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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024179132
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/56 20060101AFI20241219BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20241219BHJP
H01L 23/28 20060101ALI20241219BHJP
H01L 23/29 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
H01L21/56 T
H01L25/04 C
H01L23/28 C
H01L23/30 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023097720
(22)【出願日】2023-06-14
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104190
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 昭徳
(72)【発明者】
【氏名】河村 一磨
【テーマコード（参考）】
4M109
5F061
【Ｆターム（参考）】
4M109AA01
4M109BA03
4M109CA21
4M109DB16
4M109EA02
4M109EB02
4M109EB04
4M109EB12
5F061AA01
5F061BA03
5F061CA21
5F061DA02
5F061DA06
(57)【要約】
【課題】トランスファー成型におけるボイド発生を低減することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置５０は、半導体チップ１が据え付けられた積層基板５と、半導体チップ１間および半導体チップ１と外部出力端子１２と間の配線が設けられた回路基板９と、積層基板５と回路基板９を封止した封止樹脂１０と、を備える。回路基板９には、積層基板５側と反対側に流速制御ピン１４が設けられている。
【選択図】図１
【解決手段】半導体装置５０は、半導体チップ１が据え付けられた積層基板５と、半導体チップ１間および半導体チップ１と外部出力端子１２と間の配線が設けられた回路基板９と、積層基板５と回路基板９を封止した封止樹脂１０と、を備える。回路基板９には、積層基板５側と反対側に流速制御ピン１４が設けられている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体チップが据え付けられた積層基板と、
前記半導体チップ間および前記半導体チップと外部出力端子と間の配線が設けられた回路基板と、
前記積層基板と前記回路基板を封止した封止樹脂と、
を備え、
前記回路基板には、前記積層基板側と反対側に流速制御ピンが設けられていることを特徴とする半導体装置。
前記半導体チップ間および前記半導体チップと外部出力端子と間の配線が設けられた回路基板と、
前記積層基板と前記回路基板を封止した封止樹脂と、
を備え、
前記回路基板には、前記積層基板側と反対側に流速制御ピンが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記流速制御ピンは、前記回路基板の端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記流速制御ピンは、前記回路基板の端部および前記端部の中間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記流速制御ピンの材質は、前記封止樹脂より低弾性率の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項5】
モールド金型を用いてトランスファー成形を行う半導体装置の製造方法において、
半導体チップが据え付けられた積層基板と、前記半導体チップ間および前記半導体チップと外部出力端子との配線が設けられた回路基板を有するモジュールを形成する第１工程と、
前記モジュールを前記モールド金型に取り付ける第２工程と、
前記モールド金型の注入ゲートから封止樹脂を注入する第３工程と、
を含み、
前記回路基板には、前記積層基板側と反対側に、前記封止樹脂の流動方向と垂直に並べた流速制御ピンが配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体チップが据え付けられた積層基板と、前記半導体チップ間および前記半導体チップと外部出力端子との配線が設けられた回路基板を有するモジュールを形成する第１工程と、
前記モジュールを前記モールド金型に取り付ける第２工程と、
前記モールド金型の注入ゲートから封止樹脂を注入する第３工程と、
を含み、
前記回路基板には、前記積層基板側と反対側に、前記封止樹脂の流動方向と垂直に並べた流速制御ピンが配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記流速制御ピンは、前記回路基板の前記注入ゲート側の端部に配置されてい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。
【請求項7】
前記流速制御ピンは、前記回路基板の前記注入ゲート側の端部および前記ゲート側と反対側の端部に配置されてい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。
【請求項8】
前記流速制御ピンは、前記回路基板の前記注入ゲート側の端部、前記ゲート側と反対側の端部および前記端部の中間に配置されてい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。
【請求項9】
前記回路基板の表面から前記モールド金型の表面までの距離をＬ、
前記封止樹脂の流動方向に対して垂直方向の前記モールド金型の幅をＷ、
前記流速制御ピンの本数をｎ、
前記封止樹脂の流動方向に射影したときの前記流速制御ピンの幅をｄ、
前記流速制御ピンの高さをｈ、
としたとき、前記封止樹脂の流路の断面積ＬＷに対して前記流速制御ピンにより流動が遮られる射影密度ｎｄｈ／ＬＷは、１０％以上４８％未満であ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。
前記封止樹脂の流動方向に対して垂直方向の前記モールド金型の幅をＷ、
前記流速制御ピンの本数をｎ、
前記封止樹脂の流動方向に射影したときの前記流速制御ピンの幅をｄ、
前記流速制御ピンの高さをｈ、
としたとき、前記封止樹脂の流路の断面積ＬＷに対して前記流速制御ピンにより流動が遮られる射影密度ｎｄｈ／ＬＷは、１０％以上４８％未満であ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。
