JPH1140703A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH1140703A
JPH1140703A JP20868797A JP20868797A JPH1140703A JP H1140703 A JPH1140703 A JP H1140703A JP 20868797 A JP20868797 A JP 20868797A JP 20868797 A JP20868797 A JP 20868797A JP H1140703 A JPH1140703 A JP H1140703A
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silicone gel
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Hiroshi Enami
博司 江南
Yuji Hamada
裕司 浜田
Akihiro Nakamura
昭宏 中村
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DuPont Toray Specialty Materials KK
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Dow Corning Toray Silicone Co Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/751Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
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  • Silicon Polymers (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートサイクル時の気泡や亀裂の生成が抑制
されたシリコーンゲルにより半導体素子を封止もしくは
充填している、優れた信頼性を有する半導体装置を提供
する。 【解決手段】 ケース内の半導体素子をシリコーンゲル
により封止もしくは充填している半導体装置であって、
該シリコーンゲルの25℃、せん断周波数0.1Hzにお
ける損失弾性率が1.0×103〜1.0×105dyne/cm
2であり、かつ、複素弾性率が1.0×106dyne/cm2
下であることを特徴とする半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ケース内の半導体
素子をシリコーンゲルにより封止もしくは充填している
半導体装置に関し、詳しくは、ヒートサイクル時の気泡
や亀裂の生成が抑制されたシリコーンゲルにより半導体
素子を封止もしくは充填している、優れた信頼性を有す
る半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子を主要な構成部品とする半導
体装置は、一般に、外部からの機械的応力から該素子を
保護するために、該素子がケース内に設置されており、
さらに、外部からの振動を緩和して、湿気を遮断するた
めに該素子がシリコーンゲルにより封止もしくは充填さ
れている(特開昭61−48945号公報、特開昭62
−104145号公報、および特開平8−46093号
公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ケース内の半
導体素子をシリコーンゲルにより封止もしくは充填して
いる半導体装置がヒートサイクルを受けた場合には、該
シリコーンゲル中に気泡や亀裂が生成して、該半導体装
置の信頼性が低下するという問題があった。そして、こ
の問題は、複数の電気素子を1つの基板内に組み込んだ
ようなモジュールにおいて、特に顕著であった。
【0004】本発明者らは、上記の課題を解決するため
鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発
明の目的は、ヒートサイクル時の気泡や亀裂の生成が抑
制されたシリコーンゲルにより半導体素子を封止もしく
は充填している、優れた信頼性を有する半導体装置を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、ケース内の半
導体素子をシリコーンゲルにより封止もしくは充填して
いる半導体装置であって、該シリコーンゲルの25℃、
せん断周波数0.1Hzにおける損失弾性率が1.0×10
3〜1.0×105dyne/cm2であり、かつ、複素弾性率が
1.0×106dyne/cm2以下であることを特徴とする半
導体装置に関する。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置を詳細に説明
する。本発明の半導体装置は、ケース内の半導体素子を
シリコーンゲルにより封止もしくは充填している半導体
装置である。このような半導体素子としては、IC、ハ
イブリッドIC、LSI等の半導体素子;このような半
導体素子、コンデンサ、電気抵抗器等の電気素子を実装
した電気回路やモジュール;1W以上の電力を扱えるパ
ワーIC;静電誘導トランジスタ(SIT:Static I
nduction Transistor)、MOS型(パワーMOSFE
T)、MOS型とバイポーラ型を組み合わせたIGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ショッ
トキバリアゲート型化合物(GaAs)FET等のパワー
トランジスタ;パワー半導体素子が例示される。また、
このような半導体素子を保護するためのケースとして
は、金属製のものや、プラスチック製のものが例示され
る。このような本発明の半導体装置としては、電極と電
極、電気素子と電気素子、電気素子とケース等の隙間が
狭いものや、これらの構造がこのシリコーンゲルの膨張
・収縮に追随しにくい構造を有するものが例示される。
このような構造を有する半導体装置においても、これが
ヒートサイクルを受けた場合でも半導体素子を封止もし
くは充填しているシリコーンゲル中の気泡や亀裂の生成
が抑制されているという特徴がある。このような半導体
装置としては、例えば、IC、ハイブリッドIC、LS
I等の半導体素子、コンデンサ、電気抵抗器等の電気素
子を実装した電気回路やモジュールをシリコーンゲルに
より封止もしくは充填している、OA、情報、自動車、
家電、FA等の分野で使用される各種モータ制御用パワ
ーIC、電源分野で200VラインオペレートパワーI
C、自動車分野でのランプ/ソレノイドドライブ用ハイ
サイドスイッチ等のパワーIC、複数個のパワー半導体
素子を1つのパッケージに組み込んで、電流容量を大き
くしたパワーモジュール、自動車用のイグナイターやレ
ギュレータが挙げられ、特に、パワーモジュールが好適
である。
【0007】本発明の半導体装置においては、半導体素
子を封止もしくは充填しているシリコーンゲルの25
℃、せん断周波数0.1Hzにおける損失弾性率が1.0×
103〜1.0×105dyne/cm2であり、かつ、複素弾性
率が1.0×106dyne/cm2以下であることを特徴とし
ており、特に、このシリコーンゲルの25℃、せん断周
波数0.1Hzにおける損失弾性率が3.0×103〜3.0
×104dyne/cm2であり、かつ、この複素弾性率が1.
