半導体装置
【課題】高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置は、ＳｉＣ ｐｎダイオード素子１,２を覆う第１の被覆部１５が、環状シロキサン構造と鎖状シロキサン構造とを有し、分子量が３０００〜１００万である珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を配合した第１の珪素含有硬化性組成物で形成されている。また、第２の被覆部１６は第１の被覆部１５の表面１５Ａ全体を被覆すると共に支持体３に接しない珪素含有硬化性組成物で作製されている。第２の被覆部１６は上記第１の珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合した第２の珪素含有硬化性組成物で形成されている。
【解決手段】この半導体装置は、ＳｉＣ ｐｎダイオード素子１,２を覆う第１の被覆部１５が、環状シロキサン構造と鎖状シロキサン構造とを有し、分子量が３０００〜１００万である珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を配合した第１の珪素含有硬化性組成物で形成されている。また、第２の被覆部１６は第１の被覆部１５の表面１５Ａ全体を被覆すると共に支持体３に接しない珪素含有硬化性組成物で作製されている。第２の被覆部１６は上記第１の珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合した第２の珪素含有硬化性組成物で形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関し、例えば耐熱性が高い高耐電圧パワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素(以下、ＳｉＣと記す)等のワイドギャップ半導体材料は、シリコン(以下、Ｓｉと記す)に比べて、エネルギーギャップが大きく絶縁破壊電界強度も約１桁大きい等の優れた物理特性を有しているため、高耐熱かつ高耐電圧のパワー半導体装置に用いるのに好適である。
【０００３】
従来、ＳｉＣを用いた高耐電圧半導体装置では、例えば高逆耐電圧を有するＳｉＣ半導体素子を金属製のパッケージ内に収納し、このパッケージ内に六弗化硫黄ガス等の絶縁用ガスを充填している。これにより、上記ＳｉＣ半導体素子の高電圧が印加される電極間の周囲の空間における絶縁性を高めている。
【０００４】
ここで、上記六弗化硫黄ガスは絶縁用ガスとしては優れた絶縁性を持つが、地球温暖化防止の観点からは使用を避ける必要がある。また、特に、高い絶縁性を得るためには、半導体装置内に充填する六弗化硫黄ガスの圧力を常温で２気圧程度にする必要がある。よって、上記半導体装置の使用中に温度が上昇すると、この圧力は２気圧以上に高くなるので、上記半導体装置のパッケージを相当堅牢にしないと爆発やガス漏れの危険性がある。
【０００５】
一方、特許文献１(特開２００６−２０６７２１号公報)では、上記六弗化硫黄ガス以外の物質で半導体装置の高絶縁性を保つために使用される優れた絶縁性を有する材料が提案されている。この材料は、シロキサン(Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体)による橋かけ構造を有する有機珪素ポリマーとシロキサンによる線状連結構造を有する有機珪素ポリマーとをシロキサン結合により連結させた有機珪素ポリマー同士を、付加反応により生成される共有結合で連結させて三次元の立体構造に形成した合成高分子化合物である。この合成高分子化合物で半導体素子(半導体チップ)全体を覆うように塗布し、常温から２００℃程度の温度に加熱して硬化させることで、上記半導体素子の高い絶縁性を保ち耐電圧を高くすることができる。
【０００６】
また、特許文献１では、図６に示す半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子１０１に合成高分子化合物を塗布して被覆しさらに熱硬化させた熱硬化被覆１０２を有する。そして、この半導体装置は、この熱硬化被覆１０２の表面酸化を防止するため、窒素雰囲気中で金属キャップ１０３を支持体１０４に取り付けて溶接し、内部空間１０５に窒素ガスを充たしたものである。なお、図６において、１０６,１１０は端子、１０７,１１１は端子１０６,１１０と支持体１０４とを絶縁する絶縁体、１０８,１１２は半導体素子１０１を端子１０６,１１０に接続するリード線である。
【０００７】
ところで、上記半導体装置では、金属キャップ１０３と支持体１０４とを溶接する際、溶接部１０９に上記被覆１０２をなす合成高分子化合物がわずかでも付着していると、溶接が不完全となる。すると、窒素ガスを充たしている内部空間１０５に空気が流入する。この状態で半導体装置を長時間使用すると、装置内部の熱硬化物である被覆１０２が酸化劣化してしまい、被覆１０２の絶縁性が低下する。また、金属キャップ１０３と支持体１０４は窒素雰囲気中にて溶接する際、特殊な治具を必要とするので、溶接作業には多くの時間とコストを要する。
【０００８】
一方、トランジスタやＩＣ等に使用されている一般的なエポキシ樹脂を用いて半導体装置をモールドすれば金属キャップは不要になるが、エポキシ樹脂は高温での柔軟性が乏しく、２００℃以上になるとガラス化して硬くなってしまう。このため、半導体素子の温度が通電時の高温状態からオフ時の室温状態に戻ると、エポキシ樹脂の内部に多数のクラックが発生し、高電界には耐えることができず、耐電圧性はよくない。
【０００９】
これに対して、上述の合成高分子化合物は高温でも柔軟性を保持するが、この合成高分子化合物を硬化して半導体装置をモールドした場合、この合成高分子化合物と支持体との線膨張係数の違いにより、温度の上昇と降下を繰り返すとモールドが剥がれてしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、未公開であり従来例ではないが、本出願人による出願(特願２００８‐０５４６３０)では、図７に示すようなＧＴＯサイリスタ装置が記載されている。このＧＴＯサイリスタ装置は、ＧＴＯサイリスタ素子２０１を覆う被覆部２１５が、シロキサン(Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体)による橋かけ構造を一箇所以上有する珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒、および鉄族含有錆体を含有する珪素含有硬化性組成物で形成されている。また、このＧＴＯサイリスタ装置は、上記被覆部２１５および支持体２１１上のアノード端子２０５,ゲート端子２０８を覆う被覆部２１６を有する。この被覆部２１６は、上記被覆部２１５を形成する上記珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合した珪素含有硬化性組成物で形成されている。なお、図７において、２０２,２０６,２１０はアノード電極,ゲート電極,カソード電極、２０３,２０７はリード線、２１２,２１３は絶縁材である。
【００１１】
上記ＧＴＯサイリスタ装置によれば、高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する被覆部２１５でもって、ＧＴＯサイリスタ素子２０１を絶縁できる。また、上記被覆部２１６は、高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、上記被覆部２１６は上記セラミックスが配合されたことで線膨張係数が小さくなり、例えば銅等の金属で作製されてＧＴＯサイリスタ素子２０１を支持する支持体２１１との線膨張係数の差を低減させることで、被覆部２１６と支持体２１１との密着性の向上を図っている。
【００１２】
しかし、上記ＧＴＯサイリスタ装置でも、被覆部２１６の線膨張係数１５０ｐｐｍと、銅製とした支持体２１１の線膨張係数１７ｐｐｍとの差はかなりあるので、高温(２００℃以上)で使用すると、支持体２１１と被覆部２１６との間に応力が発生して被覆部２１６が支持体２１１から剥離する可能性がある。この被覆部２１６の剥離が生じた場合、被覆部２１６による封止機能が損なわれ、ＧＴＯサイリスタ装置の信頼性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２０６７２１号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５１７４号公報
【特許文献３】特開２００８−２６６４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、この発明の課題は、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、半導体素子と、
上記半導体素子が載置される支持体と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する珪素含有硬化性組成物で作製された第１の被覆部と、
上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接しない珪素含有硬化性組成物で作製された第２の被覆部とを備え、
上記第１の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｄ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および (Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部は、上記珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が５０〜２００ｐｐｍ/℃であることを特徴としている。
(Ａ)成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
（式中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
（式中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
【００１６】
この発明の半導体装置では、上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面を被覆すると共に電気接続部の少なくとも一部を被覆する第１の被覆部を、珪素含有硬化性組成物で作製した。そして、この珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を配合している。したがって、この高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第１の被覆部でもって、半導体素子を絶縁できる。
【００１７】
また、上記第２の被覆部は、上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接しない珪素含有硬化性組成物で作製されている。この第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を含有する珪素含有硬化性組成物に充填剤としてセラミックス粒子を配合している。上記第２の被覆部は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、上記第２の被覆部は、上記第１の被覆部の表面を被覆するが上記支持体に接しないので、銅等の金属製あるいはセラミック製の支持体との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部が高温時(例えば２００℃以上)に支持体から剥がれることがない。また、第１の被覆部が支持体と第２の被覆部との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
【００１８】
これにより、この発明の半導体装置によれば、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる。なお、上記第２の被覆部は、上記第１の被覆部の表面全体を被覆することが望ましい。
【００１９】
また、上記セラミックス粒子の粒径は１〜５０μｍが好ましく、５〜２５μｍがより好ましい。また、上記第２の被覆部をなす上記珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックスの体積充填率は４０〜７０％であるのが好ましく、５０〜６０％がより好ましい。これにより、上記珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０〜２００ｐｐｍ/℃、より好ましくは１００〜１５０ｐｐｍ/℃にすることができる。なお、上記第２の被覆部をなす珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０ｐｐｍ/℃より小さくすると、第１の被覆部との密着性が悪くなり、絶縁材として作用しなくなる。一方、上記第２の被覆部をなす珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を２００ｐｐｍ/℃より大きくすると、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られない。
【００２０】
なお、上記(Ｄ)成分の白金系触媒は、白金、パラジウム及びロジウムの一種以上の金属を含有し、ヒドロシリル化反応を促進する触媒であり、公知のものを用いることができる。ヒドロシリル化反応用の触媒として用いられる該白金系触媒としては、白金−カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド錯体等が挙げられるほか、これらの触媒における白金を、同じく白金系金属であるパラジウムまたはロジウムに代えた化合物が挙げられ、これらは一種で用いてもよく又は二種以上を併用してもよい。硬化性の点から、白金を含有するものが好ましく、具体的には、白金−カルボニルビニルメチル錯体が特に好ましい。また、クロロトリストリフェニルホスフィンロジウム(I)等の、上記白金系金属を含有するいわゆるＷｉｌｋｉｎｓｏｎ触媒も、(Ｄ)成分の白金系触媒に含まれる。
【００２１】
