(57)【要約】【課題】金属板からなるリードフレームに半導体素子を搭載した半導体装置において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置を提供する。【解決手段】ソース端子１２とドレイン端子１３とゲート端子１１の少なくとも３端子を備えた半導体素子５Ａ〜５Ｃをリードフレーム２のダイパッド部２ａに搭載した半導体装置１であって、ソース端子１２をダイパッド部２ａに電気的に接続し、リードフレーム２の裏面に絶縁塗料を塗布して所定厚みの絶縁塗膜６を形成する構成とした。【選択図】図１
2014203919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース端子とドレイン端子とゲート端子の少なくとも３端子を備えた半導体素子をリードフレームのダイパッド部に搭載した半導体装置であって、
前記ソース端子を前記ダイパッド部に電気的に接続し、前記リードフレームの裏面に絶縁塗料を塗布したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
ソース端子とドレイン端子とゲート端子の少なくとも３端子を備えた半導体素子をリードフレームのダイパッド部に搭載し、前記リードフレームの裏面にヒートシンクを装着した半導体装置であって、
前記ソース端子を前記ダイパッド部に電気的に接続し、前記ヒートシンクの前記リードフレームを装着する面に絶縁塗料を塗布したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子が、ＧａＮを用いた横型デバイスであって、前記ソース端子と前記ダイパッド部とをワイヤボンディングにより接続していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子が、ＭＯＳ型の縦型デバイスであって、前記半導体素子の裏面を前記ソース端子とし、前記ダイパッド部に接合したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体素子が、横型デバイスの第１素子と縦型デバイスの第２素子とをカスコード接続した２チップ型であって、第２素子の裏面を前記ソース端子とし、前記ダイパッド部に接合し、第１素子のソース端子を第２素子のドレイン端子に接続し、第１素子のドレイン端子をドレインリードに接続し、第２素子のゲート端子をゲートリードに接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、薄型化と低熱抵抗化を可能にする半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属板からなるリードフレームのダイパッドに半導体素子を搭載して、半導体素子の電極とリードフレームとをボンディングワイヤで接続して樹脂で封止した半導体装置が知られている。また、ソース端子とゲート端子とドレイン端子の３端子を備え、ゲート端子に印加する電圧により、ソ−ス端子とドレイン端子間の電流を制御するトランジスタのＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）が知られている。
【０００３】
また、高電圧で大電流を扱える電力用半導体素子（パワーデバイス）を備えた半導体装置も開発されており、Ｓｉ基板を用いたＭＯＳ型のパワーデバイスが知られている。また、ワイドバンドギャップ半導体であるＧａＮを用いたパワーデバイスなども開発も進められている。
【０００４】
上記ＭＯＳＦＥＴとして、チップ表面にソース端子を設け、裏面にドレイン端子を設けて、電流が垂直方向に流れる縦型デバイスと、ソース端子とドレイン端子を共にチップ表面に設けて、電流が水平方向に流れる横型デバイスが知られている。
【０００５】
縦型デバイスは、チップの表面と裏面とにそれぞれ異なる端子を設けるので、単位面積当たりの通電能力が大きくなって、高電力を扱う半導体素子として有効である。
【０００６】
横型デバイスは、全ての端子をチップ表面に配列できるので、集積化が容易であり、集積回路の半導体素子として有効である。ただ、チップの所定の端子をリードフレームのヘッダー部に電気的に接続するために、当該ヘッダー部にワイヤボンディングエリアを設ける必要が生じてしまい、半導体装置の小型化に対しては不利となる。
