(57)【要約】【課題】高温での動作が可能な半導体モジュールを提供する。【解決手段】基板２に実装されたＳｉＣ半導体チップ３と、該ＳｉＣ半導体チップ３を覆う封止用ケース体４との相互間の空間部５に充填剤６が充填されている。この充填剤６はセラミック材料等の絶縁性無機材料の粉末体からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に実装された半導体チップと、該半導体チップを覆う封止用ケース体との空間部に充填される充填剤が、絶縁性無機材料の粉末体からなることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
前記絶縁性無機材料としてＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢｅＯ、ＣｕＭｏ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4の内、いずれか１種類もしくは複数種類が用いられたことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤が前記空間部に密に充填されたことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
前記封止用ケース体が熱伝導性材料で形成されたことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
前記封止用ケース体の内部に、同一もしくは異種の複数の半導体チップが実装されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤に吸着剤の粉末体が混入されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体モジュールにおいて、
前記吸着剤が炭素であることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤の粉末体に前記吸着剤の粉末体が均一に混入されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項９】
請求項６または請求項７に記載の半導体モジュールにおいて、
前記半導体チップ近くにおける近傍領域での前記吸着剤の粉末体混入比よりも、前記半導体チップから遠い遠方領域での前記吸着剤の粉末体混入比の方が多いことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤の粉末体と前記半導体チップの両方の表面もしくはいずれか一方の表面が、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングされていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
前記半導体チップがワイドバンドギャップ半導体チップからなることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤を構成する前記粉末体の少なくとも一部が、赤外線を透過させる赤外線透過性粒子であることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体モジュールにおいて、
前記赤外線透過性粒子の材料として、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、サファイアの内、いずれか１種類もしくは複数種類が用いられたことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、前記空間部内の位置に応じて変更されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、前記空間部内における前記半導体チップのボンディングワイヤの接続部に略対応する高さ面を境に変更されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１６】
請求項１４に記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、前記空間部内における前記半導体チップの発熱部に略対応する高さ面を境にして変更されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１７】
請求項１４に記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、前記空間部内における前記半導体チップをマウントして動作させるための手段の最上部に略対応する高さ面を境にして変更されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、
前記充填剤を構成する前記粉末体の少なくとも一部が多孔性粒子であることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の半導体モジュールを製造する半導体モジュールの製造方法であって、
