(57)【要約】【課題】高い動作温度で動作しても耐久性を確保でき半導体素子の性能を充分に発揮する上で有利な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、ベース１４に支持された半導体素子１６を封止する封止層２０を含んで構成されている。封止層２０は、多数のｎｍサイズ（１μｍ以下）の粒径のＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子５４と、それら絶縁性ナノ微粒子５４の周りを隙間なく埋める非晶シリカ５６とからなるナノコンポジット構造で構成されている。【選択図】図２
2017147305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を収容するケースと、
前記ケースの内部で前記半導体素子を支持し前記半導体素子で発せられる熱を放熱する放熱部材として機能するベースと、
前記ケースの内部に配設され前記半導体素子に電気的に接続される配線部材と、
前記ケースの内部に充填され前記半導体素子、前記配線部材を封止する封止層と、
を備える半導体装置であって、
前記封止層は、１μｍ以下の粒径のＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子と、それら絶縁性ナノ微粒子の周りを隙間なく埋める非晶シリカとからなるナノコンポジット構造で構成されている、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子は、パワーデバイスを構成している、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子と前記配線部材との電気的な接続は、前記半導体素子と前記配線部材との間に設けられそれらを接合する接合層によりなされ、
前記接合層は、融点の異なる複数種の金属成分を含み、マトリックス中に金属間化合物からなるナノサイズの多数のスケルトン構造組織が混在する金属間化合物ナノコンポジット構造組織で構成され、
前記接合層は、接合すべき相手方の部材との界面に、前記複数種の金属成分の含有量が前記界面から離れるにつれて次第に変化する組成分濃度傾斜を有する組成分濃度傾斜層を備えている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いたＳｉＣ半導体素子の開発が進められている。
ＳｉＣ半導体素子はＳｉ半導体素子に比較して絶縁破壊電界強度が高く、バンドギャップが広いため、大電力を制御するパワーデバイスとして注目されている。ＳｉＣ半導体素子は、Ｓｉ半導体素子の限界を超える１５０℃以上の高温においても動作が可能であり、理論的には５００℃以上でも動作が可能とされている（特許文献１参照）。
ところで、半導体素子は、その保護を図るため、ケースに収容されると共に、ケースの内部に充填された樹脂製封止材からなる封止層により封止された半導体装置の形態で使用される。
現在、樹脂製封止材からなる封止層の耐熱温度は１５０℃以下に留まっており、ＳｉＣ半導体素子の動作温度である１５０℃を超える高温になると、封止層が劣化して封止層に隙間が生じ、半導体装置の耐久性を確保する上で不利がある。
そのため、現状では、ＳｉＣ半導体素子を、その動作温度が封止層の耐熱温度を超えない範囲で使用せざるを得ず、ＳｉＣ半導体素子の性能を充分に発揮する上で限界がある。
【０００３】
このようなＳｉＣ半導体素子は、例えば、直流電圧を昇圧する昇圧回路や、直流電圧を交流電圧に変換するインバータや、直流電圧に変換するコンバータなどの大電力を扱う電力変換回路にパワーデバイスとして使用されている。
例えば、鉄道車両は、直流電力が給電されることで走行するものと、交流電力が給電されることで走行するものとがあるが、何れの鉄道車両も、走行用モータに供給する交流電力を制御するためにインバータを備えており、このインバータにパワーデバイスが用いられている。
しかしながら、上述のように、現在、樹脂製封止材からなる封止層の耐熱温度は１５０℃以下に留まっているため、鉄道車両の走行に伴いインバータのパワーデバイスはその動作温度が１５０℃を超え、封止層の劣化に起因したパワーデバイスの故障を招いている。
近年の鉄道車両の事故の大半はこのような動作温度の上昇に伴う封止層の劣化に起因したパワーデバイスの故障によるものであり、修理に多大な手間とコストがかかるため、何らかの改善が望まれている。
このような動作温度の上昇に伴うパワーデバイスの故障は、走行用モータを駆動させるためのインバータを備える電気自動車や、太陽電池で発電された直流電力を商用の交流電力に変換させるインバータを備える発電施設などにおいても、上記と同様に発生しており、改善が望まれている。
一方、本出願人は、物理的・化学的強度に優れた絶縁材料を提案し登録されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８０７９６号公報
【特許文献２】特許第５２８１１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、上記絶縁材料が優れた物理的・化学的強度に加え、２５０℃を超える耐熱温度を有しているということを見出した。
本発明は、上記絶縁材料の耐熱性に着目してなされたものであって、高い動作温度で動作しても耐久性を確保でき半導体素子の性能を充分に発揮する上で有利な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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子を収容するケースと、前記ケースの内部で前記半導体素子を支持し前記半導体素子で発せられる熱を放熱する放熱部材として機能するベースと、前記ケースの内部に配設され前記半導体素子に電気的に接続される配線部材と、前記ケースの内部に充填され前記半導体素子、前記配線部材を封止する封止層とを備える半導体装置であって、前記封止層は、１μｍ以下の粒径のＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子と、それら絶縁性ナノ微粒子の周りを隙間なく埋める非晶シリカとからなるナノコンポジット構造で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体素子が例えばパワーデバイスとして使用される半導体装置であるとすると、大電流が流れあるいは高速な動作がなされ動作温度が１５０℃を超えた場合であっても、封止層が熱劣化することがなく、半導体素子の機能を充分に発揮させつつ耐久性を確保する上で有利となる。