【０００７】
そのために、横型デバイスのチップ側面に導電路を設け、チップ表面のソース電極と接続し、導電路を導電性接着剤を介してヘッダーに電気的に接続する構成とし、ワイヤボンディングエリアを不要として、外形の小型化を可能にした半導体装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１８６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
金属板からなるリードフレームに半導体素子を搭載した半導体パッケージをヒートシンク等の金属部材に取付ける場合、裏面にフレームが露出した構成であれば、電気的に絶縁するために、半導体パッケージとヒートシンクとの間に絶縁シートを介装させる必要があった。
【００１０】
また、絶縁性樹脂であるモールド樹脂を用いてフレーム裏面を覆うフルモールド構成の場合は、樹脂の厚みは、従来０．４〜０．５ｍｍ程度とされており、薄型化を図る際に障害となっていた。また、モールド樹脂の熱伝導率が低いために、熱抵抗が大きくなってしまい、放熱性が悪化して問題となる。
【００１１】
特に、チップ裏面のドレイン端子をフレームのダイパッドに接合して電気的に接続する場合には、フレームもドレイン端子と同電位となり、グランドとの電位差が大きくなってしまうので、より確実な絶縁対策が求められる。
【００１２】
特許文献１に記載された半導体装置では、ソース電極をヘッダーに接続してＧＮＤ端子としているので、電位は低電位となるが、ヘッダーをヒートシンクに直接接触させる場合には、回路基板のＧＮＤ電位とヘッダー裏面とで電位差が生じると、短絡してしまい問題となる。
【００１３】
また、前述したように、絶縁性を発揮するためにフルモールド構成にすると、熱伝導率が低い所定厚みのモールド樹脂を介して熱伝導することになり、低熱抵抗化が困難になってしまい問題となる。
【００１４】
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、金属板からなるリードフレームに半導体素子を搭載した半導体装置において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置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】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、ソース端子とドレイン端子とゲート端子の少なくとも３端子を備えた半導体素子をリードフレームのダイパッド部に搭載した半導体装置であって、ソース端子を前記ダイパッド部に電気的に接続し、前記リードフレームの裏面に絶縁塗料を塗布したことを特徴としている。
【００１６】
この構成によると、ソース端子をダイパッド部に接続することにより、ダイパッド部の電位がソース電位と同じ低電位となる。さらに、リードフレームの裏面に絶縁塗料を塗布しているので、回路基板に直接装着する構成であっても、絶縁塗膜を介して回路基板に対して確実な絶縁性を確保できる。また、低電位のため薄い厚みの絶縁塗膜でよいので、パッケージの薄型化を図ることも容易となる。従って、金属板からなるリードフレームに半導体素子を搭載した半導体装置において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置を得ることができる。
【００１７】
また本発明は、ソース端子とドレイン端子とゲート端子の少なくとも３端子を備えた半導体素子をリードフレームのダイパッド部に搭載し、前記リードフレームの裏面にヒートシンクを装着した半導体装置であって、ソース端子を前記ダイパッド部に電気的に接続し、前記ヒートシンクの前記リードフレームを装着する面に絶縁塗料を塗布したことを特徴としている。
【００１８】