前記空間部内におけるボンディングワイヤの最下部に略対応する高さ面よりも下に位置する前記充填剤の充填を、ワイヤボンディングを行う前に行うことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高温での動作が可能なワイドバンドギャップ半導体に適した半導体モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体モジュールにおいては、絶縁破壊の防止、ゴミ等の異物の混入防止、水分の侵入防止、局所的な温度上昇の防止の観点から、基板に実装された半導体チップを充填剤を介して封止用ケース体でパッケージした構造とされていた。
【０００３】
特に、高電圧を取り扱う半導体においては、パッケージ内での配線間での絶縁破壊を防止するため、半導体チップの周囲にシリコンゲル等の有機系材料を充填する方法が採用されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような有機系材料を用いた場合、使用可能な温度は２００℃以下であり、それ以上の高温での使用は困難であった。
【０００５】
また、充填剤として熱硬化性樹脂を用いた場合、熱膨張係数の違いから温度変化時に半導体チップに応力が作用して損傷を招くおそれもあった。
【０００６】
近年のＳｉＣ半導体等に代表されるワイドバンドギャップ半導体は、その動作可能範囲がＳｉ系半導体と比較して高くなっており、例えばＳｉＣ半導体にあっては３００℃を超える範囲での使用も可能となっている。このような高温環境下で使用される半導体チップの場合、充填剤として上記のように一般的な有機系の材料は使用することができない。
【０００７】
また、高温での使用に耐えうる材料としていわゆるガラス等の無機材料によるコーティングによる絶縁も可能であるが、熱膨張係数の違いから温度変化時にコーティングにクラックが発生するといった問題が発生する。
【０００８】
そこで、本発明の解決しようとする課題は、高温での動作が可能な半導体モジュール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の半導体モジュールの手段は、基板に実装された半導体チップと、該半導体チップを覆う封止用ケース体との空間部に充填される充填剤が、絶縁性無機材料の粉末体からなる点にある。
【００１０】
また、前記絶縁性無機材料としてＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢｅＯ、ＣｕＭｏ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4の内、いずれか１種類もしくは複数種類が用いられた構造としてもよい。
【００１１】
さらに、前記充填剤が前記空間部に密に充填された構造としてもよい。
【００１２】
また、前記封止用ケース体の内部に、同一もしくは異種の複数の半導体チップが実装されている構造としてもよい。
【００１３】
さらに、前記充填剤に吸着剤の粉末体が混入されている構造としてもよい。
【００１４】
また、前記吸着剤が炭素である構造としてもよい。
【００１５】
さらに、前記充填剤の粉末体に前記吸着剤の粉末体が均一に混入されている構造としてもよい。
【００１６】
また、前記半導体チップ近くにおける近傍領域での前記吸着剤の粉末体混入比よりも、前記半導体チップから遠い遠方領域での前記吸着剤の粉末体混入比の方が多い構造としてもよい。
【００１７】
さらに、前記充填剤の粉末体と前記半導体チップの両方の表面もしくはいずれか一方の表面が、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングされている構造としてもよい。
【００１８】
また、前記半導体チップがワイドバンドギャップ半導体チップからなる構造としてもよい。
【００１９】
さらに、前記充填剤を構成する前記粉末体の少なくとも一部が、赤外線を透過させる赤外線透過性粒子である構造としてもよい。
【００２０】
また、前記赤外線透過性粒子の材料として、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、サファイアの内、いずれか１種類もしくは複数種類が用いられた構造としてもよい。
【００２１】
さらに、前記充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、前記空間部内の位置に応じて変更されている構造としてもよい。
【００２２】
また、前記充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、前記空間部内における前記半導体チップのボンディングワイヤの接続部に略対応する高さ面を境に変更されている構造としてもよい。
【００２３】
さらに、前記充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、前記空間部内における前記半導体チップの発熱部に略対応する高さ面を境にして変更されている構造としてもよい。
【００２４】
また、前記充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、前記空間部内における前記半導体チップをマウントして動作させるための手段の最上部に略対応する高さ面を境にして変更されている構造としてもよい。
【００２５】
さらに、前記充填剤を構成する前記粉末体の少なくとも一部が多孔性粒子である構造としてもよい。
【００２６】
