JP6829809B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関する。本発明は、特には、封止による絶縁耐圧が向上した半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device. The present invention particularly relates to a semiconductor device having an improved dielectric strength due to sealing.
近年、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を中心として、パワーモジュールが電力変換装置に広く用いられるようになっている。パワーモジュールは1つまたは複数のパワー半導体デバイスを内蔵して、変換接続の一部または全体を構成する。そして、パワー半導体とベースプレートまたは冷却面との間が電気的に絶縁された構造を持つ。電気的な絶縁構造を実現するための封止材としては、一般的に、エポキシ樹脂が用いられている。エポキシ封止樹脂は、寸法安定性や、耐水性・耐薬品性および電気絶縁性が高く、封止材として適している。 In recent years, power modules have come to be widely used in power conversion devices, centering on IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). A power module incorporates one or more power semiconductor devices to form part or all of a conversion connection. Then, it has a structure in which the power semiconductor and the base plate or the cooling surface are electrically insulated. An epoxy resin is generally used as a sealing material for realizing an electrically insulating structure. Epoxy sealing resin has high dimensional stability, water resistance, chemical resistance, and electrical insulation, and is suitable as a sealing material.
炭化珪素(SiC)などの次世代半導体が実用化されるに伴って、より高耐圧の半導体チップが出現している。例えば、従来のシリコン(Si)では、耐電圧は1200V程度であるが、SiCでは、耐電圧は3300V、13kVに達する。SiCでは、耐電圧が高くなり、さらには使用環境温度も高温となり、絶縁基板周辺に加わる電界強度は、ますます上昇する傾向にある。特に、回路電極板、絶縁基板と、封止材層が交わる三重点は非常に高電界部位となるため、三重点を起点とし、界面に沿って部分放電や沿面放電が発生する場合があった。 With the practical application of next-generation semiconductors such as silicon carbide (SiC), semiconductor chips with higher withstand voltage have appeared. For example, with conventional silicon (Si), the withstand voltage is about 1200 V, but with SiC, the withstand voltage reaches 3300 V and 13 kV. With SiC, the withstand voltage becomes high, the operating environment temperature also becomes high, and the electric field strength applied around the insulating substrate tends to increase more and more. In particular, since the triple point where the circuit electrode plate, the insulating substrate, and the encapsulant layer intersect is a very high electric field portion, partial discharge or creeping discharge may occur along the interface starting from the triple point. ..
絶縁基板の導体箔端部に固化したエポキシ樹脂部材を供え、樹脂部材に粉末状のアルミナAl2O3または窒化アルミニウムAlNを混合し、樹脂の比誘電率をAlNとシリコーンゲルの中間の値とし、導体箔端部の電界緩和を行うことを特徴とする半導体装置が知られている(例えば、特許文献1)。 Shew epoxy resin member solidified conductive foil end portion of the insulating substrate, the powdered alumina Al 2 O 3 or aluminum nitride AlN mixed into the resin member, the dielectric constant of the resin as the intermediate value of AlN and silicone gel , A semiconductor device characterized by performing electric field relaxation at the end of a conductor foil is known (for example, Patent Document 1).
しかし、従来の技術では、電界緩和効果が充分であるとはいえず、電界集中領域における剥離の問題が生じていた。 However, in the conventional technique, the electric field relaxation effect cannot be said to be sufficient, and there is a problem of peeling in the electric field concentration region.
上記課題を解決するために、本発明者らは、電界集中領域に、誘電率がさらに高く、熱応力による剥離に耐えうる封止領域を設けることを考えた。そして、エポキシなどの高耐熱性封止材に、高誘電率かつ低弾性率の樹脂を粉末状にした粒子を分散させることにより上記課題を解決することに想到した。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、絶縁基板の第1の主面に第1回路電極板を、第2の主面に第2回路電極板を備えた積層基板と、前記第1回路電極板上に実装された半導体素子と出力端子とを導電性接続部材にて接続し、封止材にて封止してなる半導体装置であって、前記絶縁基板の第1の主面と前記第1回路電極板の側面との交差部に高誘電性封止材からなる封止層が配置され、前記高誘電性封止材が、熱硬化性樹脂主剤と、硬化剤と、高誘電性樹脂粒子とを含み、前記高誘電性樹脂粒子が、前記熱硬化性樹脂よりも比誘電率が高く、引っ張り弾性率が低い樹脂粒子である。 In order to solve the above problems, the present inventors have considered providing a sealing region having a higher dielectric constant and capable of withstanding peeling due to thermal stress in the electric field concentration region. Then, he came up with the idea of solving the above problem by dispersing particles of a resin having a high dielectric constant and a low elastic modulus in the form of powder in a highly heat-resistant sealing material such as epoxy. That is, according to one embodiment, the present invention is a semiconductor device, in which a first circuit electrode plate is provided on a first main surface of an insulating substrate and a second circuit electrode plate is provided on a second main surface. A semiconductor device in which a substrate, a semiconductor element mounted on the first circuit electrode plate, and an output terminal are connected by a conductive connecting member and sealed with a sealing material, which is the insulating substrate. A sealing layer made of a highly dielectric encapsulant is arranged at the intersection of the first main surface and the side surface of the first circuit electrode plate, and the highly dielectric encapsulant is a thermosetting resin main agent. The high-dielectric resin particles contain a curing agent and high-dielectric resin particles, and the high-dielectric resin particles are resin particles having a higher specific dielectric constant and a lower tensile elasticity than the thermocurable resin.
前記半導体装置において、前記高誘電性封止材からなる封止層が、前記絶縁基板の第2の主面と前記第2回路電極板の側面との交差部、及び/または前記半導体素子の上面電極上にさらに配置されることが好ましい。 In the semiconductor device, the sealing layer made of the high-dielectric sealing material is formed at the intersection of the second main surface of the insulating substrate and the side surface of the second circuit electrode plate, and / or the upper surface of the semiconductor element. It is preferably further disposed on the electrodes.
前記半導体装置において、前記高誘電性封止材からなる封止層が、20μm〜500μmの厚さに配置されることが好ましい。 In the semiconductor device, it is preferable that the sealing layer made of the highly dielectric sealing material is arranged to have a thickness of 20 μm to 500 μm.
前記半導体装置において、前記高誘電性樹脂粒子が、粉末状ポリフッ化ビニリデンまたは粉末状ポリフッ化ビニルから選択される一以上であることが好ましい。 In the semiconductor device, it is preferable that the high-dielectric resin particles are one or more selected from powdered polyvinylidene fluoride or powdered polyvinyl fluoride.
