JP7070373B2 - 半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置の製造方法、半導体装置及び電力変換装置に関する。

特許文献１には、耐熱ケースと、パワー半導体装置が実装された絶縁配線基板と、絶縁配線基板に接して該絶縁配線基板にて発生した熱を放熱する放熱器と、耐熱ケース内に充填される耐熱シリコーンゲルを有し、更に耐熱ケース内の側壁近傍に配置され、且つ、耐熱シリコーンゲル内部に埋設され、耐熱シリコーンゲルの硬化時に、該耐熱シリコーンゲルの側壁からの遊離を防止する面内応力緩和体を備えた半導体パワーモジュールが開示されている。

特開２０１５－２２０２３８号公報

例えばパワーモジュールなどの半導体装置を製造する場合、各工程において半完成品を半導体製造装置へ投入し、半導体製造装置から取り出すため、半完成品の頻繁な移動が必要であった。例えば、半導体チップと、端子又は金属パターンとをはんだで接続するために加熱装置で半完成品を加熱し、その後、半完成品を加熱装置から取り出して冷却し、封止樹脂の材料を提供し、再度加熱装置で半完成品を加熱して封止樹脂を溶かすということが行われる。このように、一例として、製造途中の半完成品に対し封止樹脂などの部材の追加が必要になると昇温後に冷却し再度昇温しなければならず、半導体装置の製造に要する時間を短縮できない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、半導体装置の製造に要する時間の短縮に好適な半導体装置の製造方法、半導体装置、及び電力変換装置を提供することを目的とする。

本願の開示に係る半導体装置の製造方法は、ケースの中に、金属パターンを有する絶縁基板、半導体チップ、該半導体チップに塗布された焼結材、及び端子を提供することと、該ケースの中に設けられた格子によって支持される顆粒状の複数の封止樹脂を提供することと、該ケースの内部を室温より高い第１温度まで加熱することで、気化した該焼結材の溶剤が該格子の隙間と該複数の封止樹脂の隙間から該ケースの外に排気されることと、該ケースの内部を該第１温度より高い第２温度まで加熱することで、溶けた該複数の封止樹脂が該格子の隙間をとおって該半導体チップを覆う樹脂層となることと、を備えたことを特徴とする。
本願の開示に係る半導体装置は、ケースと、金属パターンを有し、該ケースに固定された絶縁基板と、該ケースの中に設けられ、該金属パターンに固定された半導体チップと、該半導体チップを覆う樹脂層と、該ケースの中の該半導体チップの上方に、該絶縁基板と対向して設けられた格子と、該ケースの内の該格子の上方に設けられた上部格子と、を備えたことを特徴とする。

本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明によれば、ケース内に格子を設け当該格子の上に封止樹脂を設けることで、部材間の接合処理と、封止樹脂の融解とを連続処理できるので、半導体装置の製造に要する時間を短縮するのに好適である。

実施の形態１に係る製造途中の半導体装置の断面斜視図である。 封止樹脂を提供した後の半導体装置の断面図である。 封止樹脂が融解した後の半導体装置の断面図である。 実施の形態２に係る製造途中の半導体装置の断面斜視図である。 ２種類の封止樹脂を提供した後の半導体装置の断面図である。 ２種類の封止樹脂が融解した後の半導体装置の断面図である。 実施の形態３に係る格子の構成例を示す平面図である。 実施の形態４に係る格子の構成例を示す平面図である 図８の格子を組み入れた半導体装置の断面斜視図である。 実施の形態５に係る電力変換システムのブロック図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、半導体装置及び電力変換装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１－３を参照して実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する。図１は、製造途中の半導体装置の断面斜視図である。まず、絶縁基板１２の金属パターン１２ｃに、半導体チップ１６を固定する。例えば、金属パターン１２ｃの上に、Ａｇ若しくはＣｕなどの焼結材、又ははんだを材料とする接合材１４を設け、その接合材１４で半導体チップ１６を金属パターン１２ｃに固定する。絶縁基板１２は例えば、金属ベース板１２ａ、金属ベース板１２ａの上に形成された絶縁層１２ｂ、及び絶縁層１２ｂの上に形成された金属パターン１２ｃを備える。

