(57)【要約】【課題】耐久性を高くすることができる技術を提供する。【解決手段】半導体装置１は、半導体チップ１０と、半導体チップ１０を固定するためのはんだ４１と、半導体チップ１０およびはんだ４１を封止する封止樹脂３０と、を備える。封止樹脂３０の曲げ弾性率は、封止樹脂３０の温度が１７５℃のときに７０００ＭＰａ以上１４０００ＭＰａ以下であり、かつ、封止樹脂３０の温度が２００℃のときに６０００ＭＰａ以上１２０００ＭＰａ以下である。封止樹脂３０のガラス転移温度は、１８０℃以上である。封止樹脂３０の成形収縮率は、０．０４以上０．１以下である。【選択図】図１
2016046293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップを固定するためのはんだと、
前記半導体チップおよび前記はんだを封止する封止樹脂と、を備え、
前記封止樹脂の曲げ弾性率は、前記封止樹脂の温度が１７５℃のときに７０００ＭＰａ以上１４０００ＭＰａ以下であり、かつ、前記封止樹脂の温度が２００℃のときに６０００ＭＰａ以上１２０００ＭＰａ以下であり、
前記封止樹脂のガラス転移温度は、１８０℃以上であり、
前記封止樹脂の成形収縮率は、０．０４以上０．１以下である、半導体装置。
【請求項２】
前記封止樹脂の曲げ弾性率は、前記封止樹脂の温度が１５０℃のときに８０００ＭＰａ以上１５０００ＭＰａ以下である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記封止樹脂は、フィラーを含んでおり、前記フィラーの添加量は、樹脂の硬化前において７５ｗｔ％以上８５ｗｔ％以下である、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体チップの上方および下方にそれぞれ配置された金属板と、
上下の前記金属板にそれぞれ接する冷却器と、をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には半導体装置が開示されている。特許文献１の半導体装置は、半導体チップと、半導体チップを固定するためのはんだと、半導体チップおよびはんだを封止するための封止樹脂が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２９８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体装置では、半導体チップが通電により発熱すると、はんだに応力が作用してクラックが生じることがある。また、半導体チップが発熱すると、封止樹脂が膨張・収縮して半導体チップから剥離することがある。また、樹脂成型時に封止樹脂が収縮して、封止樹脂が半導体チップから剥離することがある。はんだのクラックや封止樹脂の剥離が生じると、半導体装置の耐久性が低下する可能性がある。そこで本明細書は、耐久性を高くすることができる半導体装置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】
【０００５】
本明細書に開示する半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを固定するためのはんだと、前記半導体チップおよび前記はんだを封止する封止樹脂と、を備えている。前記封止樹脂の曲げ弾性率は、前記封止樹脂の温度が１７５℃のときに７０００ＭＰａ以上１４０００ＭＰａ以下であり、かつ、前記封止樹脂の温度が２００℃のときに６０００ＭＰａ以上１２０００ＭＰａ以下である。前記封止樹脂のガラス転移温度は、１８０℃以上である。前記封止樹脂の成形収縮率は、０．０４以上０．１以下である。
【０００６】
このような構成によれば、温度上昇時にも、封止樹脂が半導体チップやはんだを拘束する力が弱くなり難い。このため、温度上昇時に、はんだのクラックが抑制されるとともに、温度変化によって封止樹脂が半導体チップから剥離することが抑制される。また、成形時に封止樹脂が収縮し難く、成形時における封止樹脂の剥離を抑制できる。これにより、半導体装置の耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】第２実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図３】半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１実施形態］
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。第１実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、半導体チップ１０と、半導体チップ１０の下方および上方にそれぞれ配置された第１金属板２１および第２金属板２２とを備えている。また、半導体装置１は、半導体チップ１０を封止する封止樹脂３０を備えている。