したがって、パワーデバイスの故障に起因した鉄道車両や電気自動車、発電施設などでの事故を大幅に削減する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】（Ａ）は接合層を形成するための金属粒子４０を走査型電子顕微鏡で５０００倍の倍率で撮像した画像であり、（Ｂ）は、（Ａ）の領域Ｘ１、Ｘ２間を２００００倍の倍率で撮像した画像である。
【図３】（Ａ）は、金属間化合物ナノコンポジット結晶構造粉末を用いて形成された第３接合層２２Ｃと接合電極１６０４との境界部分の断面を走査型電子顕微鏡で１０００倍の倍率で撮像した画像であり、（Ｂ）は（Ａ）の斜視図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）の矩形枠の内側に現れた金属間化合物ナノコンポジット構造組織の概念図を示す。
【図４】図３（Ａ）の矩形枠Ｘ部分を走査型電子顕微鏡で撮像した画像である。
【図５】銅の含有量を現した界面部分における接合層の拡大図である。
【図６】スズの含有量を現した界面部分における接合層の拡大図である。
【図７】（Ａ）は接合層の界面部分を走査型電子顕微鏡で撮像した画像であり、（Ｂ―１）〜（Ｂ―６）は、（Ａ）の観測点１〜６のＥＤＸ（エネルギー分散型X線分光法）による分析結果を示す図である。
【図８】（Ａ）は接合層の界面部分を走査型電子顕微鏡で撮像した画像、（Ｂ）はラメラ組織図の説明図、（Ｃ）は同軸結晶性ナノラメラ組織図の説明図である。
【図９】（Ａ）は絶縁性の部材５０に凹部５２を設け、この凹部５２に封止層２０を形成した説明図、（Ｂ）は（Ａ）の矩形枠部分の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）の矩形枠部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（半導体装置の構造）
次に本実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。
図１に示すように、半導体装置１０は、ケース１２と、ベース１４と、半導体素子１６と、配線部材１８と、封止層２０と、接合層２２とを含んで構成されている。
本実施の形態では、接合層２２は、半導体素子１６の接合電極１６０４と配線部材１８とを接合する第３接合層２２Ｃに加え、第１接合層２２Ａ、第２接合層２２Ｂとを含んで構成されている。
【００１０】
ケース１２は、上下が開口された枠状の側壁１２０２で構成され、側壁１２０２の内側に半導体素子１６を収容する収容空間２４が形成されている。
ケース１２として、非導電性のセラミック材料など従来公知の様々な材料が採用可能である。
【００１１】
ベース１４は、半導体素子１６を支持するものであり、熱伝導性に優れた材料で形成されている。
本実施の形態では、ベース１４は、ベース本体１４０２と、中間板部１４０４とを備えている。
ベース本体１４０２は、枠状の側壁１２０２の下部の開口を閉塞している。
ベース本体１４０２として、熱伝導性に優れたセラミック材料や金属材料が使用可能である。
中間板部１４０４は、ベース１４の上面よりも一回り小さい輪郭で形成されている。
中間板部１４０４は、ベース本体１４０２側に位置し第１接合層２２Ａを介してベース本体１４０２の上面に接合された第１板部１４０４Ａと、第１板部１４０４Ａの上に第１板部１４０４Ａと一体に形成された第２板部１４０４Ｂとを有している。
第１板部１４０４Ａは、熱伝導性に優れたセラミック材料で構成され、第２板部１４０４Ｂは、熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。
なお、ベース１４の構造は、上記構造に限定されるものではなく、半導体素子１６の熱を効率よく伝導し、半導体素子１６の放熱部材としても有効に機能するものであればよく、単一の金属材料、あるいは、単一のセラミック材料で構成されたものであってもよい。
【００１２】
半導体素子１６は、直流電圧を昇圧する昇圧回路や、直流電圧を交流電圧に変換するインバータや、直流電圧に変換するコンバータなどの電力変換回路に使用されるパワーデバイスを構成するものであり、大電流のスイッチングを行なうスイッチング素子を備えており、スイッチング素子を駆動するために必要なダイオードや受動素子をさらに備えていてもよい。
本実施の形態では、半導体素子１６は、Ｓｉ半導体素子１６に比較して絶縁破壊電界強度が高く、バンドギャップが広く、Ｓｉ半導体素子１６の限界を超える１５０℃以上の高温においても動作が可能で理論的には５００℃以上でも動作が可能なＳｉＣ半導体素子１６で構成されている。
半導体素子１６は、ＳｉＣで構成された基板１６０２上に構成されており、基板１６０２の上面に複数の接合電極１６０４が形成されている。
複数の接合電極１６０４は、半導体装置１０の外部の電源および負荷に接続され大電流が流れる電極と、半導体装置１０の外部の制御回路に接続されスイッチング素子を駆動する駆動信号が流れる電極とを含んでいる。
それら接合電極１６０４は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａu、Ａg、Ｔi又はこれらを含む合金で構成されている。
半導体素子１６は、接合電極１６０４と反対側の面を中間板部１４０４の第２板部１４０４Ｂに重ね合わせて第２接合層２２Ｂを介して接合されることでベース１４に支持されている。
【００１３】
配線部材１８は、半導体素子１６の各接合電極１６０４毎に設けられ、配線部材１８の一端は接合電極１６０４に対して第３接合層２２Ｃを介して電気的に接続され、配線部材１８の他端はケース１２の側壁１２０２を貫通してケース１２の外部に設けられた接続端子２６に電気的に接続されている。
接続端子２６は、半導体装置１０の外部の電源や負荷、半導体装置１０の外部の制御回路に接続される。
なお、接続端子２６の形状や配置位置は任意である。