また、上記(Ｆ)成分のセラミックス粒子の例としては、コロイダルシリカ、シリカフィラー、シリカゲル、マイカやモンモリロナイト等の鉱物、酸化アルミニウムや酸化亜鉛、二酸化珪素等の金属酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素等のセラミックス等が挙げられる。耐熱性の点から、酸化アルミニウムが好ましい。
【００２２】
また、この発明によれば、上記第２の被覆部をなす硬化物の線膨張係数が５０ｐｐｍ/℃以上なので、第１の被覆部との密着性が良く、かつ、上記硬化物の線膨張係数が２００ｐｐｍ/℃以下なので、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られる。
【００２３】
また、一実施形態の半導体装置では、上記第１の被覆部は、上記(Ｆ)成分を含有し、
さらに、上記第１の被覆部に表面が被覆されていると共に上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部と、
上記第２の被覆部に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部とを備え、
上記第３の被覆部および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
上記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および(Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。
【００２４】
この実施形態の半導体装置によれば、上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部および上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％を第１,第２の被覆部の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低くした。これにより、上記第３,第４の被覆部の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部の粘度と接着力に比べて高くすることができる。なお、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を略零％とすることがより好ましい。
【００２５】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体素子と上記支持体との間に配置されたセラミック絶縁基板を備える。
【００２６】
この実施形態の半導体装置によれば、上記半導体素子を上記セラミック絶縁基板で上記支持体から絶縁できる。なお、上記セラミック絶縁基板は、一例として酸化アルミニウム,窒化アルミニウム,窒化ケイ素等で作製される。
【００２７】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体は、銅,アルミニウムのような金属、または、Ａｌ‐ＳｉＣのような金属と半導体の複合材料、または、銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製されている。
【００２８】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体の表面が金またはニッケル等でメッキされている。
【００２９】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体上に配置されていると共に上記第１および第２の被覆部の側面を覆う枠を備える。
【００３０】
この実施形態の半導体装置によれば、第１,第２の被覆部の側面付近の強度を向上できる。
【００３１】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体素子が、ワイドギヤップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子である。
【００３２】
この実施形態の半導体装置によれば、高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第１の被覆部でもって、ＳｉＣもしくはＧａＮあるいはその他のワイドギャップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子を絶縁でき、上記第１の被覆部の表面全体を被覆するが上記支持体に接しない上記第２の被覆部は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。
【００３３】
また、一実施形態の半導体装置では、上記第２の被覆部の珪素含有硬化性組成物が、硬化性およびハンドリング性の点から、体積充填率が４０〜７０％のセラミックス粒子を含有することが望ましい。
【発明の効果】
【００３４】
この発明の半導体装置によれば、環状シロキサン構造と鎖状シロキサン構造とを有し、分子量が３０００〜１００万である珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を配合している珪素含有硬化性組成物で作製した高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第１の被覆部でもって、半導体素子を被覆して半導体素子を絶縁できる。
【００３５】
また、上記第１の被覆部の表面を被覆する第２の被覆部を、環状シロキサン構造と鎖状シロキサン構造とを有し、分子量が３０００〜１００万である珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を含有する珪素含有硬化性組成物に充填剤としてセラミックス粒子を配合している珪素含有硬化性組成物で作製したから、高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる上に、上記第２の被覆部は上記支持体に接しないので、高温時(例えば２００℃以上)に支持体との線膨張係数の差で剥がれることがなく、また、第１の被覆部が支持体と第２の被覆部との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
【００３６】
これにより、この発明の半導体装置によれば、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の半導体装置の第１実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図２】この発明の半導体装置の第３実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図３】この発明の半導体装置の第４実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図４】この発明の半導体装置の第５実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図５】上記第３実施形態の変形例を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図７】参考例のＧＴＯサイリスタ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、この発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。
【００３９】
(第１の実施の形態)
図１は、この発明の半導体装置の第１実施形態の断面図である。この第１実施形態の半導体装置は、耐圧５ｋＶのＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１を有し、このＳｉＣ サイリスタ素子１を銅製の支持体３の上面３Ａに載置している。
【００４０】
このＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１のアノード電極２はアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線７によりアノード端子１０の上端に接続されている。また、ＧＴＯサイリスタ素子１のゲート電極６は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線８によりゲート端子１１の上端に接続されている。このリード線７,８と、アノード端子１０およびゲート端子１１は電気接続部である。
【００４１】
また、上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１のカソード電極４はカソード端子であるパッケージの銅製の支持体３に金シリコン,金スズ,金ゲルマニウムのような金系半田やその他の高温用半田を用いて電気的接続を保って取り付けられている。アノード端子１０およびゲート端子１１はそれぞれ絶縁材１４,１９で支持体３との間の絶縁を保ちつつ支持体３を貫通して固定されている。
【００４２】
上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１の全表面、およびリード線７,８とＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１との接続部近傍、および支持体３の上面３Ａの大部分と、支持体３の上面３Ａから突出したアノード端子１０,ゲート端子１１を覆うように、第１の被覆部である被覆部１５となる第１の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。
【００４３】
この第１の被覆部１５として使用される第１の珪素含有硬化性組成物は、次に説明する合成工程１から合成工程５によって合成した。なお、この合成工程１〜５において「部」とは重量部を表す。上記第１の珪素含有硬化性組成物を２５０℃にて３時間硬化反応させることにより第１の被覆部１５が得られる。
【００４４】
さらに、この実施形態では、上記第１の被覆部１５の全表面１５Ａを覆うが第１の被覆部１５から露出した支持体３の部分３Ｂは覆わず支持体３に接しないように、第２の被覆部１６となる第２の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。この第２の被覆部１６として使用される第２の珪素含有硬化性組成物は上記第１の珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合している。この第２の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第１の被覆部１６が得られる。また、上記硬化後の第２の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１５０ｐｐｍ/℃である。
【００４５】
〔合成工程１〕 ジクロロジメチルシラン９０部とジクロロジフェニルシラン９部とを混合し、１００部のイオン交換水、５０部のトルエン及び４５０部の４８％水酸化ナトリウム水溶液の混合物中に滴下し、１０５℃で５時間重合させた。得られた反応溶液を５００部のイオン交換水で水洗した後、このトルエン溶液を脱水し、ピリジンを２０部加え、これにさらにジメチルクロロシラン２０部を加えて７０℃で３０分間攪拌した。その後、１００部のイオン交換水で水洗した後、１５０℃で溶媒を減圧留去した。次に１００部のアセトニトリルで洗浄し、その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、鎖状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）を得た。鎖状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）のＧＰＣによる分子量はＭｗ＝２０，０００であった。
【００４６】
〔合成工程２〕上記合成工程１で得られた非環状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）１００部をトルエン２００部に溶かし、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００３部、及び不飽和結合を有する環状ポリシロキサン化合物である１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラビニルシクロテトラシロキサン１０部を加え、１０５℃で２時間反応させた。７０℃で溶媒を減圧留去した後にアセトニトリル１００部で洗浄した。その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）を得た。珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）は、前記一般式（１）に該当する化合物であり、ＧＰＣによる分析の結果、Ｍｗ＝２２，０００であった。
【００４７】
〔合成工程３〕 ジクロロジメチルシラン９０部とジクロロジフェニルシラン９部とを混合し、１００部のイオン交換水、５０部のトルエン及び４５０部の４８％水酸化ナトリウム水溶液の混合物中に滴下し、１０５℃で５時間重合させた。得られた反応溶液を５００部のイオン交換水で水洗した後に、このトルエン溶液を脱水し、ピリジンを２０部加え、これにさらにジメチルビニルクロロシラン２０部を加えて７０℃で３０分間攪拌した。その後、１００部のイオン交換水で水洗した後、１５０℃で溶媒を減圧留去した。次に１００部のアセトニトリルで洗浄し、その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、不飽和結合を有する鎖状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）を得た。不飽和結合を有する鎖状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）のＧＰＣによる分子量はＭｗ＝２０，０００であった。
【００４８】