この構成によると、ソース端子をダイパッド部に接続することにより、ダイパッド部の電位がソース電位と同じ低電位となる。また、絶縁塗料を塗布したヒートシンク上にダイパッド部を固定しているので、ヒートシンクに対して確実な絶縁性を確保できる。また、低電位のため薄い厚みの絶縁塗膜でよいので、パッケージの薄型化を図ることも容易となる。従って、金属板からなるリードフレームに半導体素子を搭載した半導体装置において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、金属板からなるリードフレームに半導体素子を搭載した半導体装置において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体装置を説明する平面図である。
【図２Ａ】本発明の半導体装置の第１の装着例を説明する側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの半導体装置の絶縁塗料の塗布領域を説明する斜視図である
【図３Ａ】本発明の半導体装置の第２の装着例を説明する側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの半導体装置の絶縁塗料の塗布領域を説明する斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の半導体装置を説明する平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の半導体装置を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。また、同一構成部材については同一の符号を用い、重複する説明は適宜省略する。まず本実施形態に係る半導体装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態の半導体装置を説明する平面図である。
【００２２】
〈第１実施形態〉
図１に示す半導体装置１は、半導体基板５の一面（表面）にゲート端子１１とソース端子１２とドレイン端子１３を形成した横型デバイスと称される半導体素子５Ａをリードフレーム２のダイパッド部２ａに搭載して、ゲート端子１１をゲートリード３に導電ワイヤＷを介して接続し、ドレイン端子１３を同じく導電ワイヤＷを介してドレインリード４に接続している。
【００２３】
リードフレーム２はチップ搭載部となるダイパッド部２ａとリード部となるソースリード２ｂを一体に備える。また、ソース端子１２は、ダイパッド部２ａに導電ワイヤＷを介して接続している。すなわち、本実施形態の半導体装置１は、ソース端子１２とダイパッド部２ａとをワイヤボンディングにより接続していて、ダイパッド部２ａの電位がソース電位と同じになる実装構造である。
【００２４】
そのために、このダイパッド部２ａの裏側とヒートシンクや回路基板のＧＮＤ（接地部）との電位差が小さくなるので、絶縁性を得るために大きな厚みの絶縁パッドを介装したり、樹脂でモールドしたりする必要はなく、絶縁塗料を所定厚みに塗布するだけでよいことになる。そこで、本実施形態の半導体装置１は、リードフレーム２の裏面に絶縁塗料を塗布して所定厚みの絶縁塗膜を設ける構成としている。
【００２５】
すなわち、本実施形態に係る半導体装置１は、ゲート端子１１とソース端子１２とドレイン端子１３との少なくとも３端子を備えた半導体素子をリードフレーム２のダイパッド部２ａに搭載した半導体装置であって、ソース端子１２をダイパッド部２ａに電気的に接続し、リードフレーム２の裏面（ダイパッド部裏面）に絶縁塗料を塗布したものである。
【００２６】
この構成であれば、ソース端子１２をダイパッド部２ａに接続することにより、ダイパッド部２ａの電位がソース電位と同じ低電位となる。さらに、リードフレーム２の裏面に絶縁塗料を塗布しているので、回路基板に直接装着する構成であっても、絶縁塗膜を介して確実な絶縁性を発揮する。また、低電位のため薄い厚みの絶縁塗膜でよいので、パッケージの薄型化を図ることも容易となる。従って、金属板からなるリードフレーム２に半導体素子を搭載した半導体装置において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置１を得ることができる。
【００２７】