【請求項10】
前記流速制御ピンの材質は、前記封止樹脂より低弾性率の樹脂であ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。
【請求項11】
前記流速制御ピンの断面形状は、長軸が前記封止樹脂の流動方向側にある楕円であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、２つの流路の内、流路断面積の大きい第１流路に上下動可能な流圧調整部材を設けた半導体装置が公知である（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平７－７４１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の半導体装置では、半導体素子をトランスファー成型により封止する際、樹脂の流動面同士が合流する地点で、空気の巻き込みによる気泡(ボイド)が発生し、半導体装置が不良になるという課題があった。この発明は、トランスファー成型におけるボイド発生を低減できる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体装置は、半導体チップが据え付けられた積層基板と、前記半導体チップ間および前記半導体チップと外部出力端子と間の配線が設けられた回路基板と、前記積層基板と前記回路基板を封止した封止樹脂と、を備える。前記回路基板には、前記積層基板側と反対側に流速制御ピンが設けられている。
【0006】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記流速制御ピンは、前記回路基板の端部に設けられていることを特徴とする。
【0007】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記流速制御ピンは、前記回路基板の端部および前記端部の中間に設けられていることを特徴とする。
【0008】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記流速制御ピンの材質は、前記封止樹脂より低弾性率の樹脂であることを特徴とする。
【0009】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。モールド金型を用いてトランスファー成形を行う半導体装置の製造方法であり、まず、半導体チップが据え付けられた積層基板と、前記半導体チップ間および前記半導体チップと外部出力端子との配線が設けられた回路基板を有するモジュールを形成する第１工程を行う。次に、前記モジュールを前記モールド金型に取り付ける第２工程を行う。次に、前記モールド金型の注入ゲートから封止樹脂を注入する第３工程を行う。前記回路基板には、前記積層基板側と反対側に、前記封止樹脂の流動方向と垂直に並べた流速制御ピンが配置されている。
【0010】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記流速制御ピンは、前記回路基板の前記注入ゲート側の端部に配置されていることを特徴とする。
【0011】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記流速制御ピンは、前記回路基板の前記注入ゲート側の端部および前記ゲート側と反対側の端部に配置されていることを特徴とする。
【0012】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記流速制御ピンは、前記回路基板の前記注入ゲート側の端部、前記ゲート側の端部と反対側および前記端部の中間に配置されていることを特徴とする。
【0013】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記回路基板の表面から前記モールド金型の表面までの距離をＬ、前記封止樹脂の流動方向に対して垂直方向の前記モールド金型の幅をＷ、前記流速制御ピンの本数をｎ、前記封止樹脂の流動方向に射影したときの前記流速制御ピンの幅をｄ、前記流速制御ピンの高さをｈ、としたとき、前記封止樹脂の流路の断面積ＬＷに対して前記流速制御ピンにより流動が遮られる射影密度ｎｄｈ／ＬＷは、１０％以上４８％未満であることを特徴とする。
【0014】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記流速制御ピンの材質は、前記封止樹脂より低弾性率の樹脂であることを特徴とする。
【0015】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記流速制御ピンの断面形状は、長軸が前記封止樹脂の流動方向側にある楕円であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、トランスファー成型におけるボイド発生を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。
【図2】実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す平面図で、回路基板側から見た図である。
【図3】実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す側面図である。
【図4】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その１）。
【図5】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その２）。
【図6】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その３）。
【図7】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その４）。
【図8】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その５）。
【図9】実施の形態２にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。
【図10】実施の形態２にかかる半導体装置の構造を示す平面図である。
【図11】実施の形態２にかかる半導体装置の製造における応力緩和を示す断面図である（その１）。
【図12】実施の形態２にかかる半導体装置の製造における応力緩和を示す断面図である（その２）。
【図13】実施例でのボイド評価方法を示す断面図である（その１）。
【図14】実施例でのボイド評価方法を示す断面図である（その２）。
【図15】実施例でのボイド評価方法を示す断面図である（その３）。
【図16】実施例での流速制御ピン裏ボイドの評価を示す断面図である。