〔合成工程４〕上記合成工程１で得られた不飽和結合を有する非環状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）１００部をトルエン２００部に溶かし、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００３部、及び環状ポリシロキサン化合物である１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン１０部を加え、１０５℃で２時間反応させた。７０℃で溶媒を減圧留去した後にアセトニトリル１００部で洗浄した。その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）を得た。珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）は、前記一般式（２）に相当する化合物であり、ＧＰＣによる分子量は、Ｍｗ＝２２，０００であった。
【００４９】
〔合成工程５〕（Ａ）成分として上記合成工程２で得られた珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）５０部と（Ｂ）成分として上記合成工程４で得られた珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）５０部とを混合したものに、（Ｄ）成分として白金系触媒である白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００５部を混合して、上記第一の珪素含有硬化性組成物を得た。
【００５０】
この実施形態によれば、第２の被覆部１６となる第２の珪素含有硬化性組成物は上記第１の珪素含有硬化性組成物にセラミックスとしての粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合している。そして、この第２の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第２の被覆部１６とした。上記硬化後の第２の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１５０ｐｐｍ/℃である。この実施形態によれば、上記第２の被覆部１６は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、この第２の被覆部１６は支持体３に接しないので、高温時(例えば２００℃以上)に支持体３との線膨張係数の差で剥がれることがなく、また、第１の被覆部１５が支持体３と第２の被覆部１６との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
【００５１】
なお、上記第１,第２の珪素含有硬化性組成物が含有する上記珪素含有重合体(Ａ),(Ｂ)としては、次に示す組成のものを採用できる。
【００５２】
珪素含有重合体(Ａ)成分：下記（Ａ）成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
（式中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
【００５３】
珪素含有重合体(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
（式中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、
ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
【００５４】
また、上記第２の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物が含有するセラミックス粒子の粒径は１〜５０μｍが好ましく、５〜２５μｍがより好ましい。また、上記第２の珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックス粒子の体積充填率は４０〜７０％であるのが好ましく、５０〜６０％がより好ましい。これにより、上記第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０〜２００ｐｐｍ/℃、より好ましくは１００〜１５０ｐｐｍ/℃にすることができる。なお、上記第２の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０ｐｐｍ/℃より小さくすると、第１の被覆部１５との密着性が悪くなり、絶縁材として作用しなくなる。一方、上記第２の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を２００ｐｐｍ/℃より大きくすると、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られない。
【００５５】
また、上記第２の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物は絶縁性セラミックス微粒子を含有することで、上記第２の珪素含有硬化性組成物のガスバリア性が向上する。すなわち、上記第２の珪素含有硬化性組成物は酸化劣化しにくくなる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
次に、この発明の半導体装置の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、前述の第１実施形態における第１の被覆部１５および第２の被覆部１６を形成する珪素含有硬化性組成物の組成が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を説明する。
【００５７】
この第２実施形態では、第１の被覆部１５を前述の第１の珪素含有硬化性組成物に替えて第３の珪素含有硬化性組成物で形成した。この第３の有硬化性祖成物は次に説明する合成工程６によって合成した。なお、この合成工程６において「部」とは重量部を表す。上記第３の珪素含有硬化性組成物を２５０℃にて３時間硬化反応させることにより第１の被覆部１５が得られる。
【００５８】
さらに、この第２実施形態では、第１の被覆部１５の全表面１５Ａを覆うが第１の被覆部１５から露出した支持体３の部分３Ｂは覆わず接しないように、第２の被覆部１６となる第４の珪素含有硬化性組成物を塗布する。この第２の被覆部１６として使用される第４の珪素含有硬化性組成物は上記第３の珪素含有硬化性組成物にセラミックス粒子として粒径２０μｍのアルミナ微粒子を４０％の体積充填率で配合している。この第４の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第２の被覆部１６が得られる。また、上記第４の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１８０ｐｐｍ/℃である。
【００５９】
〔合成工程６〕 （Ａ）成分として上記合成工程２で得られた珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）５０部と（Ｂ）成分として上記合成工程４で得られた珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）５０部とを混合したものに、（Ｄ）成分として白金系触媒である白金−カルボニルビニルメチル錯体０．０１部、および鉄（ＩＩＩ）アセチルアセトネート０．０１部を混合して、上記第３の珪素含有硬化性組成物を得た。
【００６０】
この第２実施形態によれば、第２の被覆部１６となる第４の珪素含有硬化性組成物は上記第３の珪素含有硬化性組成物にセラミックスとしての粒径２０μｍのアルミナ微粒子を４０％の体積充填率で配合している。そして、この第４の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第２の被覆部１６とした。上記硬化後の第４の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１８０ｐｐｍ/℃である。この第２実施形態によれば、上記第２の被覆部１６は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、この第２の被覆部１６は支持体３に接しないので、高温時(例えば２００℃以上)に支持体３との線膨張係数の差で剥がれることがなく、また、第１の被覆部１５が支持体３と第２の被覆部１６との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
【００６１】
尚、上記第１,第２実施形態において、上記第１の被覆部１５に表面が被覆されていると共に上記ＧＴＯサイリスタ素子１を直接被覆する下塗り部となる第３の被覆部(図示せず)と、上記第２の被覆部１６に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部１５を直接被覆する下塗り部となる第４の被覆部(図示せず)とを備えてもよい。ここで、上記第３の被覆部(図示せず)および第４の被覆部(図示せず)を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｄ）成分および（Ｆ）成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。そして、上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部１５,１６を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。つまり、上記第３,第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分は、上記(Ｆ)成分以外は、上記第１の被覆部１５を作製する珪素含有硬化性組成物の成分と同様である。これにより、下塗り部となる上記第３,第４の被覆部(図示せず)の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部１５,１６の粘度と接着力に比べて高くすることができる。なお、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を略零％とすることがより好ましい。
【００６２】
また、上記第１の被覆部１５の厚さを０.１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下とし、上記第２の被覆部１６の厚さを５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下とし、上記第３および第４の被覆部の厚さを０.０１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、上記実施形態では、支持体３を銅製としたが、銅の他にアルミニウムのような金属、または、Ａｌ‐ＳｉＣのような金属と半導体の複合材料、または、銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製してもよい。また、上記支持体の表面を金またはニッケル等でメッキしてもよい。
【００６３】
(第３の実施の形態)
次に、図２に、この発明の半導体装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、図１のＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１に替えてＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子２１を有する点と、支持体３に替えて、銅,アルミニウムのような金属材料もしくはＡｌ‐ＳｉＣのような複合材料もしくは銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製された支持体２３および上記支持体２３上に設置されてＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子２１が載置されたセラミック絶縁基板２５を有する点が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００６４】
この第３実施形態が有するＧＴＯサイリスタ素子２１は、アノード電極２２がアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線７によりアノード端子１０の上端に接続され、カソード電極２７がセラミック絶縁基板２５上に配置されている。また、ＧＴＯサイリスタ素子２１のゲート電極２６は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線８によりゲート端子１１の上端に接続されている。すなわち、この第３実施形態は、ＧＴＯサイリスタ素子２１がカソード電極２７を有し、支持体３に替えてセラミック絶縁基板２５と支持体２３を備え、ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子２１の下にセラミック絶縁基板２５を敷いてＧＴＯサイリスタ素子２１のカソード電極２７を支持体２３と絶縁した構造とした点が、先述の第１実施形態と異なっている。また、この第３実施形態では、第１の被覆部１５が支持体２３の表面２３Ａの端部２３Ｂまで覆っている。
【００６５】
尚、この第３実施形態において、図５に示すように、上記第１の被覆部１５に表面３１Ａが被覆されていると共に上記ＧＴＯサイリスタ素子２１を直接被覆する第３の被覆部３１と、上記第２の被覆部１６に表面３２Ａが被覆されていると共に上記第１の被覆部１５を直接被覆する第４の被覆部３２とを備えてもよい。上記第３の被覆部３１は、素子被覆(第１の被覆部１５)の下塗りとなり、上記第４の被覆部３２は、モールド(第２の被覆部１６)の下塗りとなる。
【００６６】
ここで、上記第３の被覆部３１および第４の被覆部３２を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｄ）成分および（Ｆ）成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。そして、上記第３および第４の被覆部３１,３２を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部１５,１６を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。つまり、上記第３,第４の被覆部３１,３２を作製する珪素含有硬化性組成物の成分は、上記(Ｆ)成分以外は、上記第１の被覆部１５を作製する珪素含有硬化性組成物の成分と同様である。これにより、上記第３,第４の被覆部３１,３２の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部１５,１６の粘度と接着力に比べて高くすることができる。また、上記第３,第４の被覆部３１,３２の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部３１,３２の(Ｆ)成分の含有重量％を約０％とすることがより好ましい。