そして、収容空間２４内で半導体素子１６、中間板部１４０４、配線部材１８を封止するための封止空間２４Ａに封止層２０が形成されている。
すなわち封止層２０は、封止材がケース１２の内部に充填されて形成され、封止層２０は収容空間２４の内部に配置されベース１４に支持された半導体素子１６を封止している。
【００１４】
（接合層を形成するために用いる金属粒子の説明）
次に、接合層２２について説明する。
接合層２２は、第１、第２、第３接合層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを含んでいるが、原理は同様であるため、本実施の形態では第３接合層２２Ｃを例にとって説明する。
なお、本発明において「金属」には、金属元素のみならず、複数種の金属元素の合金が含まれることがある。また、「ｎｍサイズ」とは、１μｍ（１０００ｎｍ）以下のサイズをいう。
接合層２２を形成するにあたって金属粒子が用いられ、この金属粒子は、融点の異なる複数種の金属及び金属間化合物を含む微粉末体であり、この金属粒子４０を図２（Ａ）に示す。
図２（Ａ）では、金属粒子４０の表面を、線分(X1-X1)によって画定される幅ΔX12の領域を、レーザによって薄く研磨したものの電子顕微鏡写真を示し、図２（Ｂ）は幅ΔX12の領域の拡大図を示している。
この例では、金属粒子４０は、８質量％のＣｕと、９２質量％のＳｎの組成（以下、８Ｃｕ９２Ｓｎと称する）で形成されている。
図２（Ａ）に示すように、金属粒子４０には、暗色の第１領域４０Ａの内部に明色の第２領域４０Ｂが点在している。暗色の第１領域４０Ａは、金属粒子４０の主成分（マトリックス）を占めるＳｎの領域であり、明色の第２領域４０Ｂは、Ｓｎと、Ｃｕとの金属間化合物ＣｕxＳｎy）の領域である。金属間化合物（ＣｕxＳｎy）は、粒子状、または、膜状に現れている。
【００１５】
図２（Ｂ）に図示されたスケール表示に照らして、金属間化合物（ＣｕxＳｎy）には、ｎｍサイズのものが含まれていることが見て取れる。ナノコンポジット構造は、金属成分ＳｎとＣｕによるｎｍサイズの金属間化合物（ＣｕxＳｎy）を含む。金属間化合物（ＣｕxＳｎy）は、典型的には、Ｃｕ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5である。
【００１６】
図２（Ｂ）に示されるように、明色の網目状、粒状、膜状の部分が金属間化合物（この例ではＣｕ６Ｓｎ５）で構成されたスケルトン構造組織（３次元骨格構造）４１であり、符号４２で示す暗色の部分がマトリックス（この例ではＳｎ）４２を示している。
金属粒子４０を構成する融点の異なる複数種の金属成分は、Ｃｕ、Al、Ni、Ｓｎ、Ag、Au、Pt、Pd、Ｓｉ、B、Ti、Bi、In、Sb、Ga、Znの群から選択することができる。
【００１７】
上述したように本発明に係る金属粒子４０は、ナノコンポジット構造を有する。このナノコンポジット構造は、当該金属粒子４０を構成する複数の金属成分（例えばＳｎとＣｕ）とによるｎｍサイズの金属間化合物（例えばＣｕxＳｎy）を含む。
金属粒子４０の結晶は、マトリックス４２中に金属間化合物４１がナノコンポジット化された金属間化合物ナノコンポジット構造である。
したがって、金属粒子４０は、マトリックス４２中に、金属間化合物ナノコンポジット構造のスケルトン構造組織が混在して構成されている。
【００１８】
金属間化合物ナノコンポジット構造の優位点は、接合層２２として用いた場合、接合すべき部材と接合層２２との界面において、固相拡散反応接合時に於ける各拡散合金化の促進・抑制の双方向反応を起こさせる事が出来、均質・均一な金属間化合物結合を起こさせ、２つの部材を接合する強固な接合層２２が得られるという点にある。接合すべき部材と接合層２２との界面において、拡散合金化の促進は、主として金属粒子４０を構成するマトリックス４２で行なわれ、拡散合金化の抑制は、主として金属粒子４０を構成する金属間化合物４１で行なわれる。
接合層２２は、融点の異なる複数種の金属・合金成分を含む金属間化合物を組織構成する事で構成されるため、金属合金成分の選択及び組合せによって、溶融温度が低く、凝固後は高い融点をもつ接合層２２を形成することができる。
【００１９】
更に、本発明に係る金属粒子４０は、融点の異なる複数の金属成分を含むから、それらの金属成分として、低融点成分と高融点成分とを組合せ、初期融解時には、主として、低融点成分のもつ融点で溶解させ、凝固後の再融解温度を、高融点成分の持つ融点によって支配されるような温度まで、高温化することができる。例えば、例示したように、金属粒子４０を、Ｃｕ８Ｓｎによって構成した場合、初期融解時には、主として、低融解成分Ｓｎのもつ融点（２３１.９℃）で溶解させ、凝固後の再融解温度を、高融解成分Ｃｕの持つ融点（１，０８５℃）によって支配されるような温度まで、高温化することができる。
【００２０】
しかも、本発明に係る金属粒子４０は、ナノコンポジット構造を構成する金属間化合物が、低融点成分と高融点成分との化合物である場合、金属間化合物に含まれる高融点成分が、凝固後の再融解温度を高温化する根拠の一つとなる。この金属間化合物は、ｎｍサイズに微小化され、かつ、均一化されているから、再融解温度を均一化できる。
【００２１】
（金属粒子の製造方法）
金属粒子４０すなわち金属間化合物ナノコンポジット結晶構造粉末は、ナノマイザー装置により金属微粉末製造方法において複数の金属・合金を、化学量論的合金組成（クルナコフ型・ベルトライド型・ドルトナイド型）の金属間化合物をマトリックス４２中に金属間化合物ナノコンポジット結晶として強制的に作り出すことができる。
【００２２】
（金属粒子を用いた接合層の形成方法）
金属粒子４０を用いて接合層２２を効率的に形成するため、例えば、所定の厚さ、形状のシート状の金属粒子４０からなる成形体が用いられる。
このような成形体は、典型的には、上述した本発明に係る金属粒子を含む紛体を、たとえば冷間圧接法を用いた金属間接合によって処理することによって得ることができる。冷間圧接法を用いた金属間接合それ自体は、種々知られている。本発明においては、それらの公知技術を適用することができる。例えば、対向する向きに回転する一対の圧接ローラの間に、本発明に係る金属粒子を含む紛体を供給し、圧接ローラから紛体に対して圧力を加えて、紛体を構成する金属粒子に金属間接合を生じさせる。実際の処理に当たっては、圧接ローラから紛体に１００℃前後の熱を加えることが望ましい。これにより金属粒子４０からなる成形体が得られる。