【０００９】
半導体チップ１０は、半導体基板の内部に半導体素子が形成された構成である。半導体基板としては、例えばシリコン（Ｓｉ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いることができる。半導体チップ１０としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることができる。半導体チップ１０が例えばＩＧＢＴである場合、半導体基板の内部にはゲート領域、エミッタ領域、コレクタ領域などが形成されている（図示省略）。半導体チップ１０は、作動時に発熱する。半導体基板としてシリコン（Ｓｉ）を用いた場合、半導体チップ１０の温度は最大で約１７５℃になる。半導体基板として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いた場合、半導体チップ１０の温度は最大で約２００℃になる。
【００１０】
半導体チップ１０の表面には信号電極１２が形成されている。信号電極１２は、金属のワイヤ５１を介して信号端子５２に接続されている。信号電極１２は、ワイヤ５１および信号端子５２を介して外部装置（図示省略）に電気的に接続されており、外部装置（図示省略）との間で制御信号の送受信をする。
【００１１】
半導体チップ１０は、第１金属板２１と第２金属板２２の間に配置されている。半導体チップ１０の上側の主面は、はんだ４１を介して第１金属板２１に固定されている。半導体チップ１０の下側の主面は、はんだ４１およびスペーサ４２を介して第２金属板２２に固定されている。
【００１２】
スペーサ４２は、半導体チップ１０と第２金属板２２の間に配置されている。スペーサ４２しては、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属のブロック体を用いることができる。また、スペーサ４２の表面がニッケル（Ｎｉ）によりめっき処理されていてもよい。はんだ４１は、金属部品や電子部品を固定するための公知の合金である。はんだ４１としては、例えばＳｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系の合金を用いることができる。
【００１３】
第１金属板２１と第２金属板２２は、上下に間隔をあけて配置されている。第１金属板２１および第２金属板２２としては、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属板や金属箔を用いることができる。また、第１金属板２１および第２金属板２２の表面がニッケル（Ｎｉ）によりめっき処理されていてもよい。第１金属板２１および第２金属板２２は、熱伝導性および導電性を有している。第１金属板２１の下面１２１および第２金属板２２の上面１２２は、それぞれ、封止樹脂３０から露出している。第１金属板２１の下面１２１および第２金属板２２の上面１２２は、それぞれ、冷却器７０に接している。
【００１４】
冷却器７０は、第１金属板２１および第２金属板２２にそれぞれ密着している。半導体チップ１０の上方および下方にそれぞれ冷却器７０が配置されている。冷却器７０は、第１金属板２１および第２金属板２２を介して、半導体チップ１０を冷却できる。冷却器７０の内部には流路が形成されており、冷媒が流路を流れる。冷却器７０の筐体は、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの熱伝導性を有する金属により形成されている。
【００１５】
半導体チップ１０、第１金属板２１、第２金属板２２、はんだ４１およびスペーサ４２は、プライマ６０により被覆されている。これらの各構成と封止樹脂３０との間に、プライマ６０は形成されている。プライマ６０としては、例えばポリイミド系プライマやポリイミド変性エポキシ系プライマを用いることができる。典型的には、ポリイミド系プライマを用いることが好ましい。プライマ６０のガラス転移温度（Ｔｇ）は、２３０℃以上が好ましい。プライマ６０の曲げ弾性率（Ｅ）は、プライマ６０の温度が１７５℃のときに１５００ＭＰａ以上であり、かつ、プライマ６０の温度が２００℃のときに１３００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１６】
封止樹脂３０は、半導体チップ１０、はんだ４１およびスペーサ４２を封止している。封止樹脂３０は、半導体チップ１０、はんだ４１およびスペーサ４２の周囲に充填されている。封止樹脂３０は、第１金属板２１と第２金属板２２の間に充填されている。封止樹脂３０は、半導体チップ１０、はんだ４１、スペーサ４２、第１金属板２１および第２金属板２２に密着している。
【００１７】