【００６７】
また、上記第１の被覆部１５の厚さを０.１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下とし、上記第２の被覆部１６の厚さを５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下とし、上記第３,第４の被覆部３１,３２の厚さを０.０１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、図５では、第３の被覆部３１は、ＧＴＯサイリスタ素子２１とその周辺部だけを覆っているが、第３の被覆部３１を支持体２３の端まで広く塗って第１の被覆部１５の端まで延在させてもよい。尚、上記セラミック絶縁基板２５は、一例として酸化アルミニウム,窒化アルミニウム,窒化ケイ素等で作製される。また、支持体２３の表面に金またはニッケル等によるメッキを施してもよい。
【００６８】
(第４の実施の形態)
次に、図３に、この発明の半導体装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、耐圧５ｋＶのＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子４１を有し、このＳｉＣ サイリスタ素子４１は、カソード電極４９がセラミック絶縁基板４２の上面４２Ａに配置されるように載置されている。このセラミック絶縁基板４２は支持体４３上に配置されている。このセラミック絶縁基板４２は、一例として酸化アルミニウム,窒化アルミニウム,窒化ケイ素等で作製される。また、上記支持体４３は、銅,アルミニウムのような金属材料もしくはＡｌ‐ＳｉＣのような複合材料もしくは銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製されている。また、支持体４３の表面に金またはニッケル等によるメッキを施してもよい。
【００６９】
このＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子４１のアノード電極４５はアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線４６により電極４７に接続されている。また、ＧＴＯサイリスタ素子４１のゲート電極４４は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線４８により電極５０に接続されている。また、上記電極５０には電極５０上に延在するゲート端子５１が接続され、上記電極４７には電極４７上に延在するアノード端子５２が接続されている。
【００７０】
そして、上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子４１の全表面、およびリード線４６,４８と電極４７,５０、および電極４７,５０上の端子５１,５２の一部分を覆うように、第１の被覆部である被覆部５３となる第１の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。ここで、この第１の被覆部５３として使用される第１の珪素含有硬化性組成物は、先述の第１実施形態の第１の被覆部１５として使用される第１の珪素含有硬化性組成物と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００７１】
また、この実施形態では、上記第１の被覆部５３の全表面５３Ａを覆うと共に上記セラミック絶縁基板４２,支持体４３に接しない第２の被覆部５４となる第２の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。この第２の被覆部５４として使用される第２の珪素含有硬化性組成物は、先述の第１実施形態の第２の被覆部１６として使用される第２の珪素含有硬化性組成物と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００７２】
この実施形態によれば、高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第１の被覆部５３でもって、ＧＴＯサイリスタ素子４１を絶縁できる。また、上記第２の被覆部５４は、上記第１の被覆部５３の表面を被覆するが上記セラミック絶縁基板４２,支持体４３に接しないので、セラミック製の絶縁基板４２との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部５４が高温時(例えば２００℃以上)に絶縁基板４２から剥がれることがない。また、第１の被覆部５３がセラミック製の絶縁基板４２と第２の被覆部５４との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。これにより、この実施形態によれば、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共にＧＴＯサイリスタ素子４１の被覆部５３とＧＴＯサイリスタ素子４１の支持体をなすセラミック製の絶縁基板４２との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる。
【００７３】
(第５の実施の形態)
次に、図４に、この発明の半導体装置の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、次の(1)、(2)の点だけが、前述の第４実施形態と異なる。よって、この第５実施形態では、前述の第４実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、前述の第４実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００７４】
(1) セラミック絶縁基板４２の縁部４２Ａから上方へ延在するセラミック製、金属製もしくは樹脂製等の機械的強度を有する枠６１を備えた点。
(2) 第１の被覆部５３と第２の被覆部５４に替えて、第１の被覆部６３と第２の被覆部６４を備えた点。
【００７５】
この第５実施形態では、第１の被覆部６３は、上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子４１の全表面、およびリード線４６,４８と電極４７,５０、および電極４７,５０上の端子５１,５２の一部分を覆う点は、前述の第１の被覆部５３と同様である。一方、この第５実施形態の第１の被覆部６３は、その側面６３Ｂがセラミック絶縁基板４２の上面から略真上に延在していて、枠６１の内壁６１Ａに密接している点で、前述の第１の被覆部５３と相違している。この枠６１は、セラミック絶縁基板４２の縁部４２Ａから上方へ延在している。
【００７６】
また、この第５実施形態では、上記第２の被覆部６４は、上記第１の被覆部６３の上面６３Ｃの全体を覆うが上記側面６３Ｂを覆わないと共に上記セラミック絶縁基板４２,支持体４３に接していない。また、この第２の被覆部６４の側面６４Ｂは、上記枠６１の内壁６１Ａに密接している。なお、上記第１,第２の被覆部６３,６４を作製する第１,第２の珪素含有硬化性組成物は、先述の第１,第２の被覆部５３,５４と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００７７】
この第５実施形態によれば、上記第１,第２の被覆部６３,６４の厚さを中央部から端部まで均一化できると共に端部が枠６１で保護されているので、特に端部での機械的強度を向上できる。
【００７８】
尚、上記第４,第５実施形態において、上記第１の被覆部５３,６３に表面が被覆されていると共に上記ＧＴＯサイリスタ素子４１を直接被覆する下塗り部となる第３の被覆部(図示せず)と、上記第２の被覆部５４,６４に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部５３,６３を直接被覆する下塗り部となる第４の被覆部(図示せず)とを備えてもよい。ここで、上記第３の被覆部(図示せず)および第４の被覆部(図示せず)を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｄ）成分および（Ｆ）成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。そして、上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部５３,５４を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。つまり、上記第３,第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分は、上記(Ｆ)成分以外は、上記第１の被覆部５３を作製する珪素含有硬化性組成物の成分と同様である。これにより、下塗り部となる上記第３,第４の被覆部(図示せず)の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部５３,５４の粘度と接着力に比べて高くすることができる。なお、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を略零％とすることがより好ましい。
【００７９】
また、上記第１の被覆部５３,６３の厚さを０.１ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下とし、上記第２の被覆部５４,６４の厚さを０.１ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下とし、上記第３,第４の被覆部の厚さを０.０１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００８０】
尚、上記第１〜第５実施形態では、半導体素子としてＳｉＣによるＧＴＯサイリスタを備えたが、ｐｎダイオード素子等、ＳｉＣで作製された他の半導体素子を備えてもよく、ＧａＮもしくは他のワイドギャップ半導体で作製された半導体素子を備えてもよく、ワイドギャップ半導体以外の半導体で作製された半導体素子を備えてもよい。また、上記第１,第２実施形態では、支持体３に１つの半導体素子を載置したが、２つの半導体素子もしくは３つ以上の半導体素子を載置してもよい。また、上記第１,第２実施形態では、第２の被覆部１６が第１の被覆部１５の表面１５Ａの全体を被覆したが、第１の被覆部１５の表面１５Ａの外縁部が上記第２の被覆部１６から露出していてもよい。また、上記第１,第２実施形態では、支持体３を銅製としたが、アルミニウム等の他の金属製としてもよく、Ａl‐ＳｉＣのような複合放熱材料としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
この発明は、高耐電圧かつ高耐熱のワイドギャップ半導体装置に利用可能であり、一例として耐熱性が高い高耐電圧パワー半導体装置として有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１,２１,４１ ＧＴＯサイリスタ素子
３ 支持体
３Ａ 上面
３Ｂ 部分
７,８,４６,４８ リード線
１０,１１,５２ アノード端子
１４,１９ 絶縁材
１５,５３,６３ 第１の被覆部
１６,５４,６４ 第２の被覆部
２３,４３ 支持体
２５,４２ セラミック絶縁基板
３１ 第３の被覆部
３２ 第４の被覆部
４７,５０ 電極
５１ ゲート端子
６１ 枠
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関し、例えば耐熱性が高い高耐電圧パワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素(以下、ＳｉＣと記す)等のワイドギャップ半導体材料は、シリコン(以下、Ｓｉと記す)に比べて、エネルギーギャップが大きく絶縁破壊電界強度も約１桁大きい等の優れた物理特性を有しているため、高耐熱かつ高耐電圧のパワー半導体装置に用いるのに好適である。
【０００３】
従来、ＳｉＣを用いた高耐電圧半導体装置では、例えば高逆耐電圧を有するＳｉＣ半導体素子を金属製のパッケージ内に収納し、このパッケージ内に六弗化硫黄ガス等の絶縁用ガスを充填している。これにより、上記ＳｉＣ半導体素子の高電圧が印加される電極間の周囲の空間における絶縁性を高めている。
【０００４】
ここで、上記六弗化硫黄ガスは絶縁用ガスとしては優れた絶縁性を持つが、地球温暖化防止の観点からは使用を避ける必要がある。また、特に、高い絶縁性を得るためには、半導体装置内に充填する六弗化硫黄ガスの圧力を常温で２気圧程度にする必要がある。よって、上記半導体装置の使用中に温度が上昇すると、この圧力は２気圧以上に高くなるので、上記半導体装置のパッケージを相当堅牢にしないと爆発やガス漏れの危険性がある。
【０００５】
一方、特許文献１(特開２００６−２０６７２１号公報)では、上記六弗化硫黄ガス以外の物質で半導体装置の高絶縁性を保つために使用される優れた絶縁性を有する材料が提案されている。この材料は、シロキサン(Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体)による橋かけ構造を有する有機珪素ポリマーとシロキサンによる線状連結構造を有する有機珪素ポリマーとをシロキサン結合により連結させた有機珪素ポリマー同士を、付加反応により生成される共有結合で連結させて三次元の立体構造に形成した合成高分子化合物である。この合成高分子化合物で半導体素子(半導体チップ)全体を覆うように塗布し、常温から２００℃程度の温度に加熱して硬化させることで、上記半導体素子の高い絶縁性を保ち耐電圧を高くすることができる。
【０００６】
また、特許文献１では、図６に示す半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子１０１に合成高分子化合物を塗布して被覆しさらに熱硬化させた熱硬化被覆１０２を有する。そして、この半導体装置は、この熱硬化被覆１０２の表面酸化を防止するため、窒素雰囲気中で金属キャップ１０３を支持体１０４に取り付けて溶接し、内部空間１０５に窒素ガスを充たしたものである。なお、図６において、１０６,１１０は端子、１０７,１１１は端子１０６,１１０と支持体１０４とを絶縁する絶縁体、１０８,１１２は半導体素子１０１を端子１０６,１１０に接続するリード線である。