次いで、ケース３０に絶縁基板１２を固定する。ケース３０は例えば４つの側面を有する囲いである。このケース３０の内壁又は下端に絶縁基板１２を固定する。固定の方法は例えば、接着剤又は機械的嵌め合わせである。ケース３０には、あらかじめ格子３２を固定しておくことができる。格子３２は、ケース３０の中の半導体チップ１６の上方に、絶縁基板１２と対向して設け得る。一例によれば、格子３２と半導体チップ１６とを平行とすることができる。ケース３０の一部として格子３２を提供してもよい。その場合は、ケース３０と格子３２は一体であり両者の材料が一致する。例えばケース３０が樹脂であれば格子３２も樹脂である。格子３２をケース３０とは別部品として提供することもできる。その場合、格子３２の全ての端部又は一部の端部をケース３０の内壁に、例えば接着剤で固定することができる。ケース３０の内壁にｚ方向に伸びる溝を形成し、その溝に格子３２を嵌め合わせてもよい。図１にはそのような溝３０ａが破線で仮想的に例示されている。溝３０ａは少なくともケース３０の１つの内壁に形成すればよい。

ケース３０に対する絶縁基板１２の固定の前、又は当該固定の後に、半導体チップ１６の上の配線位置にＡｇ又はＣｕなどの焼結材１８Ａを塗布する。同時に、金属パターン１２ｃの上にも焼結材１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄを塗布する。これらの焼結材は例えば、Ａｇ若しくはＣｕなどを材料とする焼結接合用ペーストである。Ａｇ又はＣｕ以外の材料の焼結材を利用してもよい。一例によれば、格子３２と接してケース３０の一部として設けられた円筒部３０Ａの中に焼結材を提供する方法で、焼結材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄの少なくとも１つを提供し得る。焼結材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄには、例えばＣｕなどの金属で形成された端子２０、２２、２４を接触させることで、回路配線を形成する。

上述した各処理によって、ケース３０の中に、金属パターン１２ｃを有する絶縁基板１２、半導体チップ１６、半導体チップ１６に塗布された焼結材１８Ａ、及び端子２０、２２、２４が提供される。ここまでの各処理は主として回路配線の形成を目的とするということができる。

次いで、顆粒状の複数の封止樹脂をケース３０の内に投入する。図２は、顆粒状の封止樹脂４０を示す半導体装置の断面図である。複数の封止樹脂４０の形状は特に限定されない。しかしながら、複数の封止樹脂４０は、格子３２の開口部より大きく、格子３２の下に落ちない程度の大きさを有する。そのため、複数の封止樹脂４０をｚ正方向からケース３０の中に提供すると、複数の封止樹脂４０はケース３０の中に設けられた格子３２によって支持される。

次いで、上述の半導体装置の半完成品を、オーブン又はリフロー炉といった高温処理装置へ投入し、高温で熱処理することで、焼結材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄの焼結処理と、複数の封止樹脂４０の硬化処理を行う。例えば、半導体装置の温度を無段階又は段階的に上昇させていき、焼結材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄに用いられた溶剤を気化させる。このとき、気化した焼結材の溶剤は、格子３２の隙間と複数の封止樹脂４０の隙間からケース３０の外に排気される。図２の例でいえば、気化した溶剤はｚ正方向に上昇することで、ケース３０の外に排気される。このような溶剤の気化及び気化した溶剤の排気は、ケース３０の内部を室温より高い第１温度まで加熱することで生じる。この焼結処理により、端子２０が金属パターン１２ｃに固定され、端子２２が半導体チップ１６と金属パターン１２ｃに固定され、端子２４が金属パターン１２ｃに固定される。これにより溶剤はなくなる。ケース３０の内部が第１温度の状態では、複数の封止樹脂４０の有意な融解は生じない。一例によれば、焼結材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄに用いられた溶剤が気化する温度は１００℃であり、第１温度は１００℃から１５０℃までの温度とすることができる。