前記半導体装置において、前記高誘電性樹脂粒子が、前記熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、50〜200質量部含まれることが好ましい。 In the semiconductor device, it is preferable that the highly dielectric resin particles are contained in an amount of 50 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent.
前記半導体装置において、前記高誘電性封止材が、さらに無機充填材を含むことが好ましい。 In the semiconductor device, it is preferable that the high-dielectric encapsulant further contains an inorganic filler.
前記半導体装置において、前記熱硬化性樹脂主剤が、エポキシ樹脂であることが好ましい。 In the semiconductor device, the thermosetting resin main agent is preferably an epoxy resin.
前記半導体装置において、前記硬化剤が、酸無水物系硬化剤であることが好ましい。 In the semiconductor device, the curing agent is preferably an acid anhydride-based curing agent.
前記半導体装置において、前記半導体素子が、Si半導体素子、SiC半導体素子、またはGaN半導体素子のいずれかを含むことが好ましい。 In the semiconductor device, it is preferable that the semiconductor element includes any of a Si semiconductor element, a SiC semiconductor element, and a GaN semiconductor element.
本発明によれば、上記所定の特性を備える高誘電性封止材からなる封止層を、少なくとも回路電極板、絶縁基板、封止層が交わる三重点に配置することで、三重点が高誘電性領域となる。これにより、電気力線の集中を防止しすることができる。また、高誘電性封止材からなる封止層が配置された箇所は、弾性率の低い部材で形成された緩衝領域となり、熱応力を緩和することができる。そして、このような封止構成を備える半導体装置は、絶縁耐圧が向上し、信頼性の高いものとなる。 According to the present invention, the triple point is high by arranging the sealing layer made of the highly dielectric sealing material having the above-mentioned predetermined characteristics at least at the triple point where the circuit electrode plate, the insulating substrate, and the sealing layer intersect. It becomes a dielectric region. This makes it possible to prevent the concentration of electric lines of force. Further, the portion where the sealing layer made of the highly dielectric sealing material is arranged becomes a cushioning region formed of a member having a low elastic modulus, and thermal stress can be relaxed. The semiconductor device having such a sealing configuration has improved dielectric strength and is highly reliable.
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。特に、図面に示す各部材の相対的な寸法や配置は、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below. In particular, the relative dimensions and arrangement of each member shown in the drawings do not limit the present invention.
本発明は一実施形態によれば、半導体装置であって、絶縁基板の第1の主面に第1回路電極板を、第2の主面に第2回路電極板を備えた積層基板と、前記第1回路電極板上に実装された半導体素子と出力端子とを導電性接続部材にて接続し、封止材にて封止してなる。第1ないし第2回路基板は、前記絶縁基板に対向し、接する第1主面と、前記第1主面に対向する第2主面と側面とからなる。そして、少なくとも前記絶縁基板の第1の主面と前記回路電極板の側面との交差部に高誘電性封止材からなる封止層が配置されることを特徴とする。本明細書において、封止材とは、封止に用いられる材料を含む概念をいい、封止材からなる封止層とは、特に封止材が加熱硬化されて形成された層をいうものとする。 According to one embodiment, the present invention is a semiconductor device, which comprises a laminated substrate having a first circuit electrode plate on a first main surface and a second circuit electrode plate on a second main surface of an insulating substrate. The semiconductor element mounted on the first circuit electrode plate and the output terminal are connected by a conductive connecting member and sealed with a sealing material. The first to second circuit boards are composed of a first main surface facing and in contact with the insulating substrate, and a second main surface and side surfaces facing the first main surface. Then, at least at the intersection of the first main surface of the insulating substrate and the side surface of the circuit electrode plate, a sealing layer made of a highly dielectric sealing material is arranged. In the present specification, the encapsulant refers to a concept including a material used for encapsulation, and the encapsulant layer made of the encapsulant specifically refers to a layer formed by heat-curing the encapsulant. And.
図1は、本発明に係る半導体装置の一例である、パワーモジュールの概念的な断面図である。図1において、半導体素子1は、IGBTあるいはダイオードチップ等のパワーチップである。半導体素子1は、はんだ等の接合層(図示せず)を介して、積層基板2の上に実装される。この積層基板2は、ヒートスプレッダなどの金属基板3にはんだ等の接合層(図示せず)により接合されている。積層基板2の上には、はんだ接合層(図示せず)により固定された出力端子4が立ち上がっている。ここで、出力端子4とは、外部接続端子、中間端子、回路電極板を含む概念であり、図示する実施形態においては外部接続端子である。出力端子4と半導体素子1とは、導電性接合部材である金属ワイヤ5により電気的に接続されている。ケース8はポリフェニレンスルファイド(PPS)等の熱可塑性樹脂であってよく、金属基板3に接着されている。高誘電性封止材である第1封止材からなる封止層6は、積層基板2を形成する絶縁基板22の第1の主面と、第1回路電極板21の側面との交差部Aを覆うように配置される。なお、ここで交差部の交差とは、十字に交わることをいうのではなく、T字状に交わることを指す。つまり、交差部とは、絶縁基板22の第1の主面と、第1回路電極板21の側面が接触する部分である。ここで、絶縁基板22の第1の主面(上面ともいう)とは、絶縁基板22の2つの主面のうち、第1回路電極板21と接している面をいう。ケース8内には第2封止材が充填されて封止層7を形成し、蓋9が取り付けられている。また、任意選択的な構成として、高誘電性封止材である第1封止材からなる封止層10が、絶縁基板22の第2の主面(下面ともいう)と第2回路電極板23の側面との交差部Bを覆うように配置され、かつ、半導体素子1の上面電極上にも配置される。
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of a power module, which is an example of a semiconductor device according to the present invention. In FIG. 1, the
半導体素子1は、種々のSiデバイス、SiCデバイス、GaNデバイスなどを用いることができる。また、これらのデバイスを組み合わせて用いても良い。例えば、Si−IGBTとSiC−SBDを用いたハイブリッドモジュールなどを用いることができる。半導体素子1の搭載数は、図示する形態に限定されるものではなく、複数搭載することもできる。半導体素子1の上面電極、すなわち、積層基板2と接触していない面に設けられる電極上には、任意選択的に、第1封止材からなる封止層10を配置することができる。近傍の金属板等、例えば回路電極板との間に生じる電界が、前記電極および前記電極とワイヤ等との接続部に集中しないように緩和することができるためである。