【０００７】
ところで、上記半導体装置では、金属キャップ１０３と支持体１０４とを溶接する際、溶接部１０９に上記被覆１０２をなす合成高分子化合物がわずかでも付着していると、溶接が不完全となる。すると、窒素ガスを充たしている内部空間１０５に空気が流入する。この状態で半導体装置を長時間使用すると、装置内部の熱硬化物である被覆１０２が酸化劣化してしまい、被覆１０２の絶縁性が低下する。また、金属キャップ１０３と支持体１０４は窒素雰囲気中にて溶接する際、特殊な治具を必要とするので、溶接作業には多くの時間とコストを要する。
【０００８】
一方、トランジスタやＩＣ等に使用されている一般的なエポキシ樹脂を用いて半導体装置をモールドすれば金属キャップは不要になるが、エポキシ樹脂は高温での柔軟性が乏しく、２００℃以上になるとガラス化して硬くなってしまう。このため、半導体素子の温度が通電時の高温状態からオフ時の室温状態に戻ると、エポキシ樹脂の内部に多数のクラックが発生し、高電界には耐えることができず、耐電圧性はよくない。
【０００９】
これに対して、上述の合成高分子化合物は高温でも柔軟性を保持するが、この合成高分子化合物を硬化して半導体装置をモールドした場合、この合成高分子化合物と支持体との線膨張係数の違いにより、温度の上昇と降下を繰り返すとモールドが剥がれてしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、未公開であり従来例ではないが、本出願人による出願(特願２００８‐０５４６３０)では、図７に示すようなＧＴＯサイリスタ装置が記載されている。このＧＴＯサイリスタ装置は、ＧＴＯサイリスタ素子２０１を覆う被覆部２１５が、シロキサン(Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体)による橋かけ構造を一箇所以上有する珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒、および鉄族含有錆体を含有する珪素含有硬化性組成物で形成されている。また、このＧＴＯサイリスタ装置は、上記被覆部２１５および支持体２１１上のアノード端子２０５,ゲート端子２０８を覆う被覆部２１６を有する。この被覆部２１６は、上記被覆部２１５を形成する上記珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合した珪素含有硬化性組成物で形成されている。なお、図７において、２０２,２０６,２１０はアノード電極,ゲート電極,カソード電極、２０３,２０７はリード線、２１２,２１３は絶縁材である。
【００１１】
上記ＧＴＯサイリスタ装置によれば、高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する被覆部２１５でもって、ＧＴＯサイリスタ素子２０１を絶縁できる。また、上記被覆部２１６は、高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、上記被覆部２１６は上記セラミックスが配合されたことで線膨張係数が小さくなり、例えば銅等の金属で作製されてＧＴＯサイリスタ素子２０１を支持する支持体２１１との線膨張係数の差を低減させることで、被覆部２１６と支持体２１１との密着性の向上を図っている。
【００１２】
しかし、上記ＧＴＯサイリスタ装置でも、被覆部２１６の線膨張係数１５０ｐｐｍと、銅製とした支持体２１１の線膨張係数１７ｐｐｍとの差はかなりあるので、高温(２００℃以上)で使用すると、支持体２１１と被覆部２１６との間に応力が発生して被覆部２１６が支持体２１１から剥離する可能性がある。この被覆部２１６の剥離が生じた場合、被覆部２１６による封止機能が損なわれ、ＧＴＯサイリスタ装置の信頼性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２０６７２１号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５１７４号公報
【特許文献３】特開２００８−２６６４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、この発明の課題は、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、半導体素子と、
上記半導体素子が載置される支持体と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する珪素含有硬化性組成物で作製された第１の被覆部と、
上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接しない珪素含有硬化性組成物で作製された第２の被覆部とを備え、
上記第１の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｄ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および (Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部は、上記珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が５０〜２００ｐｐｍ/℃であることを特徴としている。
(Ａ)成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
（式中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
（式中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
【００１６】
この発明の半導体装置では、上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面を被覆すると共に電気接続部の少なくとも一部を被覆する第１の被覆部を、珪素含有硬化性組成物で作製した。そして、この珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を配合している。したがって、この高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第１の被覆部でもって、半導体素子を絶縁できる。
【００１７】
また、上記第２の被覆部は、上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接しない珪素含有硬化性組成物で作製されている。この第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を含有する珪素含有硬化性組成物に充填剤としてセラミックス粒子を配合している。上記第２の被覆部は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、上記第２の被覆部は、上記第１の被覆部の表面を被覆するが上記支持体に接しないので、銅等の金属製あるいはセラミック製の支持体との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部が高温時(例えば２００℃以上)に支持体から剥がれることがない。また、第１の被覆部が支持体と第２の被覆部との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
【００１８】
これにより、この発明の半導体装置によれば、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる。なお、上記第２の被覆部は、上記第１の被覆部の表面全体を被覆することが望ましい。
【００１９】
また、上記セラミックス粒子の粒径は１〜５０μｍが好ましく、５〜２５μｍがより好ましい。また、上記第２の被覆部をなす上記珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックスの体積充填率は４０〜７０％であるのが好ましく、５０〜６０％がより好ましい。これにより、上記珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０〜２００ｐｐｍ/℃、より好ましくは１００〜１５０ｐｐｍ/℃にすることができる。なお、上記第２の被覆部をなす珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０ｐｐｍ/℃より小さくすると、第１の被覆部との密着性が悪くなり、絶縁材として作用しなくなる。一方、上記第２の被覆部をなす珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を２００ｐｐｍ/℃より大きくすると、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られない。
【００２０】
なお、上記(Ｄ)成分の白金系触媒は、白金、パラジウム及びロジウムの一種以上の金属を含有し、ヒドロシリル化反応を促進する触媒であり、公知のものを用いることができる。ヒドロシリル化反応用の触媒として用いられる該白金系触媒としては、白金−カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド錯体等が挙げられるほか、これらの触媒における白金を、同じく白金系金属であるパラジウムまたはロジウムに代えた化合物が挙げられ、これらは一種で用いてもよく又は二種以上を併用してもよい。硬化性の点から、白金を含有するものが好ましく、具体的には、白金−カルボニルビニルメチル錯体が特に好ましい。また、クロロトリストリフェニルホスフィンロジウム(I)等の、上記白金系金属を含有するいわゆるＷｉｌｋｉｎｓｏｎ触媒も、(Ｄ)成分の白金系触媒に含まれる。
【００２１】
また、上記(Ｆ)成分のセラミックス粒子の例としては、コロイダルシリカ、シリカフィラー、シリカゲル、マイカやモンモリロナイト等の鉱物、酸化アルミニウムや酸化亜鉛、二酸化珪素等の金属酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素等のセラミックス等が挙げられる。耐熱性の点から、酸化アルミニウムが好ましい。
【００２２】
また、この発明によれば、上記第２の被覆部をなす硬化物の線膨張係数が５０ｐｐｍ/℃以上なので、第１の被覆部との密着性が良く、かつ、上記硬化物の線膨張係数が２００ｐｐｍ/℃以下なので、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られる。
【００２３】
また、一実施形態の半導体装置では、上記第１の被覆部は、上記(Ｆ)成分を含有し、
さらに、上記第１の被覆部に表面が被覆されていると共に上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部と、
上記第２の被覆部に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部とを備え、
上記第３の被覆部および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
上記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および(Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。
【００２４】
この実施形態の半導体装置によれば、上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部および上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％を第１,第２の被覆部の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低くした。これにより、上記第３,第４の被覆部の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部の粘度と接着力に比べて高くすることができる。なお、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を略零％とすることがより好ましい。
【００２５】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体素子と上記支持体との間に配置されたセラミック絶縁基板を備える。
【００２６】
この実施形態の半導体装置によれば、上記半導体素子を上記セラミック絶縁基板で上記支持体から絶縁できる。なお、上記セラミック絶縁基板は、一例として酸化アルミニウム,窒化アルミニウム,窒化ケイ素等で作製される。
【００２７】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体は、銅,アルミニウムのような金属、または、Ａｌ‐ＳｉＣのような金属と半導体の複合材料、または、銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製されている。
【００２８】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体の表面が金またはニッケル等でメッキされている。
【００２９】
また、一実施形態の半導体装置では、上記支持体上に配置されていると共に上記第１および第２の被覆部の側面を覆う枠を備える。
【００３０】
この実施形態の半導体装置によれば、第１,第２の被覆部の側面付近の強度を向上できる。
【００３１】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体素子が、ワイドギヤップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子である。
【００３２】
この実施形態の半導体装置によれば、高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第１の被覆部でもって、ＳｉＣもしくはＧａＮあるいはその他のワイドギャップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子を絶縁でき、上記第１の被覆部の表面全体を被覆するが上記支持体に接しない上記第２の被覆部は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。