次いで、ケース３０の内部を第１温度より高い第２温度まで加熱することで、複数の封止樹脂４０を溶かす。第２温度は例えば１７０℃から２５０℃までの温度とすることができる。図３は、樹脂封止された半導体装置の断面図である。溶けた複数の封止樹脂４０は、格子３２の隙間をとおって半導体チップ１６を覆う樹脂層４０´となる。言いかえれば、融解した封止樹脂４０は、ケース３０の格子３２から下方へ流れ出し、絶縁基板１２の全体へ広がった後に硬化し始め、樹脂層４０´による封止樹脂の形成及び硬化が完了する。

このように、一連の昇温プロセスによって、焼結処理と封止樹脂の形成及び硬化が完了する。焼結材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄに用いられた溶剤が気化することで生じた気体は、格子３２の隙間と顆粒状の複数の封止樹脂４０の隙間から外部に排出されるので、樹脂層４０´の中にボイドが生じることを抑制できる。この効果を得るためには、焼結材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄの溶剤が気化する温度において、複数の封止樹脂４０が有意な変形をしないように複数の封止樹脂４０の材料を選択する。一例によれば、溶剤が気化した後に、複数の封止樹脂４０が溶けて流れ始めることで樹脂封止の処理が始まり、最終的にケース３０の内部全体を樹脂層４０´で封止することで組み立てが完了する。

例えば、焼結材１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄの焼結温度は２００℃以上になるため、それに伴い、複数の封止樹脂４０のガラス転移温度Ｔｇを上昇させることができる。また複数の封止樹脂４０が流れ出す直前に、半導体装置を格納しているチャンバ内を真空雰囲気とすることで、樹脂層４０´の内の空乏を低減することができる。言いかえれば、ケース３０の中を第２温度まで加熱する際に、ケース３０の周りの雰囲気を大気圧より低い圧力とすることは、樹脂層４０´のボイド低減に貢献する。上述の一連の加熱処理を大気圧より低い圧力で行ったり、真空状態で行ったりしてもよい。

第１温度を経由して第２温度まで昇温する昇温シーケンスは、焼結の進行の程度と、封止樹脂の融解の程度とを考慮して決め得る。例えば、ケース３０の内部を第１温度まで加熱した後に、ケース３０の内部を冷却することなく、ケース３０の内部を第２温度まで加熱することは、処理の簡素化に寄与する。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法によれば、簡素化された工程によって、信頼性の高い半導体装置を提供できる。

実施の形態１に係る半導体装置はその特徴を失わない範囲で様々な変形をなしうるものである。例えば、半導体チップ１６と端子２２を接合する焼結材１８Ａと、金属パターン１２ｃと端子２０、２２、２４を接合する焼結材１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄとのいずれか一方だけを設けてもよい。つまり、焼結材を設ける位置は特に限定されない。焼結材はケース内の任意の部品の接合に用いられる。格子３２は、ケース３０に接着剤で固定してもよいし、ケース３０に嵌合させてもよい。

以下の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法と半導体装置は、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図４－６は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態２に係る半導体装置には上部格子５０が提供される。上部格子５０は、ケース３０の中の格子３２の上に設けられる。上部格子５０のケース３０の内壁への固定は、接着剤又は嵌合によってなし得る。一例によれば、上部格子５０によって提供される開口は、格子３２によって提供される開口より大きい。格子３２は比較的小さい封止樹脂を支持し得るのに対し、上部格子５０の開口は大きいので小さい封止樹脂を支持することはできず比較的大きい封止樹脂を保持し得る。