As the
積層基板2は、絶縁基板22とその上面に形成される第1回路電極板21と、下面に形成される第2回路電極板23とから構成される。ここで、上面、下面とは、図1中の上下を表すものであり、上面は半導体素子1に対向する面、下面は金属基板3に対向する面ということもできる。詳細には、第1回路電極板21は、絶縁基板22上面の絶縁基板22の外縁よりも内側に配置され、第2回路電極板23は、絶縁基板22下面の絶縁基板22の外縁よりも内側に配置される。そして、第1回路電極板21の側面と、絶縁基板22上面との交差部Aであって、封止前に外部に露出しており、封止後に封止材に接して三重点となる交差部Aが、本発明の高誘電性封止材である第1封止材からなる封止層6で封止されている。この交差部Aに電気力線が集中し、絶縁破壊が生じやすい箇所だからである。図1に示す断面図においては、交差部Aは点で示されるが、交差部Aは第1回路電極板21の、絶縁基板22と接触する面の周囲全体に形成される。第1回路電極板21の側面とまた、任意選択的に、第2回路電極板23の側面と、絶縁基板22下面との交差部Bにも、高誘電性封止材である第1封止材からなる封止層10が配置されていてもよい。図1に示す断面図においては、交差部Bも点で示されるが、交差部Bは第2回路電極板23の、絶縁基板22と接触する面の周囲全体に形成される。交差部を覆い、回路電極板の側面を被覆することにより、交差部に集中した電気力線を分散させることができる。封止層6による封止態様も、封止層10による封止態様も、少なくとも交差部を覆っていればよく、回路電極板の側面全体を被覆してもよく、側面の一部を被覆していてもよい。絶縁基板22としては、電気絶縁性、熱伝導性に優れた材料を用いることができる。絶縁基板22の材料としては、例えば、Al2O3、AlN、SiNなどが挙げられる。特に高耐圧用途では、電気絶縁性と熱伝導率を両立した材料が好ましく、AlN、SiNを用いることができるが、これらには限定されない。第1回路電極板21、第2回路電極板23としては、加工性の優れているCu、Alなどの金属材料を用いることができる。また、防錆などの目的で、Niメッキなどの処理を行ったCu、Alであっても良い。絶縁基板22上に回路電極板21、23を配設する方法としては、直接接合法(Direct Copper Bonding法)もしくは、ろう材接合法(Active Metal Brazing法)が挙げられる。
The
導電性接続部材である金属ワイヤ5は、導電性を備えるものであればよく、典型的にはAl、Cuワイヤを用いることができる。金属基板3は放熱体として有利な、例えばCu板やAl板であってよい。金属基板3に替えてほかの放熱構造体を備えていてもよい。
The
封止層6、10を構成する高誘電性封止材(第1封止材)は、熱硬化性樹脂主剤と、硬化剤と、高誘電性樹脂粒子とを含み、任意選択的に無機充填材を含んでもよい樹脂組成物である。そして、高誘電性樹脂粒子は、前記熱硬化性樹脂よりも比誘電率εが高く、引っ張り弾性率Eが低い樹脂粒子である。 The high-dielectric sealing material (first sealing material) constituting the sealing layers 6 and 10 contains a thermosetting resin main agent, a curing agent, and high-dielectric resin particles, and is optionally inorganically filled. It is a resin composition which may contain a material. The high-dielectric resin particles are resin particles having a higher relative permittivity ε and a lower tensile elastic modulus E than the thermosetting resin.
熱硬化性樹脂主剤としては、特に限定されず、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂等をあげることができる。電子部品の用途としては、1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が、寸法安定性や耐水性・耐薬品性および電気絶縁性が高いことから、特に好ましい。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、マレイミドナフトール樹脂、マレイミドトリアジン樹脂、マレイミド樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等を挙げることができるが、これらには限定されない。これらの熱硬化性樹脂主剤は、単独で用いてもよいが、2種以上を混合してもよい。共重合させるモノマー分子の組み合わせにより、耐熱性、強靭性、難燃性等の物性を適宜調整することができる。エポキシ樹脂の比誘電率εは、4.0程度であり、引っ張り弾性率Eは、2〜4GPaである。また、そのほかの樹脂の比誘電率εは概ね4未満、大きくとも5程度であり、引っ張り弾性率Eは、概ね2以上である。 The thermosetting resin main agent is not particularly limited, and examples thereof include an epoxy resin, a phenol resin, and a maleimide resin. Epoxy resins having at least two or more epoxy groups in one molecule are particularly preferable for the use of electronic components because they have high dimensional stability, water resistance, chemical resistance, and electrical insulation. Specifically, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol E type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy Examples thereof include, but are not limited to, resins, maleimide naphthol resins, maleimide triazine resins, maleimide resins, glycidyl ester type epoxy resins, and glycidyl amine type epoxy resins. These thermosetting resin main agents may be used alone or in combination of two or more. Physical properties such as heat resistance, toughness, and flame retardancy can be appropriately adjusted by combining the monomer molecules to be copolymerized. The relative permittivity ε of the epoxy resin is about 4.0, and the tensile elastic modulus E is 2 to 4 GPa. The relative permittivity ε of the other resins is approximately less than 4, at most about 5, and the tensile elastic modulus E is approximately 2 or more.
また、熱硬化性樹脂主剤には、末端にエポキシ基などの架橋性官能基を有する反応性希釈剤を、任意選択的な成分として、適宜混合することができる。粘度および架橋密度を調整するためである。反応性希釈剤としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、n−ブチルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、p−s−ブチルフェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、α−ピネンオキシドスチレンオキシド、メタクリル酸グリシジル、1−ビニル−3,4−エポキシシクロヘキサンを挙げることができるが、これらには限定されない。反応性希釈剤の添加量は、熱硬化性樹脂主剤の性状などに合せて当業者が適宜決定することができる。 In addition, a reactive diluent having a crosslinkable functional group such as an epoxy group at the terminal can be appropriately mixed with the thermosetting resin main agent as an optional component. This is to adjust the viscosity and the crosslink density. Examples of the reactive diluent include phenylglycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, n-butyl glycidyl ether, cresyl glycidyl ether, ps-butylphenyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, α-pinene oxide styrene oxide, and the like. Glycydyl methacrylate, 1-vinyl-3,4-epoxycyclohexane can be mentioned, but is not limited thereto. The amount of the reactive diluent added can be appropriately determined by those skilled in the art according to the properties of the thermosetting resin main agent and the like.