封止樹脂３０の曲げ弾性率（Ｅ）は、封止樹脂３０の温度が１７５℃のときに７０００ＭＰａ以上１４０００ＭＰａ以下であり、かつ、封止樹脂３０の温度が２００℃のときに６０００ＭＰａ以上１２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。かつ、封止樹脂３０のガラス転移温度（Ｔｇ）は、１８０℃以上が好ましく、封止樹脂３０の成形収縮率（ＭＳ）は、０．０４％以上０．１％以下が好ましい。
【００１８】
より詳細には、封止樹脂３０の曲げ弾性率（Ｅ）は、封止樹脂３０の温度が１５０℃のときに、８０００ＭＰａ以上１５０００ＭＰａ以下が好ましく、８１５４ＭＰａ以上１４９８７ＭＰａ以下がより好ましく、１００００ＭＰａ以上１４０００ＭＰａ以下がさらに好ましい。また、封止樹脂３０の曲げ弾性率（Ｅ）は、封止樹脂３０の温度が１７５℃のときに、７０００ＭＰａ以上１４０００ＭＰａ以下が好ましく、７０５０ＭＰａ以上１３６０２ＭＰａ以下がより好ましく、９０００ＭＰａ以上１３０００ＭＰａ以下がさらに好ましい。また、封止樹脂３０の曲げ弾性率（Ｅ）は、封止樹脂３０の温度が２００℃のときに、６０００ＭＰａ以上１２０００ＭＰａ以下が好ましく、６１７０ＭＰａ以上１１９２１ＭＰａ以下がより好ましく、８０００ＭＰａ以上１１０００ＭＰａ以下がさらに好ましい。封止樹脂３０のガラス転移温度（Ｔｇ）は、１８０℃以上が好ましく、２１１℃以上２５７℃以下がより好ましく、２２０℃以上２５０℃以下がさらに好ましい。また、封止樹脂３０の成形収縮率（ＭＳ）は、０．０４％以上０．１％以下が好ましく、０．０４％以上０．０９％以下がより好ましく、０．０５％以上０．０８％以下がさらに好ましい。
【００１９】
封止樹脂３０の曲げ弾性率（Ｅ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）および成形収縮率（ＭＳ）は、「電気機能材料工業会規格  ＥＩＭＳ  Ｔ  ９０１：２００６  半導体封止用成形材料の試験方法」に準じて測定することができる。
【００２０】
封止樹脂３０は、エポキシ樹脂を主成分として含んでいる。その他に、封止樹脂３０は、硬化剤、応力緩和剤、硬化促進剤、フィラー等を含んでいてもよい。これらの材料を配合することにより、封止樹脂３０を成形するための樹脂を作製できる。
【００２１】
エポキシ樹脂としては、例えば、多官能ナフタレン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニロールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂の群から選ばれる少なくとも１種類を用いることができる。これらは単独であるいは組み合わせて用いることができる。典型的には、多官能ナフタレン型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
【００２２】
多官能ナフタレン型エポキシ樹脂は、ナフタレン環に二個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を意味し、この様なエポキシ樹脂は二個以上の水酸基またはカルボキシ基、または一個以上のアミノ基が付加したナフタレン化合物をクロログリシジルと反応させる等の方法で得られるものである。多官能ナフタレン型エポキシ樹脂の平均官能基数は、３．０以上が好ましく、３．３以上４．３以下がより好ましく、３．７以上３．９以下がさらに好ましい。封止樹脂３０において多官能ナフタレン型エポキシ樹脂を用いる場合は、その添加量は、１０．００ｗｔ％以上１６．００ｗｔ％以下が好ましく、１１．００ｗｔ％以上１５．００ｗｔ％以下がより好ましく、１２．００ｗｔ％以上１４．００ｗｔ％以下がさらに好ましい。なお、添加量は、封止樹脂３０が成形される前（樹脂の硬化前）の材料の配合割合である。
【００２３】
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、クレゾールに二個以上のエポキシ基を持つ多官能型のエポキシ樹脂であり、この様なエポキシ樹脂はクレゾールとホルムアルデヒドを出発原料とし、エピクロルヒドリンを反応させる等の方法で得られるものである。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の平均官能基数は、５．２以上が好ましく、５．５以上６．５以下が好ましく、５．９以上６．１以下がより好ましい。封止樹脂３０においてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いる場合は、その添加量は、７．００ｗｔ％以上１１．００ｗｔ％以下が好ましく、８．００ｗｔ％以上１０．００ｗｔ％以下がより好ましく、８．５０ｗｔ％以上９．５０ｗｔ％以下がさらに好ましい。なお、添加量は、封止樹脂３０が成形される前（樹脂の硬化前）の材料の配合割合である。
【００２４】