図５は、ケースの中に２種類の封止樹脂を提供したことを示す半導体装置の断面図である。実施の形態２に係る半導体装置の製造方法では、ｚ正方向からケース３０の中に複数の封止樹脂４０Ａを提供すると、複数の封止樹脂４０Ａは上部格子５０を通り抜け、格子３２に接触し、格子３２によって支持される。その後、ｚ正方向からケース３０の中に複数の補助封止樹脂４０Ｂを提供する。複数の補助封止樹脂４０Ｂは、複数の封止樹脂４０Ａより大きく、上部格子５０によって支持される。一例によれば、複数の補助封止樹脂４０Ｂは、複数の封止樹脂４０Ａより融点が高い顆粒状の物体とすることができる。こうして、格子３２に支持された複数の封止樹脂４０Ａと、上部格子５０によって支持された補助封止樹脂４０Ｂとを提供する。一例によれば、複数の封止樹脂４０Ａの融点は１５０℃、複数の補助封止樹脂４０Ｂの融点は１７５℃とし得る。また、複数の補助封止樹脂４０Ｂは、複数の封止樹脂４０Ａよりも吸湿しにくい樹脂とすることができる。言いかえれば、複数の補助封止樹脂４０Ｂは複数の封止樹脂４０Ａより吸水率が低い。樹脂の融点、及び吸水率などの物性は、例えば複数の補助封止樹脂４０Ｂと複数の封止樹脂４０Ａの材料をエポキシ系樹脂とし、エポキシ系樹脂の成分を調整することで任意の値とし得る。実施の形態２以外の樹脂についてもエポキシ形樹脂を使用し得る。

次いで熱処理を行う。図５は熱処理前の半導体装置の断面図であり、図６は熱処理後の半導体装置の断面図である。まず、上述したとおり、ケースの内部を第１温度まで昇温することで焼結処理を実行する。第１温度は例えば１５０℃未満である。このとき、封止樹脂４０Ａと補助封止樹脂４０Ｂの有意な融解はない。その後、ケース３０の内部を冷却することなくケース３０の内部を第２温度まで昇温することで、封止樹脂４０Ａを融解させる。第２温度は例えば１５０℃以上１７５℃未満である。そうすると、図６に示される樹脂層４０Ａ´が形成される。別の例によれば、第２温度を１７０℃から１８０℃未満とし、封止樹脂４０Ａの融点をこの温度範囲にすることもできる。第２温度は、封止樹脂４０Ａを融解させる任意の温度とすることができる。

ケース３０の内部を第２温度まで加熱した後に、ケース３０の内部を第２温度より高い第３温度まで加熱することで、複数の補助封止樹脂４０Ｂを溶かす。第３温度は例えば１７５℃以上２５０℃以下である。別の例によれば、第３温度は例えば１８０℃から２５０℃までの温度として、複数の補助封止樹脂４０Ｂの融点をこの温度範囲にすることもできる。溶けた複数の補助封止樹脂４０Ｂは、上部格子５０の隙間と格子３２の隙間をとおって、樹脂層４０Ａ´の上の補助樹脂層４０Ｂ´となる。こうして物性の異なる樹脂層４０Ａ´と補助樹脂層４０Ｂ´によるケース内部の樹脂封止が可能となる。複数の補助封止樹脂４０Ｂは複数の封止樹脂４０Ａより吸水率が低いので、吸水率が低い補助樹脂層４０Ｂ´を表面に位置させることで、装置の耐湿性を高めることができる。

ケース３０の中の温度を第３温度まで加熱する際に、ケース３０の周りの雰囲気を大気圧より低い圧力とすることは、樹脂層４０Ａ´と補助樹脂層４０Ｂ´の少なくとも一方のボイド低減に寄与する。また、ケース３０の内部を第２温度まで加熱した後に、ケース３０の内部を冷却することなく、ケース３０の内部を第３温度まで加熱することは、処理を迅速化する。

パワーモジュールを構成する半導体装置の種類によっては、材料の異なる２種類の封止樹脂を注入及び硬化させることで、当該装置の信頼性向上が可能となる。しかしながら、樹脂層を２層とするためには、一般的に考えれば、１層の樹脂層を形成するよりは長い時間を要する。しかしながら、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法では、上述のとおり、２段構造の格子をケース３０の内に設け、格子の各層に封止樹脂を投入することで、一連の昇温処理によって容易に２層の樹脂層を形成できる。格子の数を増やすことで、３層以上の樹脂層を形成することも可能である。

