(57)【要約】【課題】ＳｉＣを材料とする半導体素子に適した構造を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置２は、ＳｉＣを材料とする半導体素子２０と、半導体素子２０の外周を被覆する第１モールド樹脂５０と、第１モールド樹脂５０よりも耐熱性が低く、第１モールド樹脂５０の外周を被覆する第２モールド樹脂７０と、第２モールド樹脂７０内に配置される温度センサ６０と、を備える。温度センサ６０は、第２モールド樹脂７０内であって、第１モールド樹脂５０と接する位置に配置され、半導体素子２０の表面と対向している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣを材料とする半導体素子と、
前記半導体素子の外周を被覆する第１モールド樹脂と、
前記第１モールド樹脂よりも耐熱性が低く、前記第１モールド樹脂の外周を被覆する第２モールド樹脂と、
前記第２モールド樹脂内に配置される温度センサと、を備える、
半導体装置。
【請求項２】
半導体素子の裏面側に配置された放熱板をさらに有しており、
前記温度センサは、前記第２モールド樹脂内であって、前記第１モールド樹脂と接する位置に配置され、前記半導体素子の表面と対向している、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
ＳｉＣを材料とする半導体素子の外周を第１モールド樹脂で被覆する第１モールド工程と、
前記第１モールド樹脂の外側に温度センサを配置する配置工程と、
前記第１モールド樹脂の外周を前記第１モールド樹脂より耐熱性の低い第２モールド樹脂で被覆するとともに、前記温度センサを前記第２モールド樹脂で封止する第２モールド工程と、を備える、
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記配置工程では、前記温度センサを、前記第１モールド樹脂の外周面であって、前記半導体素子の表面と対向する位置に配置する、
請求項３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、半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体素子と、温度センサと、半導体素子と温度センサとを被覆するモールド樹脂を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置では、半導体素子と温度センサを放熱板上に配置し、半導体素子で発生した熱を放熱板を介して温度センサに伝達する。これによって、温度センサは半導体素子の温度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５２８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、Ｓｉ（珪素）に代えてＳｉＣ（炭化珪素）を材料とする半導体素子が開発されている。ＳｉＣを材料とする半導体素子は、Ｓｉを材料とする半導体素子と比較して、耐熱性が高く、高温でも動作が可能であるという特徴を有する。特許文献１に示すような従来の半導体装置の構造は、Ｓｉを材料とする半導体素子のための構造であり、ＳｉＣを材料とする半導体素子に適した構造とはなっていない。
【０００５】
本明細書では、ＳｉＣを材料とする半導体素子に適した構造を有する半導体装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する半導体装置は、ＳｉＣを材料とする半導体素子と、半導体素子の外周を被覆する第１モールド樹脂と、第１モールド樹脂よりも耐熱性が低く、第１モールド樹脂の外周を被覆する第２モールド樹脂と、第２モールド樹脂内に配置される温度センサと、を備える。
【０００７】
上述の通り、ＳｉＣを材料とする半導体素子は、Ｓｉを材料とする半導体素子と比べて高温下で動作することができる。このため、ＳｉＣを材料とする半導体素子をモールドする樹脂は、耐熱性を高くする必要がある。その一方、モールド樹脂の全てを耐熱性の高いものとすることは、過剰な耐熱性能となり好ましくない。上記の半導体装置では、半導体素子の外周を耐熱性の高い第１モールド樹脂で被覆する一方、その第１モールド樹脂の外周を耐熱性の低い第２モールド樹脂で被覆する。これにより、耐熱性を確保しながら、ＳｉＣを材料とする半導体素子をモールド樹脂で適切に被覆することができる。また、上記の半導体装置では、耐熱性の低い第２モールド樹脂を用いるため、第２モールド樹脂が最も耐熱性の低い要素となり得る。そこで、上記の半導体装置では、温度センサが第２モールド樹脂内に配置され、第２モールド樹脂の温度を検出する。このため、耐熱性の低い第２モールド樹脂を用いても、第２モールド樹脂が破損してしまうことを未然に防止することができる。
【０００８】
上記の半導体装置は、半導体素子の裏面側に配置された放熱板をさらに有していてもよい。温度センサは、第２モールド樹脂内であって、第１モールド樹脂と接する位置に配置され、半導体素子の表面と対向していてもよい。この構成によると、温度センサは、第２モールド樹脂のうち、最も高温になり易い部分の温度を検出することができる。従って、この構成によると、温度センサをより適切な位置に配置することができる。
【０００９】