トリフェニロールメタン型エポキシ樹脂およびビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂は、上記の各エポキシ樹脂と同様に、１分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂である。トリフェニロールメタン型エポキシ樹脂の平均官能基数は、４．０以上が好ましく、４．２以上５．２以下がより好ましく、４．６以上４．８以下がさらに好ましい。封止樹脂３０においてトリフェニロールメタン型エポキシ樹脂を用いる場合は、その添加量は、２．００ｗｔ％以上５．００ｗｔ％以下が好ましく、３．００ｗｔ％以上４．００ｗｔ％以下がより好ましく、３．３０ｗｔ％以上３．７０ｗｔ％以下がさらに好ましい。また、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂の平均官能基数は、３．０以上が好ましく、３．２以上４．０以下がより好ましく、３．５以上３．７以下がさらに好ましい。封止樹脂３０においてビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂を用いる場合は、その添加量は、１１．００ｗｔ％以上１４．００ｗｔ％以下が好ましく、１２．００ｗｔ％以上１３．００ｗｔ％以下がより好ましく、１２．３０ｗｔ％以上１２．７０ｗｔ％以下がさらに好ましい。なお、添加量は、封止樹脂３０が成形される前（樹脂の硬化前）の材料の配合割合である。
【００２５】
硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂、トリフェニロールメタン樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種類を用いることができる。これらは単独であるいは組み合わせて用いることができる。硬化剤の添加量は、６．００ｗｔ％以上１０．００ｗｔ％以下が好ましく、６．６６ｗｔ％以上９．１７ｗｔ％以下がより好ましく、７．００ｗｔ％以上９．００ｗｔ％以下がさらに好ましい。応力緩和剤としては、例えばアミノ変性シリコーンオイルを用いることができる。硬化促進剤としては、例えばトリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）やイミダゾールを用いることができる。硬化促進剤の添加量は、０．１１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％以下が好ましく、０．１２ｗｔ％以上０．１４ｗｔ％以下より好ましく、０．１３ｗｔ％がさらに好ましい。フィラーとしては、例えばアルミナ粒子やシリカ粒子を用いることができる。フィラーの添加量は、７５ｗｔ％以上８５ｗｔ％以下が好ましく、７５ｗｔ％以上８２ｗｔ％以下がより好ましい。なお、添加量は、封止樹脂３０が成形される前（樹脂の硬化前）の材料の配合割合である。
【００２６】
上記の構成を備える半導体装置１では、通電すると半導体チップ１０が発熱し、通電を止めると半導体チップ１０の発熱が収まる。また、上記の半導体装置１では、半導体チップ１０が冷却器７０により冷却される。これにより、半導体チップ１０の発熱・冷却が繰り返される。半導体チップ１０の発熱・冷却が繰り返されると、封止樹脂３０が膨張・収縮する。また、はんだ４１に応力が作用する。このとき、上記の半導体装置１によれば、半導体チップ１０が発熱し、半導体チップ１０の周囲の封止樹脂３０の温度が高くなっても、封止樹脂３０の曲げ弾性率（Ｅ）が高い値で維持される。これにより、封止樹脂３０が高温になっても半導体チップ１０やはんだ４１を拘束する力が弱くならない。また、上記の半導体装置１によれば、封止樹脂３０のガラス転移温度（Ｔｇ）が高い値なので、半導体チップ１０が発熱して封止樹脂３０が高温になっても、封止樹脂３０が液状になりにくく、半導体チップ１０やはんだ４１を拘束する力が弱くならない。このように、高温でも封止樹脂３０が半導体チップ１０とはんだ４１を拘束する力が低下し難いので、高温時にはんだ４１に加わる応力が抑制される。これにより、はんだ４１にクラックが発生することを抑制できる。また、上記の半導体装置１によれば、封止樹脂３０の成形収縮率（ＭＳ）が低い値なので、成形時に封止樹脂３０が収縮しても、封止樹脂３０が半導体チップ１０、はんだ４１、第１金属板２１および第２金属板２２から剥離することを抑制できる。このように、上記の半導体装置１によれば、はんだ４１のクラックや封止樹脂３０の剥離が生じることを抑制できるので、半導体装置１の耐久性を高くすることができる。
【００２７】
また、上記の半導体装置１では、冷却器７０が半導体チップ１０の上方および下方に配置され、半導体チップ１０が冷却器７０により上下から冷却されるので、半導体チップ１０が急速に冷却され、周囲の封止樹脂３０が急速に収縮する。しかしながら、上記の封止樹脂３０によれば、急速に収縮しても剥離を抑制できる。
【００２８】
