(57)【要約】【課題】耐熱性の高い高信頼性の半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、半導体素子と、リードと、前記半導体素子と、前記リードを囲むように配置されるケースと、前記ケースで囲まれる領域を封止体で封止する半導体装置において、前記封止体には、第１の層と、第２の層と、第３の層と、があって、前記第１の層は、前記第３の層よりも耐熱性が相対的に高く、前記第２の層は、前記第１の層と、前記第３の層との密着性が相対的に高く、前記第３の層は、前記第１の層よりも硬度が相対的に高いことを特徴とする。【選択図】図２
2016225449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、該半導体素子が一方の主面に搭載された基板と、該基板の一方の主面または側面に配置され、前記半導体素子を囲むように配置されたケースと、前記ケースによって包囲された前記基板の一方の主面側を被覆する封止体と、を備えた半導体装置において、前記封止体は、前記基板の一方の主面側から、第１の層と第２の層と第３の層とを順次備え、前記第１の層は、前記半導体素子を被覆し、且つ前記ケ−スの内壁面に接触し、前記第３の層は、前記第１の層の主面を前記第２の層を介して被覆し、且つ前記ケ−スの内壁面に接触し、前記第１の層は、前記第３の層よりも耐熱性に優れた樹脂から成り、前記第３の層は、前記第１の層よりも硬度が高い樹脂から成り、前記第１の層と前記第２の層との密着性および前記第２の層と前記第３の層との密着性は、前記第１の層と前記第３の層との密着性よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の層は、ＰＰＳを主材とする樹脂板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３】
前記基板の一方の主面には、リードが配置されており、前記第２の層は、ＰＰＳを主材とする樹脂板であり、前記リードが貫通する貫通穴を有す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４】
前記第２の層は、ＰＰＳを主材とする樹脂板であり、且つ前記第１の層を形成する樹脂を注入する貫通穴または第１の層内のガスを抜く貫通穴を有することを特徴とする請求項１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、ケース内を樹脂で封止する高温領域で動作可能な半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型を使用したトランスファーモールドに代えて樹脂ケースを使用した半導体装置がある。この種の半導体装置においても、半導体素子として、ＳｉＣなどの化合物半導体を用いたものがある。ＳｉＣなどの化合物半導体は、従来のＳｉ半導体に比べて、高温領域での動作が可能であり、小型化や高効率化が期待されている。
【０００３】
ＳｉＣなどの高温作動が可能な半導体素子を用いた半導体装置においては、高温領域での動作を保証するために、半導体素子を被覆する封止材にはエポキシ系樹脂よりも相対的に耐熱性の高い、例えばゲル材が用いられる。
ただし、ゲル材は主にシリコン系樹脂であるため硬度が低く、半導体素子を保護する機能に欠ける。このため、ゲル材を被覆する外囲体としてのエポキシ系樹脂との組合せで多層構造とすることが公知である。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１２４９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術では、エポキシ系樹脂とゲル材との界面との密着性が低く、剥がれやボイドが発生し易い。金型を使用したトランスファーモールドで形成された半導体装置に比較して、ケースを用いた半導体装置においては、上記界面の密着性の低下は、ケース内壁面と樹脂との密着性と合わせて、半導体装置の信頼性の低下につながり、問題となる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑み、耐熱性が優れ、かつ高信頼性の半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、本発明は以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子が一方の主面に搭載された基板と、基板の一方の主面または側面に配置され、半導体素子を囲むように配置されたケースと、ケースによって包囲された基板の一方の主面側を被覆する封止体とを備える。封止体は、基板の一方の主面側から、第１の層と第２の層と第３の層とを順次備える。第１の層は、半導体素子を被覆し、且つケ−スの内壁面に接触する。第３の層は、第１の層の主面を第２の層を介して被覆し、且つケ−スの内壁面に接触する。第１の層は、第３の層よりも耐熱性に優れた樹脂から成る。第３の層は、第１の層よりも硬度が高い樹脂から成る。第１の層と第２の層との密着性および第２の層と第３の層との密着性は、第１の層と第３の層との密着性よりも高い。
ここで、第２の層は、例えば、ＰＰＳを主材とする樹脂板である。
ＰＰＳを主材とする樹脂板は、貫通穴を有してもよい。
この貫通穴は、基板の一方の主面に配置されたリードが貫通するか、または、第１の層を形成する樹脂を注入する貫通穴または第１の層内のガスを抜く貫通穴として機能する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、ケースによって包囲された基板の一方の主面側を被覆する封止体が、第１の層と第２の層と第３の層とを順次備える。半導体素子を被覆する第１の層は、第３の層よりも耐熱性に優れた樹脂から成る。このため、耐熱性に優れた半導体装置を提供できる。
また、第３の層は、第１の層よりも硬度が高い樹脂から成る。このため、半導体素子を、外部からの衝撃から有効に保護できる。
また、第１の層と第２の層との密着性および第２の層と第３の層との密着性は、第１の層と第３の層との密着性よりも高い。このため、各層の密着性が向上し、耐湿性に優れた半導体装置を実現できる。
結果として、耐熱性の高い高信頼性の半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置１００の平面模式図である。
