JP5826443B1

JP5826443B1 - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP5826443B1
Application number: JP2015529366A
Authority: JP
Inventors: 厚山竹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: JPWO2015170488A1; WO2015170488A1

Abstract

本発明は、部分放電を抑制する構造を有する半導体装置において、従来に比べて絶縁信頼性がより高い半導体装置、及びその製造方法を提供する。本発明は、回路電極（２）を接合した絶縁基板（３）と、回路電極に隣接して形成したベース用絶縁物（１０ａ）と、ベース用絶縁物上に形成され上記回路電極と同電位とした導電物（１３）と、導電物における反回路電極側端部（３５）を覆う放電防止用絶縁物（１０ｂ）と、を有する。

Description

本発明は、半導体モジュールを用いた半導体装置及びその製造方法に関し、詳しくは部分放電を抑制する構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体素子を有する半導体モジュールは電力変換機器等に広く用いられている。また数ｋＶもの高電圧を印加して運転される機種に使用される高電圧半導体モジュールでは、半導体素子を載置する絶縁回路基板における電極端部にて、電界集中による局所放電が発生しやすい。このような局所放電は、当該機器の故障あるいは破壊を引き起こす要因となる。したがって絶縁信頼性を確保するため放電発生を抑制する必要があり、その一例として絶縁物を電極端部に設ける構造が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２０００−３４０７１９号公報

しかしながら電極端部に絶縁物を設ける場合、電極端部と絶縁物との間に隙間、いわゆるボイドが形成されてしまう可能性がある。このようなボイドの存在により、依然として放電発生は防ぎきれない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、部分放電を抑制する構造を有する半導体装置において、従来に比べて絶縁信頼性がより高い半導体装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、回路電極を主面に接合した絶縁基板と、上記回路電極に隣接して上記主面に形成したベース用絶縁物と、上記ベース用絶縁物上に形成され上記回路電極と同電位とした導電物と、上記導電物において上記回路電極とは反対側に位置する反回路電極側端部を覆う放電防止用絶縁物と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様における半導体装置によれば、絶縁基板における回路電極と同電位とした導電物を備えたことで、回路電極端部における電界集中が緩和される。さらに放電防止用絶縁物を備えたことで、設置した導電物の端部からの電界集中による放電を抑制することができる。よって、従来に比べて絶縁信頼性がより高い半導体装置を提供することが可能となる。また、従来に比べて半導体装置の長寿命化を図ることも可能となる。

本発明の実施の形態１における半導体装置の概略構造を示し放電を抑制する構造部分を示した断面図である。図１に示す構造の作製途中を示す図であり、電極から隙間を空けた位置にベース用絶縁物と導電物を設けた構造を示した図である。図１に示す構造の作製途中を示す図であり、図２に示す段階よりも前段階であって電極から隙間を空けた位置にベース用絶縁物を配置した状態を示す図である。図２に示す構造において導電物からベース用絶縁物の界面に沿って放電する状態を表す図である。図１に示す構造において導電物からベース用絶縁物を貫通する方向に放電する状態を表す図である。（ａ）から（ｅ）は図１に示す構造の製造方法を説明した図である。本発明の実施の形態２における半導体装置の概略構造を示し放電を抑制する構造部分を示した断面図である。本発明の実施の形態３における半導体装置の概略構造を示す断面図である。図８に示すＢ部の拡大図である。図９に示す放電を抑制する構造部分の作製方法を説明するための図である。本発明の実施の形態４における半導体装置の概略構造を示し、図８に示す実施の形態３における半導体装置の変形例を示す図である。本発明の実施の形態５における半導体装置の概略構造を示し放電を抑制する構造部分を示した断面図である。本発明の実施の形態６における半導体装置の概略構造を示し放電を抑制する構造部分を示した断面図である。図１３に示す電界緩和部材の拡大図である。本発明の実施の形態７における半導体装置の概略構造を示す図である。図１５に示す構造において絶縁破壊経路を説明する図である。半導体モジュール全体の構造を示す断面図である。図１７に示すＡ部の拡大図であり、放電発生箇所を説明する図である。半導体モジュールにおいて電極に対する固体絶縁物の塗布によるボイド残留を説明するための図である。半導体モジュールにおいて電極に対して導電物を設けた形態を示す図である。