以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、冷却器７０が第１金属板２１および第２金属板２２にそれぞれ接しており、半導体チップ１０を上下から冷却する構成であったがこの構成に限定されるものではない。第２実施形態に係る半導体装置１０１は、図２に示すように、半導体チップ１０と、半導体チップ１０の下方に配置された金属板２３と、半導体チップ１０の上方に配置されたリードフレーム２４とを備えている。なお、図２において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
半導体チップ１０は、金属板２３とリードフレーム２４の間に配置されている。半導体チップ１０の上側の主面は、はんだ４１を介してリードフレーム２４に固定されている。半導体チップ１０の下側の主面は、はんだ４１を介して金属板２３に固定されている。
【００３１】
金属板２３の材質としては、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。また、金属板２３の表面がニッケル（Ｎｉ）によりめっき処理されていてもよい。金属板２３は、熱伝導性を有している。金属板２３の下面には絶縁膜８１を介して金属膜８２が固定されている。絶縁膜８１は、絶縁性および熱伝導性を有している。絶縁膜８１の材質としては、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。金属膜８２の材質としては、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。また、金属膜８２の表面がニッケル（Ｎｉ）によりめっき処理されていてもよい。金属膜８２は、熱伝導性を有している。金属膜８２の下面は、封止樹脂３０から露出している。金属膜８２の下面は、冷却器７０に接している。冷却器７０は、半導体チップ１０の下方に配置されている。
【００３２】
リードフレーム２４の材質としては、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。また、リードフレーム２４の表面がニッケル（Ｎｉ）によりめっき処理されていてもよい。リードフレーム２４は、導電性を有している。リードフレーム２４は、封止樹脂３０に封止されている。リードフレーム２４は、冷却器７０に接していない。
【００３３】
第２実施形態においても第１実施形態と同様に、はんだ４１のクラックや封止樹脂３０の剥離を抑制でき、半導体装置１０１の耐久性を高めることができる。
【００３４】
［実施例］
以下に実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。実施例および比較例では、まず、表１に示す配合により樹脂を作製した。より詳細には、実施例１〜６および比較例１〜７において、表１に示す材料をドライブレンドし、その後、ロールミルにより１１０℃で混練して樹脂を作製した。
【表１】
2016046293.tif 000003
【００３５】
次に、作成した樹脂を用いて、曲げ弾性率（Ｅ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）および成形収縮率（ＭＳ）に関する試験を行った。試験は、「電気機能材料工業会規格  ＥＩＭＳ  Ｔ  ９０１：２００６  半導体封止用成形材料の試験方法」に準じて行った。この試験により、実施例１〜６および比較例１〜７に係る樹脂の曲げ弾性率（Ｅ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）および成形収縮率（ＭＳ）を測定した。試験において、成形時の金型の温度は１７５℃とした。また、キュアは１７５℃×５ｈｒの条件で行った。測定結果を表２に示す。
【表２】
2016046293.tif 000004
【００３６】
実施例１〜６に係る樹脂では、表２に示すように、樹脂の曲げ弾性率（Ｅ）が、樹脂の温度が１７５℃のときに７０００ＭＰａ以上１４０００ＭＰａ以下であり、かつ、樹脂の温度が２００℃のときに６０００ＭＰａ以上１２０００ＭＰａ以下である。また、樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、１８０℃以上であり、樹脂の成形収縮率（ＭＳ）は、０．０４以上０．１以下である。一方、比較例１〜７に係る樹脂では、実施例に係る上記の数値範囲を全て満たすものはない。
【００３７】
続いて、実施例１〜６および比較例１〜７に係る樹脂を用いて第１実施形態に係る半導体装置１（図１に示す半導体装置１）を作製した。より詳細には、図３に示すように、封止樹脂３０が形成される前の半導体装置１を金型１００内に配置し、金型１００内に加熱溶融した樹脂を注入して成形した。また、１７５℃×４ｈｒの条件でキュアリングした。このようにして、実施例１〜６および比較例１〜７に係る樹脂を用いてそれぞれ半導体装置１を作製した。