硬化剤としては、熱硬化性樹脂主剤と反応し、硬化しうるものであれば特に限定されないが、酸無水物系硬化剤を用いることが好ましい。酸無水物系硬化剤としては、例えば芳香族酸無水物、具体的には無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸等が挙げられる。あるいは、環状脂肪族酸無水物、具体的にはテトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸等、もしくは脂肪族酸無水物、具体的には無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物等を挙げることができる。硬化剤の配合量は、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、50〜170質量部とすることが好ましく、80〜150質量部とすることがより好ましい。硬化剤の配合量が50質量部未満であると架橋不足からガラス転移温度が低下する場合があり、170質量部より多くなると耐湿性、高熱変形温度、耐熱安定性の低下を伴う場合がある。 The curing agent is not particularly limited as long as it can react with the thermosetting resin main agent and can be cured, but it is preferable to use an acid anhydride-based curing agent. Examples of the acid anhydride-based curing agent include aromatic acid anhydrides, specifically, phthalic anhydride, pyromellitic anhydride, trimellitic anhydride and the like. Alternatively, cyclic aliphatic acid anhydrides, specifically tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride, etc., or aliphatic acid anhydrides, specifically. Examples thereof include succinic anhydride, polyazipic acid anhydride, polysevacinic acid anhydride, and polyazeline acid anhydride. The blending amount of the curing agent is preferably 50 to 170 parts by mass and more preferably 80 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. If the blending amount of the curing agent is less than 50 parts by mass, the glass transition temperature may decrease due to insufficient cross-linking, and if it exceeds 170 parts by mass, the moisture resistance, high thermal deformation temperature, and heat stability may decrease.
また、樹脂組成物には、さらに、任意選択的な成分として、硬化促進剤を添加することができる。硬化促進剤としては、イミダゾールもしくはその誘導体、三級アミン、ホウ酸エステル、ルイス酸、有機金属化合物、有機酸金属塩等を適宜配合することができる。硬化促進剤の添加量は、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して、0.01〜50質量部とすることが好ましく、0.1〜20質量部とすることがより好ましい。 Further, a curing accelerator can be added to the resin composition as an optional component. As the curing accelerator, imidazole or a derivative thereof, a tertiary amine, a borate ester, a Lewis acid, an organic metal compound, an organic acid metal salt and the like can be appropriately blended. The amount of the curing accelerator added is preferably 0.01 to 50 parts by mass, and more preferably 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent.
高誘電性樹脂粒子は、上記熱硬化性樹脂主剤と硬化剤とが硬化して得られる熱硬化性樹脂よりも比誘電率εが高く、かつ、引っ張り弾性率E(GPa)が低い樹脂を主成分とする微粒子である。さらには、熱硬化性樹脂と線膨張率が近い樹脂であることが好ましい。熱硬化性樹脂と高誘電性樹脂粒子との間での熱応力による剥離を生じにくいためである。また、熱硬化性樹脂と比重が近い樹脂であることが好ましい。封止材の調製において、分散しやすいためである。高誘電性樹脂粒子の引っ張り弾性率が熱硬化性樹脂より小さいと、応力が生じた際に高誘電性樹脂粒子が弾性変形し、応力緩和の役割を果たす。そして、高誘電性樹脂粒子を含む高誘電性封止層自体も応力緩和作用を有する。なお、高誘電性樹脂粒子は、上記樹脂が主成分であれば、その特性を損なわない範囲でその他の成分が含まれていてもよい。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂の場合には、高誘電性樹脂粒子としては、粉末状ポリフッ化ビニリデン(PVDF粒子)、粉末状ポリフッ化ビニル(PVF粒子)が挙げられる。ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニルとも、比誘電率εは8.6であり、引っ張り弾性率Eは、0.37GPaである。高誘電性樹脂粒子は、これらから選択される1種を用いてもよく、または2種以上を混合して用いてもよい。 The highly dielectric resin particles are mainly resins having a higher specific dielectric constant ε and a lower tensile elastic modulus E (GPa) than the thermosetting resin obtained by curing the thermosetting resin main agent and the curing agent. It is a fine particle as a component. Further, it is preferable that the resin has a coefficient of linear expansion close to that of the thermosetting resin. This is because peeling due to thermal stress is unlikely to occur between the thermosetting resin and the highly dielectric resin particles. Further, it is preferable that the resin has a specific gravity close to that of the thermosetting resin. This is because it is easy to disperse in the preparation of the sealing material. When the tensile elastic modulus of the highly dielectric resin particles is smaller than that of the thermosetting resin, the highly dielectric resin particles are elastically deformed when stress is generated and play a role of stress relaxation. The high-dielectric sealing layer itself containing the high-dielectric resin particles also has a stress relaxation effect. As long as the resin is the main component, the highly dielectric resin particles may contain other components as long as the characteristics are not impaired. When the thermosetting resin is an epoxy resin, examples of the highly dielectric resin particles include powdered polyvinylidene fluoride (PVDF particles) and powdered polyvinyl fluoride (PVF particles). Both polyvinylidene fluoride and polyvinyl fluoride have a relative permittivity ε of 8.6 and a tensile elastic modulus E of 0.37 GPa. As the highly dielectric resin particles, one kind selected from these may be used, or two or more kinds may be mixed and used.
高誘電性樹脂粒子の形状は特には限定されず、球状、針状、箔状、繊維状などであってよいが、特には球状粒子であることが好ましい。また、その平均粒径は、約10〜200μmであることが好ましく、約15〜50μmであることがより好ましいが、これらの範囲には限定されない。高誘電性樹脂粒子の粒径は、後に詳述する高誘電性封止層の厚みとの関係でも決定され、高誘電性封止層の厚みよりも小さい粒径であることが好ましい。上記平均粒径よりも小さいと飛散するなど取扱いが困難となる場合がある。また、平均粒径をこの範囲とすることで、良好な分散性を確保することができるためである。なお、本明細書において平均粒径は、レーザー回折法により測定した値をいうものとする。これらの高誘電性樹脂粒子は、常温で固体の市販の粉末状樹脂を用いることができる。あるいは、樹脂硬化物をミル等で粉末化し、所望の粒径の高誘電性樹脂粒子を分別して、用いることもできる。高誘電性樹脂粒子は、好ましくは、表面を粗面化したものである。表面の粗面化は、エッチングなどにより実施することができる。これにより、高誘電性樹脂粒子と熱硬化性樹脂の密着性を高め、全体として、分散性のよい封止材を得ることができる点で有利である。 The shape of the highly dielectric resin particles is not particularly limited and may be spherical, needle-shaped, foil-shaped, fibrous or the like, but spherical particles are particularly preferable. The average particle size is preferably about 10 to 200 μm, more preferably about 15 to 50 μm, but is not limited to these ranges. The particle size of the high-dielectric resin particles is also determined in relation to the thickness of the high-dielectric sealing layer, which will be described in detail later, and is preferably smaller than the thickness of the high-dielectric sealing layer. If it is smaller than the above average particle size, it may be difficult to handle such as scattering. Further, by setting the average particle size in this range, good dispersibility can be ensured. In this specification, the average particle size refers to a value measured by a laser diffraction method. As these highly dielectric resin particles, a commercially available powdery resin that is solid at room temperature can be used. Alternatively, the cured resin product can be powdered with a mill or the like, and highly dielectric resin particles having a desired particle size can be separated and used. The highly dielectric resin particles are preferably those having a roughened surface. The surface can be roughened by etching or the like. This is advantageous in that the adhesion between the highly dielectric resin particles and the thermosetting resin can be improved, and a sealing material having good dispersibility can be obtained as a whole.