【００２３】
本発明に係る金属粒子を含む紛体に対し、冷間圧接法を用いた金属間接合処理を施して、本発明に係る成形体を得た場合、成形体の内部では、本発明の金属粒子及び他の粒子は、外形形状は変化するものの、粒子の内部構造は、ほぼ、原形を保っている。即ち、成形体２は、複数の金属成分によるｎｍサイズの金属間化合物を含むナノコンポジット構造を有する。従って、成形体は、本発明に係る金属粒子の奏する作用効果をそのまま保存している。
【００２４】
また、成形体の内部のおける金属粒子及び他の粒子の外形形状は、圧接ローラから紛体に加わる圧力、及び、熱等の条件を選定することによって、ｎｍサイズに圧接変形させることができる。この場合には、金属粒子の粒子構造によるナノコンポジット構造の他、金属粒子の外形形状のｎｍサイズ化によるナノコンポジット構造も現れることになる。
次に、成形体を用いる箇所に合わせた厚さ、形状で形成し、接合すべき２つの部材の間に介在させ、焼成（焼き付け処理）することで第１、第２、第３接合層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが形成される。焼き付け処理温度は、例えば２５０℃であり、焼き付け処理時間は適宜調整される。
【００２５】
あるいは、金属粒子４０を用いて接合層２２を効率的に形成するため、例えば、金属粒子４０を有機ビヒクル中に混在させた導電性ペーストを形成する。
そして、接合すべき２つの部材の一方にこの導電性ペーストを塗布し、焼成（焼き付け処理）することで第１、第２、第３接合層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが形成される。焼き付け処理温度は、例えば２５０℃であり、焼き付け処理時間は適宜調整される。
【００２６】
（接合層の構造）
金属間化合物ナノコンポジット結晶構造粉末を用いて２つの部材を接合する時に、双方向反応化が起き、図３（Ａ）に示すように、拡散反応組成構成がナノ化された金属間化合物ナノコンポジット構造組織の接合層２２が得られる。この金属間化合物ナノコンポジット構造組織の接合層２２は、耐熱性に優れて２５０℃を超える耐熱温度を持ち、劣悪高温時においても劣化無く接合強度が維持される。
金属間化合物ナノコンポジット構造組織の接合層２２は、図３（Ａ）、（Ｃ）に示すように、金属間化合物からなるスケルトン構造組織（この例ではＣｕ６Ｓｎ５）４３と、図３（Ａ）に示すように、スケルトン構造組織４３の周囲を埋めるマトリックス（この例ではＳｎ）４４とで構成されている。接合層２２を構成するスケルトン構造組織（この例ではＣｕ６Ｓｎ５）４３は、接合時に、金属粒子４０のスケルトン構造組織が繋げられたもの、金属粒子４０のスケルトン構造組織が繋げられなかったものとを含む。
【００２７】
中でも、金属間化合物ナノラメラコンポジット構造組織の接合層２２は、特に耐熱性に優れ、接合強度に優れている。
すなわち金属粒子として金属間化合物ナノラメラコンポジット構造粉末を用いて２つの部材の間を接合することで、接合時に、固相拡散双方向反応化を起こす事が出来、２つの部材の間を接合する接合層２２は、金属間化合物ナノラメラコンポジット構造化され、耐熱性に優れ接合強度に優れた構造組織で構成されている。
【００２８】
しかも、界面において、接合層２２の内部に金属成分の拡散による組成分濃度傾斜が存在する。この組成分濃度傾斜の存在が、重要なポイントであって、金属粒子がそのまま存在していて金属粒子間の境界で拡散接合が起こっている一般的な拡散から差別される。組成分濃度傾斜の存在により、カーケンダルボイドの発生が三次元的に抑制され、信頼性及び品質に優れ、機械的強度が大きく、剥離、断線等を生じ難い接合層２２が得られることになる。
【００２９】
高融点金属粒子の大きさや、組成分濃度傾斜特性は、高融点金属成分の種類、低融点金属成分の種類、及び、熱処理履歴によってコントロールできる。しかも、高融点金属成分及び低融点金属成分の種類を固定した場合であっても、熱処理履歴を変えることによって、高融点金属粒子の大きさや、組成分濃度傾斜特性をコントロールできる。このようなコントロールにより、半導体素子１６と中間板部１４０４との接合作業、中間板部１４０４とベース本体１４０２との接合作業、半導体素子１６の接合電極１６０４と配線部材１８との接合作業を多様化し得る。
【００３０】
（組成分濃度傾斜）
次に、組成分濃度傾斜について、図４〜図６を参照して更に具体的に説明する。
図４は、接合電極１６０４と接合層２２の界面部分のＳＥＭ像を示す。
接合電極１６０４との界面に位置する接合層２２の部分には、融点の異なる複数種の金属成分の含有量が界面から離れるにつれて次第に変化する組成分濃度傾斜を有する組成分濃度傾斜層２３を備えている。なお、図４において、符号４３は金属間化合物からなるスケルトン構造組織（この例ではＣｕ６Ｓｎ５）４３を示し、符号４４はマトリックス（この例ではＳｎ）示している。
組成分濃度傾斜層２３は、界面から近い順に位置する第１層２３０１、第２層２３０２とを含んで構成されている。
第１層２３０１は、Ｃｕ層である接合電極１６０４に隣接しているため，Ｃｕリッチな組成の金属間化合物Ｃｕ３Ｓｎと、金属マトリックスＳｎとのナノコンポジット構造となる。
また、第２層２３０２は、接合電極１６０４から遠いため、金属間化合物Ｃｕ６Ｓｎ５と、金属マトリックスＳｎとのナノコンポジット構造となる。
すなわち、金属間化合物ＣｕｘＳｎＹにおいて、接合電極１６０４に近いほど、Ｃｕの含有量が増大し、Ｓｎの含有量が減少し、逆に、接合電極１６０４から離れるほど、Ｃｕの含有量が減少し、Ｓｎの含有量が増大する組成濃度傾斜をもつ。金属間化合物Ｃｕ６Ｓｎ５は、上述した組成濃度傾斜におけるＣｕ、Ｓｎの安定組成域を示す。
第１層２３０１と第２層２３０２との間の結合は、金属間拡散接合である。もっとも接合層２２の組成材料は、接合すべき相手方の材料に応じて適宜選定される。例えば、Ｃｕ、Al、Ni、Ｓｎ、Ag、Au、Pt、Pd、Ｓｉ、B、Ti、Bi、In、Sb、Ga、Znの群から選択された低融点の金属元素の少なくとも一種と高融点の金属元素の少なくとも一種とを含むことができる。
【００３１】
