂部材１２、１２ｃを用いることにより、電極２との隙間が確保され、ボイド１０が抜け易くなり、絶縁信頼性が向上する。また、樹脂部材１２、１２ｃを電極２側に移動させ、スペーサ１３または溝１４を電極２に接触させることで樹脂部材１２、１２ｃの停止位置の位置決めが行えるため、工程が簡略化される。
【００４９】
実施の形態３．
図１１及び図１２は、本発明の実施の形態３に係る半導体パワーモジュールを示す部分断面図及びその製造方法を示す斜視図である。なお、図１２では、液状樹脂１１の図示を省略している。本実施の形態３に係る半導体パワーモジュール１００の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。
【００５０】
上記実施の形態２では、樹脂部材１２、１２ｃの電極２と対向する面にスペーサ１３または溝１４を設けることにより、樹脂部材１２と電極２との隙間を確保するようにした。本実施の形態３ではさらに、樹脂部材１２の沿面１ｃと対向する面にもスペーサ１５または溝（図示省略）を設け、樹脂部材１２と絶縁基板１との隙間を確保するものである。
【００５１】
樹脂部材１２と絶縁基板１の沿面１ｃとの間に隙間を設けることによる効果について、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３（ａ）に示すように、絶縁基板１上にボイド１０があり、樹脂部材１２と絶縁基板１との間に隙間がない場合、図１３（ｂ）に示すように、樹脂部材１２を移動させる際にボイド１０を電界集中部へと近づけてしまうことがある。
【００５２】
一方、図１４（ａ）に示すように、樹脂部材１２と絶縁基板１との間に隙間が確保されている場合、樹脂部材１２を電極２の方向へ移動させても、図１４（ｂ）に示すように、絶縁基板１上のボイド１０は隙間に留まることができるため、ボイド１０が電界集中部へ接近しにくい。
【００５３】
図１１及び図１２に示す例では、樹脂部材１２の電極２と対向する面のスペーサ１３と、沿面１ｃと対向する面のスペーサ１５を、それぞれ独立して設けているが、これらのスペーサ１３、１５を一体化した例を図１５及び図１６に示す。
【００５４】
図１５及び図１６は、本実施の形態３に係る別の半導体パワーモジュールを示す部分断面図及びその製造方法を示す斜視図である。なお、図１６では、液状樹脂１１の図示を省略している。図１５及び図１６に示すスペーサ１６は、樹脂部材１２と電極２との隙間、及び樹脂部材１２と沿面１ｃとの隙間を確保するものである。
【００５５】
図１２及び図１６に示す例では、３個のスペーサ１５、１６を等間隔に配置しているが、スペーサ１５、１６の形状及び個数は特に限定されるものではない。ただし、電極２の側面２ａに対して樹脂部材１２を平行に配置できるように、スペーサ１６は２個以上であることが望ましい。また、スペーサ１５、１６は、樹脂部材１２と同一材料であることが望ましいが、異なる材料であっても良い。さらに、スペーサ１５、１６は、樹脂部材１２に後から取り付けても良いし、樹脂部材１２と一体成形しても良い。また、樹脂部材１２の沿面１ｃと対向する面に、スペーサ１５、１６の代わりに溝を設けても同様の効果が得られる。
【００５６】
本実施の形態３によれば、上記実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果に加え、樹脂部材１２と沿面１ｃとの隙間を確保することにより、沿面１ｃ上の液状樹脂１１中のボイド１０を電界集中部へ近づけることを防止でき、絶縁信頼性が向上する。
【００５７】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、樹脂部材１２のその他の変形例について、図１７〜図１９を用いて説明する。なお、本実施の形態４に係る半導体パワーモジュール１００の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので図１を流用し、各部の説明は省略する。
【００５８】
図１７は、本実施の形態４に係る半導体パワーモジュールの製造方法を示す断面図である。上記実施の形態３では、沿面１ｃ上の液状樹脂１１中のボイド１０を電界集中部へ近づけないように、樹脂部材１２と沿面１ｃとの隙間をスペーサ１５、１６により確保するようにしたが、この隙間が大きすぎると液状樹脂１１が流れ出る場合がある。そこで、本実施の形態４では、図１７に示すように、樹脂部材１２ｄの沿面１ｃに対向する面を、凸状の曲面１７としたものである。
【００５９】
図１７（ａ）に示すように、凸状の曲面１７を有する樹脂部材１２ｄを沿面１ｃの液状樹脂１１上に載置する。続いて、図１７（ｂ）に示すように、樹脂部材１２ｄを下方に押圧すると、液状樹脂１１は横に押し出され、曲面１７の頂部が沿面１ｃと接触する。この方法によれば、液状樹脂１１が流れ出ることを防ぎながら、沿面１ｃ上のボイド１０を電界集中部へ接近させないように、液状樹脂１１を移動させることができる。