横型デバイスの半導体素子５Ａは、通常のＳｉ基板を用いたＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）であっても、ＧａＮを用いた横型デバイスであってもよい。特に、ＧａＮを用いた横型デバイスであれば、ＧａＮデバイスが備える、高耐圧、低オン抵抗による損失低減、高速動作が可能、などの特徴を発揮して、小型で高効率のインバータ装置を実現可能になるので好ましい。
【００２８】
半導体装置１とヒートシンクを組み付ける際には、その接合面に絶縁塗料を塗布した絶縁塗膜を設けて絶縁性を確保することが望ましい。また、その場合には、半導体装置１側に予め絶縁塗膜を設けておいてヒートシンクに装着する第１の装着例と、絶縁塗膜を設けたヒートシンクに半導体装置１を取り付けて一体構成する第２の装着例とが想定される。
【００２９】
そのため、次に、図２Ａ、図２Ｂを用いて第１の装着例について説明し、図３Ａ、図３Ｂを用いて第２の装着例について説明する。
【００３０】
（第１の装着例）
図２Ａは、半導体装置の第１の装着例を説明する側面図であり、図２Ｂは、絶縁塗料の塗布領域を説明する斜視図である。
【００３１】
図２Ａに示す半導体装置１Ａは、パッケージ裏面に絶縁塗料を塗布して絶縁塗膜６を設けている。また、この半導体装置１Ａは、図２Ｂに示すように、本体部をモールド樹脂８でモールドして、ゲートリード３、ソースリード２ｂ、ドレインリード４を露出した所謂ＴＯ２２０型構成とされ、回路基板やヒートシンクなどに装着するパッケージ裏面（リードフレーム２のダイパッド部裏面側）に絶縁塗膜６を設けている。
【００３２】
そのために、この状態で他の部材に取付可能になり、相手側が金属部材などの導電性部材であっても、確実な絶縁性を発揮する。従って、相手側部材がヒートシンク７の場合には、絶縁塗膜６を設けた面をヒートシンク７に当接して、半導体装置１Ａをヒートシンク７に装着し、ビス孔２１に固定ビス２０を介装して固定する。この際に、絶縁塗膜６は、例えば、アクリル塗料を用いた厚み１０μｍ程度の塗膜から成る。また、アクリル系塗料に限らず、良好な絶縁性を発揮するその他の塗料、例えば、エポキシ系塗料やシリコーン系塗料などを用いてもよい。また、両者の接合部の微細な隙間を埋めて発熱素子からヒートシンクに至る熱抵抗を下げるため、放熱グリース（図示しない）を塗布してもよい。
【００３３】
絶縁塗膜６は絶縁塗料をスプレー塗装して形成できる。また、印刷により形成してもよい。そこで、本実施形態に置いては、アクリル系塗料を厚み１０μｍになるようにスプレー塗装して形成している。
【００３４】
上記したように、本実施形態に係る半導体装置１（１Ａ）によれば、ダイパッド部２ａの電位がソース電位と同じ低電位となるので、塗膜厚みが１０μｍ程度の薄い絶縁膜であっても、良好な絶縁性を発揮する。また、塗膜厚みが薄いので熱抵抗は小さくなる。従って、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置１（１Ａ）となる。
【００３５】
（第２の装着例）
図３Ａは、半導体装置の第２の装着例を説明する側面図であり、図３Ｂは、絶縁塗料の塗布領域を説明する斜視図である。
【００３６】
図３Ａに示す半導体装置１Ｂは、パッケージ裏面に絶縁塗料を塗布しておらず、絶縁塗膜６を設けたヒートシンク７に直接取り付けて構成される。すなわち、ヒートシンク７に組み付ける前の半導体装置１Ｂは、図３Ｂに示すように、本体部をモールド樹脂８でモールドして、ゲートリード３、ソースリード２ｂ、ドレインリード４を露出したＴＯ２２０型構成であって、回路基板やヒートシンクなどに装着するパッケージ裏面（リードフレーム２の裏面側）は、金属部が露出した状態である。
【００３７】
そのために、このままの状態で他の部材に取り付けると、相手側が金属部材などの導電性部材である場合には、絶縁性を発揮せずに、短絡してしまう虞が生じる。そのために、本実施形態では、予め絶縁塗膜６を設けたヒートシンク７に、裏面が剥き出しのリードフレーム２を装着し、ビス孔２１に固定ビス２０を介装して固定して、半導体装置１Ｂを構成している。この際の、絶縁塗膜６は、上記の第１の装着例と同様に、アクリル塗料から成る１０μｍ程度の塗膜厚みでよい。また、その他の、エポキシ系塗料やシリコーン系塗料などを用いてもよいことも同じである。また、両者の接合部の微細な隙間を埋めて発熱素子からヒートシンクに至る熱抵抗を下げるため、放熱グリース（図示しない）を塗布してもよい。