【図２】図１のＡ-Ａ断面による半導体装置１００の構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。なお以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【実施例】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例に係る半導体装置１００を説明する。図１は、本発明の実施例に係る半導体装置１００の平面模式図であるなお図１では、基板と、第１の層と、第２の層と、さらに電気的接続のための配線は図示していない。図２は、図１のＡ-Ａ断面による半導体装置１００の構成を示す断面模式図である。
【００１２】
図２に示す半導体装置１００は、半導体素子１、基板２、リード３、導電性接着材４、ケース５、封止体６、第１の層６１、第２の層６２、第３の層６３から成っている。
【００１３】
半導体素子１は、例えばＳｉＣ半導体やＧａＮ半導体等の化合物半導体で構成する電力用半導体素子である。Ｓｉ半導体に比べて高温状態での動作が可能であり、またスイッチング速度が速く、低損失である。
【００１４】
基板２は、アルミ基板と、アルミ基板の上面に形成された絶縁層と、絶縁層を介して厚み基板の上面に形成された導体層（回路配線）とを有するが、図示は省略する。
【００１５】
リード３は、ＣｕまたはＣｕ合金に、ＮｉめっきあるいはＡｇめっきを施して成る。リード３は、基板２の上面（一方の主面）に形成された導体層に電気的に接続されている。本実施例に係る半導体装置１００では、リード３は、基板２の上面に直立して配置されている。リード３は、半導体素子１などの外部取り出し電極として機能する。
リード３は、例えば、１．０ｍｍ厚の平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工で形成される。
【００１６】
半導体素子１およびリード３は、基板２の上面（一方の主面）に形成された導体層に導電性接着材４を介して固着されている。この導電性接着材４は、はんだ、あるいはAgペーストなどが好ましい。また、はんだを用いる場合は、環境を考慮してPbを含まない方が好ましい。
【００１７】
ケース５は、基板２の一方の主面に配置され、平面視において、半導体素子を囲むように設けられている。本実施例においては、ケース５を基板２の外周縁に沿って配置し、基板２の側面の延長線上にケース５の外壁が位置するようにしている。このため、ケース５は、半導体素子を保護するパッケージ（外囲体）の一部として機能するとともに、基板２と協働して封止体６を構成する樹脂が注入される器として機能する。
ケース５は、例えば、加工性がよく融点も２８０℃と高い、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）が望ましい。
【００１８】
封止体６は、基板２の上面において、ケース５で囲まれた領域に形成されている。
封止体６は、本発明に基づいて、材質の異なる３つの樹脂層、すなわち、第１の層６１と、第２の層６２と、第３の層６３から成る。
第１の層６１は、第３の層６３よりも熱による物性変化が少なく耐熱性が優れた樹脂から成る。例えばシリコン系樹脂が用いられる。第１の層６１は、後述する第２の層６２に設けられた貫通穴を通じて、流動性の高い樹脂を注入して形成されたものである。
第３の層６３は、第１の層６１よりも硬度が高く、機械的強度が優れる。例えばエポキシ系樹脂が用いられる。第３の層６３は、後述する第２の層６２を介して、第１の層６１の上面に成形されている。第３の層６３は、流動性の高い状態のエポキシ系樹脂をケース内に充填したのち、これを熱硬化させて形成されたものである。
【００１９】
第１の層６１と第３の層６３との間には、図示のように第２の層６２が配置されている。本実施例では第２の層６２は、ＰＰＳ材から成る樹脂板であり、複数の貫通穴が設けられている。
ＰＰＳ材から成る第２の層６２は、第１の層６１および第３の層６３との密着性に優れる。すなわち、ＰＰＳ材とシリコン系樹脂との密着性および、ＰＰＳ材とエポキシ系樹脂との密着性は、シリコン樹脂とエポキシ系樹脂との密着性よりも優れている。このため、第１の層６１、第２の層６２および第３の層６３の相互間の密着性が良好に得られ、耐湿性に優れた半導体装置を実現できる。
第２の層６２の板厚は、適当な剛性を保つため例えば１．０ｍｍとする。前述にように、第２の層６２は、リードの本数と等しい個数の貫通穴と、第１の層を構成する樹脂を注入するための貫通穴と、この樹脂の注入時に発生するガスを抜くための貫通穴を有する。最終的に、貫通穴には第１の層６１を構成する樹脂、または、第３の層６３を構成する樹脂が充填される。
【００２０】
次に、上述の実施例に係る半導体装置１００の効果を説明する。
【００２１】
本発明の実施例に係る半導体装置は、請求項１によれば、耐熱性の高い高信頼性の半導体装置を実現できる。
請求項２によれば、第１の層と第３の層との間に、それぞれの層と密着性の高いＰＰＳを主材とする樹脂板を配置することで、第１の層と第３の層との間に剥がれやボイドが発生することを防ぐことができる。
請求項３によれば、第２の層を構成する樹脂板は貫通穴を有し、この貫通穴がリード導出孔として機能する。このため、第２の層がリードの導出方向を定めるガイド板として良好に機能する。
請求項４によれば、第２の層を構成する樹脂板に形成された一方の貫通穴を、第１の層を形成する樹脂の注入口として利用することができる。また、他方の貫通穴をガス抜き口として利用することができ、樹脂注入時のボイド発生を低減できる。
【００２２】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることは明らかである。
【００２３】
ケースは５、ＰＰＳ材としたが、金属よりも軽く、絶縁性が保たれる材料が好ましく、塩化ビニール樹脂、ＡＢＳ樹脂などでもよい。
【００２４】
基板２をアルミ基板としたが、ＡｌＮ基板あるいは、ＤＢＣ基板（アルミナセラミックス基板に銅回路をDCB：Direct Copper Bond法にて接合した放熱用絶縁基板）としてもよい。
基板２をケース５の内側に配置してもよい。すなわち、基板２の外側面にケース５の内壁面を当接させて構成してもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１、半導体素子
２、基板
３、リード
４、導電性接着材
５、ケース
６、封止体
６１、第１の層
６２、第２の層
６２、第２の層
６３、第３の層
７、貫通穴
１００、半導体装置
【図１】
2016225449.tif 000003
【図２】
2016225449.tif 000004