本明細書は、新規な半導体装置の製造方法をも開示する。本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、ＳｉＣを材料とする半導体素子の外周を第１モールド樹脂で被覆する第１モールド工程と、第１モールド樹脂の外側に温度センサを配置する配置工程と、第１モールド樹脂の外周を第１モールド樹脂より耐熱性の低い第２モールド樹脂で被覆するとともに、温度センサを第２モールド樹脂で封止する第２モールド工程と、を備える。上記の方法によれば、本明細書に開示する新規な半導体装置を製造することができる。なお、上記配置工程では、温度センサを、第１モールド樹脂の外周面であって、半導体素子の表面と対向する位置に配置することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の半導体装置を模式的に示す断面図。
【図２】実施例の半導体装置を模式的に示す平面図。
【図３】半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図４】半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図５】半導体装置の製造工程を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施例）
図１に示すように、本実施例の半導体装置２は、放熱板１０と、半導体素子２０と、第１モールド樹脂５０と、温度センサ６０と、第２モールド樹脂７０とを備えている。半導体素子２０の外周は、第１モールド樹脂５０によって被覆されている。第１モールド樹脂５０の外周は、第２モールド樹脂７０によって被覆されている。温度センサ６０は、第２モールド樹脂７０内であって、第１モールド樹脂５０の外周面の上部（上面）と接する位置に配置され、半導体素子２０の表面と対向している。
【００１２】
放熱板１０は、熱伝導率の高い材料によって形成されている。放熱板１０は、半導体素子２０が発生する熱を放熱する。放熱板１０は、半導体素子２０の裏面（詳細には、裏面電極（図示省略））に、ハンダ１２を介して接合されている。
【００１３】
半導体素子２０は、電力用のスイッチング素子であり、本実施例では、縦型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられている。本実施例では、半導体素子２０は、ＳｉＣを材料としている。そのため、半導体素子２０は、Ｓｉを材料とする半導体素子と比較して、耐熱性が高く、高温でも動作が可能である。図２に示すように、半導体素子２０は、平面視すると略矩形状となるように形成されており、その表面には、メインパッド３０と信号パッド３２とが形成されている。なお、図２は、本実施例の半導体装置２の平面図であるが、第１モールド樹脂５０、温度センサ６０及び第２モールド樹脂７０の図示を省略している。メインパッド３０及び信号パッド３２は、Ａｌ等の導電材料によって形成されている。信号パッド３２は、半導体素子２０の非セル領域（ＩＧＢＴが形成されていない領域）の上方に配置されている。本実施例では、信号パッド３２は、外部の駆動回路から出力されるゲート信号（小電流の信号）の入力のために用いられる。信号パッド３２は、半導体素子２０の表面の１箇所に形成されている。信号パッド３２は、図示しないボンディングワイヤの一端をボンディングするためのボンディング領域を備える。
【００１４】
一方、メインパッド３０は、半導体素子２０のセル領域（ＩＧＢＴが形成されている領域）の上方に配置されている。本実施例では、メインパッド３０は、半導体素子２０の表面の３箇所に形成されている。各メインパッド３０は、図示しないボンディングワイヤの一端をボンディングするためのボンディング領域を備える。
【００１５】
半導体素子２０に電流を流す場合には、メインパッド３０を接地線に接続し、半導体素子２０の裏面電極（図示省略）を電源線に接続する。この状態で半導体素子２０をオンすると半導体素子２０を電流が流れ、半導体素子２０をオフすると半導体素子２０を流れていた電流が遮断される。なお、半導体素子２０の表面のうち、メインパッド３０と信号パッド３２の周囲には絶縁層４０が形成されている。
【００１６】
図１に示すように、第１モールド樹脂５０は、絶縁樹脂により形成され、半導体素子２０と、その表面のメインパッド３０及び信号パッド３２の外周を被覆している。なお、以下、第１モールド樹脂５０によって半導体素子２０とメインパッド３０と信号パッド３２の外周を被覆することを「第１モールド樹脂５０によって半導体素子２０を被覆する」と呼ぶ場合がある。第１モールド樹脂５０には、ポリイミドが用いられている。ポリイミドは、エポキシ等の他の絶縁樹脂と比較して耐熱性が高い。耐熱性の高い第１モールド樹脂５０によって半導体素子２０の外周を被覆することにより、半導体素子２０が発する熱が第１モールド樹脂５０の外側に伝わり難くなる。
【００１７】
第２モールド樹脂７０は、第１モールド樹脂５０と温度センサ６０とを被覆する絶縁樹脂により形成されている。第２モールド樹脂７０には、例えばエポキシ等、第１モールド樹脂５０よりも耐熱性の低い絶縁樹脂を用いることができる。
【００１８】