また、上記課題を解決するための手段である半導体モジュールの製造方法は、前記空間部内におけるボンディングワイヤの最下部に略対応する高さ面よりも下に位置する前記充填剤の充填を、ワイヤボンディングを行う前に行うようになっている。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の半導体モジュールによれば、基板に実装された半導体チップと、該半導体チップを覆う封止用ケース体との空間部に充填される充填剤が、絶縁性無機材料の粉末体からなる構造とされているため、空間部内に充填された粉末体の各粒子相互間に微少の隙間が存在し、高温環境下での使用に際して熱膨張係数の違いから半導体チップと充填剤との相互間に熱膨張率に相違があっても熱膨張率の差が前記微少な隙間によって有効に吸収され、半導体チップに対する不用意な応力の発生が有効に防止できると共に、粉末体によって絶縁性能が有効に確保でき、３００℃を超える温度のような高温での動作が可能となる。
【００２８】
また、請求項２に記載の半導体モジュールによれば、請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、絶縁性無機材料としてＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢｅＯ、ＣｕＭｏ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4の内、いずれか１種類もしくは複数種類が用いられた構造とされているため、充填剤が熱伝導性に優れ、半導体チップで発生した熱が充填剤を通じて周囲に伝達されるため、局所的な温度上昇が有効の防止できると共に、放熱性にも優れる利点がある。
【００２９】
さらに、請求項３に記載の半導体モジュールによれば、請求項１または請求項２に記載の半導体モジュールにおいて、充填剤が空間部に密に充填された構造とされているため、半導体チップで発生した熱の充填剤を通じた周囲への熱の伝達が良好に確保でき、良好な放熱性が確保できる。
【００３０】
また、請求項４に記載の半導体モジュールによれば、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、封止用ケース体が熱伝導性材料で形成された構造とされているため、基板側からだけでなく、全方位に良好に放熱することができ、放熱性の向上が図れる。
【００３１】
さらに、請求項５に記載の半導体モジュールによれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、封止用ケース体の内部に、同一もしくは異種の複数の半導体チップが実装されている構造とされており、高温環境下での熱膨張等の相違により各半導体チップや封止用ケース体のサイズが変動した際にも、粉末体の流動的な移動により各半導体チップや内部配線に対して作用する応力を最小限に抑えることができる。
【００３２】
さらにまた、請求項６に記載の半導体モジュールによれば、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、充填剤に吸着剤の粉末体が混入されている構造とされているため、吸着剤の吸着性により、水分や酸素等の被吸着物が封止用ケース体内部に混入された場合や外部から侵入した場合であっても有効に吸着でき、半導体チップの劣化や絶縁破壊が有効に防止できる。
【００３３】
また、請求項７に記載の半導体モジュールによれば、請求項６に記載の半導体モジュールにおいて、吸着剤が炭素である構造とすれば、水分や酸素に対する吸着性が良好に発揮できる。
【００３４】
さらに、請求項８に記載の半導体モジュールによれば、請求項６または請求項７に記載の半導体モジュールにおいて、充填剤の粉末体に吸着剤の粉末体が均一に混入されている構造とすれば、満遍なく水分等の吸着効果が発揮できる。
【００３５】
また、請求項９に記載の半導体モジュールによれば、請求項６または請求項７に記載の半導体モジュールにおいて、半導体チップ近くにおける近傍領域での吸着剤の粉末体混入比よりも、半導体チップから遠い遠方領域での吸着剤の粉末体混入比の方が多い構造とされており、封止用ケース体内に外部から水分等が侵入した場合であっても吸着剤の粉末体混入比が多い遠方領域で水分等を効果的に吸着でき、半導体チップに対する水分等の到達が有効に防止できると共に、絶縁性能も有効に発揮できる。
【００３６】
さらに、請求項１０に記載の半導体モジュールによれば、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、充填剤の粉末体と半導体チップの両方の表面もしくはいずれか一方の表面が、ダイヤモンドライクカーボンでコーティングされている構造とされており、コーティングによって相互間の摩擦抵抗が低減でき、粉末体の充填時や温度変化による熱膨張時等における半導体チップ表面の擦過傷等の損傷が有効に防止できる。
【００３７】
また、請求項１１に記載の半導体モジュールによれば、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の半導体モジュールにおいて、半導体チップがワイドバンドギャップ半導体チップからなる構造とされており、３００℃を超える高温環境下での動作も可能となり、ワイドバンドギャップ半導体の機能を有効に発揮できる。
【００３８】