図５、図６は、接合電極１６０４と接合層２２の界面部分のＳＥＭ像である。
図５では、明るいほど銅の含有量が多いことを示しており、最も明色の銅・銅合金からなる接合電極１６０４の上に、接合電極１６０４よりも暗色の第１層２３０１と第２層２３０２とが位置し、銅の組成濃度傾斜が現れている。
図６では、明るいほどスズの含有量が多いことを示しており、最も暗色の銅・銅合金からなる接合電極１６０４の上に、接合電極１６０４よりも明色の第１層２３０１と第２層２３０２とが位置し、スズの組成濃度傾斜が現れている。
【００３２】
図７（Ａ）は、銅・銅合金からなる接合電極１６０４と接合層２２との界面部分のＳＥＭ像であり、観測点１〜６のそれぞれのEDX（エネルギー分散型X線分光法）による分析結果が図７（Ｂ―１）、（Ｂ―２）、（Ｂ―３）……（Ｂ―６）に示されている。
各観測点１〜６では、Ｃｕ微粒子の強いピークが、界面から離れるにつれて減少していき、Ｓｎ微粒子の強いピークが、界面から離れるにつれて増大していくことが明らかである。
従って、組成分濃度傾斜層２３の内部に、組成分濃度傾斜が存在することが明らかである。そして、このような組成分濃度傾斜を有することにより、接合強度や機械的強度が高く、剥離、断線等を生じ難い接合層２２が得られることは、既に述べたとおりである。
【００３３】
図８（Ａ）は、接合電極１６０４と接合層２２との界面部分をさらに拡大した画像である。
組成分濃度傾斜層２３を構成する第１層２３０１と第２層２３０２は、何れも金属間化合物および金属マトリックスによるナノコンポジット構造を有する。図８（Ａ）における第１層２３０１と第２層２３０２において、明色の部分が金属間化合物を示し、暗色の部分が金属マトリックスを示している。
金属間化合物は、図８（Ｂ）で示すラメラ結晶、あるいは、図８（Ｃ）で示す等軸結晶性ナノラメラ構造の膜状物または粒状物で構成されている。
【００３４】
半導体装置１０では、半導体素子１６が発熱した際、半導体素子１６から第１、第２、第３接合層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃに対して熱が伝わることで第１、第２、第３接合層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが高温状態になりやすい。
しかしながら、第１、第２、第３接合層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、融点の異なる複数種の金属合金成分を含み、内部に、金属合金成分の拡散による組成分濃度傾斜を有しており、複数種の金属・合金成分は、拡散による金属間化合物ナノコンポジット構造を構成するため、原子空孔（格子）の集積が回避され、カーケンダルボイドの発生が抑制される。
【００３５】
したがって、半導体素子１６から伝わる熱により第１、第２、第３接合層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが高温状態となり易い構造であるにも拘わらず、中間板部１４０４とベース本体１４０２との接合箇所、半導体素子１６とベース１４との接合箇所、半導体素子１６の各接合電極と各配線部材１８との接合箇所において、高熱による剥離や断線などが生じにくい。
そのため、半導体装置１０が高温の状態で長時間動作したとしても、半導体装置１０の耐久性、信頼性を高める上で有利となる。
なお、接合層２２は、４００℃前後まで剥離や断線などが生じない耐熱性を有している。
【００３６】
また、第３接合層２２Ｃは、カーケンダルボイドの発生が抑制され耐久性、信頼性が確保されていることから、半導体素子１６の各接合電極１６０４を構成する材料として、高価な貴金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ）を使用する必要がなく、前述したようにＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ又はこれらを含む合金のように比較的安価な材料を使用すれば足りるため、半導体装置１０の部品コストを低減する上でも有利となる。
【００３７】
本実施の形態の接合層２２では、融点の異なる複数種の金属成分は、拡散による金属間化合物ナノコンポジット構造を構成するため、原子空孔（格子）の集積が回避され、カーケンダルボイドの発生が抑制される。
したがって、半導体素子１６から伝わる熱により接合層２２が高温状態となり易い構造であるにも拘わらず、接合層２２は２５０℃を超える耐熱性を有していることから、接合層２２の部分において、剥離や断線などが生じにくく、半導体装置１０の耐久性、信頼性を高める上で有利となる。
また、接合層２２が上記のような特性を有し２５０℃を超える耐熱性を有していることから、ベース本体１４０２、第１板部１４０４Ａ、第２板部１４０４Ａは、半導体素子１６の放熱部材としても有効に機能し、半導体装置１０の耐久性を確保し、性能を充分に発揮する上で有利となる。
【００３８】
（封止層の構造）
次に、封止空間２４Ａに配置され、ベース１４に支持された半導体素子１６を封止する封止層２０について、図９を参照して説明する。
図９（Ａ）は、絶縁性の部材５０に凹部５２を設け、この凹部５２に封止層２０を形成したものであり、（Ｂ）は（Ａ）の矩形枠部分の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）の矩形枠部分の拡大図を示している。
図９（Ｃ）に示すように、封止層２０は、多数のｎｍサイズ（１μｍ以下）の粒径のＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子５４と、それら絶縁性ナノ微粒子５４の周りを隙間なく埋める非晶シリカ５６とからなるナノコンポジット構造で構成されている、
すなわち、封止層２０は、多数の絶縁性ナノ化微粒子(ＳｉＯ２)５４と、ＳｉＯ２微粒子の反応化合物（非晶シリカ５６）とで構成されている。
言い換えると、封止層２０は、多数の絶縁性ナノ微粒子(ＳｉＯ２微粒子)５４と、それら多数の絶縁性ナノ微粒子を骨材としてそれらの周りを埋めるＳｉ―Ｏ結合（非晶シリカ５６）との複合組織のナノコンポジット構造とで構成されている。
【００３９】