温度センサ６０は、第２モールド樹脂７０内に配置されている。さらに、温度センサ６０は、第１モールド樹脂５０の上面と接する位置に、半導体素子２０の表面と対向して配置されている。温度センサ６０には、例えば、温度センスダイオード、サーミスタ等を用いることができる。温度センサ６０の端子６２、６４の端部は、それぞれ、第２モールド樹脂７０の外側に突出している。温度センサ６０は、第２モールド樹脂７０の温度を検出する。
【００１９】
次いで、図３〜図５を参照して、本実施例に係る半導体装置２の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、裏面に放熱板１０を接合した半導体素子２０を用意する。半導体素子２０のメインパッド３０及び信号パッド３２には、図示しないボンディングワイヤの一端がボンディングされている。
【００２０】
次いで、第１モールド樹脂によるモールドを行う。本実施例では、トランスファーモールド法によるモールドを行う。まず、図示しない型を用意し、その成形空間内に半導体素子２０を収容する。次いで、その成形空間内に硬化前の第１モールド樹脂（ポリイミド）の液体を供給する。成形空間内に液体が充填されたら、その充填した液体を加熱して硬化させる。液体が硬化することにより、図４に示すように、成形空間内の半導体素子２０の外周が、硬化した第１モールド樹脂５０によって被覆される。その後、成形品を型から抜く。
【００２１】
次いで、図５に示すように、温度センサ６０を配置する。温度センサ６０は、第１モールド樹脂５０の上面であって、半導体素子２０の表面と対向する位置に配置する。次いで、温度センサ６０を配置した状態を維持したまま、第２モールド樹脂によるモールドを行う。この場合も、上述の第１モールド樹脂５０によるモールドと同様に、トランスファーモールド法によるモールドを行う。具体的には、図示しない型を用意し、その成形空間内に、第１モールド樹脂５０と温度センサ６０を収容する。次いで、その成形空間内に硬化前の第２モールド樹脂（エポキシ等の絶縁樹脂）の液体を充填し、加熱して硬化させる。液体が硬化することにより、図１に示すように、第１モールド樹脂５０の外周が、硬化した第２モールド樹脂７０によって被覆される。同時に、温度センサ６０が、硬化した第２モールド樹脂７０で封止される。その後、成形品を型から抜くと、本実施例の半導体装置２が完成する。
【００２２】
以上、本実施例の半導体装置２とその製造方法について説明した。上記の通り、本実施例の半導体装置２では、半導体素子２０の外周を耐熱性の高い第１モールド樹脂５０で被覆する一方、その第１モールド樹脂５０の外周を耐熱性の低い第２モールド樹脂７０で被覆する。これにより、耐熱性を確保しながら、ＳｉＣを材料とする半導体素子２０をモールド樹脂で適切に被覆することができる。即ち、ＳｉＣを材料とする半導体素子２０を耐熱性の高いモールド樹脂７０で被覆する一方で、その第１モールド樹脂５０の外周を耐熱性の低い第２モールド樹脂７０で被覆することにより、半導体素子２０を被覆するモールド樹脂が過剰な耐熱性能を備えることを抑制することができる。また、本実施例の半導体装置２では、温度センサ６０が第２モールド樹脂７０内に配置され、第２モールド樹脂７０の温度を検出する。このため、耐熱性の低い第２モールド樹脂７０を用いても、第２モールド樹脂７０が破損してしまうことを未然に防止することができる。
【００２３】
また、本実施例の半導体装置２では、温度センサ６０は、第２モールド樹脂７０内であって、第１モールド樹脂５０と接する位置に配置され、半導体素子２０の表面と対向している。そのため、温度センサ６０は、第２モールド樹脂７０のうち、最も高温になり易い部分の温度を検出することができる。従って、本実施例の半導体装置２では、温度センサ６０が適切な位置に配置されている。
【００２４】
また、本実施例の半導体装置２では、半導体素子２０と別体の温度センサ６０によって温度を検出するため、半導体素子２０に温度検出のためのセンス領域を設ける必要がない。その結果、ＳｉＣを材料とする半導体基板を有効に使うことができ、半導体素子２０を小型化することができる。
【００２５】
上記の実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）上記の実施例では、温度センサ６０は、第１モールド樹脂５０と接する位置で、半導体素子２０の表面と対向する位置に配されている。温度センサ６０の位置は、これには限られず、第２モールド樹脂７０内であれば、任意の位置に配置することができる。
（２）上記の実施例では、モールド樹脂５０、７０は、トランスファーモールド法によって成形されている。これに限られず、モールド樹脂５０、７０は、コンプレッションモールド法によって成形してもよい。
（３）半導体素子２０には、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴやダイオード等の他のパワー半導体素子が用いられていてもよい。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２７】
２：半導体装置
１０：放熱板
１２：ハンダ
２０：半導体素子
３０：メインパッド
４２：信号パッド
４０：絶縁層
５０：第１モールド樹脂
６０：温度センサ
６２、６４：端子
７０：第２モールド樹脂
【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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