【００３３】
また、一実施形態の半導体装置では、上記第２の被覆部の珪素含有硬化性組成物が、硬化性およびハンドリング性の点から、体積充填率が４０〜７０％のセラミックス粒子を含有することが望ましい。
【発明の効果】
【００３４】
この発明の半導体装置によれば、環状シロキサン構造と鎖状シロキサン構造とを有し、分子量が３０００〜１００万である珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を配合している珪素含有硬化性組成物で作製した高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第１の被覆部でもって、半導体素子を被覆して半導体素子を絶縁できる。
【００３５】
また、上記第１の被覆部の表面を被覆する第２の被覆部を、環状シロキサン構造と鎖状シロキサン構造とを有し、分子量が３０００〜１００万である珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を含有する珪素含有硬化性組成物に充填剤としてセラミックス粒子を配合している珪素含有硬化性組成物で作製したから、高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる上に、上記第２の被覆部は上記支持体に接しないので、高温時(例えば２００℃以上)に支持体との線膨張係数の差で剥がれることがなく、また、第１の被覆部が支持体と第２の被覆部との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
【００３６】
これにより、この発明の半導体装置によれば、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の半導体装置の第１実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図２】この発明の半導体装置の第３実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図３】この発明の半導体装置の第４実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図４】この発明の半導体装置の第５実施形態であるＳｉＣ ＧＴＯサイリスタを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図５】上記第３実施形態の変形例を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図７】参考例のＧＴＯサイリスタ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、この発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。
【００３９】
(第１の実施の形態)
図１は、この発明の半導体装置の第１実施形態の断面図である。この第１実施形態の半導体装置は、耐圧５ｋＶのＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１を有し、このＳｉＣ サイリスタ素子１を銅製の支持体３の上面３Ａに載置している。
【００４０】
このＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１のアノード電極２はアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線７によりアノード端子１０の上端に接続されている。また、ＧＴＯサイリスタ素子１のゲート電極６は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線８によりゲート端子１１の上端に接続されている。このリード線７,８と、アノード端子１０およびゲート端子１１は電気接続部である。
【００４１】
また、上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１のカソード電極４はカソード端子であるパッケージの銅製の支持体３に金シリコン,金スズ,金ゲルマニウムのような金系半田やその他の高温用半田を用いて電気的接続を保って取り付けられている。アノード端子１０およびゲート端子１１はそれぞれ絶縁材１４,１９で支持体３との間の絶縁を保ちつつ支持体３を貫通して固定されている。
【００４２】
上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１の全表面、およびリード線７,８とＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１との接続部近傍、および支持体３の上面３Ａの大部分と、支持体３の上面３Ａから突出したアノード端子１０,ゲート端子１１を覆うように、第１の被覆部である被覆部１５となる第１の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。
【００４３】
この第１の被覆部１５として使用される第１の珪素含有硬化性組成物は、次に説明する合成工程１から合成工程５によって合成した。なお、この合成工程１〜５において「部」とは重量部を表す。上記第１の珪素含有硬化性組成物を２５０℃にて３時間硬化反応させることにより第１の被覆部１５が得られる。
【００４４】
さらに、この実施形態では、上記第１の被覆部１５の全表面１５Ａを覆うが第１の被覆部１５から露出した支持体３の部分３Ｂは覆わず支持体３に接しないように、第２の被覆部１６となる第２の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。この第２の被覆部１６として使用される第２の珪素含有硬化性組成物は上記第１の珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合している。この第２の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第１の被覆部１６が得られる。また、上記硬化後の第２の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１５０ｐｐｍ/℃である。
【００４５】
〔合成工程１〕 ジクロロジメチルシラン９０部とジクロロジフェニルシラン９部とを混合し、１００部のイオン交換水、５０部のトルエン及び４５０部の４８％水酸化ナトリウム水溶液の混合物中に滴下し、１０５℃で５時間重合させた。得られた反応溶液を５００部のイオン交換水で水洗した後、このトルエン溶液を脱水し、ピリジンを２０部加え、これにさらにジメチルクロロシラン２０部を加えて７０℃で３０分間攪拌した。その後、１００部のイオン交換水で水洗した後、１５０℃で溶媒を減圧留去した。次に１００部のアセトニトリルで洗浄し、その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、鎖状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）を得た。鎖状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）のＧＰＣによる分子量はＭｗ＝２０，０００であった。
【００４６】
〔合成工程２〕上記合成工程１で得られた非環状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）１００部をトルエン２００部に溶かし、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００３部、及び不飽和結合を有する環状ポリシロキサン化合物である１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラビニルシクロテトラシロキサン１０部を加え、１０５℃で２時間反応させた。７０℃で溶媒を減圧留去した後にアセトニトリル１００部で洗浄した。その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）を得た。珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）は、前記一般式（１）に該当する化合物であり、ＧＰＣによる分析の結果、Ｍｗ＝２２，０００であった。
【００４７】
〔合成工程３〕 ジクロロジメチルシラン９０部とジクロロジフェニルシラン９部とを混合し、１００部のイオン交換水、５０部のトルエン及び４５０部の４８％水酸化ナトリウム水溶液の混合物中に滴下し、１０５℃で５時間重合させた。得られた反応溶液を５００部のイオン交換水で水洗した後に、このトルエン溶液を脱水し、ピリジンを２０部加え、これにさらにジメチルビニルクロロシラン２０部を加えて７０℃で３０分間攪拌した。その後、１００部のイオン交換水で水洗した後、１５０℃で溶媒を減圧留去した。次に１００部のアセトニトリルで洗浄し、その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、不飽和結合を有する鎖状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）を得た。不飽和結合を有する鎖状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）のＧＰＣによる分子量はＭｗ＝２０，０００であった。
【００４８】
〔合成工程４〕上記合成工程１で得られた不飽和結合を有する非環状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）１００部をトルエン２００部に溶かし、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００３部、及び環状ポリシロキサン化合物である１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン１０部を加え、１０５℃で２時間反応させた。７０℃で溶媒を減圧留去した後にアセトニトリル１００部で洗浄した。その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）を得た。珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）は、前記一般式（２）に相当する化合物であり、ＧＰＣによる分子量は、Ｍｗ＝２２，０００であった。
【００４９】
〔合成工程５〕（Ａ）成分として上記合成工程２で得られた珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）５０部と（Ｂ）成分として上記合成工程４で得られた珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）５０部とを混合したものに、（Ｄ）成分として白金系触媒である白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００５部を混合して、上記第一の珪素含有硬化性組成物を得た。
【００５０】
この実施形態によれば、第２の被覆部１６となる第２の珪素含有硬化性組成物は上記第１の珪素含有硬化性組成物にセラミックスとしての粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合している。そして、この第２の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第２の被覆部１６とした。上記硬化後の第２の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１５０ｐｐｍ/℃である。この実施形態によれば、上記第２の被覆部１６は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、この第２の被覆部１６は支持体３に接しないので、高温時(例えば２００℃以上)に支持体３との線膨張係数の差で剥がれることがなく、また、第１の被覆部１５が支持体３と第２の被覆部１６との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
【００５１】
なお、上記第１,第２の珪素含有硬化性組成物が含有する上記珪素含有重合体(Ａ),(Ｂ)としては、次に示す組成のものを採用できる。
【００５２】
珪素含有重合体(Ａ)成分：下記（Ａ）成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
（式中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
【００５３】
珪素含有重合体(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
（式中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、
ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
【００５４】
また、上記第２の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物が含有するセラミックス粒子の粒径は１〜５０μｍが好ましく、５〜２５μｍがより好ましい。また、上記第２の珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックス粒子の体積充填率は４０〜７０％であるのが好ましく、５０〜６０％がより好ましい。これにより、上記第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０〜２００ｐｐｍ/℃、より好ましくは１００〜１５０ｐｐｍ/℃にすることができる。なお、上記第２の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０ｐｐｍ/℃より小さくすると、第１の被覆部１５との密着性が悪くなり、絶縁材として作用しなくなる。一方、上記第２の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を２００ｐｐｍ/℃より大きくすると、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られない。