【００６０】
また、樹脂部材１２を高くすることにより、電極２からベース板６に至る沿面距離を長くすることは、上記実施の形態１で説明したが、樹脂部材１２の形状を工夫することにより、沿面距離をさらに長くすることが可能である。例えば図１８に示すように、絶縁基板１の基板面と平行な方向に延びた庇部１８を有する樹脂部材１２ｅを用いることにより、沿面距離をさらに長くすることができ、沿面耐圧が向上する。なお、庇部１８の形状は特に限定するものではないが、液状樹脂１１中のボイド１０が抜け易いように、電極２との間に隙間を設けておく必要がある。
【００６１】
また、絶縁基板１の沿面１ｃと電極２の側面２ａとに塗布された低粘度の液状樹脂１１の量が不十分な場合、高電界部位を覆う樹脂が薄くなり、封止材との界面で放電を引き起こし易くなる。そこで、図１９（ａ）に示すように、あらかじめ樹脂部材１２ｂの表面に液状樹脂１１ａを塗布し、図１９（ｂ）に示すように、沿面１ｃの液状樹脂１１上に載置することにより、液状樹脂１１の量の不足が解消される。
【００６２】
図１９（ｂ）において、樹脂部材１２ｂに塗布された液状樹脂１１ａが垂れ落ちることにより、図１９（ｃ）に示すように、沿面１ｃに塗布された液状樹脂１１と一体化した、硬化した樹脂１１Ａとなる。なお、ここで用いる樹脂部材１２の形状は、特に限定するものではないが、角部を曲面にした樹脂部材１２ｂを用いることにより、液状樹脂１１ａが角部を均一に覆うことができる。
【００６３】
本実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、沿面１ｃ上のボイド１０を電界集中部へ接近させない効果、または沿面耐圧を向上させる効果、または液状樹脂１１の量の不足を解消する効果が得られ、絶縁信頼性の向上が図られる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月27日(2016.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の一方の主面に接合された電極、前記電極に搭載された半導体素子、前記絶縁基板の基板沿面と前記電極の側面とを被覆する絶縁樹脂、および前記基板沿面に前記絶縁樹脂を介して配設された樹脂部材とを備え、
前記樹脂部材は、前記電極と対向する面にスペーサまたは溝が設けられ、前記電極との間に隙間を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記樹脂部材は、前記基板沿面と対向する面にスペーサまたは溝が設けられ、前記基板沿面との間に隙間を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
絶縁基板上に半導体素子が搭載される電極を有する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板上の前記電極の端部と前記絶縁基板の外周端部との間の領域である基板沿面と、前記電極の側面とに、液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程、
前記液状樹脂塗布工程の後、前記基板沿面の前記液状樹脂上に、表面に前記液状樹脂が塗布された固形の樹脂部材を載置し、この樹脂部材により前記基板沿面上の前記液状樹脂を前記電極の方向に移動させ、前記電極の前記側面と前記樹脂部材との間に前記液状樹脂を溜める液状樹脂移動工程、
前記液状樹脂移動工程の後、前記液状樹脂を硬化させると共に、前記樹脂部材を前記絶縁基板上に固定する液状樹脂硬化工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
絶縁基板上に半導体素子が搭載される電極を有する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板上の前記電極の端部と前記絶縁基板の外周端部との間の領域である基板沿面と、前記電極の側面とに、液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程、
前記液状樹脂塗布工程の後、前記基板沿面の前記液状樹脂上に固形の樹脂部材を載置し、前記樹脂部材を前記電極の方向へ移動させることにより、前記液状樹脂を前記電極の前記側面に押し付けるようにして前記電極の方向に移動させ、前記電極の前記側面と前記樹脂部材との間に前記液状樹脂を溜める液状樹脂移動工程、
前記液状樹脂移動工程の後、前記液状樹脂を硬化させると共に、前記樹脂部材を前記絶縁基板上に固定する液状樹脂硬化工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 
