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公開番号2024078911
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-11
出願番号2022191526
出願日2022-11-30
発明の名称半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 23/29 20060101AFI20240604BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】金属部材と封止材との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高い半導体装置。
【解決手段】積層基板上に実装された半導体素子と、導電性接続部材と、前記半導体素子及び導電性接続部材を封止する封止材とを備える半導体装置であって、前記封止材が、細孔径分布の半値幅が1.5nm以下のメソポーラス無機充填材を含む吸放湿性封止層を備える、半導体装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
積層基板上に実装された半導体素子と、
導電性接続部材と、
前記半導体素子及び導電性接続部材を封止する封止材と
を備える半導体装置であって、
前記封止材が、細孔径分布の半値幅が１．５ｎｍ以下のメソポーラス無機充填材を含む吸放湿性封止層を備える、半導体装置。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記封止材が、前記半導体素子及び導電性接続部材を被覆する第１封止部と、前記第１封止部を被覆する第２封止部とを含み、
前記第２封止部が、熱硬化性樹脂と前記メソポーラス無機充填材とを含む吸放湿性封止層である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記封止材が、前記半導体素子及び導電性接続部材を被覆する第１封止部と、前記第１封止部を被覆する第２封止部と、前記第２封止部を被覆する第３封止部とを含み、
前記第２封止部が、前記メソポーラス無機充填材から実質的になる吸放湿性封止層である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記メソポーラス無機充填材が、平均細孔径が４～２０ｎｍのメソポーラスシリカである、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１封止部が、エポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、及び非多孔質性無機充填材を含む、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１封止部及び第３封止部が、エポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、及び非多孔質性無機充填材を含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記積層基板、半導体素子及び導電性接続部材の表面に、プライマー層を備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
積層基板、半導体素子、及び導電性接続部材を組み立てる工程と、
前記積層基板、半導体素子、及び導電性接続部材を第１封止部で被覆する工程と、
前記第１封止部上に、細孔径分布の半値幅が１．５ｎｍ以下のメソポーラス無機充填材と熱硬化性樹脂とを含む吸放湿性封止層から構成される第２封止部を形成する工程と
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
積層基板、半導体素子、及び導電性接続部材を組み立てる工程と、
前記積層基板、半導体素子、及び導電性接続部材を第１封止部で被覆する工程と、
前記第１封止部上に、細孔径分布の半値幅が１．５ｎｍ以下のメソポーラス無機充填材からなる吸放湿性封止層から構成される第２封止部を形成する工程と、
前記第２封止部を、第３封止部で被覆する工程と
を含む、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に関する。本発明は、特には、封止材と金属部材との密着性を損なうことなく、吸放湿特性を向上させ、パッケージ内への水分浸入を防止した、信頼性の高い半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールは、効率的な電力変換が求められる分野に広く適用されている。例えば、産業機器、電気自動車、家電製品などのパワーエレクトロニクス分野に適用領域が拡大している。これらのパワー半導体モジュールには、スイッチング素子とダイオードが内蔵されており、素子にはＳｉ（シリコン）半導体やＳｉＣ（シリコンカーバイド）半導体が用いられている。
【０００３】
パワー半導体モジュールは、半導体素子からなるチップ並びにチップに接続されるリードフレームなどの導電性接続部材を絶縁性の封止材により封止することにより製造する。
封止材として熱硬化性樹脂を用いる場合には、半導体装置を構成する金属部材と熱硬化性樹脂の密着性が、半導体装置の信頼性に大きく影響する。熱硬化性樹脂が雰囲気中の水分を吸収し、水分が金属部材と熱硬化性樹脂の接触界面に入り込むと、金属部材と熱硬化性樹脂の密着力が低下する場合があった。このため、密着力が低下した箇所において、熱硬化性樹脂の剥離が生じ、絶縁破壊の起点となって、耐圧の低下を招くことが懸念される。
【０００４】
封止材の表面にバリア層を設けて、水分及びガスが積層基板に到達することを防止する半導体装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この半導体装置では、バリア層の材料として、セラミックス材料またはガラス材料が使用されている。
【０００５】
シリカアルミナゲルを含有する材料を使用し、防湿及び吸湿機能を有する半導体装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に開示された半導体装置では、シリカアルミナゲルは封止層に混合しても、表面にシート状に形成してもよいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開2019/239615
特開2008-91739号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術に開示された方法では、特定の材料を封止材に混合し、あるいはバリア層を設けて、水分の吸収を防止している。しかし、金属部材に接触する樹脂の組成を変更すると、密着力等その他の特性まで変化し、製品の仕様の観点から、不都合が生じる場合があった。金属部材と熱硬化性樹脂の密着性を劣化させることなく、封止材への水分の吸収を制御することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは鋭意検討の結果、吸湿性のみならず、放湿性を備える材料を検討した。そして、この材料を含む吸放湿層を封止材の一部に備えることにより、封止材への水分の吸収に伴う信頼性低下を防止可能であることに想到し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、一実施形態によれば、半導体装置であって、積層基板上に実装された半導体素子と、導電性接続部材と、前記半導体素子及び導電性接続部材を封止する封止材とを備える半導体装置であって、前記封止材が、細孔径分布の半値幅が１．５ｎｍ以下のメソポーラス無機充填材を含む吸放湿性封止層を備える、半導体装置に関する。
【００１０】
前記半導体装置において、前記封止材が、前記半導体素子及び導電性接続部材を被覆する第１封止部と、前記第１封止部を被覆する第２封止部とを含み、前記第２封止部が、熱硬化性樹脂と前記メソポーラス無機充填材とを含む吸放湿性封止層であることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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