【００５５】
また、上記第２の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物は絶縁性セラミックス微粒子を含有することで、上記第２の珪素含有硬化性組成物のガスバリア性が向上する。すなわち、上記第２の珪素含有硬化性組成物は酸化劣化しにくくなる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
次に、この発明の半導体装置の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、前述の第１実施形態における第１の被覆部１５および第２の被覆部１６を形成する珪素含有硬化性組成物の組成が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を説明する。
【００５７】
この第２実施形態では、第１の被覆部１５を前述の第１の珪素含有硬化性組成物に替えて第３の珪素含有硬化性組成物で形成した。この第３の有硬化性祖成物は次に説明する合成工程６によって合成した。なお、この合成工程６において「部」とは重量部を表す。上記第３の珪素含有硬化性組成物を２５０℃にて３時間硬化反応させることにより第１の被覆部１５が得られる。
【００５８】
さらに、この第２実施形態では、第１の被覆部１５の全表面１５Ａを覆うが第１の被覆部１５から露出した支持体３の部分３Ｂは覆わず接しないように、第２の被覆部１６となる第４の珪素含有硬化性組成物を塗布する。この第２の被覆部１６として使用される第４の珪素含有硬化性組成物は上記第３の珪素含有硬化性組成物にセラミックス粒子として粒径２０μｍのアルミナ微粒子を４０％の体積充填率で配合している。この第４の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第２の被覆部１６が得られる。また、上記第４の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１８０ｐｐｍ/℃である。
【００５９】
〔合成工程６〕 （Ａ）成分として上記合成工程２で得られた珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）５０部と（Ｂ）成分として上記合成工程４で得られた珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）５０部とを混合したものに、（Ｄ）成分として白金系触媒である白金−カルボニルビニルメチル錯体０．０１部、および鉄（ＩＩＩ）アセチルアセトネート０．０１部を混合して、上記第３の珪素含有硬化性組成物を得た。
【００６０】
この第２実施形態によれば、第２の被覆部１６となる第４の珪素含有硬化性組成物は上記第３の珪素含有硬化性組成物にセラミックスとしての粒径２０μｍのアルミナ微粒子を４０％の体積充填率で配合している。そして、この第４の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第２の被覆部１６とした。上記硬化後の第４の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１８０ｐｐｍ/℃である。この第２実施形態によれば、上記第２の被覆部１６は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、この第２の被覆部１６は支持体３に接しないので、高温時(例えば２００℃以上)に支持体３との線膨張係数の差で剥がれることがなく、また、第１の被覆部１５が支持体３と第２の被覆部１６との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。
【００６１】
尚、上記第１,第２実施形態において、上記第１の被覆部１５に表面が被覆されていると共に上記ＧＴＯサイリスタ素子１を直接被覆する下塗り部となる第３の被覆部(図示せず)と、上記第２の被覆部１６に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部１５を直接被覆する下塗り部となる第４の被覆部(図示せず)とを備えてもよい。ここで、上記第３の被覆部(図示せず)および第４の被覆部(図示せず)を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｄ）成分および（Ｆ）成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。そして、上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部１５,１６を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。つまり、上記第３,第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分は、上記(Ｆ)成分以外は、上記第１の被覆部１５を作製する珪素含有硬化性組成物の成分と同様である。これにより、下塗り部となる上記第３,第４の被覆部(図示せず)の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部１５,１６の粘度と接着力に比べて高くすることができる。なお、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を略零％とすることがより好ましい。
【００６２】
また、上記第１の被覆部１５の厚さを０.１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下とし、上記第２の被覆部１６の厚さを５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下とし、上記第３および第４の被覆部の厚さを０.０１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、上記実施形態では、支持体３を銅製としたが、銅の他にアルミニウムのような金属、または、Ａｌ‐ＳｉＣのような金属と半導体の複合材料、または、銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製してもよい。また、上記支持体の表面を金またはニッケル等でメッキしてもよい。
【００６３】
(第３の実施の形態)
次に、図２に、この発明の半導体装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、図１のＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子１に替えてＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子２１を有する点と、支持体３に替えて、銅,アルミニウムのような金属材料もしくはＡｌ‐ＳｉＣのような複合材料もしくは銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製された支持体２３および上記支持体２３上に設置されてＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子２１が載置されたセラミック絶縁基板２５を有する点が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００６４】
この第３実施形態が有するＧＴＯサイリスタ素子２１は、アノード電極２２がアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線７によりアノード端子１０の上端に接続され、カソード電極２７がセラミック絶縁基板２５上に配置されている。また、ＧＴＯサイリスタ素子２１のゲート電極２６は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線８によりゲート端子１１の上端に接続されている。すなわち、この第３実施形態は、ＧＴＯサイリスタ素子２１がカソード電極２７を有し、支持体３に替えてセラミック絶縁基板２５と支持体２３を備え、ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子２１の下にセラミック絶縁基板２５を敷いてＧＴＯサイリスタ素子２１のカソード電極２７を支持体２３と絶縁した構造とした点が、先述の第１実施形態と異なっている。また、この第３実施形態では、第１の被覆部１５が支持体２３の表面２３Ａの端部２３Ｂまで覆っている。
【００６５】
尚、この第３実施形態において、図５に示すように、上記第１の被覆部１５に表面３１Ａが被覆されていると共に上記ＧＴＯサイリスタ素子２１を直接被覆する第３の被覆部３１と、上記第２の被覆部１６に表面３２Ａが被覆されていると共に上記第１の被覆部１５を直接被覆する第４の被覆部３２とを備えてもよい。上記第３の被覆部３１は、素子被覆(第１の被覆部１５)の下塗りとなり、上記第４の被覆部３２は、モールド(第２の被覆部１６)の下塗りとなる。
【００６６】
ここで、上記第３の被覆部３１および第４の被覆部３２を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｄ）成分および（Ｆ）成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。そして、上記第３および第４の被覆部３１,３２を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部１５,１６を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。つまり、上記第３,第４の被覆部３１,３２を作製する珪素含有硬化性組成物の成分は、上記(Ｆ)成分以外は、上記第１の被覆部１５を作製する珪素含有硬化性組成物の成分と同様である。これにより、上記第３,第４の被覆部３１,３２の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部１５,１６の粘度と接着力に比べて高くすることができる。また、上記第３,第４の被覆部３１,３２の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部３１,３２の(Ｆ)成分の含有重量％を約０％とすることがより好ましい。
【００６７】
また、上記第１の被覆部１５の厚さを０.１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下とし、上記第２の被覆部１６の厚さを５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下とし、上記第３,第４の被覆部３１,３２の厚さを０.０１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、図５では、第３の被覆部３１は、ＧＴＯサイリスタ素子２１とその周辺部だけを覆っているが、第３の被覆部３１を支持体２３の端まで広く塗って第１の被覆部１５の端まで延在させてもよい。尚、上記セラミック絶縁基板２５は、一例として酸化アルミニウム,窒化アルミニウム,窒化ケイ素等で作製される。また、支持体２３の表面に金またはニッケル等によるメッキを施してもよい。
【００６８】
(第４の実施の形態)
次に、図３に、この発明の半導体装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、耐圧５ｋＶのＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子４１を有し、このＳｉＣ サイリスタ素子４１は、カソード電極４９がセラミック絶縁基板４２の上面４２Ａに配置されるように載置されている。このセラミック絶縁基板４２は支持体４３上に配置されている。このセラミック絶縁基板４２は、一例として酸化アルミニウム,窒化アルミニウム,窒化ケイ素等で作製される。また、上記支持体４３は、銅,アルミニウムのような金属材料もしくはＡｌ‐ＳｉＣのような複合材料もしくは銅とモリブデン等の異種金属の積層構造材料で作製されている。また、支持体４３の表面に金またはニッケル等によるメッキを施してもよい。
【００６９】
このＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子４１のアノード電極４５はアルミニウム,金,銅等で作製されるリード線４６により電極４７に接続されている。また、ＧＴＯサイリスタ素子４１のゲート電極４４は、アルミニウム,金,銅等で作製されるリード線４８により電極５０に接続されている。また、上記電極５０には電極５０上に延在するゲート端子５１が接続され、上記電極４７には電極４７上に延在するアノード端子５２が接続されている。
【００７０】
そして、上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子４１の全表面、およびリード線４６,４８と電極４７,５０、および電極４７,５０上の端子５１,５２の一部分を覆うように、第１の被覆部である被覆部５３となる第１の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。ここで、この第１の被覆部５３として使用される第１の珪素含有硬化性組成物は、先述の第１実施形態の第１の被覆部１５として使用される第１の珪素含有硬化性組成物と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００７１】
また、この実施形態では、上記第１の被覆部５３の全表面５３Ａを覆うと共に上記セラミック絶縁基板４２,支持体４３に接しない第２の被覆部５４となる第２の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。この第２の被覆部５４として使用される第２の珪素含有硬化性組成物は、先述の第１実施形態の第２の被覆部１６として使用される第２の珪素含有硬化性組成物と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００７２】