高誘電性樹脂粒子の樹脂組成物への添加量は、熱硬化性樹脂主剤の質量を100質量部とした場合に、50〜200質量部であることが好ましく、100〜175質量部であることがより好ましい。50質量部未満では、電界緩和並びに熱応力の効果が充分に得られない場合があり、また、200質量部よりも多いと、線膨張係数や弾性率などの樹脂物性が変化する場合がある。 The amount of the highly dielectric resin particles added to the resin composition is preferably 50 to 200 parts by mass and 100 to 175 parts by mass when the mass of the thermosetting resin main agent is 100 parts by mass. Is more preferable. If it is less than 50 parts by mass, the effects of electric field relaxation and thermal stress may not be sufficiently obtained, and if it is more than 200 parts by mass, the resin physical properties such as linear expansion coefficient and elastic modulus may change.
高誘電性封止材を構成する樹脂組成物に任意選択的に添加してもよい無機充填材としては、例えば、溶融シリカ、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、チタニア、ジルコニア、窒化アルミニウム、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維等が挙げられるが、これらには限定されない。これらの熱伝導性が高く、線膨張係数の小さな無機充填材により、封止樹脂自体と比較して、第1封止材の熱伝導率をより高め、熱膨張率をより低減することができる。これらの無機充填材は、単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらの無機充填材は、マイクロフィラーであってもよく、ナノフィラーであってもよく、粒径及びまたは種類が異なる2種以上の無機充填材を混合して用いることもできる。特には、平均粒径が、0.2〜20μm程度の無機充填材を用いることが好ましい。無機充填材の添加量は、熱硬化性樹脂主剤の質量を100質量部としたとき、100〜600質量部であることが好ましく、200〜400質量部であることがさらに好ましい。無機充填材の配合量が100質量部未満であると封止材の熱膨張係数が高くなって剥離やクラックが生じ易くなる場合がある。配合量が600質量部よりも多いと組成物の粘度が増加して押出し成形性が悪くなる場合がある。高誘電性封止材に無機充填材を添加することが好ましい場合は、特には、ヒートサイクル試験における温度範囲が広く、大きな熱応力を生じやすい場合や、より高耐圧が求められる場合である。 Examples of the inorganic filler that may be optionally added to the resin composition constituting the highly dielectric encapsulant include fused silica, silica, alumina, aluminum hydroxide, titania, zirconia, aluminum nitride, and talc. Examples include, but are not limited to, clay, mica, glass fiber and the like. Due to these inorganic fillers having high thermal conductivity and a small coefficient of linear expansion, the thermal conductivity of the first encapsulant can be further increased and the thermal expansion coefficient can be further reduced as compared with the encapsulating resin itself. .. These inorganic fillers may be used alone or in combination of two or more. Further, these inorganic fillers may be microfillers or nanofillers, and two or more kinds of inorganic fillers having different particle sizes and / or types may be mixed and used. In particular, it is preferable to use an inorganic filler having an average particle size of about 0.2 to 20 μm. The amount of the inorganic filler added is preferably 100 to 600 parts by mass, more preferably 200 to 400 parts by mass, when the mass of the thermosetting resin main agent is 100 parts by mass. If the blending amount of the inorganic filler is less than 100 parts by mass, the coefficient of thermal expansion of the encapsulant becomes high and peeling or cracks may easily occur. If the blending amount is more than 600 parts by mass, the viscosity of the composition may increase and the extrusion moldability may deteriorate. When it is preferable to add an inorganic filler to the high-dielectric encapsulant, it is particularly when the temperature range in the heat cycle test is wide and a large thermal stress is likely to be generated, or when a higher withstand voltage is required.
高誘電性封止材には、その特性を阻害しない範囲で、任意選択的な添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、樹脂を着色するための顔料、難燃剤、耐クラック性を向上するための可塑剤やシリコンエラストマーが挙げられるが、これらには限定されない。これらの任意成分、およびその添加量は、半導体装置の仕様に応じて、当業者が適宜決定することができる。 The highly dielectric encapsulant may contain an optional additive as long as its properties are not impaired. Examples of the additive include, but are not limited to, pigments for coloring resins, flame retardants, plasticizers for improving crack resistance, and silicon elastomers. Those skilled in the art can appropriately determine these optional components and their addition amounts according to the specifications of the semiconductor device.
高誘電性封止材を構成する樹脂組成物の調製方法は、上記構成成分を通常の方法で混合し、好ましくは、樹脂組成物中に高誘電性樹脂粒子を略均一に分散することにより調製することができる。任意選択的に、混合前に、高誘電性樹脂粒子を粗面化する工程を含んでもよい。粗面化する工程はエッチングなどにより実施することができる。 The method for preparing the resin composition constituting the high-dielectric encapsulant is prepared by mixing the above-mentioned constituent components by a usual method, and preferably by dispersing the high-dielectric resin particles substantially uniformly in the resin composition. can do. Optionally, a step of roughening the highly dielectric resin particles before mixing may be included. The step of roughening the surface can be carried out by etching or the like.