さらに、請求項１２に記載の半導体モジュールによれば、充填剤を構成する粉末体の少なくとも一部が、赤外線透過性粒子であるため、熱輻射による放熱量を増加させることができ、その結果、充填剤全体の熱抵抗を下げることができ、放熱効率の向上が図れる。
【００３９】
また、請求項１３に記載の半導体モジュールによれば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、サファイアは赤外線透過性に優れているため、これらを用いることにより充填剤の熱抵抗を効果的に下げることができる。
【００４０】
さらに、請求項１４に記載の半導体モジュールによれば、充填剤を構成する前記粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、半導体チップと封止用ケース体との空間部内の位置に応じて変更されているため、放熱特性、耐振動性等の種々の要請に応じた構成を実現できる。
【００４１】
また、請求項１５に記載の半導体モジュールによれば、空間部内における半導体チップのボンディングワイヤの接続部に略対応する高さ面を境に、粉末体の材質等を変更するため、例えば、ボンディングワイヤの周辺の粉末体の粒子サイズを小さくする等により、耐振動性の向上等が図れる。
【００４２】
さらに、請求項１６に記載の半導体モジュールによれば、空間部内における半導体チップの発熱部に略対応する高さ面を境に、粉末体の材質等を変更するため、例えば、より放熱性に優れた構成等を実現できる。
【００４３】
また、請求項１７に記載の半導体モジュールによれば、空間部内における半導体チップをマウントして動作させるための手段の最上部に略対応する高さ面を境に、粉末体の材質等を変更するため、例えば、半導体チップをマウントして動作させるための手段の周辺の粉末体の粒子サイズを小さくする等により、耐振動性の向上等が図れる。
【００４４】
さらに、請求項１８に記載の半導体モジュールによれば、多孔性粒子は低密度であるため、これを充填剤に用いることにより、半導体モジュールの軽量化が図れる。
【００４５】
また、請求項１９に記載の半導体モジュールの製造方法によれば、封止用ケース体内の空間部におけるボンディングワイヤよりも下側に充填される充填剤を、ボンディングワイヤが障害となることなく、均一に充填することができ、耐振動性等の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１は半導体モジュール１の断面図を示しており、絶縁基板等からなる基板２上にワイドバンドギャップ半導体チップの一例としてのＳｉＣ半導体チップ３が実装され、ＳｉＣ半導体チップ３の周囲や上方を覆って封止用ケース体４でパッケージされた構造とされている。
【００４７】
そして、ＳｉＣ半導体チップ３とケース体４との相互間に形成された空間部５には、絶縁性無機材料の粉末体からなる充填剤６が充填された構造とされている。この充填剤６としては、セラミック材料の粉末体、例えば、熱伝導性に優れるＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢｅＯ、ＣｕＭｏ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4の内のいずれか１種類の粉末体、もしくは複数種類の粉末体を混合したものが用いられている。
【００４８】
また、ケース体４も熱伝導性に優れる材料、例えば熱伝導性樹脂で構成されており、本実施形態では、ＳｉＣ半導体チップ３の周囲を囲繞して基板２上に接着剤等により封止状態で固着される側面封止部４ａと、空間部５への充填剤６充填後に側面封止部４ａの上面に接着剤等により固着されて上部開口を封止する上面封止部４ｂとから構成されている。
【００４９】
本実施形態は以上のように構成されており、ＳｉＣ半導体チップ３の周囲は絶縁性を有する無機材料の粉末体からなる充填剤６で覆われているため、空気絶縁よりも高い絶縁性能を良好に確保することが可能で絶縁性能が有効に確保できる。
【００５０】
また、空間部５内に充填された充填剤６における粉末体の各粒子相互間には微少の隙間が存在するため、高温環境下での使用に際して熱膨張係数の違いからＳｉＣ半導体チップ３とケース体４や充填剤６との相互間に熱膨張率に相違があっても熱膨張率の差が前記微少な隙間によって有効に吸収され、ＳｉＣ半導体チップ３に対する不用意な応力の発生が有効に防止できる。
【００５１】
さらに、充填剤６として熱伝導性に優れるＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢｅＯ、ＣｕＭｏ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4の粉末体を用いることにより、ＳｉＣ半導体チップ３で発生した熱を充填剤６を通じて周囲に効率よく伝達することができるため、局所的な温度上昇が有効に防止できると共に、放熱性にも優れる利点がある。
【００５２】
そして、ケース体４が熱伝導性樹脂で形成されているため、図に矢印で示されるように、ＳｉＣ半導体チップ３で発生した熱を基板２だけでなく、充填剤６を介して周囲のケース体４を通じて全方位に放熱でき、この点からも放熱性に優れる。
【００５３】
また、空間部５に対して充填剤６を密に充填すれば、ＳｉＣ半導体チップ３で発生した熱の充填剤６を通じた周囲への熱の伝達がより良好に確保でき、より良好な放熱性が確保できる。
【００５４】