本発明の実施形態である半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

本発明の実施の形態における半導体装置を説明する前に、特にパワーモジュールと呼ばれる高電圧半導体モジュールにおいて部分放電を抑制するための構造について、まず説明を行う。
図１７には、一般的な高電圧半導体モジュールの断面概略図を示す。この高電圧半導体モジュールは、半導体チップ１と、電極２と、絶縁基板３と、下部電極４と、はんだ５と、放熱板６と、絶縁封止材７と、ケース８とを備える。絶縁基板３の表、裏面には、それぞれ電極２及び下部電極４が接合されており、電極２には高電圧が印加される。電極２にはパワー半導体デバイスとしての半導体チップ１が接合されている。このような絶縁基板３は下部電極４が放熱板６にはんだ５で接合される。また、半導体チップ１が実装された絶縁基板３の周囲を含めてケース８内は、シリコーンゲルを代表とする絶縁封止材７によって封止され絶縁される。

図１７において、電極２の端部に相当する、点線で示すＡ部の領域は、最も電界が集中しやすい部分であり、Ａ部を拡大したものを図１８に示す。
電極２と絶縁基板３と絶縁封止材７との接点（３重点）が電界集中部９ａとなり、放電の起点となる。放電が発生する際には、起点となる電界集中部９ａから絶縁基板３と絶縁封止材７との界面に沿うように放電１７が発生する。放電１７の発生は、当該高電圧半導体モジュールの絶縁信頼性を損なうと共に、上述したように機器の故障あるいは破壊を引き起こす要因となる。

放電１７の起因となる電界集中を緩和するために、絶縁基板３の厚さを大きくする手法も取られているが、半導体チップ１からの放熱性が低下するという問題が生じる。よって絶縁基板３の厚さを大きくすることなく放電１７を抑制する方法として、電界が集中する絶縁基板３上の電極２の端部へ、耐圧の高い絶縁物を充填、塗布する方法がある。この絶縁物としては、例えば無機系ガラス材あるいはエポキシ樹脂が用いられる。

しかしながらこのような絶縁物の充填、塗布する方法は、既に説明したように、電極２の端部とこの絶縁物との間に隙間つまりボイドを形成する可能性がある。詳しく説明すると、図１７に示すように、電極２の端部を含めて半導体モジュールは、シリコーンゲルからなる絶縁封止材７によって封止されるが、このシリコーンゲルは、性質上、他の絶縁樹脂に比べると気泡が抜けやすい特徴がある。一方、電極２の端部を被覆する絶縁物としてのエポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂は、絶縁封止材７のシリコーンゲルに比べるとボイド（空隙）が残留しやすい。よってエポキシ樹脂等の絶縁物を電極２の端部に塗布する際に電極２の端部を完全に封止できずに隙間が生じた場合には、エポキシ樹脂等の絶縁物は、ボイドを含んだまま硬化してしまう可能性がある。

電極２の端部側面が絶縁基板３に対して垂直である場合、あるいは絶縁基板３に電極２を接合する接合材（図１９に示す「１２」）が電極２の端部側面３０よりも外側へ突出している場合には、電極２の端部に絶縁物を塗布する際のボイド形成は発生し難い。一方、例えば製造時における電極２のエッチング量が大きくなり、図１９に示すように、絶縁基板３に電極２を接合する接合材１２が電極２の端部側面３０よりも内側へ凹んだ状態において絶縁物１０を塗布した場合には、この凹み部分にボイド１１が形成され易い。

このように、電極２の端部側面３０も含めて単に絶縁封止材７によって封止する代わりに、高耐圧の絶縁物１０を、電界集中部となる電極２の端部側面３０に充填する場合には、電極の端部側面３０の形状によっては、絶縁封止材７の封入に比べて逆に、ボイド１１の残留可能性を高めてしまう。その結果、ボイド１１部分で放電が発生する恐れがある。