【００３８】
この構成でも、ソース端子１２をダイパッド部２ａに接続することにより、ダイパッド部２ａの電位がソース電位と同じ低電位となる。また、絶縁塗料を塗布して絶縁塗膜６を設けたヒートシンク７上にダイパッド部２ａを固定しているので、ヒートシンク７に対して確実な絶縁性を確保できる。そのために、この場合でも、金属板からなるリードフレーム２に半導体素子を搭載した半導体装置１において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置１（１Ｂ）を得ることができる。
【００３９】
また、本体部をモールド樹脂８でモールドする場合には、パッケージ裏面（リードフレーム２の裏面側）には段差が生じることがある。このような場合でも、絶縁塗膜６を設けるヒートシンク７側には段差がなく平面であるので、一様な薄い厚みの絶縁塗膜６をスプレー塗装あるいは印刷により容易に形成できて好ましい。
【００４０】
〈第２実施形態〉
次に、図４に示す平面図を用いて、第２実施形態の半導体装置１Ｃについて説明する。図４に示す第２実施形態の半導体装置１Ｃは、半導体基板５の表面にゲート端子１１とドレイン端子１３を形成し、裏面にソース端子１２を設けた構成の縦型デバイスと称される半導体素子５Ｂを用いた例であって、この半導体素子５Ｂを、リードフレーム２のダイパッド部２ａに搭載して、ゲート端子１１をゲートリード３に導電ワイヤＷを介して接続し、ドレイン端子１３を同じく導電ワイヤＷを介してドレインリード４に接続して構成される。
【００４１】
また、ソース端子１２は、ダイパッド部２ａに直接接合されて電気的に接続している。すなわち、本実施形態の半導体装置１Ｃも、ダイパッド部２ａの電位がソース電位と同じになる実装構造である。
【００４２】
そのために、リードフレーム２をヒートシンクや回路基板のＧＮＤ（接地部）に装着しても、このリードフレーム２とヒートシンクや回路基板のＧＮＤ（接地部）との電位差が小さくなる。従って、絶縁性を得るために大きな厚みの絶縁パッドを介装したり、樹脂でモールドしたりする必要はなく、絶縁塗料を所定厚みに塗布するだけでよい。また、両者の接合部の微細な隙間を埋めて発熱素子からヒートシンクに至る熱抵抗を下げるため、放熱グリース（図示しない）を塗布してもよい。
【００４３】
そこで、本実施形態の半導体装置１Ｃであっても、リードフレーム２の裏面に絶縁塗料を塗布したり、組付ける相手側のヒートシンク７などに絶縁塗料を塗布したりして、所定厚みの絶縁塗膜６を形成する構成としている。
【００４４】
半導体装置１Ｃは、例えば、ＭＯＳ型の縦型デバイスである。このように、半導体素子５Ｂの表面と裏面とにそれぞれ電極端子を設けることにより、単位面積当たりの通電能力が大きくなって、高電力を扱う半導体装置として有効であると共に、厚みの薄い絶縁塗膜６を介して、良好な絶縁性と低熱抵抗化を図ることができる。
【００４５】
すなわち、本実施形態に係る半導体装置１Ｃは、半導体素子５Ｂの裏面をソース端子１２とし、ダイパッド部２ａに接合している。このように、半導体素子５Ｂの裏面をソース端子１２としてダイパッド部２ａに接合することにより、ダイパッド部２ａの電位がソース電位と同じ低電位となって、厚みの薄い絶縁塗膜６であっても良好な絶縁性を発揮できる。従って、高電力を扱う半導体素子として有効な縦型デバイスを用いた半導体装置１Ｃの薄型化と低熱抵抗化を図ることが可能になる。
【００４６】
〈第３実施形態〉
次に、図５に示す平面図を用いて、第３実施形態の半導体装置１Ｄについて説明する。図５に示す半導体装置１Ｄは、縦型デバイスの半導体素子５Ｂと横型デバイスの半導体素子５Ｃを並設してカスコード接続した構成であり、半導体素子５Ｂの裏面に設けるソース端子１２をダイパッド部２ａに直接接続している。
【００４７】
また、半導体素子５Ｃ（第１素子）のソース端子１２ａを半導体素子５Ｂ（第２素子）のドレイン端子１３ｂに接続し、第１素子のドレイン端子１３ａをドレインリード４に接続し、第２素子のゲート端子１１ｂをゲートリード３に接続している。