以上のように、絶縁性能が有効に確保でき、局所的な不用意な応力の発生も有効に防止できるため、ＳｉＣ半導体チップ３は３００℃を超える高温環境下での動作も可能となり、ワイドバンドギャップ半導体の機能を有効に発揮できる。
【００５５】
なお、粉末体の粒径および充填される封入量は、熱膨張等によりＳｉＣ半導体チップ３およびケース体４のサイズが変動した際にもチップ３および内部配線材に対して応力が加わることを最低限に抑えることが可能な粒径や封入量を適宜選定すればよい。
【００５６】
また、充填剤６として充填される粉末体の表面は、滑らかであることが好ましく、ＳｉＣ半導体チップ３の周囲に充填剤６を充填する際に、チップ３表面の絶縁膜等に擦過傷等の損傷発生が有効に防止できる。例えば、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）により粉末体の表面にコーティングを行うことにより摩擦係数を低くすることができる。この場合、ＳｉＣ半導体チップ３に対する摩擦抵抗が低減でき、従って、このコーティングにより相手攻撃性を低減できるため、粉末体の充填時や粉末体充填後の温度変化による熱膨張時等におけるＳｉＣ半導体チップ３表面の擦過傷等の損傷が有効に防止できる。
【００５７】
また、充填剤６に吸着剤の粉末体を混入した構造としてもよい。例えば、吸着剤として炭素の粉末体を混入する構造とすれば、ケース体４による封止状態で、ケース体４内部に水分や酸素が混入された場合であっても、炭素の吸着作用によって水分や酸素に対する吸着性が良好に発揮できる。そして、パッケージ後における水分等の侵入は封止状態のケース体４によって基本的に防止しているが、水蒸気などの細かい水分等が外部から侵入した場合であっても、充填剤６に混入されている炭素の吸着作用によって水分等が有効に吸着でき、ＳｉＣ半導体チップ３に対する水分の到達が有効に防止できる。従って、ＳｉＣ半導体チップ３の劣化や絶縁破壊が有効に防止できる。
【００５８】
この際、充填剤６の粉末体に吸着剤の粉末体が均一に混入されている構造とすることによって、空間部５内の位置にかかわらず満遍なく水分等の吸着効果が発揮できる。なお、充填剤６に混入される吸着剤としての炭素は導電性を有するため、充填剤６による絶縁性能を阻害しない範囲となるように、その混入比、即ち充填剤６に対する吸着剤の組成比を一定量以下に制限すればよい。
【００５９】
また、充填剤６を構成する絶縁性無機材料の粉末体の少なくとも一部を、赤外線を透過させる赤外線透過性粒子とし、熱輻射による放熱性を向上させるようにしてもよい。赤外線透過性粒子としては、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、サファイアの内、いずれかにより形成されれた１種類の赤外線透過性粒子、もしくは複数種類の赤外線透過性粒子を混合したものが用いられる（あるいは、上記の複数の材料を混合して赤外線透過性粒子を形成してもよい）。また、この場合、充填剤６の全部を赤外線透過性粒子で構成してもよく、あるいは、上記のＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢｅＯ、ＣｕＭｏ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4の内のいずれか１種類の粉末体、もしくは複数種類の粉末体を混合したものと、赤外線透過性粒子からなる粉末体とを混合して充填剤６を構成してもよい。これによって、充填剤６全体の熱抵抗を下げることができ、放熱効率の向上が図れる。
【００６０】
また、充填剤６を構成する絶縁性無機材料の粉末体の少なくとも一部を多孔性粒子としてもよい。この場合、多孔性粒子は低密度であるため、半導体モジュール１の軽量化が図れる。あるいは、多孔性粒子を用いる代わりに、低密度の粒子を用いてもよい。
【００６１】
＜第２の実施形態＞
図２は第２の実施形態を示しており、上記第１の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６２】
即ち、本実施形態においては、半導体モジュール１おけるケース体４内部の空間部５が、ＳｉＣ半導体チップ３近くに位置する近傍領域５ａと、ＳｉＣ半導体チップ３から遠くに位置する上面封止部４ｂ近傍の遠方領域５ｂとに二分され、近傍領域５ａでは充填剤６に対する吸着剤としての炭素の粉末体混入比が絶縁性能を阻害しない比較的少ない混入比とされ、遠方領域５ｂでは充填剤６に対する炭素の粉末体混入比を近傍領域５ａよりも多い混入比としている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００６３】
従って、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏すると共に、上面封止部４ｂによる封止部分等、外部からの水分等の侵入可能性が高いエリアにおける吸着剤の粉末体混入比が多いため、水分等を効果的に吸着でき、ＳｉＣ半導体チップ３に対する水分の到達が有効に防止できると共に、絶縁性能も有効に発揮できる。
【００６４】
なお、このような吸着剤の粉末体混入比の割合を増す領域は、遠方領域５ｂに限らず、ＳｉＣ半導体チップ３や内部配線に支障がなく、外部からの水分等の侵入可能性が高いエリアに適用すればよい。
【００６５】
＜第３の実施形態＞
図３は第３の実施形態を示しており、上記第１の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