【図17】実施例での締め付け試験の反り付き定盤を示す断面図である。
【図18】実施例での半導体装置の反りを示す断面図である。
【図19】実施例での半導体装置の締め付け試験を示す断面図である。
【図20】実施例での半導体装置の流速制御ピンの形状を示す断面図である。
【図21】従来の半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その１）。
【図22】従来の半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その２）。
【図23】従来の半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その３）。
【図24】従来の半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その４）。
【図25】従来の半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である（その５）。
【図26】従来の半導体装置における反りの発生を示す断面図である。
【図27】従来の半導体装置の製造における応力の発生を示す断面図である。
【図28】従来の半導体装置の製造における樹脂割れの発生を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。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。
【0019】
（実施の形態１）
最初に、従来の半導体装置の課題について説明する。従来の半導体装置は、積層基板１０５上に据え付けられた半導体チップ１０１やアルミワイヤ配線、リードフレーム配線等をトランスファー成型により封止樹脂１１０で封止する構造をとっている。特に近年、半導体装置の高実装密度化に伴い積層基板１０５の上部にもう一層回路基板１０９を設け一部の配線をそこへ移した積層構造モジュールが増えてきている。
最初に、従来の半導体装置の課題について説明する。従来の半導体装置は、積層基板１０５上に据え付けられた半導体チップ１０１やアルミワイヤ配線、リードフレーム配線等をトランスファー成型により封止樹脂１１０で封止する構造をとっている。特に近年、半導体装置の高実装密度化に伴い積層基板１０５の上部にもう一層回路基板１０９を設け一部の配線をそこへ移した積層構造モジュールが増えてきている。
【0020】
トランスファー成型は金型キャビティ１１８内に溶融させた液状の封止樹脂１１０を注入する工法である。図２１～図２５は、従来の半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である。まず、半導体チップ１０１を搭載した積層基板１０５上に回路基板１０９を設けたモジュールを作成する。図２１のように、金型キャビティ１１８内にモジュールを裏向きに設置する。封止樹脂１１０は、ゲート１２０からエアベント１２１の方向に流れる。エアベント１２１は金型キャビティ内の空気を逃すために設けられ、エアベント１２１の機能を生かすため、領域Ｓ１で封止樹脂１１０を合流させることが好ましい。
【0021】
次に、図２２および図２３のように、金型キャビティ１１８内に封止樹脂１１０が矢印方向に注入される。封止樹脂１１０は、高粘度流体であるため、絶縁基板１０５と回路基板１０９との間の峡部には、回路基板１０９と金型キャビティ１１８との間より少量しか流れないため、回路基板１０９の上下では流動の速度差が生じてしまう。このため、図２４のように、封止樹脂１１０の合流地点は、領域Ｓ１でなくなる場合が発生する。この場合、エアベント１２１から離れた領域Ｓ２で封止樹脂１１０が合流してしまい、エアベント１２１から空気を逃すことができず、ボイド１１５が発生してしまう。図２５のように、ボイド１１５が半導体チップ１０１の近傍で発生してしまうと、ボイド１１５により半導体装置が不良となるという課題がある。具体的には、強度や絶縁性などである。
【0022】
従来技術では、樹脂流速制御を行うことが困難で、特に、近年増加している積層構造モジュールの場合は、２枚の基板の間という峡部へ樹脂を流す必要があり、流速調整難易度が高いという課題があった。
【0023】
以下に上述の課題を解決する実施の形態１にかかる半導体装置を説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。図１に示す半導体装置５０は、パワー半導体モジュールを示す。半導体装置５０は、第１絶縁基板２に第１導電性板３と第２導電性板４とを積層した積層構造を持ち、パワー半導体チップ１を搭載した積層基板５と、第２絶縁基板６に第３導電性板７と第４導電性板８を積層した積層構造を持つ回路基板９と、を有し、パワー半導体チップ１は第１導電性板３上にはんだ１３で接合されている。なお、本明細書では、回路基板９は、パワー半導体チップ１の上方（図１では下方）に配置されているが、パワー半導体チップ１の下方の、積層基板５と反対側に配置されてもよい。また、図１はトランスファー成型後の金型から取り出した形態で、使用される場合は上下反転して、冷却器（不図示）、配線（不図示）等と接続される場合がある。また、本明細書においては、半導体装置５０やパワー半導体チップ１の上方とは図１では紙面上の下方を示し、半導体装置５０やパワー半導体チップ１の下方とは図１では紙面上の上方を示すこととする。
【0024】
第１導電性板３と第２導電性板４は、例えば銅（Ｃｕ）板であり、第１絶縁基板２はセラミック絶縁基板である。また、第３導電性板７と第４導電性板８は、例えば金属パターンであり、第２絶縁基板６はエポキシ基板である。回路基板９は、パワー半導体チップ１間およびパワー半導体チップ１と外部出力端子１２と間の配線が設けられている。回路基板９には、貫通孔が開いており、そこへ配線用のニッケル（Ｎｉ）／Ｃｕの配線ピン１１がピン端子挿入治具を用いて挿入され、配線ピン１１とパワー半導体チップ１とをはんだ１３で接合して配線される。これらは、封止樹脂１０、例えば、Ｔｇ（ガラス転移点）２００℃のエポキシ樹脂にて金型温度１７５℃でトランスファー封止されている。
【0025】
実施の形態１にかかる半導体装置５０は、積層基板５と回路基板９とを配線ピン１１で配線したピン構造に限らず、積層基板５と回路基板９との２層を有する構造であれば、以下に示す本発明の樹脂流路制御効果を得ることは可能である。例えば、積層基板５と回路基板９との電気的接続を配線ピン１１ではなくＣｕの板やブロックなどで配線するリードフレーム構造やワイヤ配線部材であってもよい。
【0026】
パワー半導体チップ１は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）あるいはダイオードチップ等のパワーチップであり、シリコン（Ｓｉ）デバイスであってもよく、炭化珪素（ＳｉＣ）デバイス、窒化ガリウム（ＧａＮ）デバイス、ダイヤモンドデバイス、酸化亜鉛（ＺｎＯ）デバイスなどのワイドギャップ半導体デバイスであってもよい。また、これらのデバイスを組み合わせて用いてもよい。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。パワー半導体チップ１の搭載数は、１つであってもよく、複数搭載することもできる。