【００４８】
上記したように、半導体装置１Ｄが備える半導体素子は、横型デバイスの第１素子（半導体素子５Ｃ）と縦型デバイスの第２素子（半導体素子５Ｂ）とをカスコード接続した２チップ型であって、第２素子の裏面をソース端子１２（１２ｂ）とし、ダイパッド部２ａに接合し、第１素子のソース端子１２ａを第２素子のドレイン端子１３ｂに接続し、第１素子のドレイン端子１３ａをドレインリード４に接続し、第２素子のゲート端子１１ｂをゲートリード３に接続している。この構成であれば、ノーマリーオン型の横型デバイスを用いても、ノーマリーオフ型の縦型デバイスを組み合わせることで、ノーマリーオフ型の電源用途に適した半導体装置を作製できる。
【００４９】
例えば、ＧａＮを用いた横型デバイスは、ゲートに電圧を印加しない０ボルトでも、常にドレインとソース間に電流が流れるノーマリーオン型のデバイスとなる。一方、電力用半導体素子などに用いるためには、ゲートに電圧を印加するときのみにドレインとソース間に電流が流れるノーマリーオフ型のデバイスが求められる。
【００５０】
そこで、高耐圧、低オン抵抗による損失低減、高速動作が可能、などの特徴を発揮して、小型で高効率のインバータ装置を実現可能になるＧａＮデバイスに、Ｓｉ製ＭＯＳを接続してノーマリーオフ型のデバイスを作製することができる。
【００５１】
すなわち、本実施形態に係る半導体装置１Ｄは、Ｓｉ製ＭＯＳから成る縦型デバイスの半導体素子５Ｂと、ＧａＮ横型デバイスの半導体素子５Ｃとをカスコード接続した２チップ型である。
【００５２】
このように、ノーマリーオン型の横型デバイス（半導体素子５Ｃ）とノーマリーオフ型の縦型デバイス（半導体素子５Ｂ）を組み合わせて、ノーマリーオフ型の電源用途に適した半導体装置を作製した場合であっても、リードフレーム２に絶縁塗膜６を形成してヒートシンク７に装着する第１の装着例と、ヒートシンク側に絶縁塗膜６を形成して一体に組み付ける第２の装着例と、のいずれの構成であっても、所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化が可能になる。
【００５３】
次に、絶縁塗膜６について、その塗料成分と絶縁機能、および、熱抵抗について確認した実施例について説明する。
【００５４】
（熱抵抗測定）
熱抵抗１．５（℃／Ｗ）のダイパッドをソース電極にしたサンプル品を用いて、実験品として粘度０．６５Ｐａ・ｓのアクリル塗料をスプレー塗装した塗膜厚み１０μｍの実施例１と、モールド樹脂（熱伝導率２Ｗ／ｍＫ）を介して厚み０．４ｍｍでフルモールドした比較例１を作製してそれぞれの熱抵抗を測定した。
【００５５】
熱抵抗測定方法は、ＪＥＤＥＣスタンダードＪＥＳＤ５１−１４の規格による。測定装置は、メンター・グラフィック社のＴ３ｓｔｅｒを用いた。この測定結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2014203919.tif 000003
【００５７】
表１に示すように、塗膜厚み１０μｍの絶縁塗装された実施例１の熱抵抗は２．５（℃／Ｗ）であり、厚み０．４ｍｍの樹脂モールドの比較例１の熱抵抗は５（℃／Ｗ）であった。すなわち、本実施形態に係る実施例１を用いることにより、従来の樹脂モールド品と比較して、熱抵抗を１／２に抑えることが可能になる。
【００５８】
（絶縁機能確認）
次に、塗料成分と絶縁機能について調査した結果について説明する。アクリル塗料やエポキシ塗料などは、その絶縁破壊強さが既に明らかになっている。例えば、アクリル塗料の場合は、その絶縁破壊強さは、１３．８〜１５．７（ｋＶ／ｍｍ）程度である。そのために、５０Ｖ耐圧に必要な厚さは、５０／１３．８＝３．６μｍとして算出できる。
【００５９】
そこで、各種の絶縁塗料について調査した結果について表２に示す。また、この得られた結果に基づいて、塗膜厚み１０μｍのアクリル絶縁塗料が５０Ｖ耐圧性を発揮するか否かを確認した。
【００６０】
【表２】
2014203919.tif 000004
【００６１】