この実施形態によれば、高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第１の被覆部５３でもって、ＧＴＯサイリスタ素子４１を絶縁できる。また、上記第２の被覆部５４は、上記第１の被覆部５３の表面を被覆するが上記セラミック絶縁基板４２,支持体４３に接しないので、セラミック製の絶縁基板４２との線膨張係数の差がかなりある第２の被覆部５４が高温時(例えば２００℃以上)に絶縁基板４２から剥がれることがない。また、第１の被覆部５３がセラミック製の絶縁基板４２と第２の被覆部５４との間で緩衝材として働き、高温時の応力を低減できる。これにより、この実施形態によれば、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共にＧＴＯサイリスタ素子４１の被覆部５３とＧＴＯサイリスタ素子４１の支持体をなすセラミック製の絶縁基板４２との密着性を向上でき、高温での使用を可能にできる。
【００７３】
(第５の実施の形態)
次に、図４に、この発明の半導体装置の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、次の(1)、(2)の点だけが、前述の第４実施形態と異なる。よって、この第５実施形態では、前述の第４実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、前述の第４実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００７４】
(1) セラミック絶縁基板４２の縁部４２Ａから上方へ延在するセラミック製、金属製もしくは樹脂製等の機械的強度を有する枠６１を備えた点。
(2) 第１の被覆部５３と第２の被覆部５４に替えて、第１の被覆部６３と第２の被覆部６４を備えた点。
【００７５】
この第５実施形態では、第１の被覆部６３は、上記ＳｉＣ ＧＴＯサイリスタ素子４１の全表面、およびリード線４６,４８と電極４７,５０、および電極４７,５０上の端子５１,５２の一部分を覆う点は、前述の第１の被覆部５３と同様である。一方、この第５実施形態の第１の被覆部６３は、その側面６３Ｂがセラミック絶縁基板４２の上面から略真上に延在していて、枠６１の内壁６１Ａに密接している点で、前述の第１の被覆部５３と相違している。この枠６１は、セラミック絶縁基板４２の縁部４２Ａから上方へ延在している。
【００７６】
また、この第５実施形態では、上記第２の被覆部６４は、上記第１の被覆部６３の上面６３Ｃの全体を覆うが上記側面６３Ｂを覆わないと共に上記セラミック絶縁基板４２,支持体４３に接していない。また、この第２の被覆部６４の側面６４Ｂは、上記枠６１の内壁６１Ａに密接している。なお、上記第１,第２の被覆部６３,６４を作製する第１,第２の珪素含有硬化性組成物は、先述の第１,第２の被覆部５３,５４と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００７７】
この第５実施形態によれば、上記第１,第２の被覆部６３,６４の厚さを中央部から端部まで均一化できると共に端部が枠６１で保護されているので、特に端部での機械的強度を向上できる。
【００７８】
尚、上記第４,第５実施形態において、上記第１の被覆部５３,６３に表面が被覆されていると共に上記ＧＴＯサイリスタ素子４１を直接被覆する下塗り部となる第３の被覆部(図示せず)と、上記第２の被覆部５４,６４に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部５３,６３を直接被覆する下塗り部となる第４の被覆部(図示せず)とを備えてもよい。ここで、上記第３の被覆部(図示せず)および第４の被覆部(図示せず)を作製する珪素含有硬化性組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｄ）成分および（Ｆ）成分を含有する珪素含有硬化性組成物である。そして、上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第１および第２の被覆部５３,５４を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低い。つまり、上記第３,第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分は、上記(Ｆ)成分以外は、上記第１の被覆部５３を作製する珪素含有硬化性組成物の成分と同様である。これにより、下塗り部となる上記第３,第４の被覆部(図示せず)の粘度と接着力を、上記第１,第２の被覆部５３,５４の粘度と接着力に比べて高くすることができる。なお、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を、５％以下にすることが望ましい。また、上記第３,第４の被覆部の(Ｆ)成分の含有重量％を略零％とすることがより好ましい。
【００７９】
また、上記第１の被覆部５３,６３の厚さを０.１ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下とし、上記第２の被覆部５４,６４の厚さを０.１ｍｍ以上かつ８０ｍｍ以下とし、上記第３,第４の被覆部の厚さを０.０１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００８０】
尚、上記第１〜第５実施形態では、半導体素子としてＳｉＣによるＧＴＯサイリスタを備えたが、ｐｎダイオード素子等、ＳｉＣで作製された他の半導体素子を備えてもよく、ＧａＮもしくは他のワイドギャップ半導体で作製された半導体素子を備えてもよく、ワイドギャップ半導体以外の半導体で作製された半導体素子を備えてもよい。また、上記第１,第２実施形態では、支持体３に１つの半導体素子を載置したが、２つの半導体素子もしくは３つ以上の半導体素子を載置してもよい。また、上記第１,第２実施形態では、第２の被覆部１６が第１の被覆部１５の表面１５Ａの全体を被覆したが、第１の被覆部１５の表面１５Ａの外縁部が上記第２の被覆部１６から露出していてもよい。また、上記第１,第２実施形態では、支持体３を銅製としたが、アルミニウム等の他の金属製としてもよく、Ａl‐ＳｉＣのような複合放熱材料としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
この発明は、高耐電圧かつ高耐熱のワイドギャップ半導体装置に利用可能であり、一例として耐熱性が高い高耐電圧パワー半導体装置として有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１,２１,４１ ＧＴＯサイリスタ素子
３ 支持体
３Ａ 上面
３Ｂ 部分
７,８,４６,４８ リード線
１０,１１,５２ アノード端子
１４,１９ 絶縁材
１５,５３,６３ 第１の被覆部
１６,５４,６４ 第２の被覆部
２３,４３ 支持体
２５,４２ セラミック絶縁基板
３１ 第３の被覆部
３２ 第４の被覆部
４７,５０ 電極
５１ ゲート端子
６１ 枠
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
上記半導体素子が載置される支持体と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する珪素含有硬化性組成物で作製された第１の被覆部と、
上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接しない珪素含有硬化性組成物で作製された第２の被覆部とを備え、
上記第１の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｄ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および (Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部は、上記珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が５０〜２００ｐｐｍ/℃であることを特徴としている。
(Ａ)成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
（上式(１)中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
（上式(２)中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記第１の被覆部は、上記(Ｆ)成分を含有し、
さらに、上記第１の被覆部に表面が被覆されていると共に上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部と、
上記第２の被覆部に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部とを備え、
上記第３の被覆部および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
上記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および(Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
上記半導体素子と上記支持体との間に配置されたセラミック絶縁基板を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記支持体は、金属、または、金属と半導体の複合材料、または、異種金属の積層構造材料で作製されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
上記支持体の表面がメッキされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記支持体上に配置されていると共に上記第１および第２の被覆部の側面を覆う枠を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記半導体素子が、ワイドギヤップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
半導体素子と、
上記半導体素子が載置される支持体と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子および上記半導体素子が載置される上記支持体の上面を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する珪素含有硬化性組成物で作製された第１の被覆部と、
上記第１の被覆部の表面を被覆すると共に上記支持体に接しない珪素含有硬化性組成物で作製された第２の被覆部とを備え、
上記第１の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｄ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および (Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第２の被覆部は、上記珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が５０〜２００ｐｐｍ/℃であることを特徴としている。
(Ａ)成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
（上式(１)中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
（上式(２)中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記第１の被覆部は、上記(Ｆ)成分を含有し、
さらに、上記第１の被覆部に表面が被覆されていると共に上記半導体素子を直接被覆する第３の被覆部と、
上記第２の被覆部に表面が被覆されていると共に上記第１の被覆部を直接被覆する第４の被覆部とを備え、
上記第３の被覆部および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物は、
上記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分および(Ｆ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記第３および第４の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％が上記第２の被覆部を作製する珪素含有硬化性組成物の成分の内の上記(Ｆ)成分の含有重量％よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
上記半導体素子と上記支持体との間に配置されたセラミック絶縁基板を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記支持体は、金属、または、金属と半導体の複合材料、または、異種金属の積層構造材料で作製されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
上記支持体の表面がメッキされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記支持体上に配置されていると共に上記第１および第２の被覆部の側面を覆う枠を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の半導体装置において、
上記半導体素子が、ワイドギヤップ半導体で作製されたワイドギヤップ半導体素子であることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−６３６８８（Ｐ２０１１−６３６８８Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４５５６（Ｐ２００９−２１４５５６）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（００００００３８７）株式会社ＡＤＥＫＡ (987)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（００００００３８７）株式会社ＡＤＥＫＡ (987)
【Ｆターム（参考）】
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