上部格子５０の隙間を、格子３２の隙間より大きくすることで、小さい封止樹脂を格子３２に支持させ、大きい封止樹脂を上部格子５０に支持させることができる。小さい封止樹脂は上部格子５０を通過し、格子３２によって支持される大きさにし、大きい封止樹脂は上部格子５０によって支持される大きさにする。実施の形態２では、複数の補助封止樹脂４０Ｂを、複数の封止樹脂４０Ａより大きくした。しかしながら、上部格子５０を省略して、複数の封止樹脂４０Ａを提供した後に、それらの上に複数の補助封止樹脂４０Ｂを提供してもよい。この場合でも、昇温の過程で先に複数の封止樹脂４０Ａが溶け、その後複数の補助封止樹脂４０Ｂが溶けるように両者の材料を選択すれば、２層の封止樹脂を提供できる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る半導体装置の製造方法と半導体装置では、ケースと格子を別部品とした。図７は、実施の形態３に係る格子３２の構成例を示す平面図である。格子３２には、例えば、端子を通すために複数の断線部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが設けられる。断線部の大きさと位置は、製品の仕様に応じて決められる。このような格子３２は、複数の樹脂をケースの中に提供する前に、ケース３０に組み込むことができる。例えば、ケース３０に絶縁基板１２を固定した後に、ケース３０に格子３２を組み込み、樹脂を投入し得る。ケースと格子を別部品とすることは、樹脂の物性、パワーモジュール内部の形状、又は端子の配置に応じた最適な格子の提供を可能とする。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る半導体装置で用いる格子３２の構成例を示す平面図である。この格子３２は、絶縁体部分３２Ａと金属部分３２Ｂを有する。金属部分３２Ｂは、パワーモジュールの電気的配線を行うための配線パターンとして利用し得る。

図９は、図８の格子３２を備えた半導体装置の構成例の断面斜視図である。格子３２は、ケース３０の内壁に固定される。金属部分３２Ｂは端子２２Ａ、２２Ｂに直接又は導電材を介して接している。金属部分３２Ｂは、端子２２Ａと端子２２Ｂを電気的に接続している。金属部分３２Ｂが配線用パターンとして機能するので、ケース３０の形状を変更することなく、品種毎に異なる配線レイアウトに対応し得る。

より詳しく説明する。ケースの外形を統一しつつ、異なる電圧又は電流容量を有する複数のパワーモジュールを展開する場合、仕様ごとに異なる配線が必要になる。配線としては金属ワイヤを用いることができる。大電流を流すことを想定した際は、金属ワイヤに代えて例えば銅材の金属フレームを用いることができる。金属フレームをケースに組み込む場合には、品種ごとに異なる形状のケースが必要となり、品種の数だけケース生産用の金型が必要となる。例えば、半導体チップの絶縁基板に対する位置が変わるだけで、配線レイアウトの変更が必要になり、新たなケースが必要になる。

そこで、実施の形態４では、ケース３０と絶縁基板１２を組み合わせた後に、ケース３０の内部に、配線として機能する金属部分３２Ｂを有する格子３２を組み込む。金属部分３２Ｂを配線として用いることで、配線変更の手間が減り、全体的な製品コストを下げることができる。特に、一例として金属フレームである端子を簡易化することができればより設計の自由度が上がる。金属フレームは格子と一体化したものでも格子に組み合わせるものでもよい。

ここまでに説明した各実施の形態に係る半導体装置の製造方法と半導体装置の特徴は、組み合わせてもよい。例えば複数段の格子を設ける構成において、格子の一部を金属部分として、その金属部分を配線として利用してもよい。

実施の形態５．
本実施の形態は、上述した実施の形態１から４にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。この電力変換装置は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態５として、三相のインバータに、上述した実施の形態１から４にかかる半導体装置を適用した場合について説明する。

図１０は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。

図１０に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路又はＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源１００を、直流系統から出力される直流電力を予め定められた電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。

電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図１０に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。