表２に示すように、アクリル系塗料やエポキシ系塗料では、３．４〜３．６μｍの塗膜厚みで５０Ｖ耐圧を発揮する。そこで、アクリル絶縁塗料を塗膜厚み１０μｍで塗装した上記の実施例１が５０Ｖ耐圧性を発揮するか否かを実測したところ、間違いなく５０Ｖ耐圧性を有することが確認された。
【００６２】
また、アクリル系塗料の熱伝導率は０．１７（Ｗ／ｍＫ）であるので、塗膜厚み１０μｍの単位面積当たりの熱抵抗は、１０×１０-6／０．１７＝５．８８×１０-5（℃／Ｗ）、となる。比較されるフルモールド樹脂０．４ｍｍの熱抵抗は、熱伝導率を２．０（Ｗ／ｍＫ）とすると、０．４×１０-3／２＝２×１０-4（℃／Ｗ）、となり、絶縁塗膜の熱抵抗はモールド樹脂の１／３以下になることが判る。
【００６３】
そのために、絶縁塗料をスプレー塗装した薄い塗膜厚みであっても、所望の絶縁耐圧性を有し、低熱抵抗化を実現できるので、本実施形態によれば、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置を得ることができる。
【００６４】
従来の、ＴＯ２２０フルモールド型の半導体装置は、厚みのある（例えば、０．４ｍｍ）モールド樹脂により高い絶縁耐圧を有するが、放熱性が良好でない。また、トランスファーモールド成型による工法では、フレーム裏面の樹脂厚を薄くしようとしても、少なくとも０．１ｍｍ以上確保しないと、モールド樹脂の未充填やボイドの発生の虞があり、所望の絶縁耐圧を確保することができない。また、ダイパッド部裏面の金属部が露出したＴＯ２２０型の半導体装置は、ヒートシンクとの間に別部材から成る絶縁シートを介装する必要があるので、絶縁シート介装工程が余分に必要となる。
【００６５】
本実施形態に係る半導体装置１（１Ａ〜１Ｄ）は、絶縁塗料をスプレー塗装した薄い厚みの絶縁塗膜６を設けることにより所定の絶縁性を発揮できるので、絶縁シート介装工程が不要であり、放熱性も良好となる。従って、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置１（１Ａ〜１Ｄ）となる。
【００６６】
以上、本発明に係る半導体装置として、アクリル塗料をスプレー塗装して形成した絶縁塗膜を例示して説明したが、本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
【００６７】
例えば、絶縁塗料をアクリル塗料として説明したが、本発明はこれに限らず、所定の絶縁性と熱伝導性と耐熱性を有し、金属との密着性が良く、所定厚みに容易に塗装できる塗料であればよく、エポキシ系塗料やシリコーン系塗料やその他の塗料であってもよい。
【００６８】
また、ヒートシンク７とリードフレーム２との間に絶縁塗膜６を介在して取り付けるとして説明したが、本発明はこれに限らず、相手側部材がヒートシンク７以外の装置フレームやケース枠体などであってもよいことは明らかである。このような場合にも、リードフレーム２の裏側に、もしくは相手側部材の表面に所定厚みの絶縁塗膜６を形成すればよい。
【００６９】
上記したように、本発明の請求項１に対応した課題を解決する手段は、ソース端子１２とドレイン端子１３とゲート端子１１の少なくとも３端子を備えた半導体素子５Ａ〜５Ｃをリードフレーム２のダイパッド部２ａに搭載した半導体装置１であって、ソース端子１２をダイパッド部２ａに電気的に接続し、リードフレーム２の裏面に絶縁塗料を塗布したことである。
【００７０】
この請求項１に対応した効果は、ソース端子１２をダイパッド部２ａに接続することにより、ダイパッド部２ａの電位がソース電位１２と同じ低電位となる。さらに、リードフレーム２の裏面に絶縁塗料を塗布しているので、回路基板に直接装着する構成であっても、絶縁塗膜を介して回路基板に対して確実な絶縁性を確保できる。また、低電位のため薄い厚みの絶縁塗膜でよいので、パッケージの薄型化を図ることも容易となる。従って、金属板からなるリードフレーム２に半導体素子を搭載した半導体装置において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置１（１Ａ）を得ることができる。
【００７１】
