半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体元件的密封材料，特别设及使用SiC(碳化娃）、GaN(氮化嫁） 的半导体装置。
【背景技术】
[0002] W往，在使用一般所使用的Si(娃）半导体元件的半导体装置中，利用环氧树脂、 硅胶来进行密封，W确保绝缘性。另一方面，由于SiC、GaN与Si相比具有优异的电气特 性，因此，近年来面向实用化的研究开发正逐步推进，将来，设想将半导体元件由Si替换成 SiC、GaN。由SiC、GaN所构成的半导体元件与Si半导体元件相比，在高溫下的动作特性较 为优异。特别是SiC据说甚至能在至300°C为止的溫度下动作。
[0003] 在将SiC用于半导体元件的情况下，能提高半导体元件的电流密度，但若将半导 体元件设为高电流密度，则发热量会增大，半导体元件的溫度会成为高溫。因此，出现了提 高所使用的密封材料的耐热性能的需要。在将现有技术中的一般硅胶用作为密封材料的情 况下，在175°cW上的高溫、氧气气氛下，有时硅胶会因发生氧化劣化而产生裂纹。另外，在 将一般的环氧树脂用作为密封材料的情况也相同，有时会出现树脂发生氧化劣化而产生裂 纹等的问题。此外，W下就在存在氧气的状态下的热劣化的意义来说，也将如上所示在高 溫、氧气气氛下所发生的劣化称为"热氧化劣化"。
[0004] 在半导体元件的密封中，已知有如下技术：即，从耐湿性的观点来看，使用第一树 脂和第二树脂，来对半导体元件进行双重覆盖（参照专利文献1)。另外，在功率半导体模 块的制造中，已知有如下技术：即，从防止与半导体元件相邻的焊料层产生热疲劳的观点来 看，用第一密封材料层和第二密封材料层来对半导体元件进行覆盖（参照专利文献2)。 阳〇化]然而，无论是哪种技术，都不是能在SiC、GaN运样的致力于高溫动作的半导体元 件中即使在例如175°C运样的高溫下也能保持密封特性的技术。 现有技术文献 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本专利特开平5-13623号公报 专利文献2 :日本专利特开2010-219420号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0007] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可靠性及耐久性较高的半导体装 置，所述半导体装置与使用SiC、GaN元件的半导体装置相对应，即使半导体元件的动作溫 度是例如175°CW上的高溫，密封树脂也不容易发生热氧化劣化，能防止裂纹的产生。 解决技术问题所采用的技术手段
[0008] 本发明是为了解决上述问题而完成的。目P，根据本发明的一个实施方式，半导体装 置包括用密封材料对包含绝缘基板和印刷基板的构件进行密封而形成的成形体，所述绝缘 基板与所述半导体元件的一个面相接合，所述印刷基板用于连接与所述半导体元件的另一 个面相接合的外部电路，所述密封材料包含：包含环氧树脂主剂、固化剂及平均粒径为1~ IOOnm的无机填充材料而构成的纳米复合树脂即第一密封材料；W及由热固性树脂、热塑 性树脂或两者的混合物所构成的第二密封材料。
[0009] 在所述半导体装置中，优选为所述第一密封材料构成第一密封层，所述第一密封 层对所述半导体元件进行覆盖并设置于接近所述半导体元件的区域，所述第二密封材料构 成第二密封层，所述第二密封层对所述第一密封层进行覆盖并形成所述成形体的外表面。 另外，特别优选为所述第一密封层至少对在所述半导体元件动作时与所述半导体元件 的最大动作溫度相差25°c W内的区域进行密封。
[0010] 在所述半导体装置中，优选为所述第二密封材料构成第一密封层，所述第一密封 层对所述半导体元件、所述绝缘基板及所述印刷基板进行覆盖，所述第一密封材料构成第 二密封层，所述第二密封层对所述第一密封层进行覆盖，并且面朝所述成形体的外表面的 至少一部分，W至少300ym的厚度来进行设置。 另外，特别优选为所述第二密封层的厚度在3mmW下。
[0011] 在所述半导体装置中优选为所述第一密封材料构成第一密封层，所述第一密封层 对所述半导体元件进行覆盖并设置于接近所述半导体元件的区域，所述第二密封材料构成 第二密封层，所述第二密封层对所述第一密封材料进行覆盖，所述第一密封材料构成第= 密封层，所述第=密封层进一步对所述第二密封层进行覆盖，并且面朝所述成形体的外表 面的至少一部分，W至少300ym的厚度来进行设置。 另外，特别优选为所述第一密封层至少对在所述半导体元件动作时与所述半导体元件 的最大动作溫度相差25°CW内的区域进行密封，所述第=密封层的厚度在3mmW下。