上記特性を備える高誘電性封止材である第1封止材からなる封止層6は、第1回路電極板21の側面と、絶縁基板22上面との、交差部Aを少なくとも覆うように配置する。図示はしないが、第1回路電極板21の周囲全体にわたって存在する交差部をすべて覆う。その際の第1封止材からなる封止層6の厚みは、例えば、20μm以上であってよく、通常500μm程度までである。なお、ここでいう厚みとは、交差部(三重点)から封止層の表面までの距離であり、尤も厚い個所をいうものとする。1枚の回路電極板につき、交差部は、回路電極板の形状にもよるが、4本の概ね直線からなる四角形状である。交差部から封止層の表面までの距離は、交差部を形成する各直線に垂直な断面において評価することができる。第1封止材からなる封止層6の好適な厚みは、第1封止材の組成によっても異なる。例えば、第1封止材が無機充填材を含む場合には、第1封止材からなる封止層の厚みの上限はなく、20μm以上であれば、第1回路電極板21の側面を覆う程度の厚みの封止層を形成してもよい。封止層6を構成する高誘電性封止材が無機充填材を含まない場合には、20〜500μm程度の厚みとすることが好ましい。上記範囲であれば、高誘電性封止層は、周囲の部材より低弾性であるため、応力を緩和することができる。しかし、無機充填材を含まず、厚みが大きい封止層を形成すると、熱応力が大きくなり、弾性変形領域を超えてしまうためである。第1回路電極板21の側面と、絶縁基板22上面との交差部Bにも、第1封止材からなる封止層10を配置することができ、その配置態様や厚みは、交差部Aへの配置と同様にすることができる。さらに、半導体素子1の上面電極上にも、第1封止材からなる封止層10を配置することができる。その配置態様は、電極上面全体をワイヤの先端も含んで被覆するように、第1封止材を塗布することが好ましく、厚みは、20〜500μm程度とすることが好ましいが、これらの態様には限定されない。
The
第2封止材からなる封止層7は、第1封止材からなる封止層6及び半導体素子1、積層基板2、金属ワイヤ5含む部材を絶縁保護している。第2封止材としては、特には限定されない。第1封止材を構成する高誘電性封止材を用いてもよく、その他の半導体封止用の一般的な封止材を用いてもよい。例えば、硬化後の封止層のガラス転移温度(Tg)が、半導体素子1の接合部温度ジャンクション温度(Tj)よりも10℃以上高い封止材を用いることが好ましく、硬化後の封止層のTgが200℃以上の封止材であることがさらに好ましい。第2封止材は、高耐熱性の熱硬化性樹脂主剤と、硬化剤と、無機充填材とを含み、任意選択的に硬化促進剤や各種添加剤を含んでもよい。高耐熱性の熱硬化性樹脂主剤は、特には限定されないが、好ましくは、脂環式エポキシ樹脂やマレイミド樹脂を含む。さらに好ましくは、高耐熱性の熱硬化性樹脂主剤は、脂環式エポキシ樹脂とビスフェノールA型エポキシ樹脂との混合物であってもよい。この場合、脂環式エポキシ樹脂とビスフェノールA型エポキシ樹脂を、1:1〜4:1の質量比で混合したものであってもよい。第2封止材の各構成成分は、上に詳述した高誘電性封止材を構成する好ましい熱硬化性樹脂主剤、硬化剤、無機充填材、及び任意成分から選択することができる。また、第2封止材による封止態様は、図示する形態には限定されず、例えば、第2封止材からなる封止層7が二層以上の異なる組成の封止材層から構成されていてもよい。また、第1封止材からなる封止層と第2封止材からなる封止層を構成する主剤が同じである場合、両者間の密着性が良好であり、好ましい。
The
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について簡単に説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、積層基板2上に半導体素子1を実装する工程と、前記半導体素子1と出力端子4とを導電性接続部材5にて接続する工程と、絶縁基板22の上面と回路電極板21の側面との交差部Aを第1封止材で封止する工程と、第2封止材で封止する工程とを含む。また、任意選択的に絶縁基板22の下面と回路電極板23の側面との交差部B、及び/または半導体素子の上面電極上を第1封止材で封止する工程を含んでもよい。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be briefly described. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes a step of mounting a
積層基板2への半導体素子1の実装、半導体素子1と出力端子4との導電性接続部材5による接続は、半導体装置の分野で知られている通常の方法で実施することができる。また、これらの工程に加え、モジュールの態様により必要な部材を取り付ける工程を通常の方法で実施することができる。絶縁基板22の上面と回路電極板21の側面との交差部Aを第1封止材で封止する工程は、ディスペンサにより、またはスプレー法により、所望の部分のみに第1封止材を配設することで実施することができる。絶縁基板の下面と回路電極板の側面との交差部B、及び/または半導体素子の上面電極上を第1封止材で封止する工程も、第2封止材で封止する工程の前に、同様にして実施することができる。
The mounting of the
第2封止材で封止する工程は、第1封止材を好ましくは加熱硬化して、第1封止材からなる封止層6、10を形成した後に、第2封止材をさらに充填することにより実施することができる。図示するケース8を備える実施形態においては、ポッティングにより第2封止材を適用し、半導体素子1、積層基板2、導電性接続部材5を含む導電性の部材を絶縁封止することができる。ケースを備えない実施形態においては、第1封止材で部分的に封止した部材を、トランスファー成型により、第2封止材で封止することができる。第1封止材と、第2封止材の組成が完全に同一の場合には、それぞれを別に適用して封止する必要はなく、一度のポッティングまたはトランスファー成型により、封止することができる。
In the step of sealing with the second sealing material, the first sealing material is preferably heat-cured to form the sealing layers 6 and 10 made of the first sealing material, and then the second sealing material is further added. It can be carried out by filling. In the embodiment including the illustrated
第1封止材の加熱硬化、第2封止材の加熱硬化ともに、加熱硬化の工程は、例えば、100〜120℃で1〜2時間、次いで、175〜185℃で1〜2時間にわたり実施することができるが、特定の温度、時間には限定されず、二段階硬化である必要もない場合がある。また、第1封止材を所定の箇所に配置した後、加熱なしまたは、100〜120℃で1〜2時間の仮硬化後に第2封止材を適用し、最後に加熱硬化することもできる。いずれの場合であっても、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂主剤の硬化温度では、第1封止材中の高誘電性樹脂粒子が、熱硬化性樹脂主剤や硬化剤と反応することはない。また、第2封止材の硬化温度は、硬化した高誘電封止材からなる封止層7のTgより低いことが好ましい。
For both the heat curing of the first encapsulant and the heat curing of the second encapsulant, the heat curing step is carried out, for example, at 100 to 120 ° C. for 1 to 2 hours, and then at 175 to 185 ° C. for 1 to 2 hours. However, it is not limited to a specific temperature and time, and it may not be necessary to perform two-step curing. It is also possible to place the first encapsulant in a predetermined place, apply the second encapsulant after temporary curing at 100 to 120 ° C. for 1 to 2 hours without heating, and finally heat cure. .. In any case, the highly dielectric resin particles in the first encapsulant do not react with the thermosetting resin main agent or the curing agent at the curing temperature of the thermosetting resin main agent such as epoxy resin. .. Further, the curing temperature of the second encapsulant is preferably lower than the Tg of the
本発明に係る半導体装置の変形形態として、導電性接続部材が金属ワイヤの態様のみならず、例えば、リードフレームである態様であってもよい。リードフレーム構造を備える半導体装置においては、半導体素子上にリードフレームが接合される。リードフレームを備える半導体装置構成は、例えば、本出願人らによる特開2005-116702号公報に開示されているものが挙げられるが、特定の構成には限定されない。そして、リードフレーム構造を備える半導体装置においても、封止材の封止態様は、図1に示す態様と同様に、高誘電率の第1封止材からなる封止層が、積層基板の沿面を封止しており、かつ、第2封止材からなる封止層が全体を封止している。また、このとき、半導体素子上であって、リードフレーム近傍の電気力線が集中しやすい箇所、例えば、リードフレーム先端を含む電極表面や、電極面に対向するように接合されたリードフレームの周辺および上面にも、任意選択的に高誘電率の第1封止材からなる封止層を配置してもよい。 As a modified form of the semiconductor device according to the present invention, the conductive connecting member may be not only a metal wire but also a lead frame, for example. In a semiconductor device having a lead frame structure, a lead frame is bonded onto a semiconductor element. Examples of the semiconductor device configuration including the lead frame include those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-116702 by Applicants, but the configuration is not limited to a specific configuration. Further, even in the semiconductor device provided with the lead frame structure, the sealing mode of the sealing material is the same as that shown in FIG. 1, in which the sealing layer made of the first sealing material having a high dielectric constant is formed along the surface of the laminated substrate. Is sealed, and a sealing layer made of a second sealing material seals the whole. Further, at this time, on the semiconductor element, a place where electric lines of force near the lead frame are likely to be concentrated, for example, the electrode surface including the tip of the lead frame and the periphery of the lead frame joined so as to face the electrode surface. A sealing layer made of a first sealing material having a high dielectric constant may be optionally arranged on the upper surface as well.