負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、又は空調機器向けの電動機として用いられる。

以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子と各還流ダイオードの少なくとも１つに、上述した実施の形態１から４のいずれかに相当する半導体装置を適用する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。

また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体装置２０２に内蔵されていてもよいし、半導体装置２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。

制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。

本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１から４にかかる半導体装置を適用し得るので、簡素化された工程で信頼性の高い装置を実現することができる。

本実施の形態では、２レベルの三相インバータに上記半導体装置を適用する例を説明したが、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベル又はマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに上記半導体装置を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータに上記半導体装置を適用することも可能である。

また、上記半導体装置を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器又は非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システム又は蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。

１０ 半導体装置、 １２ 絶縁基板、 １４ 接合材、 １６ 半導体チップ、 １８Ａ 焼結材、 ２０，２２，２４ 端子、 ３０ ケース、 ４０ 封止樹脂、 ４０´ 樹脂層、 ４０Ａ 封止樹脂、 ４０Ｂ 補助封止樹脂、 ５０ 上部格子、 ４０Ａ´ 樹脂層、 ４０Ｂ´ 補助樹脂層、 ３２Ａ 絶縁体部分、 ３２Ｂ 金属部分

Claims (17)

1. ケースの中に、金属パターンを有する絶縁基板、半導体チップ、前記半導体チップに塗布された焼結材、及び端子を提供することと、
   前記ケースの中に設けられた格子によって支持される顆粒状の複数の封止樹脂を提供することと、
   前記ケースの内部を室温より高い第１温度まで加熱することで、気化した前記焼結材の溶剤が前記格子の隙間と前記複数の封止樹脂の隙間から前記ケースの外に排気されることと、
   前記ケースの内部を前記第１温度より高い第２温度まで加熱することで、溶けた前記複数の封止樹脂が前記格子の隙間をとおって前記半導体チップを覆う樹脂層となることと、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記ケースの中を前記第２温度まで加熱する際には、前記ケースの周りの雰囲気を大気圧より低い圧力とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記焼結材は、前記半導体チップと前記端子を接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記ケースの内部を前記第１温度まで加熱した後に、前記ケースの内部を冷却することなく、前記ケースの内部を前記第２温度まで加熱することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記格子によって支持される前記複数の封止樹脂を提供した後に、前記ケースの中の前記格子の上に設けられた上部格子によって支持される、前記複数の封止樹脂より融点が高い顆粒状の複数の補助封止樹脂を提供することと、
   前記ケースの内部を前記第２温度まで加熱した後に、前記ケースの内部を前記第２温度より高い第３温度まで加熱することで、溶けた前記複数の補助封止樹脂が前記上部格子の隙間をとおって前記樹脂層の上の補助樹脂層となること、とを備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記ケースの温度を前記第３温度まで加熱する際には、前記ケースの周りの雰囲気を大気圧より低い圧力とすることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記ケースの内部を前記第２温度まで加熱した後に、前記ケースの内部を冷却することなく、前記ケースの内部を前記第３温度まで加熱することを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記上部格子の隙間は、前記格子の隙間より大きく、
   前記複数の補助封止樹脂は、前記複数の封止樹脂より大きいことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記複数の封止樹脂を提供する前に、前記格子を前記ケースに組み込むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記格子は金属部分を有することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記金属部分は前記端子に直接又は導電材を介して接したことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. ケースと、
    金属パターンを有し、前記ケースに固定された絶縁基板と、
    前記ケースの中に設けられ、前記金属パターンに固定された半導体チップと、
    前記半導体チップを覆う樹脂層と、
    前記ケースの中の前記半導体チップの上方に、前記絶縁基板と対向して設けられた格子と、
    前記ケースの内の前記格子の上方に設けられた上部格子と、
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
13. 前記格子は、前記ケースに接着剤で固定されたことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
14. 前記格子は、前記ケースに嵌合されたことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
15. 前記格子は金属部分を有することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置。
16. 前記金属部分と直接又は導電材を介して接した端子を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
17. 請求項１２から１６のいずれか１項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
    前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。

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