【0027】
積層基板５は、第１絶縁基板２とその一方の主面に形成される第１導電性板３と、他方の主面に形成される第２導電性板４とから構成することができる。第１絶縁基板２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。第１絶縁基板２の材料としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＮなどが挙げられ、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂でもよい。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導電性板３、第２導電性板４としては、加工性に優れるＣｕ、Ａｌなどの金属材料を用いることができる。また、第１導電性板３、第２導電性板４は、防錆などの目的で、Ｎｉめっきなどの処理を行ったＣｕ、Ａｌであってもよい。第１絶縁基板２上に第１導電性板３、第２導電性板４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。また、パワー半導体チップ１は、第１導電性板３に、はんだ１３等の接合材により接合され、搭載される。
【0028】
トランスファー成型による封止樹脂１０は、熱硬化性樹脂と当該熱硬化性樹脂に含有されている無機物フィラーとを含んでいる。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂を含む群から選択される少なくとも１種を主成分とする。好ましくは、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂を主成分とする。また、無機物フィラーには、高絶縁で高熱伝導の無機物が用いられる。無機物は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素を含む群から選択される少なくとも１種を主成分とする。好ましくは、無機物フィラーは、酸化珪素を主成分とする。酸化珪素を用いることで、離型剤としても機能する。また、ハロゲン系、アンチモン系、水酸化金属系等の難燃剤を配合することなく、高い難燃性を保つことができる。無機物フィラーは、封止原料全体の７０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以下である。
【0029】
トランスファー成型による封止樹脂１０の溶融時せん断粘度は、例えば、１０～４０００Ｐａ・ｓ（せん断速度０．０６（１／ｓ））のものが利用され、１００～２０００Ｐａ・ｓ程度のものが好ましい。
【0030】
さらに、封止樹脂１０は、熱硬化性樹脂と無機物フィラー以外に任意選択的に硬化剤、硬化促進剤、添加剤を含んでもよい。硬化剤としては、熱硬化性樹脂主剤、好ましくはエポキシ樹脂主剤と反応し、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。
【0031】
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。添加剤としては、例えば、難燃剤、樹脂を着色するための顔料、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５０および封止樹脂１０に要求される仕様に応じて、当業者が適宜決定することができる。
【0032】
図２は、実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す平面図で、回路基板側から見た図である。実施の形態１では、図２に示すように、回路基板９の端部Ａ、端部Ｂに追加で開けた貫通孔に樹脂合流位置を調整するために流速制御ピン１４を設けている。流速制御ピン１４は、金型キャビティ１８のゲート２０が位置する面に対して最も近い位置にある回路基板９の辺Ｅ１付近で、積層基板５側と反対側の面上（端部Ａ）に複数設けられ、封止樹脂１０の流動方向（以下、樹脂流動方向と称する。）と垂直に並べて配置されている。また、辺Ｅ１と対向する位置にある辺（辺Ｅ２）の端部Ｂにも流速制御ピン１４を同様に配置してもよい。なお、本発明における流速制御ピン１４は半導体装置５０に直接搭載されているため、トランスファー成型後も半導体装置５０内に残り続ける。なお、図２等は流速制御ピン１４を示す概念図で、外部出力端子１２等の記載は省略する。
【0033】
また、流速制御ピン１４の素材には樹脂や金属が利用できる。特に、封止樹脂１０より低弾性率の流速制御ピン１４を用いた場合は、応力緩和効果による樹脂割れ破壊耐量の向上効果が得られる。高温の金型内に投入する必要があるため、樹脂の流速制御ピン１４を用いる場合はガラス転移により弾性率が低下して流速制御機能を失わないために、トランスファーモールド時の金型温度よりもガラス転移温度Ｔｇが１５℃以上高い樹脂を使用する必要がある。金属の流速制御ピン１４を用いる場合は、配線ピン１１と同じくＮｉ／Ｃｕピンを使用することができる。なお、流速制御ピン１４は、積層基板５と反対側の向きに、回路基板９にほぼ垂直に設けられる。言い換えれば回路基板９と金型キャビティ１８の底部（図４の下側の面）との間に設けられる。
【0034】
図３は、実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す側面図である。回路基板９の端部には端部Ａ、端部Ｂがあり、端部Ａとは、回路基板９のゲート２０側の端部であり、より具体的には、回路基板９のゲート２０側の辺Ｅ１を起点に回路基板９の長さの３０％の範囲内の領域であり、端部Ｂは、回路基板９のゲート２０側と反対側の端部であり、より具体的には、回路基板９のゲート２０と反対側の辺Ｅ２を起点に回路基板９の長さの３０％の範囲内の領域である（図２参照）。樹脂流動方向とは、ゲート２０側の辺Ｅ１からゲート２０と反対側の辺Ｅ２に向かう方向である（図５、図６の矢印）。なお、ゲート２０とエアベント２１が平面視の金型の対角線方向にズレて位置している場合も同様である。
【0035】
実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法では、まず、積層基板５上にパワー半導体チップ１等を搭載し、回路基板９に流速制御ピン１４を取り付ける。回路基板９への流速制御ピン１４の付与は、流速制御ピン１４が樹脂の場合は例えば回路基板９の金属パターンやガラスエポキシ基板へのレーザー溶接や接着剤などで行う。また、回路基板９に貫通孔や凹部に挿入しても良い。金属の場合は例えばはんだ付けや回路基板９に開けた貫通孔や凹部への挿入などで行い、接着剤などを用いても良い。その際、前記接着剤は封止樹脂１０と同種のものであることが、密着性の点から好ましい。次に、積層基板５上に回路基板９を配線ピン１１で接合したモジュールを作製する（封止前のモジュール）。これまでを第１工程と称する。図４～図８は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法における封止樹脂充填を示す断面図である。図４～図８では配線ピン１１等の記載を省略する。