【００３８】
［評価１］
半導体装置１を作製した後、この半導体装置１における封止樹脂３０の剥離を評価した（評価１）。すなわち、成形時の収縮により封止樹脂３０が剥離していないかについて評価した。より詳細には、超音波探傷装置を用いて、封止樹脂３０が半導体チップ１０や第１金属板２１および第２金属板２２から剥離しているか否かを測定した。超音波探傷装置としては、株式会社日立製作所製  ＦｉｎｅＳＡＴを用いた。そして、封止樹脂３０が半導体チップ１０、はんだ４１、第１金属板２１および第２金属板２２から剥離していないときは合格（○）とした。一方、封止樹脂３０が半導体チップ１０や第１金属板２１および第２金属板２２から剥離しているときは不合格（×）とした。評価結果を表２に示す。
【００３９】
［評価２］
評価１を行った後、半導体装置１に対して冷却−加熱を繰り返す冷熱サイクル試験を行った。実施例１〜６および比較例１〜７に係る樹脂を用いてそれぞれ作製された半導体装置１に対して、それぞれ冷熱サイクル試験を行った。冷熱サイクル試験は、下記の４つの温度条件（条件１、条件２、条件３、条件４）で行った。
【００４０】
条件１では、−４０℃と１５０℃との間の冷却−加熱サイクルを３０００サイクル行った。条件２では、−４０℃と１７５℃との間の冷却−加熱サイクルを３０００サイクル行った。条件３では、−４０℃と２００℃との間の冷却−加熱サイクルを３０００サイクル行った。条件４では、−４０℃と２１５℃との間の冷却−加熱サイクルを３０００サイクル行った。
【００４１】
半導体装置１に対して冷熱サイクル試験を行った後、この半導体装置１における封止樹脂３０の剥離を評価した（評価２）。すなわち、温度変化により封止樹脂３０が剥離するか否かを評価した。また、半導体装置１におけるはんだ４１のクラックを評価した（評価２）。条件１〜条件４の冷熱サイクル試験において、それぞれ、剥離およびクラックを評価した。
【００４２】
より詳細には、上記の評価１と同様に、超音波探傷装置を用いて、封止樹脂３０が半導体チップ１０、はんだ４１、第１金属板２１および第２金属板２２から剥離しているか否かを測定した。超音波探傷装置としては、株式会社日立製作所製  ＦｉｎｅＳＡＴを用いた。そして、封止樹脂３０が半導体チップ１０や第１金属板２１および第２金属板２２から剥離していないときは合格（○）とした。一方、封止樹脂３０が半導体チップ１０や第１金属板２１および第２金属板２２から剥離しているときは不合格（×）とした。
【００４３】
また、超音波探傷装置を用いて、はんだ４１の断面を観察した。超音波探傷装置としては、株式会社日立製作所製  ＦｉｎｅＳＡＴを用いた。そして、冷熱サイクル試験前のはんだ４１におけるクラックの面積に対する、冷熱サイクル試験後のはんだ４１におけるクラックの面積の割合を調べた。はんだ４１の断面を観察したときに、冷熱サイクル試験後におけるクラックの面積が、冷熱サイクル試験前におけるクラックの面積に対して２０％以上増加していない場合は合格（○）とした。一方、冷熱サイクル試験後におけるクラックの面積が、冷熱サイクル試験前におけるクラックの面積に対して２０％以上増加している場合は不合格（×）とした。評価結果を表２に示す。
【００４４】
表２に示すように、実施例１〜実施例６に係る樹脂は、評価１に係る剥離評価において全て合格（〇）であった。また、評価２に係る剥離評価およびクラック評価では、条件１および条件２において全て合格（〇）であった。すなわち、実施例１〜実施例６に係る樹脂では、−４０℃と１７５℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂３０の剥離およびはんだ４１のクラックが生じなかった。また、実施例１〜４および実施例６に係る樹脂は、評価２に係る剥離評価およびクラック評価では、条件３において合格（〇）であった。すなわち、実施例１〜４および実施例６に係る樹脂では、−４０℃と２００℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂３０の剥離およびはんだ４１のクラックが生じなかった。また、実施例１に係る樹脂は、評価２に係る剥離評価およびクラック評価では、条件４において合格（〇）であった。すなわち、実施例１に係る樹脂では、−４０℃と２１５℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂３０の剥離およびはんだ４１のクラックが生じなかった。
【００４５】