【請求項５】
絶縁基板上に半導体素子が搭載される電極を有する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板上の前記電極の端部と前記絶縁基板の外周端部との間の領域である基板沿面と、前記電極の側面とに、液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程、
前記液状樹脂塗布工程の後、前記基板沿面の前記液状樹脂上に固形の樹脂部材を載置し、この樹脂部材により前記基板沿面上の前記液状樹脂を前記電極の方向に移動させ、前記電極の前記側面と前記樹脂部材との間に前記液状樹脂を溜める液状樹脂移動工程、
前記液状樹脂移動工程の後、前記液状樹脂を硬化させると共に、前記樹脂部材を前記絶縁基板上に固定する液状樹脂硬化工程を含み、
前記樹脂部材の前記電極と対向する面にスペーサまたは溝を設けることにより、前記電極と前記樹脂部材との間に隙間を設けたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂部材の前記電極と対向する面にスペーサまたは溝を設けることにより、前記電極と前記樹脂部材との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂部材の前記基板沿面と対向する面にスペーサまたは溝を設けることにより、前記基板沿面と前記樹脂部材との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記樹脂部材は、前記基板沿面に対向する面が凸状の曲面であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記樹脂部材は、前記電極を囲む枠状であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記液状樹脂移動工程において、前記樹脂部材の表面に前記液状樹脂を塗布した後、前記基板沿面の前記液状樹脂上に前記樹脂部材を載置することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁基板上に半導体素子が搭載される電極を有する半導体装置の製造方法であって、絶縁基板上の電極の端部と絶縁基板の外周端部との間の領域である基板沿面と、電極の側面とに、液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程と、液状樹脂塗布工程の後、基板沿面の液状樹脂上に、表面に液状樹脂が塗布された固形の樹脂部材を載置し、この樹脂部材により基板沿面上の液状樹脂を電極の方向に移動させ、電極の側面と樹脂部材との間に液状樹脂を溜める液状樹脂移動工程と、液状樹脂移動工程の後、液状樹脂を硬化させると共に、樹脂部材を絶縁基板上に固定する液状樹脂硬化工程とを含んで製造するようにしたものである。
また、絶縁基板上に半導体素子が搭載される電極を有する半導体装置の製造方法であって、絶縁基板上の電極の端部と絶縁基板の外周端部との間の領域である基板沿面と、電極の側面とに、液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程と、液状樹脂塗布工程の後、基板沿面の液状樹脂上に固形の樹脂部材を載置し、樹脂部材を電極の方向へ移動させることにより、液状樹脂を電極の側面に押し付けるようにして電極の方向に移動させ、電極の側面と樹脂部材との間に液状樹脂を溜める液状樹脂移動工程と、液状樹脂移動工程の後、液状樹脂を硬化させると共に、樹脂部材を絶縁基板上に固定する液状樹脂硬化工程とを含んで製造するようにしたものである。
また、絶縁基板上に半導体素子が搭載される電極を有する半導体装置の製造方法であって、絶縁基板上の電極の端部と絶縁基板の外周端部との間の領域である基板沿面と、電極の側面とに、液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程と、液状樹脂塗布工程の後、基板沿面の液状樹脂上に固形の樹脂部材を載置し、この樹脂部材により基板沿面上の液状樹脂を電極の方向に移動させ、電極の側面と樹脂部材との間に液状樹脂を溜める液状樹脂移動工程と、液状樹脂移動工程の後、液状樹脂を硬化させると共に、樹脂部材を絶縁基板上に固定する液状樹脂硬化工程とを含み、樹脂部材の電極と対向する面にスペーサまたは溝を設けることにより、電極と樹脂部材との間に隙間を設けたものである。
【国際調査報告】
2017104159.tif 000022
2017104159.tif 000023
2017104159.tif 000024
2017104159.tif 000025