【0036】
次に、図４に示すように、金型キャビティ（モールド金型）１８内にモジュールを裏向きに設置する（第２工程）。次に、図５および図６に示すように、金型キャビティ１８内に封止樹脂１０が矢印方向に注入される（第３工程）。封止樹脂１０は、ゲート（注入ゲート）２０からエアベント２１の方向に流れる。封止樹脂１０は、高粘度流体であるため、絶縁基板５と回路基板９との間の峡部には、回路基板９と金型キャビティ１８との間より少量しか流れないため、回路基板９の上下では流動の速度差が生じてしまう。しかし、実施の形態１では、回路基板９と金型キャビティ１８（底部）との間には、流速制御ピン１４が設けられている。このため、流速制御ピン１４を封止樹脂１０が流れる際に流速制御ピン１４による抵抗が生じるため、封止樹脂１０の流速が低下する。これにより、回路基板９と金型キャビティ１８との間に入りづらかった封止樹脂１０は代わりに絶縁基板１０５と回路基板１０９との間に流れるようになるため、回路基板上下の封止樹脂１０の流速を合わせることができる。
【0037】
このため、図７のように、エアベント２１付近Ｓで封止樹脂１０を合流させることで巻き込み空気を逃すことができ、図８のように、封止樹脂１０を充填する際にボイドの発生を低減させることが可能になる。また、製品形状に応じて流速制御ピン１４の配置を適切に行うことで樹脂流速を制御し、例えば封止樹脂１０の合流地点をボイドによるリスクの低い箇所へと移すことが可能となる。
【0038】
以上、説明したように、実施の形態１では、端部に流速制御ピンを樹脂の流動方向とは垂直となるように並べて配置することで、樹脂が流速制御ピン間を通過する際に流速制御ピンからの抵抗を受けながらゆっくり流動するようになるため、樹脂の合流位置を調整することができ、ボイドの発生を低減させる、または、ボイドの発生箇所をボイドによるリスクの低い箇所へと移すことができる。
【0039】
（実施の形態２）
最初に、従来の半導体装置の課題について説明する。図２６は、従来の半導体装置における反りの発生を示す断面図である。従来の半導体装置では、トランスファー成型後封止樹脂１１０の硬化収縮による反りが発生する場合がある。図２６のように、積層基板１０５の上部と封止樹脂１１０とでは高さＩの反りが発生する。図２７は、従来の半導体装置の製造における応力の発生を示す断面図である。半導体装置を冷却器等の金属板１１６に取り付け、固定ネジ１１７で固定すると、ネジ締め固定による引張応力がＤ１の箇所に発生する。図２８は、従来の半導体装置の製造における樹脂割れの発生を示す断面図である。引張応力が一定以上になると、図２８のようにＣ１の箇所に樹脂割れが発生して、半導体装置が故障するという課題があった。
最初に、従来の半導体装置の課題について説明する。図２６は、従来の半導体装置における反りの発生を示す断面図である。従来の半導体装置では、トランスファー成型後封止樹脂１１０の硬化収縮による反りが発生する場合がある。図２６のように、積層基板１０５の上部と封止樹脂１１０とでは高さＩの反りが発生する。図２７は、従来の半導体装置の製造における応力の発生を示す断面図である。半導体装置を冷却器等の金属板１１６に取り付け、固定ネジ１１７で固定すると、ネジ締め固定による引張応力がＤ１の箇所に発生する。図２８は、従来の半導体装置の製造における樹脂割れの発生を示す断面図である。引張応力が一定以上になると、図２８のようにＣ１の箇所に樹脂割れが発生して、半導体装置が故障するという課題があった。
【0040】
以下に上述の課題を解決する実施の形態２にかかる半導体装置を説明する。図９は、実施の形態２にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。図９に示すように、実施の形態２にかかる半導体装置５０が、実施の形態１にかかる半導体装置５０と異なる点は、回路基板９の端部Ａ、Ｂの中間地点（中間Ｃ）にも、複数の流速制御ピン１４を樹脂流動方向と垂直に並べて配置していることである。
【0041】
図１０は、実施の形態２にかかる半導体装置の構造を示す平面図である。端部Ａ、Ｂは、実施の形態１と同じである。中間Ｃとは回路基板９を樹脂流動方向に対して垂直に等分する辺Ｃ１を起点に回路基板９の長さの１５％ずつ(合計３０％)の領域である。
【0042】
図１１および図１２は、実施の形態２にかかる半導体装置の製造における応力緩和を示す断面図である。トランスファー成型後、封止樹脂１０の硬化収縮による反りが発生し、図１１のように、積層基板５の上部と封止樹脂１０とでは高さＩの反りが発生する。図１２のように、半導体装置５０を金属板１６に取り付け、固定ネジ１７で固定すると、ネジ締め固定による引張応力がＤ１の箇所に発生する。実施の形態２では、流速制御ピン１４が引張応力が発生するＤ１の箇所に配置されているため、流速制御ピン１４がネジ締め固定による応力を緩和することができ、Ｃ１の箇所で樹脂割れを回避し、故障耐性を向上させることができる。また、パワー半導体モジュールの剛性の向上による効果も有すると推定される。
【0043】
ここで、特に流速制御ピン１４の材質を弾性率が封止樹脂１０よりも低い値であるよく伸びる樹脂に選択することで封止樹脂１０に生じる内部応力を緩和し、樹脂割れ破壊をより回避し、故障耐性をより向上させることができる。流速制御ピン１４の材質を樹脂ではなく金属を用いた場合も、金属の剛性の高さによる変形抑制効果が働き、樹脂割れ回避し破壊耐量を向上できる。流速制御ピン１４の材質が金属と樹脂では、樹脂の方が樹脂割れ破壊耐量向上効果の方が高い。なお、中間Ｃに流速制御ピン１４を配置すると、パワー半導体チップ１の近傍に発生するボイドを低減する効果も有する。
【0044】
以上、説明したように、実施の形態２では、回路基板の端部の中間地点にも、複数の流速制御ピンを設けることで、剛性の向上またはネジ締め固定による応力を緩和することができ、モジュールの変形に対する強度が向上し、樹脂割れを回避し、故障耐性を向上させることができる。
【0045】
（実施例）
以下に、実施の形態１および実施の形態２での流速制御ピン１４の高さや形状・配置の実施例について説明する。まず、流速制御ピン１４の効果に対する評価方法を説明する。評価方法として、ボイド評価に対して、絶縁破壊試験を行い、モジュールの変形に対する強度に対して信頼性試験、締め付け試験を行う。
以下に、実施の形態１および実施の形態２での流速制御ピン１４の高さや形状・配置の実施例について説明する。まず、流速制御ピン１４の効果に対する評価方法を説明する。評価方法として、ボイド評価に対して、絶縁破壊試験を行い、モジュールの変形に対する強度に対して信頼性試験、締め付け試験を行う。