また、上述の例では、電極２の端部側面３０に塗布されるものは絶縁物１０であるが、図２０に示すように、電極２の端部側面３０における電界集中部に対して導電物１３を被覆することで、電界を緩和する構造もある。この導電物１３は、金属または導電性樹脂、あるいはＮｉメッキ等が使用可能である。

このような構造は、図２０に示すように、電極端部のエッジを導電物１３によって緩やかにすることで電界を緩和している。しかしながらこの構成においても、絶縁基板３と導電物１３と絶縁封止材７との接点にて電界集中部９ｂが発生するため、放電の発生起点となり得る。

したがって、以下に説明する本発明の実施形態である半導体装置は、半導体モジュールにおける上述したような問題点を解決するための構成を有し、その結果、従来に比べてより高い絶縁信頼性を有することができる。
また、具体的に以下で説明する各実施の形態における半導体装置は、特に高電圧が印加されるパワー半導体モジュールを例に採るが、これに限定されるものではない。つまり、パワー半導体モジュールよりも耐圧が低い通常の半導体素子を用いた半導体装置においても、以下に説明する構成を採ることができ、同様の効果を得ることができる。

実施の形態１．
図１から図３は、本発明の実施の形態１における半導体装置１０１の概略構造を示しており、上述した図１７に示すＡ部に相当する部分を示している。
本実施の形態１における半導体装置１０１も、図１７を参照して説明した半導体装置と同様に、半導体チップ１と、電極２と、絶縁基板３と、下部電極４と、はんだ５と、放熱板６と、絶縁封止材７と、ケース８とを備える。

絶縁基板３は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）といったセラミック板である。絶縁基板３の主面３ａには、接合材（ロウ材）１２を介して回路電極（以下、単に「電極」と記す場合もある）２が接合されている。ここで電極２はアルミニウムあるいは銅で作製される。絶縁基板３に回路電極２を接合した後、電極２をエッチングすることによって、任意の形状の電極パターンが形成される。このとき、エッチング液との反応速度が電極２に比べて接合材１２の方が大きく、接合材１２が余分に削られてしまう場合がある。この場合、電極２に対する接合材１２の端部１２ａは、望む断面形状にはならずに、図３に示すように、電極２の端部側面３０よりも内側へ凹みが起こり得る。つまり、通常、接合材１２の端部１２ａは、絶縁基板３に対して垂直に近い状態か、電極２の端部側面３０よりも僅かに外側へ突出するように調整される。しかしながら処理状態にはバラつきがあるため、接合材１２の全体で一様にはなりにくく、内側へ凹み形状となることがあり得る。この場合、電極２及び接合材１２と絶縁基板３との接点で電界集中部９ａが存在する。よって、この凹み部分にボイドが残留すると放電の可能性が高くなる。

電界集中部９ａの電界を緩和する構造として、図３に示すように、絶縁基板３の主面３ａに、電極２に隣接して電極２と同電位となる導電物１３を設置する方法がある。尚、導電物１３は、電極２と導線１８で接続して同電位を形成する。このように構成することで、導電物１３の電界シールドによって接合材１２部分における電界集中部９ａの電界を緩和することができる。しかしながら、このようにして電界集中部９ａの電界を緩和した場合でも、図３に示すように、導電物１３の端部に新たに電界集中部９ｂが発生する。この場合、絶縁基板３と絶縁封止材７の界面１４に沿う方向に放電が発生する。

そこで本発明の実施の形態１における半導体装置１０１の構造では、まず図２に示すように、絶縁基板３の主面３ａに回路電極２に隣接して第１固体絶縁物であるベース用絶縁物１０ａを塗布する。ベース用絶縁物１０ａとして、エポキシ系の樹脂あるいはシリコン系の樹脂など、硬化後に絶縁基板３に充分に接着でき、耐圧の高い材料であればよく、特に限定するものはない。