[0012] 在所述半导体装置中，优选为所述无机填充材料包含烙融二氧化娃和粉碎二氧化 娃中的至少一种。
[0013] 在所述半导体装置中，优选为在所述纳米复合树脂中含有0. 1质量％~25质量％ 的量的所述无机填充材料。
[0014] 在所述半导体装置中，优选为所述半导体元件是SiC半导体元件。 发明效果
[0015] 根据本发明所设及的半导体装置，使用纳米复合树脂作为密封材料的一种，从而 能对半导体装置的内部结构体即半导体元件等进行保护。特别是能抑制半导体装置的密封 部上的长期热氧化劣化的进展，抑制裂纹，提高半导体装置的可靠性。其结果是，即使在使 用了SiC、GaN运样的宽间隙半导体元件的半导体装置中也能较好地适用。
【附图说明】
[0016] 图1是表示本发明的实施方式1所设及的半导体模块成形结构体的剖面结构的概 念图。 图2是表示本发明的实施方式2所设及的半导体模块成形结构体的剖面结构的概念 图。 图3是表示本发明的实施方式3所设及的半导体模块成形结构体的剖面结构的概念 图。
【具体实施方式】
[0017] 下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明并不限定于W下说明 的实施方式。 阳〇1引[实施方式U 在本发明中，根据实施方式1，半导体装置包括用密封材料对包含半导体元件、绝缘基 板和印刷基板的构件进行密封而形成的成形体，所述绝缘基板与所述半导体元件的一个面 相接合，所述印刷基板用于连接与所述半导体元件的另一个面相接合的外部电路，该半导 体装置包括两层密封结构的密封部，该密封部中，包含环氧树脂主剂、固化剂及平均粒径为 1~IOOnm的无机填充材料而构成的纳米复合树脂即第一密封材料构成第一密封层，所述 第一密封层对所述半导体元件进行覆盖并设置于接近所述半导体元件的区域，由热固性树 月旨、热塑性树脂或两者的混合物所构成的第二密封材料构成第二密封层，所述第二密封层 对所述第一密封材料进行覆盖并形成所述成形体的外表面。
[0019] 图1是表示实施方式1所设及的半导体装置的一个示例即半导体模块成形结构体 100的剖面结构的图。在半导体模块成形结构体100中，绝缘层1的一个面即下表面上配置 有大致长方体状的第一铜块2,在另一个面即上表面上配置有大致长方体状的第二铜块3， 从而构成绝缘基板4。在绝缘基板4的第二铜块3 -侧的面即上表面上，隔着导电接合层 曰5搭载并安装有多个SiC功率半导体元件6。此外，在SiC功率半导体元件6的上表面上， 通过导电接合层b7安装有包括植入引脚8的植入式印刷基板9。在植入式印刷基板9的上 表面和第二铜块3的上表面上，分别安装有外部连接端子10,构成为能与半导体模块成形 结构体100的外部进行电连接。SiC功率半导体元件6的周围被由纳米复合树脂13构成的 第一密封层所密封。此外，其周围被由树脂11所构成的第二密封层所密封而成为成形体， 从而构成半导体模块成形结构体100。另外，由树脂11构成的第二密封层上埋入有安装金 属零件12,该安装金属零件12是用于将半导体模块成形结构体100安装于未图示的冷却器 的螺栓的插入孔。此外，在本说明书中，为了方便说明，所谓上表面、下表面是指向图中上下 的相对性术语，并非用与半导体装置的使用方式等的关系来对上下进行限定。
[0020] 在本实施方式的半导体模块成形结构体100中，利用第一密封材料即纳米复合树 脂13、W及第二密封材料即热固性树脂或热塑性树脂11运两种树脂来对树脂密封部进行 密封。然后，纳米复合树脂13构成第一密封层，所述第一密封层直接对半导体元件6进行 覆盖，并设于所述半导体元件6的附近。
[0021] 纳米复合树脂13构成为至少包含环氧树脂主剂、固化剂及纳米尺寸的无机填充 剂，是固化后的玻璃化溫度为半导体元件6的最大动作溫度W上、优选为固化后的玻璃化 溫度为200°CW上的树脂。
[0022] 作为环氧树脂主剂，优选使用脂环族类环氧树脂，但并不局限于此。
[0023] 固化剂使用酸酢类固化剂。作为酸酢类固化剂的具体例，可W举出甲基四氨邻苯 二甲酸酢、四氨邻苯二甲酸酢、甲基纳迪克酸酢、六氨化邻苯二甲酸酢、甲基六氨化邻苯二 甲酸酢、W及它们的异构体、变体，但并不局限于此。另外，酸酢类固化剂能单独使