【0046】
（ボイド評価）
図１３～図１５は、実施例でのボイド評価方法を示す断面図である。ボイド１５は、封止樹脂１０を充填したサンプルに対して、超音波探傷検査（ＳＡＴ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）および透過型Ｘ線像検査を行い、積層基板５およびパワー半導体チップ１を撮影できる高さ（観察面２４）でのＳＡＴ像またはＸ線像を観察し、ボイド発生位置を評価する。
図１３～図１５は、実施例でのボイド評価方法を示す断面図である。ボイド１５は、封止樹脂１０を充填したサンプルに対して、超音波探傷検査（ＳＡＴ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）および透過型Ｘ線像検査を行い、積層基板５およびパワー半導体チップ１を撮影できる高さ（観察面２４）でのＳＡＴ像またはＸ線像を観察し、ボイド発生位置を評価する。
【0047】
ボイド１５は高電圧のかかるパワー半導体チップ１からできるだけ離れた場所にあることが好ましい。このため、ボイド評価はボイド位置で行う。ボイド位置の判定は、ゲート２０の位置から最も離れた位置にあり封止樹脂１０が最も遅く通過するパワー半導体チップ１（終端チップ）においてゲート２０から最も遠い位置にある辺（終端部）を基準としたときに、最も終端部に近い位置にあるボイド１５の最接近点までの距離Ｌ１（以降、チップ－ボイド間距離Ｌ１と表記）にて評価する（図１４参照）。
【0048】
良否基準はチップ－ボイド間距離Ｌ１が０．０ｍｍよりも大きければ（終端チップの外側にボイド出現すれば）、絶縁耐圧を満たすため良品とし、０．０ｍｍ以下（終端チップ上にボイド出現）であれば、絶縁耐圧を満たさないため、不良とする。また、絶縁耐圧をさらに向上させるため、チップ－ボイド間距離Ｌ１が、終端チップのゲート２０から最も遠い位置にある辺と積層基板５のゲート２０から最も遠い位置にある辺との距離Ｌ２よりも大きいことが好ましい。距離Ｌ２は、例えば７．５ｍｍである。なお、ＳＡＴ像とＸ線像の使い分けについて、測定原理的に積層基板５上のボイド１５はＸ線像では観察できず、積層基板５外のボイド１５はＳＡＴ像では観察できないことから、ＳＡＴ像にボイド１５がなかった場合のみ別途Ｘ線透過像によるボイド有無およびボイド位置評価を行う。
【0049】
（絶縁破壊試験）
ボイド１５による品質への影響は、半導体装置５０のおもて面の外部出力端子１２－積層基板５間における絶縁破壊試験にて評価し、６０秒間印加しても絶縁破壊が生じない電圧の上限を０．２ｋＶ間隔で昇圧して求めた。良否基準は５台測定における平均耐電圧が８．０ｋＶ以上であれば合格とした。
ボイド１５による品質への影響は、半導体装置５０のおもて面の外部出力端子１２－積層基板５間における絶縁破壊試験にて評価し、６０秒間印加しても絶縁破壊が生じない電圧の上限を０．２ｋＶ間隔で昇圧して求めた。良否基準は５台測定における平均耐電圧が８．０ｋＶ以上であれば合格とした。
【0050】
（流速制御ピン裏ボイド評価）
図１６は、実施例での流速制御ピン裏ボイドの評価を示す断面図である。流速制御ピン１４の裏に発生するボイド１５は、封止樹脂１０を充填したサンプルに対して、ＳＡＴを行い、回路基板９を撮影できる高さ（観察面２４）でのＳＡＴ像を観察し、ボイド発生位置を評価する。
図１６は、実施例での流速制御ピン裏ボイドの評価を示す断面図である。流速制御ピン１４の裏に発生するボイド１５は、封止樹脂１０を充填したサンプルに対して、ＳＡＴを行い、回路基板９を撮影できる高さ（観察面２４）でのＳＡＴ像を観察し、ボイド発生位置を評価する。
【0051】
（モジュールの変形に対する強度）
モジュールの変形に対する強度は反り付き定盤への締め付け試験にて実施する。図１７は、実施例での締め付け試験の反り付き定盤を示す断面図である。反り付き定盤２３は、ネジ穴２２間に初期反りＩ１の値が様々に振ってある定盤である。初期反りＩ１とは、ネジ穴２２を基準にしたときの最頂点までの高さである。図１８は、実施例でのモジュールの反りを示す断面図である。モジュールの反りＩ２はネジ穴２２を基準にしたときの最頂点までの高さである。
モジュールの変形に対する強度は反り付き定盤への締め付け試験にて実施する。図１７は、実施例での締め付け試験の反り付き定盤を示す断面図である。反り付き定盤２３は、ネジ穴２２間に初期反りＩ１の値が様々に振ってある定盤である。初期反りＩ１とは、ネジ穴２２を基準にしたときの最頂点までの高さである。図１８は、実施例でのモジュールの反りを示す断面図である。モジュールの反りＩ２はネジ穴２２を基準にしたときの最頂点までの高さである。
【0052】
図１９は、実施例での半導体装置の締め付け試験を示す断面図である。締め付け試験は、反り付き定盤２３へモジュールを締め付けることでフラット定盤と比べて大きな変形をモジュールに与え、ネジ締め固定による引張応力をＤ１の箇所に発生させる。初期反りＩ１の大きな反り付き定盤２３へ順番に交換していき最初にモジュールに割れが発生するまでを観察する強度試験である。
【0053】
評価指標は、モジュールの反りＩ２＋反り付き定盤２３におけるネジ穴２２間初期反りＩ１の和から求めた総変形量で、反り付き定盤２３の初期反りＩ１は０μｍ～３００μｍまで２０μｍ刻みに用意し、トルク３．５Ｎ・ｍでネジ締め後１０秒保持した後のモジュール中央部の割れ発生有無を外観検査で評価した。割れが発生したときの総変形量が締め付け破壊変形量である。
【0054】
（信頼性試験）
半導体装置５０の変形による品質への影響はパワーサイクル（Ｐ／Ｃ）試験にて行った。７５～１５０℃（ΔＴｖｊ７５℃）で、通電運転１秒（１５０℃になるように電流値を設定）、休止９～１５秒（７５℃になるように電流値を設定）の条件を１サイクルとした。電流または電圧が所定の値より２５％以上変動するまでのサイクル数をＰ／Ｃ寿命とした。良否基準は５台分の破壊サイクル数の平均値が１０００ｋｃｙｃ以上であれば合格とした。
半導体装置５０の変形による品質への影響はパワーサイクル（Ｐ／Ｃ）試験にて行った。７５～１５０℃（ΔＴｖｊ７５℃）で、通電運転１秒（１５０℃になるように電流値を設定）、休止９～１５秒（７５℃になるように電流値を設定）の条件を１サイクルとした。電流または電圧が所定の値より２５％以上変動するまでのサイクル数をＰ／Ｃ寿命とした。良否基準は５台分の破壊サイクル数の平均値が１０００ｋｃｙｃ以上であれば合格とした。
【0055】
（実験例１）