このとき本実施の形態１では、ベース用絶縁物１０ａは、電極２及び接合材１２に接触しないように隙間３２を設けている。これは、ベース用絶縁物１０ａを電極２及び接合材１２に接触させて形成する場合、接合材１２の端部１２ａが上述のように電極２の端部側面３０よりも凹んでいる状態では、図１９に示すようにボイドが残留し、その部分での放電の可能性が高まるためである。
一方、隙間３２を設けることで、隙間３２には絶縁封止材７としてシリコーンゲルが充填されることになる。シリコーンゲルは、上述したように気泡が比較的抜けやすいため、エポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂などを塗布する場合に比べて、ボイド残留の可能性が低くなる。但し、隙間３２が非常に狭い場合には、シリコーンゲルが完全に充填するまでに要する時間が長くなるため、シリコーンゲルを加熱硬化させる前に十分に時間を置く必要がある。

次に、ベース用絶縁物１０ａの上に導電物１３を形成する。導電物１３は、電極２と同電位となるように、いずれかの位置で導線１８を介して電極２と導通させる。これにより、電極２の端部付近における電界集中部９ａの電界を緩和することができる。導電物１３は、導電性の塗料を塗布し硬化させて形成してもよいし、金属ワイヤーなどの固形の導電物を設置してもよい。

ここで、ベース用絶縁物１０ａ及び導電物１３の有無において、電界集中部９ａの電界値の比較結果の一例を示す。
例えば、絶縁基板３の材質を窒化アルミニウム（比誘電率：９）で厚さを０．５ｍｍ、絶縁封止材７をシリコーンゲル（比誘電率：３）、ベース用絶縁物１０ａをエポキシ樹脂（比誘電率：４）とし、ベース用絶縁物１０ａ及び導電物１３と電極２との隙間を０．１ｍｍ、ベース用絶縁物１０ａの高さ（厚み）を３０μｍ、導電物１３の高さ（厚み）を３０μｍ、接合材１２を含めた電極２の厚さを０．４ｍｍ、電極２と接合材１２の端部１２ａは、絶縁基板３に対して垂直であるとして、電界集中部９ａの電界値を計算して比較を行う。
その結果、ベース用絶縁物１０ａ及び導電物１３を設けた場合は、設けない場合に比べて電界が約３５％緩和された。ここでの電界緩和率は、導電物１３の位置によって変わり、電界集中部９ａに近いほど効果が高くなる。

一方、導電物１３を設けたままの構造では、図２に示すように、導電物１３の端部に新たに電界集中部９ｂが発生する。この状態では、電界集中部９ｂを起点とし、ベース用絶縁物１０ａと絶縁封止材７の界面１５で放電が発生しやすくなる。

そこで実施の形態１の半導体装置１０１ではさらに、図１に示すように、導電物１３の端部、つまり導電物１３において回路電極２から遠い方に位置する、換言すると回路電極２とは反対側に位置する反回路電極側端部３５における電界集中部９ｂを覆うようにして、第２固体絶縁物である放電防止用絶縁物１０ｂを導電物１３の側面及び上面に塗布する。このとき、ベース用絶縁物１０ａが硬化する前に、放電防止用絶縁物１０ｂを塗布すれば、ベース用絶縁物１０ａと放電防止用絶縁物１０ｂとの間の接着界面１６を強固にすることができる。ここでベース用絶縁物１０ａと放電防止用絶縁物１０ｂとが同一材料であれば、硬化後、両者はほぼ一体化されて界面１６を無くすことができる。よって界面絶縁を強くすることができる。
ベース用絶縁物１０ａと放電防止用絶縁物１０ｂとが異なる材料の場合でも、硬化後の接着界面１６の界面絶縁耐圧が十分に高い場合には適用可能である。

放電は、材料を貫通する方向よりも、部材の界面に沿う方向の方が起こりやすい。そのため、図３及び図２の構造のように、電界集中部９ｂに対して絶縁基板３と絶縁封止材７との界面１４、及びベース用絶縁物１０ａと絶縁封止材７との界面１５が存在すると、図４に示すように界面１５に沿って放電１７が発生する。一方、図５に示すように電界集中部９ｂの周囲がベース用絶縁物１０ａ及び放電防止用絶縁物１０ｂで覆われていると、ベース用絶縁物１０ａと放電防止用絶縁物１０ｂとの間の接着界面１６の界面絶縁耐圧は大きい。よって、ベース用絶縁物１０ａを貫通する方向に放電１７が発生しようとする。このような理由から、放電防止用絶縁物１０ｂが存在しない場合に比べると、耐圧は高くなる。