即ち、本実施形態においては、封止用ケース体４の内部に、複数種のＳｉＣ半導体チップ３が実装されている構造とされており、その他の構成は第１の実施形態と同様に構成されている。
【００６７】
従って、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏すると共に、充填剤６が粉末体からなるため、高温環境下での熱膨張等の相違により各ＳｉＣ半導体チップ３や封止用ケース体４のサイズが変動した場合であっても、空間部５内部での粉末体の流動的な移動により各ＳｉＣ半導体チップ３や内部配線に対して作用する応力を最小限に抑えることができると共に、大きさの相違するＳｉＣ半導体チップ３であっても発生した熱を周囲に均一に放熱することができる。
【００６８】
なお、本実施形態において、異種のＳｉＣ半導体チップ３を用いた構造を示しているが、同一のＳｉＣ半導体チップ３を複数用いた構造であっても同様の効果を奏する。
【００６９】
また、上記各実施形態において、絶縁性無機材料として、Ａｌ2Ｏ3等のセラミック材料を用いた構造を示しているが、その他の無機材料であってもよく、半導体モジュール１の使用温度に応じて最適な無機材料を選択すればよく、上記のものに何ら限定されない。
【００７０】
さらに、ケース体４を熱伝導性樹脂で形成した構造を示しているが、その他の熱伝導性の高い材料を使用してもよく、基板２としても熱伝導性の高い材料を使用すれば、より放熱性の向上が図れる。
【００７１】
また、吸着剤として炭素の粉末体を使用した構造を示してるが、その他の吸着剤を使用する構造であってもよく、何ら限定されない。
【００７２】
さらに、充填剤６の粉末体にダイヤモンドライクカーボンでコーティングした構造を示しているが、ＳｉＣ半導体チップ３の表面にダイヤモンドライクカーボンでコーティングした構造としても同様の効果が発揮でき、さらには充填剤６とＳｉＣ半導体チップ３の両方をダイヤモンドライクカーボンでコーティングした構造としてもよい。この場合、上記効果がより一層向上する。
【００７３】
また、ワイドバンドギャップ半導体チップの一例としてＳｉＣ半導体チップ３を示しているが、その他の半導体モジュールであっても同様に適用できる。
【００７４】
＜第４の実施形態＞
図４は第４の実施形態を示しており、上記第１の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
即ち、本実施形態においては、充填剤６を構成する絶縁性無機材料からなる粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、ケース体４内部の空間部５内における位置に応じて変更されるようになっている。ここで、本発明の「半導体チップをマウントして動作させるための手段」にはボンディングワイヤ７等が相当している。
【００７６】
第１の具体的としては、例えば、空間部５内における半導体チップ３の上面におけるボンディングワイヤ７の接続部３ａに略対応する高さ面（ボンディング面）Ａを境にして、その高さ面Ａの上下で、粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが変更される。
【００７７】
第２の具体例としては、例えば、空間部５内における半導体チップ３の発熱部（チップ上面のわずかに下）に略対応する高さ面Ｂを境にして、その高さ面Ｂの上下で、粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが変更される。
【００７８】
第３の具体例としては、例えば、空間部５内における半導体チップ３をマウントして動作させるための手段（例えば、ボンディングワイヤ７）の最上部に略対応する高さ面Ｃを境にして、その高さ面Ｃの上下で、粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが変更される。
【００７９】
これらの具体例における粉末体の材質等の変更例は、例えば、次のような態様が考えあれる。高さ面Ａ，Ｂ又はＣの下では、半導体チップ３の保護等の観点より、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの上よりもより高強度の粉体材料（例えば、Ｓｉ3Ｎ4等）を用いたり、より延性の高い粉体材料（例えば、Ａｌ2Ｏ3等）を用いることが考えられる。あるいは、コストの観点より、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの下では、高さ面Ａの上よりも安価な粉体材料（例えば、ＳｉＯ2等）を用いることも考えられる。一方、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの上では、放熱性（又は熱伝導性）重視の観点より、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの下よりも放熱性（又は熱伝導性）が高い粉体材料（例えば、ＡｌＮ、ＺｎＳ等）を用いることが考えられる。
【００８０】