0×105dyne/cm2以下であることことが好ましい。こ
れは、このような範囲の損失弾性率および複素弾性率を
有するシリコーンゲルにより半導体素子を封止もしくは
充填している半導体装置は、これがヒートサイクルを受
けても、該シリコーンゲル中の気泡や亀裂の形成が抑制
されているので、絶縁破壊強さ等の電気特性の低下がな
く、信頼性が優れるためである。
【0008】このようなシリコーンゲルを形成するため
のシリコーンゲル組成物としては、例えば、アルケニル
基含有オルガノポリシロキサン、ケイ素原子結合水素原
子含有オルガノポリシロキサン、およびヒドロシリル化
反応用触媒からなるヒドロシリル化反応硬化型シリコー
ンゲル組成物、シラノール基またはケイ素原子結合アル
コキシ基含有オルガノポリシロキサン、ケイ素原子結合
アルコキシ基含有シラン、および縮合反応用触媒からな
る脱アルコール縮合反応硬化型シリコーンゲル組成物、
アクリル官能性基含有オルガノポリシロキサンを主成分
とする紫外線硬化型シリコーンゲル組成物が挙げられ、
比較的速やかに全体が硬化することから、ヒドロシリル
化反応硬化型シリコーンゲル組成物であることが好まし
い。
【0009】半導体素子を封止もしくは充填しているシ
リコーンゲルの25℃、せん断周波数0.1Hzにおける
損失弾性率および複素弾性率は、例えば、このシリコー
ンゲルを厚さ5〜6mm、直径20mmの円形プレート状に
調整した後、これを動的粘弾性測定装置により測定する
ことにより求められる。
【0010】また、本発明の半導体装置において、半導
体素子を封止もしくは充填しているシリコーンゲルのJ
IS K 2220に規定される1/4ちょう度は20
〜80の範囲内であることが好ましい。これは、この1
/4ちょう度がこの範囲内であるようなシリコーンゲル
が繰り返しのヒートサイクルや振動を受けても、該シリ
コーンゲル中に気泡や亀裂の生成が著しく抑制されるか
らである。
【0011】本発明の半導体装置を調製する方法は限定
されず、例えば、半導体素子を設置したケース内にシリ
コーンゲル組成物を注入した後、該組成物を加熱した
り、室温で放置したり、紫外線を照射することにより硬
化させる方法が挙げられ、特に、比較的速やかに全体が
硬化することから、該組成物としてヒドロシリル化反応
硬化型のものを用いて、加熱により硬化させることがが
好ましい。この際には、加熱温度が高くなると、半導体
素子を封止もしくは充填しているシリコーンゲル中に気
泡や亀裂が生成しやすくなる傾向があるので、50〜2
50℃の範囲内に加熱することが好ましく、特に、70
〜130℃の範囲内に加熱することが好ましい。
【0012】
【実施例】本発明の半導体装置を実施例により詳細に説
明する。なお、実施例中の特性は25℃において測定し
た値であり、シリコーンゲルの特性は次のようにして測
定した。 [シリコーンゲルの損失弾性率および複素弾性率]ヒド
ロシリル化反応硬化型のシリコーンゲル組成物を125
℃で1時間加熱することにより、厚さ5〜6mm、直径2
0mmの円形プレート状のシリコーンゲルを作成した。こ
のシリコーンゲルの25℃、せん断周波数0.1Hzにお
ける損失弾性率および複素弾性率をレオメトリック社製
の動的粘弾性測定装置(商品名:ダイナミックアナライ
ザーARES)により測定した。 [シリコーンゲルの1/4ちょう度]50mlのガラスビ
ーカーにヒドロシリル化反応硬化型のシリコーンゲル組
成物を静かに注いだ後、125℃で1時間加熱すること
によりシリコーンゲルを作成した。このシリコーンゲル
の1/4ちょう度をJIS K 2220に規定の方法
により測定した。
【0013】[実施例1〜7・比較例1〜4]各種の1
/4ちょう度、損失弾性率、および複素弾性率を有する
シリコーンゲルを形成することができるヒドロシリル化
反応硬化型のシリコーンゲル組成物を用いて図1で表さ
れる半導体装置を作成した。すなわち、この半導体装置
は、半導体素子(IGBT)1が、銅製回路配線2を設け
たセラミック製基板3上に接着剤により載置され、この
回路配線2とボンディングワイヤにより電気的に接続さ
れている。このセラミック製基板3上の回路配線2には