請求項２に対応した課題を解決する手段は、ソース端子１２とドレイン端子１３とゲート端子１１の少なくとも３端子を備えた半導体素子５Ａ〜５Ｃをリードフレーム２のダイパッド部２ａに搭載し、リードフレーム２の裏面にヒートシンク７を装着した半導体装置１（１Ｂ）であって、ソース端子１２をダイパッド部２ａに電気的に接続し、ヒートシンク７のリードフレーム２を装着する面に絶縁塗料を塗布したことである。
【００７２】
この請求項２に対応した効果は、ソース端子１２をダイパッド部２ａに接続することにより、ダイパッド部２ａの電位がソース電位と同じ低電位となる。また、絶縁塗料を塗布したヒートシンク７上にリードフレーム２を固定しているので、ヒートシンク７に対して確実な絶縁性を確保できる。また、低電位のため薄い厚みの絶縁塗膜でよいので、パッケージの薄型化を図ることも容易となる。従って、金属板からなるリードフレーム２に半導体素子を搭載した半導体装置において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置１（１Ｂ）を得ることができる。
【００７３】
請求項３に対応した課題を解決する手段は、前記半導体素子が、ＧａＮを用いた横型デバイスであって、ソース端子１２とダイパッド部２ａとをワイヤボンディングにより接続していることである。この請求項３に対応した効果は、ＧａＮデバイスが備える、高耐圧、低オン抵抗による損失低減、高速動作が可能、などの特徴を発揮して、小型で高効率のインバータ装置を実現可能な半導体装置１（１Ａ、１Ｂ）の薄型化と低熱抵抗化を図ることが可能になる。
【００７４】
請求項４に対応した課題を解決する手段は、前記半導体素子が、ＭＯＳ型の縦型デバイスであって、前記半導体素子の裏面を前記ソース端子１２とし、前記ダイパッド部２ａに接合したことである。この請求項４に対応した効果は、縦型デバイスであっても、半導体素子の裏面をソース端子１２としてダイパッド部２ａに接合することにより、ダイパッド部２ａの電位がソース電位と同じ低電位となって、厚みの薄い絶縁塗膜であっても良好な絶縁性を発揮できる。従って、高電力を扱う半導体装置１（１Ｃ）として有効な縦型デバイスの薄型化と低熱抵抗化を図ることが可能になる。
【００７５】
請求項５に対応した課題を解決する手段は、前記半導体素子が、横型デバイスの第１素子（半導体素子５Ｃ）と縦型デバイスの第２素子（半導体素子５Ｂ）とをカスコード接続した２チップ型であって、第２素子の裏面を前記ソース端子１２（１２ｂ）とし、前記ダイパッド部２ａに接合し、第１素子のソース端子１２ａを第２素子のドレイン端子１３ｂに接続し、第１素子のドレイン端子１３ａをドレインリード４に接続し、第２素子のゲート端子１１ｂをゲートリード３に接続したことである。この請求項５に対応した効果は、ノーマリーオン型の横型デバイスを用いても、ノーマリーオフ型の縦型デバイスを組み合わせることで、ノーマリーオフ型の電源用途に適した半導体装置１（１Ｄ）の薄型化と低熱抵抗化を図ることが可能になる。
【００７６】
上記したように本発明によれば、金属板からなるリードフレーム２に半導体素子５Ａ〜５Ｃを搭載した半導体装置１（１Ａ〜１Ｄ）において、薄型であっても所定の電気絶縁性を発揮し、低熱抵抗化を可能にする半導体装置１（１Ａ〜１Ｄ）を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
そのために、本発明に係る半導体装置は、薄型化と低熱抵抗化が求められる半導体装置に好適に利用可能となる。
【符号の説明】
【００７８】
１    半導体装置
１Ａ〜１Ｄ  半導体装置
２    リードフレーム
２ａ  ダイパッド部
２ｂ  ソースリード
３    ゲートリード
４    ドレインリード
５    半導体基板
５Ａ  半導体素子（ＧａＮ横型デバイス）
５Ｂ  半導体素子（ＭＯＳ型の縦型デバイス）
５Ｃ  半導体素子（横型デバイス）
６    絶縁塗膜
７    ヒートシンク
８    モールド樹脂
１１    ゲート端子
１２    ソース端子
１３    ドレイン端子
Ｗ    導電ワイヤ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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