封止層２０は非晶シリカ５６を含み、すなわちＳｉＯ２のガラス化されたものを含むため、内部に隙間、空洞、クラック等の欠陥がない封止層２０となっており、ケース１２、ベース１４、半導体素子１６、配線部材１８、第１接合層２２Ａ、第２接合層２２Ｂ、第３接合層２２Ｃに対する密着強度の高い高信頼度の封止層２０を形成し得る。
【００４０】
（封止層の形成方法）
封止層２０は、例えば、多数の絶縁性ナノ微粒子５４が混在された液体ガラス（ＳｉＯ２）を、封止空間２４Ａに充填し、液体ガラスを硬化させることで形成される。
あるいは、特許第５２８１１８８号の絶縁ペーストを封止空間２４Ａに充填し、絶縁ペーストを硬化させることで形成される。特許第５２８１１８８号に記載された絶縁ペーストの中でも、本発明では絶縁性ナノ微粒子としてＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子が使用され、絶縁ペーストではその他にＳｉ微粒子と、液状の有機Ｓｉ化合物とを含んでいる。
液体ガラス、絶縁性ペーストの硬化は、例えば、好ましくは真空雰囲気中で、１３０℃〜１５０℃の温度範囲で加熱することによって進行させることができる。その後、加圧しながら冷却する工程を含むことが好ましい。この工程により、封止層２０を緻密化し、ケース１２、ベース１４、半導体素子１６、配線部材１８、第１接合層２２Ａ、第２接合層２２Ｂ、第３接合層２２Ｃに対する密着力を高めることができる
したがって、封止層２０は、液体ガラス、絶縁性ペーストの焼成物である。
封止層２０は、絶縁性ナノ微粒子５４と、ガラスを構成する非晶シリカ５６との複合組織のコンポジット構造で形成されるから、体積が増加し、ケース１２の内部に隙間、空洞、クラック等の欠陥のない高信頼度の封止層２０となる。ちなみに、反応成形後体積が数％程度増加し、空洞、隙間又はクラックの発生等を回避することができる。
【００４１】
本実施の形態の封止層２０では、次のような効果を得ることができる。
（ａ）物理的・化学的強度に優れ、さらには２５０℃を超える耐熱温度を持つ耐熱性に優れ、６００℃前後まで剥離や断線などが生じない耐熱性を有している。
（ｂ）封止層２０を簡単に、確実に形成できる。
（ｃ）封止層２０の内部に隙間、空洞、クラック等の欠陥はなく、高い信頼度を有している。
【００４２】
したがって、本実施の形態によれば、封止層２０は、物理的・化学的強度に優れる絶縁性材料であると共に、２５０℃を超える耐熱性を有している。
そのため、半導体素子１６が例えばパワーデバイスとして使用される半導体装置１０であるとすると、大電流が流れあるいは高速な動作がなされ動作温度が１５０℃を超えた場合であっても、封止層２０が熱劣化することがなく、半導体素子１６の機能を充分に発揮させつつ耐久性を確保する上で有利となる。
したがって、鉄道車両や電気自動車、発電施設などで使用されるインバータの性能を向上させつつ耐久性を確保する上で有利となり、パワーデバイスの故障に起因した鉄道車両や電気自動車、発電施設などでの事故を大幅に減少する上で有利となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  半導体装置
１２  ケース
１６  半導体素子
１６０２  基板
１６０４  接合電極
１８  配線部材
２０  封止層
２２  接合層
【図１】
2017147305.tif 000003
【図２】
2017147305.tif 000004
【図３】
2017147305.tif 000005
【図４】
2017147305.tif 000006
【図５】
2017147305.tif 000007
【図６】
2017147305.tif 000008
【図７】
2017147305.tif 000009
【図８】
2017147305.tif 000010
【図９】
2017147305.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月14日(2016.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いたＳｉＣ半導体素子の開発が進められている。
ＳｉＣ半導体素子はＳｉ半導体素子に比較して絶縁破壊電界強度が高く、バンドギャップが広いため、大電力を制御するパワーデバイスとして注目されている。ＳｉＣ半導体素子は、Ｓｉ半導体素子の限界を超える１５０℃以上の高温においても動作が可能であり、理論的には５００℃以上でも動作が可能とされている（特許文献１参照）。
ところで、半導体素子は、その保護を図るため、ケースに収容されると共に、ケースの内部に充填された樹脂製封止材からなる封止層により封止された半導体装置の形態で使用される。
現在、樹脂製封止材からなる封止層の耐熱温度は１５０℃以下に留まっており、ＳｉＣ半導体素子の動作温度である１５０℃を超える高温になると、封止層が劣化して封止層に隙間が生じ、半導体装置の耐久性を確保する上で不利がある。
そのため、現状では、ＳｉＣ半導体素子を、その動作温度が封止層の耐熱温度を超えない範囲で使用せざるを得ず、ＳｉＣ半導体素子の性能を充分に発揮する上で限界がある。
【０００３】
このようなＳｉＣ半導体素子は、例えば、直流電圧を昇圧する昇圧回路や、直流電圧を交流電圧に変換するインバータや、直流電圧に変換するコンバータなどの大電力を扱う電力変換回路にパワーデバイスとして使用されている。
例えば、鉄道車両は、直流電力が給電されることで走行するものと、交流電力が給電されることで走行するものとがあるが、何れの鉄道車両も、走行用モータに供給する交流電力を制御するためにインバータを備えており、このインバータにパワーデバイスが用いられている。
しかしながら、上述のように、現在、樹脂製封止材からなる封止層の耐熱温度は１５０℃以下に留まっているため、鉄道車両の走行に伴いインバータのパワーデバイスはその動作温度が１５０℃を超え、封止層の劣化に起因したパワーデバイスの故障を招いている。
近年の鉄道車両の事故の大半はこのような動作温度の上昇に伴う封止層の劣化に起因したパワーデバイスの故障によるものであり、修理に多大な手間とコストがかかるため、何らかの改善が望まれている。
このような動作温度の上昇に伴うパワーデバイスの故障は、走行用モータを駆動させるためのインバータを備える電気自動車や、太陽電池で発電された直流電力を商用の交流電力に変換させるインバータを備える発電施設などにおいても、上記と同様に発生しており、改善が望まれている。