外部接続端子4が設けられており、また、半導体素子1
以外の電気抵抗器やコンデンサ等の各種電気素子が実装
されている。この半導体素子1および各種の電気素子を
実装したセラミック製基板3は、ポリエチレンテレフタ
レート(PET)等のプラスチック製のケース5内に接
着剤により固定されている。
【0014】この半導体素子1を設置したケース5の内
部にヒドロシリル化反応硬化型のシリコーンゲル組成物
を静かに注ぎ込んだ。その後、この半導体装置ごと、室
温、5mmHg以下の条件で10分間減圧脱泡した後、これ
を125℃のオーブン中で1時間加熱することにより、
このシリコーンゲル組成物をを硬化させてシリコーンゲ
ル6を形成した。
【0015】このようにして調製した各々5個の半導体
装置について、−40℃で1時間、125℃で1時間を
1サイクルとするヒートサイクル試験を行った。500
サイクル後のシリコーンゲルの外観(気泡・亀裂の有無
および程度)、および外部接続端子4を用いた絶縁破壊
強さ(毎秒1kVの割合で昇圧)を測定した。これらの測
定結果を表1に示した。なお、表中のシリコーンゲルの
外観はそれぞれ、 A:気泡・亀裂の生成が全くない、 B:気泡・亀裂が生成し、その大きさが10mm未満であ
る、 C:気泡・亀裂が生成し、その大きさが10〜30mmで
ある、 D:気泡・亀裂が生成し、その大きさが30mm以上であ
る、 を示している。また、表中の半導体装置の不良率は、半
導体装置5個中の絶縁破壊強さが5KV/mm以下である半
導体装置の個数を示している。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】本発明の半導体装置は、半導体素子を封
止もしくは充填しているシリコーンゲルの25℃、せん
断周波数0.1Hzにおける損失弾性率が1.0×103
1.0×105dyne/cm2であり、かつ、複素弾性率が1.
0×106dyne/cm2以下であるので、ヒートサイクルを
受けた場合でも、該シリコーンゲル中の気泡や亀裂の生
成が抑制され、信頼性が優れるという特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の一例であり、実施例で用い
た半導体装置の断面図である。
【図2】 図2は、半導体素子を封止もしくは充填して
いるシリコーンゲル中に気泡矢や亀裂が生成した半導体
装置の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体素子(IGBT) 2 銅製回路配線 3 セラミック製基板 4 外部取出端子 5 プラスチック製ケース 6 シリコーンゲル 7 シリコーンゲル中に生成した気泡や亀裂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 昭宏 千葉県市原市千種海岸2番2 東レ・ダウ コーニング・シリコーン株式会社研究開発 本部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケース内の半導体素子をシリコーンゲル
    により封止もしくは充填している半導体装置であって、
    該シリコーンゲルの25℃、せん断周波数0.1Hzにお
    ける損失弾性率が1.0×103〜1.0×105dyne/cm
    2であり、かつ、複素弾性率が1.0×106dyne/cm2
    下であることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 シリコーンゲルのJIS K 2220
    に規定される1/4ちょう度が20〜80であることを
    特徴とする、請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体装置がパワーモジュールであるこ
    とを特徴とする、請求項1記載の半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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