以上説明した本実施の形態１における半導体装置１０１の構造を作製する手順について、図６を参照して説明する。尚、主面３ａには接合材１２を介して回路電極２が接合されている絶縁基板３を予め用意する。このとき接合材１２の端部１２ａは、電極２の端部側面３０よりも内側へ凹んでいるものとする。

図６の（ａ）に示すように、まず、電極２の端部側面３０に対して、隙間３２を形成するための、任意の厚さのスペーサ１９を絶縁基板３の主面３ａに設置する。スペーサ１９は、後で取り外すことになるため、絶縁封止材７と接着しにくい例えばテフロン（登録商標）などの素材を用いる。
次に、（ｂ）に示すように、絶縁基板３の主面３ａに未硬化のベース用絶縁物１０ａをスペーサ１９を介して塗布する。
次に、（ｃ）に示すように、ベース用絶縁物１０ａが硬化する前に、ベース用絶縁物１０ａの上に導電物１３を設置する。導電物１３は、導電性塗料を塗布するのでも、細い線状の金属物を設置するのでもよい。また、後からでは導電物１３へ導線１８を接続しにくくなる恐れがあるため、導電物１３を電極２と導通させるための導線１８を導電物１３に繋げておく。

次に、（ｄ）に示すように、ベース用絶縁物１０ａが硬化する前に、導電物１３においてスペーサ１９とは反対側、言い換えると導電物１３における反回路電極側端部３５に対して導電物１３の側面及び上面を覆うようにして、本実施の形態１ではベース用絶縁物１０ａと同じ材質の未硬化の放電防止用絶縁物１０ｂを塗布する。
次に、（ｅ）に示すように、スペーサ１９を取り外し、導線１８を電極２へと接続する。これにより、スペーサ１９による隙間３２がベース用絶縁物１０ａ及び導電層１３と電極２との間に形成される。

以上説明したように、本実施の形態１に示す半導体装置１０１における構造によれば、電極２の電界集中部９ａの電界を緩和させることができ、かつ電界緩和のために設置した導電物１３からの放電も抑制する構造を得ることができる。したがって、従来に比べて半導体装置の長寿命化を図ることができるとともに、絶縁信頼性がより高い半導体装置、及びその製造方法を提供することが可能である。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、ベース用絶縁物１０ａ及び導電物１３は、電極２との間に隙間３２を設けている。これは、上述したように、隙間３２を設けることで隙間３２へ絶縁封止材７を流入させ、ベース用絶縁物１０ａによるボイド生成及び残留のリスクを下げることを目的としたためである。一方、接合材１２の端部１２ａについて、電極２の下方側への凹みが存在しない、もしくは凹みが小さくボイド残留の可能性が高くないことが分かっている場合には、特に隙間３２を設けることのメリットは小さいと言える。本実施の形態２における半導体装置は、このような場合における構成を有する。

図７に、本実施の形態２における半導体装置１０２の構造を示す。半導体装置１０２では、ベース用絶縁物１０ａは、電極２及び接合材１２による電界集中部９ａを覆うように、つまり隙間３２を設けることなく、塗布されている。導電物１３の周辺部については、実施の形態１と同様に、導電物１３の反回路電極側端部３５を覆うように放電防止用絶縁物１０ｂが塗布される。

電極端部における電界集中部９ａは、上述のようにベース用絶縁物１０ａで覆われている。このベース用絶縁物１０ａの誘電率が絶縁封止材７の誘電率よりも高ければ、電界集中部９ａの電界はそれだけで緩和される。例えば、絶縁封止材７をシリコーンゲルとして比誘電率を３とし、ベース用絶縁物１０ａを例えばポリイミドとして厚さを３０μｍで比誘電率を３．７とする。絶縁基板３を厚さ０．５ｍｍの窒化アルミニウムで比誘電率を９、接合材１２を含めた電極２の厚さを０．４ｍｍ、電極２及び接合材１２の端部１２ａは、絶縁基板３に対して垂直であると仮定する。この条件でベース用絶縁物１０ａの有無に対して電界集中部９ａの電界を計算して比較を行う。
その結果、ベース用絶縁物１０ａを設けた場合には、設けない場合に比べて電界は約５％低減された。加えて、ベース用絶縁物１０ａの材料自体における絶縁破壊電圧もゲルに比べて高くなるため、ベース用絶縁物１０ａの設置によって、電界集中部９ａでの放電電圧を上げることができる。