本発明に係る半導体装置の他の変形形態として、ピン構造を備える半導体装置であってもよい。ピン構造を備える半導体装置は、積層基板に接合層を介して半導体素子が実装され、半導体素子の積層基板と逆側の電極には、導電性接続部材である複数のインプラントピンが接合される。インプラントピンには、さらに、半導体素子に対向してプリント基板が固着される。半導体素子が実装される第1回路電極板には、主端子N、P、Uの一方の端部が取り付けられ、主端子の他方の端部はモジュールの外側に引き出される。また、第1回路電極板の上面には、制御端子が取り付けられ、半導体モジュールの外部との電気的接続が可能に構成されている。 As another modification of the semiconductor device according to the present invention, a semiconductor device having a pin structure may be used. In a semiconductor device having a pin structure, a semiconductor element is mounted on a laminated substrate via a bonding layer, and a plurality of implant pins, which are conductive connecting members, are bonded to an electrode on the opposite side of the laminated substrate of the semiconductor element. The printed circuit board is further fixed to the implant pin so as to face the semiconductor element. One end of the main terminals N, P, and U is attached to the first circuit electrode plate on which the semiconductor element is mounted, and the other end of the main terminal is pulled out to the outside of the module. Further, a control terminal is attached to the upper surface of the first circuit electrode plate to enable electrical connection with the outside of the semiconductor module.
本実施形態による回路電極板は、図1に示す回路電極板と比較して厚みの大きいブロック状であることが好ましく、半導体素子は、典型的にはワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子である。インプラントピンは、半導体素子どうし、あるいは半導体素子とプリント基板とを電気的に接続する。インプラントピンは、Cuからなるものであってよいが、防錆などの目的でNiメッキなどの処理を行ったCu部材であってもよい。プリント基板としては、ポリイミドフィルム基板やエポキシフィルム基板にCu、Alなどの回路電極が形成されているものを用いることができる。 The circuit electrode plate according to the present embodiment preferably has a block shape having a larger thickness than the circuit electrode plate shown in FIG. 1, and the semiconductor element is typically a semiconductor element using a wide bandgap semiconductor. .. The implant pin electrically connects the semiconductor elements or the semiconductor element and the printed circuit board. The implant pin may be made of Cu, but may be a Cu member that has been subjected to a treatment such as Ni plating for the purpose of preventing rust. As the printed circuit board, a polyimide film substrate or an epoxy film substrate on which circuit electrodes such as Cu and Al are formed can be used.
ピン構造を備える半導体装置においても、高誘電率の第1封止材は、電気力線が集中する積層基板の沿面に接触して設けられ、封止層を形成する。また、半導体素子上であって、インプラントピン近傍の電気力線が集中しやすい箇所、すなわち、インプラントピン先端を含む電極表面にも、任意選択的に高誘電率の第1封止材を配置して封止層を形成してもよい。ここで、インプラントピン先端とは、インプラントピンの半導体素子側の端部であって、上面電極と接触する端部をいうものとする。通常の封止材であってよい第2封止材による封止態様は、図示する形態と同様であってよい。 Even in a semiconductor device having a pin structure, the first sealing material having a high dielectric constant is provided in contact with the creeping surface of a laminated substrate on which electric lines of force are concentrated to form a sealing layer. Further, a first sealing material having a high dielectric constant is optionally arranged on the semiconductor element at a place where electric lines of force near the implant pin are likely to be concentrated, that is, on the electrode surface including the tip of the implant pin. May form a sealing layer. Here, the tip of the implant pin means an end portion of the implant pin on the semiconductor element side and in contact with the upper surface electrode. The sealing mode by the second sealing material, which may be a normal sealing material, may be the same as the illustrated form.
以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例の範囲に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the scope of the following examples.
(実施例)
実施例1〜4では、図1に示すパワーモジュールの試験用デバイスを作製し、特性を評価した。高誘電性封止材(第1封止材)は、第1回路電極板の側面と、絶縁基板の上面との交差部に、厚さ200μm、または500μmで配置した。積層基板としては、厚さ約3mmの窒化ケイ素からなる絶縁基板の両面に、厚さ約500μmの2枚のCu回路電極板を熱圧着したものを用いた。
(Example)
In Examples 1 to 4, the power module test device shown in FIG. 1 was manufactured and its characteristics were evaluated. The highly dielectric encapsulant (first encapsulant) was arranged at the intersection of the side surface of the first circuit electrode plate and the upper surface of the insulating substrate with a thickness of 200 μm or 500 μm. As the laminated substrate, two Cu circuit electrode plates having a thickness of about 500 μm were thermocompression bonded to both sides of an insulating substrate made of silicon nitride having a thickness of about 3 mm.