一方、本出願人は、物理的・化学的強度に優れた絶縁材料を提案し登録されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８０７９６号公報
【特許文献２】特許第５２８１１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、上記絶縁材料が優れた物理的・化学的強度に加え、２５０℃を超える耐熱温度を有しているということを見出した。
本発明は、上記絶縁材料の耐熱性に着目してなされたものであって、高い動作温度で動作しても耐久性を確保でき半導体素子の性能を充分に発揮する上で有利な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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子を収容するケースと、前記ケースの内部で前記半導体素子を支持し前記半導体素子で発せられる熱を放熱する放熱部材として機能するベースと、前記ケースの内部に配設され前記半導体素子に電気的に接続される配線部材と、前記ケースの内部に充填され前記半導体素子、前記配線部材を封止する封止層とを備える半導体装置であって、前記封止層は、１μｍ以下の粒径のＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子と、それら絶縁性ナノ微粒子の周りを隙間なく埋める非晶シリカとからなるナノコンポジット構造で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体素子が例えばパワーデバイスとして使用される半導体装置であるとすると、大電流が流れあるいは高速な動作がなされ動作温度が１５０℃を超えた場合であっても、封止層が熱劣化することがなく、半導体素子の機能を充分に発揮させつつ耐久性を確保する上で有利となる。
したがって、パワーデバイスの故障に起因した鉄道車両や電気自動車、発電施設などでの事故を大幅に削減する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】（Ａ）は絶縁性の部材５０に凹部５２を設け、この凹部５２に封止層２０を形成した説明図、（Ｂ）は（Ａ）の矩形枠部分の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）の矩形枠部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（半導体装置の構造）
次に本実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。
図１に示すように、半導体装置１０は、ケース１２と、ベース１４と、半導体素子１６と、配線部材１８と、封止層２０と、接合層２２とを含んで構成されている。
本実施の形態では、接合層２２は、半導体素子１６の接合電極１６０４と配線部材１８とを接合する第３接合層２２Ｃに加え、第１接合層２２Ａ、第２接合層２２Ｂとを含んで構成されている。
【００１０】
ケース１２は、上下が開口された枠状の側壁１２０２で構成され、側壁１２０２の内側に半導体素子１６を収容する収容空間２４が形成されている。
ケース１２として、非導電性のセラミック材料など従来公知の様々な材料が採用可能である。
【００１１】
ベース１４は、半導体素子１６を支持するものであり、熱伝導性に優れた材料で形成されている。
本実施の形態では、ベース１４は、ベース本体１４０２と、中間板部１４０４とを備えている。
ベース本体１４０２は、枠状の側壁１２０２の下部の開口を閉塞している。
ベース本体１４０２として、熱伝導性に優れたセラミック材料や金属材料が使用可能である。
中間板部１４０４は、ベース１４の上面よりも一回り小さい輪郭で形成されている。
中間板部１４０４は、ベース本体１４０２側に位置し第１接合層２２Ａを介してベース本体１４０２の上面に接合された第１板部１４０４Ａと、第１板部１４０４Ａの上に第１板部１４０４Ａと一体に形成された第２板部１４０４Ｂとを有している。
第１板部１４０４Ａは、熱伝導性に優れたセラミック材料で構成され、第２板部１４０４Ｂは、熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。
なお、ベース１４の構造は、上記構造に限定されるものではなく、半導体素子１６の熱を効率よく伝導し、半導体素子１６の放熱部材としても有効に機能するものであればよく、単一の金属材料、あるいは、単一のセラミック材料で構成されたものであってもよい。
【００１２】
半導体素子１６は、直流電圧を昇圧する昇圧回路や、直流電圧を交流電圧に変換するインバータや、直流電圧に変換するコンバータなどの電力変換回路に使用されるパワーデバイスを構成するものであり、大電流のスイッチングを行なうスイッチング素子を備えており、スイッチング素子を駆動するために必要なダイオードや受動素子をさらに備えていてもよい。
本実施の形態では、半導体素子１６は、Ｓｉ半導体素子１６に比較して絶縁破壊電界強度が高く、バンドギャップが広く、Ｓｉ半導体素子１６の限界を超える１５０℃以上の高温においても動作が可能で理論的には５００℃以上でも動作が可能なＳｉＣ半導体素子１６で構成されている。
半導体素子１６は、ＳｉＣで構成された基板１６０２上に構成されており、基板１６０２の上面に複数の接合電極１６０４が形成されている。
複数の接合電極１６０４は、半導体装置１０の外部の電源および負荷に接続され大電流が流れる電極と、半導体装置１０の外部の制御回路に接続されスイッチング素子を駆動する駆動信号が流れる電極とを含んでいる。
それら接合電極１６０４は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａu、Ａg、Ｔi又はこれらを含む合金で構成されている。
半導体素子１６は、接合電極１６０４と反対側の面を中間板部１４０４の第２板部１４０４Ｂに重ね合わせて第２接合層２２Ｂを介して接合されることでベース１４に支持されている。
【００１３】
配線部材１８は、半導体素子１６の各接合電極１６０４毎に設けられ、配線部材１８の一端は接合電極１６０４に対して第３接合層２２Ｃを介して電気的に接続され、配線部材１８の他端はケース１２の側壁１２０２を貫通してケース１２の外部に設けられた接続端子２６に電気的に接続されている。