また、図７に示す半導体装置１０２の構造では、導電物１３は電極２に対して隙間を開けて配置しているが、直接接触させてもよい。

以上説明したように、本実施の形態２に示す半導体装置１０２における構造によれば、電極２の端部側面３０付近へのボイド残留のリスクが小さい場合には、実施の形態１の場合と同様に導電物１３を設けたことによる電界緩和効果に加えて、ベース用絶縁物１０ａの材料による放電抑制効果も得ることができる。さらにまた、隙間３２を設ける工程が不要となることから、実施の形態１における構造よりも、半導体装置の製造が簡略化できるという効果も得られる。

実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、電界集中部は、図１７の「Ａ」に示すように基板外周部に位置する場合を例にとっている。一方、実際の半導体モジュールで用いられる基板は、図８に示すように、絶縁基板３には複数の、電極２−半導体チップ１のセットがそれぞれ配置されており、複数の電極２ａ、電極２ｂが配置されている場合が多い。本実施の形態３における半導体装置１０３は、このような複数の電極２ａ、２ｂを有する構造である。以下には、図８において点線Ｂで示す電極２ａと電極２ｂとの間の領域の構造について説明する。尚、半導体装置１０３においても図１７に示され説明した各構成部分と同じ構成部分については、同じ符号を付している。

図９は、図８に示す点線Ｂの領域を拡大した図である。構造としては、実施の形態１にて図１に示した構造を、電極２ａ、電極２ｂに対して、左右対称とした構造である。電極２ａ側に導電物１３ａを、電極２ｂ側に導電物１３ｂをそれぞれ配置している。但し、図１に示した構造がそれぞれ独立しているのではなく、ベース用絶縁物１０ａ及び放電防止用絶縁物１０ｂは両者に共通の構造を採る。ここで、導電物１３ａと導電物１３ｂとは、互いに接近しすぎると、絶縁上の問題が発生する。導電物１３ａ及び導電物１３ｂについては、電極２ａ及び電極２ｂとの間隔が重要であり、その沿面方向の長さについては、特に重要ではない。したがって、導電物１３ａ及び導電物１３ｂの沿面方向の長さは、導線１８の接続に支障がない程度の長さで十分である。導電物１３ａ及び導電物１３ｂの設置については、互いに接近しすぎないように、図１０に示すように、スペーサ１９ｃを間に置いて作製するとよい。

尚、本実施の形態３では、電極２ａ、電極２ｂの２セットを設けた場合を例示したが、３セット以上を設けた場合も同様に適用可能である。
また、本実施の形態３における半導体装置１０３においても、実施の形態１の半導体装置１０１が奏する効果と同じ効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１１に本実施の形態４における半導体装置１０４を示す。この半導体装置１０４に示す構造は、実施の形態３で示した電極間の構造において、実施の形態２で示した構造を適用するものである。即ち、実施の形態３で示した電極間の構造において、製造状態によっては実施の形態２の場合と同様に、接合材１２の端部１２ａも含めて電極２ａ，２ｂの端部側面３０付近におけるボイド残留のリスクが小さい場合には、半導体装置１０４に示す構造を適用することができる。

本実施の形態４の構造を採ることで、実施の形態２にて得られる効果と同様の効果を得ることができる。つまり、実施の形態１の半導体装置１０１が奏する効果と同じ効果に加えて、各接合材１２と、電極２ａ及び電極２ｂとの間に隙間を設ける工程が不要となるため、製造を簡略化することができるという効果が得られる。
ここで導電物１３ａ及び導電物１３ｂは、それぞれ電極２ａ及び電極２ｂと接触させてもよい。