実験例１では、流速制御ピン１４の位置の効果を確認した。ここでは、比較例１として流速制御ピン１４無し（従来構造）、および実施例１－１～１－６として、Ｎｉ／Ｃｕピンの流速制御ピン１４を端部Ａ、端部Ｂ、中間Ｃのそれぞれ、またはそれらを組み合わせた箇所に付与したサンプルを作製し、流速制御ピン１４の位置による効果を評価した。実施例１－１～１－６では流速制御ピン１４の位置は端部Ａ、Ｂでは回路基板９端から１ｍｍ離れた場所に、中間Ｃでは回路基板９の長手方向中間に配置し、回路基板９表面から製品表面までの距離をＬ＝２．５ｍｍに対して、流速制御ピン１４の高さはｈ＝１．６５ｍｍとした（Ｌ、ｈについては図１、図３参照）。またモジュール幅Ｗ＝２６．０ｍｍに対して直径ｄ＝０．４ｍｍの円柱状の流速制御ピン１４ｎ＝２２本を０．５ｍｍ間隔で並べて回路基板９上に配置した（Ｗ、ｄについては図３参照）。これにより、回路基板９上の樹脂流動断面積ＬＷ＝２．５ｍｍ×２６．０ｍｍ＝６５．０ｍｍ2に対して流速制御ピン１４によって射影される面積はｎｄｈ＝２２×０．４ｍｍ×１．６５ｍｍ＝１４．５ｍｍ2となり、射影密度（ピンの占める面積の割合）はｎｄｈ／ＬＷ＝１４．５ｍｍ2／６５．０ｍｍ2＝２２．３％であった。
実験例１では、流速制御ピン１４の位置の効果を確認した。ここでは、比較例１として流速制御ピン１４無し（従来構造）、および実施例１－１～１－６として、Ｎｉ／Ｃｕピンの流速制御ピン１４を端部Ａ、端部Ｂ、中間Ｃのそれぞれ、またはそれらを組み合わせた箇所に付与したサンプルを作製し、流速制御ピン１４の位置による効果を評価した。実施例１－１～１－６では流速制御ピン１４の位置は端部Ａ、Ｂでは回路基板９端から１ｍｍ離れた場所に、中間Ｃでは回路基板９の長手方向中間に配置し、回路基板９表面から製品表面までの距離をＬ＝２．５ｍｍに対して、流速制御ピン１４の高さはｈ＝１．６５ｍｍとした（Ｌ、ｈについては図１、図３参照）。またモジュール幅Ｗ＝２６．０ｍｍに対して直径ｄ＝０．４ｍｍの円柱状の流速制御ピン１４ｎ＝２２本を０．５ｍｍ間隔で並べて回路基板９上に配置した（Ｗ、ｄについては図３参照）。これにより、回路基板９上の樹脂流動断面積ＬＷ＝２．５ｍｍ×２６．０ｍｍ＝６５．０ｍｍ2に対して流速制御ピン１４によって射影される面積はｎｄｈ＝２２×０．４ｍｍ×１．６５ｍｍ＝１４．５ｍｍ2となり、射影密度（ピンの占める面積の割合）はｎｄｈ／ＬＷ＝１４．５ｍｍ2／６５．０ｍｍ2＝２２．３％であった。
【0056】
実験例１の結果を表１に示す。
【表1】
【0057】
上記表１より、比較例１では、チップ－ボイド間距離が負方向になり、絶縁破壊電圧が低く、絶縁破壊しやすいことがわかった。このように、流速制御ピン１４の無い比較例１ではボイドがパワー半導体チップ１直上に出現してしまい、絶縁破壊耐量も合格基準に届いていなかった。
【0058】
一方、実施例１－１～１－６は全ての場合においてチップ－ボイド間距離は０．０ｍｍ以上であり、絶縁耐圧も８ｋＶ以上であり合格であった。１カ所のみ流速制御ピン１４を設置した場合（実施例１－１～１－３）のボイド位置制御効果は端部Ａ＞中間Ｃ＞端部Ｂの順に高く、流速制御ピン１４の設置位置が樹脂流入のゲート２０に近いほど流速制御ピン１４間通過後の樹脂流速低減効果が高いことを示している。
【0059】
流速制御ピン１４の設置位置を２か所以上組み合わせた場合（実施例１－４～１－６）のボイド位置制御効果はＡ＋Ｂ＋Ｃ＞Ａ＋Ｃ＞Ａ＋Ｂであり、流速制御ピン１４の設置個所は多いほど効果は高く、設置個所が同数であればやはりゲート２０付近に設置した方が効果が高いことがわかった。つまり、端部Ａを含む位置に流速制御ピン１４を配置することが好ましい。特にＡ＋Ｂ＋Ｃでのボイド位置制御効果は著しく、積層基板５外にもボイドは検出されなかった。これは樹脂流速が適切に制御されたため樹脂合流位置を金型エアベント２１付近に移動させることに成功し、ボイドとなっていた巻き込み空気を適切にモジュール外へ排除できたためである。なお、実施例１－６を除き、ボイドサイズは全ての例において３００μｍ程度であり、流速制御ピン１４によって制御できるのはボイドの出現位置でありサイズを小さくできるわけではないことを確認した。絶縁破壊試験結果もチップ－ボイド間距離と同じ傾向を示し、比較例１では不合格だったものが実施例全てで合格となり、絶縁耐圧の向上が確認できた。また、すべての実施例において、締め付け試験やＰ／Ｃ試験でも効果を有することが分かった。これは、流速制御ピン１４（金属）によって、モジュールの剛性が向上したため、変形抑制効果（樹脂割れ低減）が働き信頼性（Ｐ／Ｃ寿命）が向上したものと推定される。
【0060】
（実験例２）
実験例２では、流速制御ピン１４の間隔による効果を確認した。実験例２では流速制御ピン１４の長さｈおよび本数ｎを可変し、樹脂流動断面積ＬＷのうち流速制御ピン１４によって射影される密度ｎｄｈ／ＬＷによる流路調整効果を評価した。流速制御ピン１４には実験例１と同じく直径ｄ＝０．４ｍｍの円柱状Ｎｉ／Ｃｕピンを利用し、流速制御ピン１４は端部Ａにのみ設置し、流速制御ピン１４の長さや本数および間隔は表２に示した条件にて作製した。評価はチップ－ボイド間距離にて行った。
実験例２では、流速制御ピン１４の間隔による効果を確認した。実験例２では流速制御ピン１４の長さｈおよび本数ｎを可変し、樹脂流動断面積ＬＷのうち流速制御ピン１４によって射影される密度ｎｄｈ／ＬＷによる流路調整効果を評価した。流速制御ピン１４には実験例１と同じく直径ｄ＝０．４ｍｍの円柱状Ｎｉ／Ｃｕピンを利用し、流速制御ピン１４は端部Ａにのみ設置し、流速制御ピン１４の長さや本数および間隔は表２に示した条件にて作製した。評価はチップ－ボイド間距離にて行った。
【0061】
実験例２の結果を表２に示す。表２におけるＬ、Ｗは実験例１と同じく回路基板９表面から製品表面までの距離、モジュール幅である。なお、ピンの長さｈはＬを基準として表した。
【表2】
【0062】
上記表２より、流速制御ピン１４による射影密度ｎｄｈ／ＬＷが増加するにつれチップ－ボイド間距離は増加し、射影密度が１０％以上でチップ－ボイド間の距離が＋１ｍｍ以上となり、絶縁耐圧も良好であった。射影密度を２２％以上とすると、チップ－ボイド間の距離が＋４．５ｍｍ以上となり、特に良好であった。また、射影密度が３９．６％以上ではボイドも見られなかった。このことから流速制御ピン１４による射影密度が大きいほど樹脂流速の制御効果は高いことがわかる。しかし、射影密度が４８％以上になると、パワー半導体チップ１付近におけるボイドは無かったものの流速制御ピン１４により樹脂流動が過剰にせき止められたことから、実用支障はない程度の軽微な樹脂未充填箇所（外観上の欠陥）が生じる場合があった。以上より、射影密度は１０％以上４８％未満が好ましく、２２％以上がより好ましく、３９．６％以上４８％未満がさらに好ましい。
【0063】
（実験例３）
実験例３では、流速制御ピン１４の材質による効果を確認した。実験例３では、流速制御ピン１４の材質として封止樹脂１０よりも弾性率の低い樹脂を用いた場合（樹脂ピン）について行った。実験例１、２で使用した硬化後の封止樹脂１０は２００℃の高いＴｇをもつエポキシ樹脂（住友ベークライト製Ｇ７２０Ｅ）で、トランスファー封止時の金型温度は１７５℃、硬化後の弾性率は２５℃で１６ＧＰａ程度である。実験例３では封止樹脂１０と同じくＴｇ２００℃のエポキシ系で、組成からフィラー成分を除き弾性率を６ＧＰａまで低下させた樹脂を流速制御ピン１４の材質として利用した例を評価した。なお、流速制御ピン１４の形状は実験例１、２と同じく直径０．４ｍｍの円形で、流速制御ピン１４の密度は実験例１と同じく２２本、ピン間隔０．５ｍｍの射影密度２２．３％に固定した。