高誘電性封止材(第1封止材)の熱硬化性樹脂主剤のエポキシ樹脂として、ビスフェノールAエポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂の質量比3:2での混合物(ペルノックス社製ME272)を用いた。硬化剤として、シクロヘキサン−1,2ジカルボン酸無水物(ペルノックス社製HV136)を用いた。これらの主剤と硬化剤との組み合わせを樹脂の基本組成とした。なお、硬化剤は、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して、酸無水物硬化剤が100質量部となるように用いた。さらに、無機充填材としては、平均粒径5μmの溶融シリカ粒子(瀧森社製、商品名「ZA−30」)を用いた。添加量は、熱硬化性樹脂主剤と硬化剤の総質量を100質量部としたときに、前記無機充填剤の総質量が350質量部となるように調合した(実施例1は無機充填材の添加無し)。高誘電性樹脂粒子としては、平均粒径が25μmとなるように粉末化したポリフッ化ビニリデン樹脂からなる粒子(PVDF粒子)を用い、下記表に示す量で混合した。PVDF粒子の含有量は、熱硬化性樹脂主剤の質量を100質量部とした場合のフッ素樹脂粉末の質量部で表した。第2封止材の組成は、上記と同様の熱硬化性樹脂主剤、硬化剤、無機充填材を同様の組成比で混合し、高誘電性樹脂粒子を添加しなかったものを用いた。 A mixture of bisphenol A epoxy resin and alicyclic epoxy resin at a mass ratio of 3: 2 (ME272 manufactured by Pernox) was used as the main epoxy resin for the thermosetting resin of the high-dielectric encapsulant (first encapsulant). Using. As a curing agent, cyclohexane-1,2,dicarboxylic acid anhydride (HV136 manufactured by Pernox) was used. The combination of these main agents and curing agents was used as the basic composition of the resin. The curing agent was used so that the amount of the acid anhydride curing agent was 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. Further, as the inorganic filler, molten silica particles having an average particle size of 5 μm (manufactured by Takimori Co., Ltd., trade name “ZA-30”) were used. The amount added was adjusted so that the total mass of the thermosetting resin main agent and the curing agent was 100 parts by mass, and the total mass of the inorganic filler was 350 parts by mass (Example 1 is of the inorganic filler). No addition). As the highly dielectric resin particles, particles made of polyvinylidene fluoride resin powdered so as to have an average particle size of 25 μm (PVDF particles) were used and mixed in the amounts shown in the table below. The content of PVDF particles was represented by the mass part of the fluororesin powder when the mass of the thermosetting resin main agent was 100 parts by mass. As the composition of the second encapsulant, the same thermosetting resin main agent, curing agent, and inorganic filler as described above were mixed at the same composition ratio, and high dielectric resin particles were not added.
試験用デバイスは、図1に示す部材を組み立て、図中の符号6で示す箇所に、ディスペンサを用いて高誘電性封止材を配置し、加熱硬化して第1封止材からなる封止層を形成した。次いで、PVDF粒子を含まないこと以外は上記の第1封止材と同じ組成で調整した第2封止材により注型法で封止し、100℃、1時間保持し、その後180℃で1時間保持して第2封止材からなる封止層を形成して、実施例の半導体装置を得た。
In the test device, the member shown in FIG. 1 is assembled, a high-dielectric encapsulant is placed at a position indicated by
(比較例)
第1封止材からなる封止層を設けず、第2封止材からなる封止層のみで封止した試験デバイスを作製し、比較例1とした。
(Comparison example)
A test device in which the sealing layer made of the first sealing material was not provided and only the sealing layer made of the second sealing material was used was produced and used as Comparative Example 1.
(絶縁耐圧評価)
絶縁基板の第1回路電極板と、第2回路電極板との間に、周波数50Hz、振幅6kVの交流電圧を1分間印加し、絶縁破壊しなかったものを合格、絶縁破壊したものを不合格とした。
(Dielectric strength evaluation)
An AC voltage with a frequency of 50 Hz and an amplitude of 6 kV was applied between the first circuit electrode plate and the second circuit electrode plate of the insulating substrate for 1 minute, and the one without dielectric breakdown passed and the one with dielectric breakdown failed. And said.
(ヒートサイクル試験)
耐熱性および密着性の評価として、ヒートサイクル試験を行った。上記実施例及び比較例の試験用デバイスを、−40℃で30分間さらし、175℃で30分間さらすことを1サイクルとして、試験用デバイスのチップと封止樹脂間が剥離するまでのヒートサイクルをヒートサイクル耐量として評価した。剥離の発生は、目視および超音波探査装置により確認した。
(Heat cycle test)
A heat cycle test was conducted to evaluate heat resistance and adhesion. The test devices of the above Examples and Comparative Examples are exposed at −40 ° C. for 30 minutes and exposed at 175 ° C. for 30 minutes as one cycle, and the heat cycle until the chip of the test device and the sealing resin are peeled off is performed. It was evaluated as the heat cycle withstand capacity. The occurrence of peeling was confirmed visually and by ultrasonic testing equipment.
(評価結果)
表1に実施例1〜4及び比較例1の評価結果を示す。実施例の試験デバイスでは、高誘電性封止材(第1封止材)からなる封止層を設けなかった場合と比較して、絶縁耐圧、ヒートサイクル耐量ともに向上した。
(Evaluation results)
Table 1 shows the evaluation results of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. In the test device of the example, both the dielectric strength and the heat cycle resistance were improved as compared with the case where the sealing layer made of the highly dielectric sealing material (first sealing material) was not provided.
1 半導体素子
2 積層基板
21 第1回路電極板
22 絶縁基板
23 第2回路電極板
3 金属基板
4 出力端子
5 金属ワイヤ
6 第1封止材(高誘電性封止材)からなる封止層
7 第2封止材からなる封止層
8 ケース
9 蓋
10 第1封止材(高誘電性封止材)からなる封止層
Claims (8)
前記絶縁基板の第1の主面と前記第1回路電極板の側面との交差部に高誘電性封止材からなる封止層が配置され、
前記高誘電性封止材が、熱硬化性樹脂主剤と、硬化剤と、高誘電性樹脂粒子とを含み、
前記高誘電性樹脂粒子が、前記熱硬化性樹脂よりも比誘電率が高く、引っ張り弾性率が低い樹脂粒子であり、
前記高誘電性樹脂粒子が、前記熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、50〜200質量部含まれる、半導体装置。 A laminated substrate having a first circuit electrode plate on the first main surface of the insulating substrate and a second circuit electrode plate on the second main surface, and semiconductor elements and output terminals mounted on the first circuit electrode plate. Is a semiconductor device that is connected with a conductive connecting member and sealed with a sealing material.
A sealing layer made of a highly dielectric sealing material is arranged at the intersection of the first main surface of the insulating substrate and the side surface of the first circuit electrode plate.
The high-dielectric sealing material contains a thermosetting resin main agent, a curing agent, and high-dielectric resin particles.
The high dielectric resin particles, higher relative dielectric constant than the thermosetting resin, Ri Oh pulled at a low modulus of elasticity resin particles,
The high dielectric resin particles with respect to the thermosetting resin main component 100 parts by weight Ru contains 50 to 200 parts by weight, the semiconductor device.
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