実施の形態５．
図１２に実施の形態５における半導体装置１０５の構造を示す。この半導体装置１０５は、実施の形態１における半導体装置１０１の変形例に相当する。
即ち、実施の形態１で示す構造では、導電物１３の端部における電界集中部９ｂに最も高い電界が発生する。各実施の形態の構造では、電界集中部９ｂに対して材料界面を設けないことにより、界面方向の放電を発生させないことで、放電自体を発生しにくくしている。このような構成にあっても、ベース用絶縁物１０ａの貫通方向（絶縁基板３の厚み方向）、あるいはベース用絶縁物１０ａと放電防止用絶縁物１０ｂの界面方向（界面に沿った方向）へ放電が生じる可能性はある。

そこで本実施の形態５で示す構造では、図１２に示すように、導電物１３の端部における電界集中部９ｂの電界を低減するために、導電物１３の回路電極２に近い回路電極側端部３７に対して、導電物１３の回路電極２から遠い反回路電極側端部３５は、絶縁基板３の厚み方向３ｂにおいて、絶縁基板３から離れて上側に位置して高くしている。但し、導電物１３の回路電極側端部３７の位置も共に高くした場合には、接合材１２における電界集中部９ａの電界緩和効果が低減するとともに、電極２との間の隙間３２の深さが深くなり絶縁封止材７が充填しにくくなる。よって、回路電極側端部３７の高さは、実施の形態１の半導体装置１０１と同様に低いままとし、図１２に示すように全体的に導電物１３が傾斜するように構成する。

このように傾斜した導電物１３を形成する方法としては、ベース用絶縁物１０ａを塗布する際、図１２に示すように斜面となるよう塗布を行い、導電物１３の反回路電極側端部３５を規定の高さに位置させる。そしてベース用絶縁物１０ａが硬化する前に、電界集中部９ｂを覆って放電防止用絶縁物１０ｂを塗布する。

以上のように構成した本実施の形態５における半導体装置１０５によれば、実施の形態１の半導体装置１０１が奏する効果を得ることができるのは勿論であるが、半導体装置１０１に比べてさらに導電物１３からの放電を抑制でき、長寿命化及び絶縁信頼性の向上を図ることができる。

実施の形態６．
実施の形態１から実施の形態５までの構造では、説明したように、ベース用絶縁物１０ａ、導電物１３、放電防止用絶縁物１０ｂをこの順に重ねていく製造方法を採っている。しかしながら、ベース用絶縁物１０ａ及び放電防止用絶縁物１０ｂの塗布及び硬化を考慮した製造プロセスでは、工程が増すとともに、製造のバラつきが生じる可能性もある。
そこで本実施の形態６では、ベース用絶縁物１０ａ、放電防止用絶縁物１０ｂ、及び導電物１３の役割を有し、これらを一体的に形成した電界緩和部材を、絶縁基板３とは別に予め作製しておき、絶縁基板３に対して電界緩和部材を接着するだけで済むようにしている。

図１３には、そのような電界緩和部材２５を用いて作製した、本実施の形態６における半導体装置１０６を示している。また、図１４には、電界緩和部材２５の拡大断面を示している。電界緩和部材２５において、細長い金属導体２０が実施の形態１〜５にて説明した導電物１３に相当し、金属導体２０の周囲の絶縁被膜２１が実施の形態１〜５にて説明したベース用絶縁物１０ａ及び放電防止用絶縁物１０ｂに相当する。絶縁被膜２１は、高電界が加わるため、絶縁耐圧の高いエポキシ系樹脂などを用いる。また、金属導体２０に対しては、電極２との導通のための導線１８が繋がっている。図１４に示す形状では、設置の容易さを考慮して、絶縁被膜２１の表面は、平らに形成しているが、例えば円形状等でもよい。

上述のように別途作製された電界緩和部材２５は、図１３に示すように、回路電極２に隣接させて絶縁基板３の主面３ａに、接着剤２３により接着される。接着剤２３には電界が加わるため、エポキシ系樹脂などの耐圧の高いものを用いる。接着後、あるいは接着と同時に、金属導体２０から延びる導線１８を回路電極２に接続する。その後、全体が絶縁封止材７にて封止される。