一方、表２に示すように、比較例１および比較例３に係る樹脂は、評価１に係る剥離評価において不合格（×）であった。よって、比較例１および比較例３に係る樹脂では、条件１〜条件４に係る冷熱サイクル試験を行わなかった。また、比較例２および比較例５に係る樹脂は、評価２に係る剥離評価およびクラック評価では、条件２、条件３および条件４において不合格（×）であった。すなわち、−４０℃と１７５℃以上の温度との間で冷熱サイクル試験を行うと、封止樹脂３０の剥離およびはんだ４１のクラックが生じた。また、比較例４に係る樹脂は、評価２に係るクラック評価では、条件３および条件４において不合格（×）であった。評価２に係る剥離評価では、条件２、条件３および条件４において不合格（×）であった。すなわち、−４０℃と１７５℃以上の温度との間で冷熱サイクル試験を行うと、はんだ４１のクラックが生じた。また、−４０℃と２００℃以上の温度との間で冷熱サイクル試験を行うと、封止樹脂３０の剥離が生じた。また、比較例６に係る樹脂は、評価２に係る剥離評価およびクラック評価では、条件１〜条件４において不合格（×）であった。すなわち、−４０℃と１５０℃以上の温度との間で冷熱サイクル試験を行うと、封止樹脂３０の剥離およびはんだ４１のクラックが生じた。比較例７に係る樹脂は、成形不能であったので評価１および評価２を行わなかった。
【００４６】
以上の結果により、実施例１〜実施例６に係る樹脂によれば、封止樹脂３０の剥離やはんだ４１のクラックを抑制できることが確認できた。また、第２実施形態に係る構成（図２に示す構成）においても同様の結果が確認された。
【００４７】
また、半導体チップ１０が通電すると、半導体基板としてシリコン（Ｓｉ）を用いた場合、半導体チップ１０の温度は最大で約１７５℃になり、半導体基板として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いた場合、半導体チップ１０の温度は最大で約２００℃になる。したがって、封止樹脂３０は、１７５℃や２００℃の加熱サイクルにおいても優れた性能を有することが好ましい。この点について、上記の実施例１〜６によれば、−４０℃と１７５℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂３０の剥離およびはんだ４１のクラックが生じなかったので、封止樹脂３０として優れた性能を有することが確認できた。また、上記の実施例１〜４および実施例６によれば、−４０℃と２００℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂３０の剥離およびはんだ４１のクラックが生じなかったので、封止樹脂３０として優れた性能を有することが確認できた。
【００４８】
［評価３］
実施例１〜６に係る樹脂を用いて作製した半導体装置１について、プライマ６０の材料を変えて評価１および評価２と同様の評価を行った。評価結果を表３に示す。
【表３】
2016046293.tif 000005
【００４９】
表３に示すように、実施例１に係る樹脂では、ポリイミド系プライマ（Ａ）を用いると条件４において合格（〇）であり、ポリイミド変性エポキシ系プライマ（Ｂ）を用いると条件４において不合格（×）であった。実施例２〜実施例４および実施例６に係る樹脂では、ポリイミド系プライマ（Ａ）を用いると条件３において合格（〇）であり、ポリイミド変性エポキシ系プライマ（Ｂ）を用いると条件３において不合格（×）であった。
【００５０】
以上の結果により、プライマ６０の材料としてポリイミド系プライマ（Ａ）を用いると、封止樹脂３０の剥離やはんだ４１のクラックを抑制できることが確認できた。また、第２実施形態に係る構成（図２に示す構成）においても同様の結果が確認された。
【００５１】
上述した実施形態に係る技術は、以下の構成を有する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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る。
【００５２】
封止樹脂の曲げ弾性率は、封止樹脂の温度が１５０℃のときに８０００ＭＰａ以上１５０００ＭＰａ以下であってもよい。
【００５３】
封止樹脂は、フィラーを含んでおり、フィラーの添加量は、樹脂の硬化前において７５ｗｔ％以上８５ｗｔ％以下であってもよい。
【００５４】
半導体チップの上方および下方にそれぞれ配置された金属板と、上下の金属板にそれぞれ接する冷却器と、をさらに備えていてもよい。
【００５５】
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】
【００５６】
１    ：半導体装置
１０  ：半導体チップ
１２  ：信号電極
２１  ：第１金属板
２２  ：第２金属板
２３  ：金属板
２４  ：リードフレーム
３０  ：封止樹脂
４１  ：はんだ
４２  ：スペーサ
５１  ：ワイヤ
５２  ：信号端子
６０  ：プライマ
７０  ：冷却器
８１  ：絶縁膜
８２  ：金属膜
１００：金型
１０１：半導体装置
１２１：下面
１２２：上面
【図１】
2016046293.tif 000006
【図２】
2016046293.tif 000007
【図３】
2016046293.tif 000008