また、粒子サイズ等については、例えば、耐振動性（含む、ボンディングワイヤ７の保護）の観点より、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの下では、粒子の詰まり度合いを高めて充填後の粒子の動きを抑えるため、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの上より粒子サイズの小さい粉末体が用いられる。この場合、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの下側の粉末体の詰まり度合いをさらに向上させるために、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの下側では扁平な粒子形状をした微粒子からる粉末体を用いるようにしてもよく、複数種類の粒子サイズの粒子からなる粉末体を用いるようにしてもよい。この場合、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの上側では、例えば、粒子サイズの大きめの球形粒子の粉末体を使用することができる。また、この場合、粒子の詰まり度合いを上げるため、高さ面Ａ，Ｂ又はＣの下側では、粒子サイズの小さい粉末体をゆっくり充填するのがよい。これにより、半導体モジュール１に振動が与えられた場合に、半導体チップ３の周辺に隙間が隙間が集まり、これによって半導体チップ３の振動ストロークが増大するのを防止することができる。
【００８１】
従って、本実施形態によれば、充填剤６を構成する粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つが、半導体チップ３とケース体４との空間部５内の位置に応じて変更されているため、放熱特性、耐振動性等の種々の要請に応じた構成を実現できる。
【００８２】
なお、本実施形態では、空間部５内に設定された１つの高さ面Ａ〜Ｃによって充填剤６の材料構成を２層構成で変更したが、複数の高さ面を設定して３層以上の構成で充填剤６の材料構成を変更するようにしてもよい。
【００８３】
＜第５の実施形態＞
図５は第５の実施形態を示しており、上記第１の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８４】
即ち、本実施形態においては、ケース体４の空間部５内におけるボンディングワイヤ７の最下部７ａに略対応する高さ面Ｄよりも下に位置する充填剤６の充填を、ワイヤボンディングを行う前に行うようになっている。
【００８５】
より具体的には、本実施形態では、ボンディングワイヤ７は、半導体チップ３の上面における接続部３ａとリードフレーム８との間を接続するように設けられており、これによりボンディングワイヤ７の最下部７ａが空間部５の底部よりも上方に位置している。なお、リードフレーム８は、例えばケース体４の側面封止部４ａを貫通して空間部５内に挿入されている。
【００８６】
そこで、本実施形態では、図６に示すように、ワイヤーボンディングを行う前に、ケース体４の空間部５内におけるボンディングワイヤ７の最下部７ａに略対応する高さ面Ｄよりも下の部分に充填剤６を充填する。これによって、ボンディングワイヤ７が障害となることなく、その部分に充填剤６を充填できる。
【００８７】
続いて、図７に示すようにワイヤーボンディングを行った後、空間部５内における高さ面Ｄよりも上の部分に充填剤６を充填した後、図５に示すようにケース体４の上面封止部４ｂを装着して封止する。
【００８８】
以上のように、ケース体４内の空間部５におけるボンディングワイヤ７よりも下側に充填される充填剤を、ボンディングワイヤ７が障害となることなく、均一に充填することができ、耐振動性等の向上が図れる。
【００８９】
なお、本実施形態では、半導体チップ３とリードフレーム８とをワイヤーボンディングする場合について説明したが、ボンディングワイヤ７の最下部７ａが空間部５の底部よりも上方に位置している種々の構成について、本実施形態が適用可能である。例えば、半導体チップ３とケース体４に取り付けられた端子とをワイヤボンディングする構成や、サブマウントを備えた構成等に本実施形態が適用可能である。
【００９０】
また、本実施形態においても、上述の第４の実施形態の場合と同様に、空間部５内の高さ面Ｄを境にして、充填剤６を構成する絶縁性無機材料からなる粉末体の材質、粒子サイズおよび粒子形状のうちの少なくとも一つを変更して放熱性や耐振動性等を向上させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体モジュールの断面図である。
【図２】第２の実施形態にかかる半導体モジュールの断面図である。
【図３】第３の実施形態にかかる半導体モジュールの断面図である。
【図４】第４の実施形態にかかる半導体モジュールの断面図である。
【図５】第５の実施形態にかかる半導体モジュールの断面図である。
【図６】図５の半導体モジュールの製造工程を示す図である。
【図７】図５の半導体モジュールの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  半導体モジュール
２  基板
３  ＳｉＣ半導体チップ
４  ケース体
５  空間部
５ａ  近傍領域
５ｂ  遠方領域
６  充填剤
７  ボンディングワイヤ
８  リードフレーム
Ａ〜Ｄ  高さ面
【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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