以上のように構成した本実施の形態６における半導体装置１０６によれば、実施の形態１の半導体装置１０１が奏する効果を得ることができるのは勿論であるが、電界緩和に必要な導電物を絶縁物で覆った電界緩和部材２５を予め作製しておくことで、半導体装置の製造を簡易化し、かつ製造のバラツキを低減することが可能となる。

実施の形態７．
図１５及び図１６に実施の形態７における半導体装置１０７の構造を示す。この半導体装置１０７は、実施の形態１における半導体装置１０１の変形例に相当する。
本実施の形態における半導体装置１０７では、絶縁基板３の主面３ａには電極２が接合されているが、主面３ａに対向する裏面は電極を介さずに直接に放熱板６に接合される構造を有する。このような半導体装置１０７においてベース用絶縁物１０ａは、実施の形態１の場合と同様に絶縁基板３の主面３ａに塗布され、さらに絶縁基板３の端部側面３ｃを覆い放熱板６の上面までも覆って塗布される。また、ベース用絶縁物１０ａには導電物１３が形成され、さらに放電防止用絶縁物１０ｂが導電物１３の反回路電極側端部３５を覆い塗布されている。

このように構成される本実施の形態の半導体装置１０７では、絶縁基板３と放熱板６との間には隙間がないため、ベース用絶縁物１０ａは、絶縁基板３から放熱板６に至るまで容易に塗布することが可能である。これにより導電物１３と放熱板６との間における絶縁破壊経路４０（図１６）に対して、放電を遮るようにベース用絶縁物１０ａを設置できるため、絶縁耐圧を向上することができる。

上述した各実施の形態を組み合わせた構成を採ることも可能であり、また、異なる実施の形態に示される構成部分同士を組み合わせることも可能である。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２０１４年５月８日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２０１４−９６８０２号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。

２回路電極、３絶縁基板、１０ａベース用絶縁物、１０ｂ放電防止用絶縁物、１３導電物、１７放電、２３接着剤、２５電界緩和部材、３２隙間、３５反回路電極側端部、３７回路電極側端部、４０絶縁破壊経路、１０１〜１０６半導体装置。

Claims

回路電極を主面に接合した絶縁基板と、
上記回路電極に隣接して上記主面に形成したベース用絶縁物と、
ベース用絶縁物上に形成され上記回路電極と同電位とした導電物と、
上記導電物において上記回路電極とは反対側に位置する反回路電極側端部を覆う放電防止用絶縁物と、
を備え、
上記ベース用絶縁物及び上記導電物と、上記回路電極との間には隙間を有する、
ことを特徴とする半導体装置。
上記ベース用絶縁物と上記放電防止用絶縁物とは同一材料である、請求項１に記載の半導体装置。
上記ベース用絶縁物と上記放電防止用絶縁物は樹脂である、請求項１又は２に記載の半導体装置。
上記導電物において回路電極側に位置する回路電極側端部に対して上記反回路電極側端部は、上記絶縁基板の厚み方向において上記絶縁基板から離れて上側に位置する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
上記絶縁基板の対向する両面に電極を構成し、その一方の電極は放熱板に接合材で接合されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
上記絶縁基板の一方面に電極を構成し、上記一方面に対向する上記絶縁基板の他方面は、放熱板に直接に接合されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
上記ベース用絶縁物は、上記一方面から上記絶縁基板の端部側面を覆いさらに上記放熱板までを覆う、請求項６に記載の半導体装置。
絶縁基板の主面に形成した回路電極に隣接して上記主面にベース用絶縁物を配置する工程と、
ベース用絶縁物上に上記回路電極と同電位となる導電物を形成する工程と、
上記導電物において上記回路電極とは反対側に位置する反回路電極側端部を覆って放電防止用絶縁物を配置する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法であって、
上記ベース用絶縁物及び上記導電物と、上記回路電極との間には隙間を有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
上記ベース用絶縁物、上記導電物、及び上記放電防止用絶縁物を一体的に形成した電界緩和部材を上記絶縁基板とは別に作製し、
上記電界緩和部材を上記回路電極に隣接して上記絶縁基板に接着する、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。