接続端子２６は、半導体装置１０の外部の電源や負荷、半導体装置１０の外部の制御回路に接続される。
なお、接続端子２６の形状や配置位置は任意である。
そして、収容空間２４内で半導体素子１６、中間板部１４０４、配線部材１８を封止するための封止空間２４Ａに封止層２０が形成されている。
すなわち封止層２０は、封止材がケース１２の内部に充填されて形成され、封止層２０は収容空間２４の内部に配置されベース１４に支持された半導体素子１６を封止している。
【００１４】
（封止層の構造）
次に、封止空間２４Ａに配置され、ベース１４に支持された半導体素子１６を封止する封止層２０について、図２を参照して説明する。
図２（Ａ）は、絶縁性の部材５０に凹部５２を設け、この凹部５２に封止層２０を形成したものであり、（Ｂ）は（Ａ）の矩形枠部分の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）の矩形枠部分の拡大図を示している。
図２（Ｃ）に示すように、封止層２０は、多数のｎｍサイズ（１μｍ以下）の粒径のＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子５４と、それら絶縁性ナノ微粒子５４の周りを隙間なく埋める非晶シリカ５６とからなるナノコンポジット構造で構成されている。
すなわち、封止層２０は、多数の絶縁性ナノ化微粒子(ＳｉＯ２)５４と、ＳｉＯ２微粒子の反応化合物（非晶シリカ５６）とで構成されている。
言い換えると、封止層２０は、多数の絶縁性ナノ微粒子(ＳｉＯ２微粒子)５４と、それら多数の絶縁性ナノ微粒子を骨材としてそれらの周りを埋めるＳｉ―Ｏ結合（非晶シリカ５６）との複合組織のナノコンポジット構造とで構成されている。
【００１５】
封止層２０は非晶シリカ５６を含み、すなわちＳｉＯ２のガラス化されたものを含むため、内部に隙間、空洞、クラック等の欠陥がない封止層２０となっており、ケース１２、ベース１４、半導体素子１６、配線部材１８、第１接合層２２Ａ、第２接合層２２Ｂ、第３接合層２２Ｃに対する密着強度の高い高信頼度の封止層２０を形成し得る。
【００１６】
（封止層の形成方法）
封止層２０は、例えば、多数の絶縁性ナノ微粒子５４が混在された液体ガラス（ＳｉＯ２）を、封止空間２４Ａに充填し、液体ガラスを硬化させることで形成される。
あるいは、特許第５２８１１８８号の絶縁ペーストを封止空間２４Ａに充填し、絶縁ペーストを硬化させることで形成される。特許第５２８１１８８号に記載された絶縁ペーストの中でも、本発明では絶縁性ナノ微粒子としてＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子が使用され、絶縁ペーストではその他にＳｉ微粒子と、液状の有機Ｓｉ化合物とを含んでいる。
液体ガラス、絶縁性ペーストの硬化は、例えば、好ましくは真空雰囲気中で、１３０℃〜１５０℃の温度範囲で加熱することによって進行させることができる。その後、加圧しながら冷却する工程を含むことが好ましい。この工程により、封止層２０を緻密化し、ケース１２、ベース１４、半導体素子１６、配線部材１８、第１接合層２２Ａ、第２接合層２２Ｂ、第３接合層２２Ｃに対する密着力を高めることができる。
したがって、封止層２０は、液体ガラス、絶縁性ペーストの焼成物である。
封止層２０は、絶縁性ナノ微粒子５４と、ガラスを構成する非晶シリカ５６との複合組織のコンポジット構造で形成されるから、体積が増加し、ケース１２の内部に隙間、空洞、クラック等の欠陥のない高信頼度の封止層２０となる。ちなみに、反応成形後体積が数％程度増加し、空洞、隙間又はクラックの発生等を回避することができる。
【００１７】
本実施の形態の封止層２０では、次のような効果を得ることができる。
（ａ）物理的・化学的強度に優れ、さらには２５０℃を超える耐熱温度を持つ耐熱性に優れ、６００℃前後まで剥離や断線などが生じない耐熱性を有している。
（ｂ）封止層２０を簡単に、確実に形成できる。
（ｃ）封止層２０の内部に隙間、空洞、クラック等の欠陥はなく、高い信頼度を有している。
【００１８】
したがって、本実施の形態によれば、封止層２０は、物理的・化学的強度に優れる絶縁性材料であると共に、２５０℃を超える耐熱性を有している。
そのため、半導体素子１６が例えばパワーデバイスとして使用される半導体装置１０であるとすると、大電流が流れあるいは高速な動作がなされ動作温度が１５０℃を超えた場合であっても、封止層２０が熱劣化することがなく、半導体素子１６の機能を充分に発揮させつつ耐久性を確保する上で有利となる。
したがって、鉄道車両や電気自動車、発電施設などで使用されるインバータの性能を向上させつつ耐久性を確保する上で有利となり、パワーデバイスの故障に起因した鉄道車両や電気自動車、発電施設などでの事故を大幅に減少する上で有利となる。
【符号の説明】
【００１９】
１０  半導体装置
１２  ケース
１６  半導体素子
１６０２  基板
１６０４  接合電極
１８  配線部材
２０  封止層
２２  接合層
５０  絶縁性の部材
５２  凹部
５４  絶縁性ナノ微粒子
５６  非晶シリカ
【手続補正２】
【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】
半導体素子と、
前記半導体素子を収容するケースと、
前記ケースの内部で前記半導体素子を支持し前記半導体素子で発せられる熱を放熱する放熱部材として機能するベースと、
前記ケースの内部に配設され前記半導体素子に電気的に接続される配線部材と、
前記ケースの内部に充填され前記半導体素子、前記配線部材を封止する封止層と、
を備える半導体装置であって、
前記封止層は、１μｍ以下の粒径のＳｉＯ２からなる絶縁性ナノ微粒子と、それら絶縁性ナノ微粒子の周りを隙間なく埋める非晶シリカとからなるナノコンポジット構造で構成されている、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子は、パワーデバイスを構成している、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017147305.tif 000012
【図２】
2017147305.tif 000013