実験例３では、流速制御ピン１４の材質による効果を確認した。実験例３では、流速制御ピン１４の材質として封止樹脂１０よりも弾性率の低い樹脂を用いた場合（樹脂ピン）について行った。実験例１、２で使用した硬化後の封止樹脂１０は２００℃の高いＴｇをもつエポキシ樹脂（住友ベークライト製Ｇ７２０Ｅ）で、トランスファー封止時の金型温度は１７５℃、硬化後の弾性率は２５℃で１６ＧＰａ程度である。実験例３では封止樹脂１０と同じくＴｇ２００℃のエポキシ系で、組成からフィラー成分を除き弾性率を６ＧＰａまで低下させた樹脂を流速制御ピン１４の材質として利用した例を評価した。なお、流速制御ピン１４の形状は実験例１、２と同じく直径０．４ｍｍの円形で、流速制御ピン１４の密度は実験例１と同じく２２本、ピン間隔０．５ｍｍの射影密度２２．３％に固定した。
【0064】
実験例３の結果を表３に示す。
【表3】
【0065】
上記表３より、チップ－ボイド間距離および絶縁破壊試験結果については実験例１とほぼ同等の結果となった。このことから、流速制御ピン１４によるボイド位置調整効果は流速制御ピン１４の材質により変わらないことがわかった。一方、締め付け試験やＰ／Ｃ試験結果では比較例１と比べ改善がみられた。これはネジ締めによって引張応力が集中するモジュール上部に伸びやすい低弾性樹脂ピンが配置されたことによる応力緩和効果が作用したためと考えられる。特に、応力が集中しやすいモジュール中央（中間Ｃ）に低弾性樹脂ピンが配置された場合（実施例３－１～３－６）は、破壊耐量の向上が顕著であった。流速制御ピン１４を端部Ａのみに配置した実施例１－１と実施例３－１を比較すると、樹脂ピンを使用した実施例３－１の方が締め付け破壊変形量およびＰ／Ｃ寿命の向上が顕著であった。このことから、金属ピンと樹脂ピンにはどちらも樹脂割れ低減の効果があるが、樹脂ピンの方がその効果は高いと言える。
【0066】
（実験例４）
実験例４では、実施例４－１～４－４において、各流速制御ピン１４の形状の効果による効果を確認した。実験例１－１と同じくＮｉ／Ｃｕピンを端部Ａに配置し、流速制御ピン１４の形状（上面から見た断面形状）には実験例１～３と同じく円柱状の他にも楕円柱と正四角柱を用意した。図２０は、実施例での半導体装置の流速制御ピンの形状を示す断面図である。なお、正四角柱は、正方形の対角線の一つが樹脂流動方向に垂直な場合と、正方形の辺の一つが樹脂流動方向に垂直な場合を設けた。流速制御ピン１４の高さｈは１．６５ｍｍで、射影密度を２２．３％に揃えるため樹脂流動方向と垂直にあたる部分の射影が０．４ｍｍとなるように表４に示した流速制御ピン１４のサイズを用いた。なお、楕円柱は２種類とも扁平率を５０％で統一した。楕円柱は、短軸が樹脂流動方向に垂直な場合と、長軸が樹脂流動方向に垂直な場合を設けた。
実験例４では、実施例４－１～４－４において、各流速制御ピン１４の形状の効果による効果を確認した。実験例１－１と同じくＮｉ／Ｃｕピンを端部Ａに配置し、流速制御ピン１４の形状（上面から見た断面形状）には実験例１～３と同じく円柱状の他にも楕円柱と正四角柱を用意した。図２０は、実施例での半導体装置の流速制御ピンの形状を示す断面図である。なお、正四角柱は、正方形の対角線の一つが樹脂流動方向に垂直な場合と、正方形の辺の一つが樹脂流動方向に垂直な場合を設けた。流速制御ピン１４の高さｈは１．６５ｍｍで、射影密度を２２．３％に揃えるため樹脂流動方向と垂直にあたる部分の射影が０．４ｍｍとなるように表４に示した流速制御ピン１４のサイズを用いた。なお、楕円柱は２種類とも扁平率を５０％で統一した。楕円柱は、短軸が樹脂流動方向に垂直な場合と、長軸が樹脂流動方向に垂直な場合を設けた。
【0067】
実験例４の結果を表４に示す。表４において、垂直を⊥で表している。例えば、対角線の一つ⊥樹脂流動方向は、正方形の対角線の一つが樹脂流動方向に垂直な場合である。
【表4】
【0068】
上記表４より、すべての実施例においてほぼ同等のチップ－ボイド間距離を確認した。これにより樹脂流速の制御効果は流速制御ピン１４の形状に依らず一定であることがわかった。しかしながら、回路基板９上を撮影したＳＡＴ像を見てみると流速制御ピン１４の裏側にボイド１５が出現していることがわかった（図１６参照）。これは流速制御ピン１４を通過した樹脂流動面が合流して空気を巻き込んでしまい、流速制御ピン１４の裏側に空気だまりが出現してしまったものと思われる。流速制御ピン１４の裏側のボイドは、信頼性を損ねる可能性があるため、小さいことが望ましい。流速制御ピン１４裏ボイドのサイズは流速制御ピン１４の形状や設置方向によって異なり、円柱・楕円柱＜正四角柱で、最も良いものは楕円柱（短軸⊥樹脂流動方向）、最も悪いものは正四角柱（辺⊥樹脂流動方向）であった（図１７参照）。絶縁破壊電圧も概ね流速制御ピン１４裏ボイドサイズとの相関を示したものの、新たに流速制御ピン１４裏にボイドが出現したとしても絶縁破壊電圧は比較例と比べてどれも向上しており、流速制御ピン１４の形状に依らずモジュール性能向上に効果があることを確認できた。
【0069】
以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。
【産業上の利用可能性】
【0070】
以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のイグナイタなどに使用されるパワー半導体モジュールに有用である。
【符号の説明】
【0071】
１、１０１ パワー半導体チップ
２ 第１絶縁基板
３ 第１導電性板
４ 第２導電性板
５、１０５ 積層基板
６ 第２絶縁基板
７ 第３導電性板
８ 第４導電性板
９、１０９ 回路基板
１０、１１０ 封止樹脂
１１ 配線ピン
１２ 外部出力端子
１３ はんだ
１４ 流速制御ピン
１５、１１５ ボイド
１６、１１６ 金属板
１７、１１７ 固定ネジ
１８、１１８ 金型キャビティ
２０、１２０ ゲート
２１、１２１ エアベント
２２ ネジ穴
２３ 反り付き定盤
２４ 観察面
５０ 半導体装置
２ 第１絶縁基板
３ 第１導電性板
４ 第２導電性板
５、１０５ 積層基板
６ 第２絶縁基板
７ 第３導電性板
８ 第４導電性板
９、１０９ 回路基板
１０、１１０ 封止樹脂
１１ 配線ピン
１２ 外部出力端子
１３ はんだ
１４ 流速制御ピン
１５、１１５ ボイド
１６、１１６ 金属板
１７、１１７ 固定ネジ
１８、１１８ 金型キャビティ
２０、１２０ ゲート
２１、１２１ エアベント
２２ ネジ穴
２３ 反り付き定盤
２４ 観察面
５０ 半導体装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】