(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクと、
前記ヒートシンク上に形成された積層絶縁膜と、
前記積層絶縁膜上に接続されたリードフレームと、
前記リードフレーム上に実装された電子部品と、
前記リードフレームのアウターリード部および前記ヒートシンクの放熱面を外界に露出させた状態で、前記電子部品を封止する封止体とを具備し、
前記積層絶縁膜は、少なくとも前記ヒートシンク側に形成され、放熱性フィラーを含有した絶縁性母材を含む第１の層と、前記リードフレーム側に形成され、前記放熱性フィラーを含有した前記絶縁性母材を含む第２の層とを含むことを特徴とするヒートシンク付半導体装置。
【請求項２】
前記第１の層は前記放熱性フィラーを第１の割合で含有し、前記第２の層は前記放熱性フィラーを前記第１の割合よりも少ない第２の割合で含有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項３】
前記第１の層は、前記第２の層よりも厚いことを特徴とする請求項１および請求項２いずれかに記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項４】
前記第１、第２の層に含まれる放熱性フィラーはそれぞれ、球状フィラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項５】
前記球状フィラーは、アルミナであることを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項６】
前記第１、第２の層に含まれる放熱性フィラーはそれぞれ、破砕状フィラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項７】
前記第１の層に含まれる前記破砕状フィラーの平均粒径は、前記第２の層に含まれる前記放熱性フィラーの平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項８】
前記破砕状フィラーは、アルミナおよび窒化珪素のいずれかであることを特徴とする請求項６および請求項７いずれかに記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項９】
前記第１の層に含まれる前記放熱性フィラーは破砕状フィラーであり、前記第２の層に含まれる前記放熱性フィラーは球状フィラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項１０】
前記破砕状フィラーおよび前記球状フィラーはそれぞれ、アルミナであることを特徴とする請求項９に記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の層に含まれる前記絶縁性母材は第１の割合で硬化され、前記第２の層に含まれる前記絶縁性母材は前記第１の割合よりも少ない第２の割合で硬化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０いずれか一項に記載のヒートシンク付半導体装置。
【請求項１２】
ヒートシンク上に、放熱性フィラーを含有した絶縁性母材を含む第１の層を形成する工程と、
前記第１の層の上方に、前記放熱性フィラーを含有した前記絶縁性母材を含む第２の層を形成する工程と、
前記第２の層上に、電子部品が実装されたリードフレームを接続する工程と、
前記リードフレームのアウターリード部および前記ヒートシンクの放熱面を外界に露出させた状態で、前記電子部品を封止する工程と
を具備することを特徴とするヒートシンク付半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の層を形成する前記絶縁性母材には前記放熱性フィラーを第１の割合で含有させ、前記第２の層を形成する前記絶縁性母材には前記放熱性フィラーを前記第１の割合よりも少ない第２の割合で含有させることを特徴とする請求項１２に記載のヒートシンク付半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の層に含まれる前記絶縁性母材は第１の割合で硬化され、前記第２の層に含まれる前記絶縁性母材は前記第１の割合よりも少ない第２の割合で硬化されることを特徴とする請求項１２および請求項１３いずれかに記載のヒートシンク付半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はヒートシンク付半導体装置およびその製造方法に係わり、特にリードフレームをヒートシンクに固定した構造の半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リードフレームをヒートシンクに固定した構造の半導体装置は、例えば実開平７−１０９５５号等に開示されている（以下関連技術と称す）。
【０００３】
この関連技術に係る半導体装置は、熱伝導性の良い結晶シリカを含有するポリイミド系樹脂をヒートシンク上にプリントした後、熱処理を施してポリイミド系樹脂層を形成する。次いで、接着性のエポキシ系樹脂をポリイミド系樹脂層上にプリントした後、リードフレーム組立体をエポキシ系樹脂を介してヒートシンクに貼着する。次いで、周知のトランスファーモールドを用いてアウターリードの先端を除いて、樹脂封止体により樹脂封止することで得られる。
【０００４】
上記関連技術によれば、特にリードフレーム組立体とヒートシンクとの間に、熱伝導性の良い結晶シリカを３０〜６０重量％含むポリイミド系樹脂層を介在させるので、優れた放熱特性を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記関連技術では、ヒートシンク上に形成されたポリイミド系樹脂層を、接着性のエポキシ系樹脂を介してリードフレーム組立体に貼着する。このため、リードフレーム組立体とヒートシンクとの間に、エポキシ系樹脂層が存在する分、放熱効率が落ちる。
【０００６】
また、ポリイミド系樹脂層上にエポキシ系樹脂層を形成する。このため、予期せぬ長期間の使用、あるいは高熱を発するパワー系半導体素子を樹脂封止した際、ポリイミド系樹脂層とエポキシ系樹脂層との接合界面に、熱膨張率の差に起因したクラックを生ずる可能性がある。
【０００７】
この発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、その主要な目的は、耐久性に優れ、かつ高熱を発するパワー系半導体素子の搭載にも十分に耐えることができる構造を持つヒートシンク付半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記主要な目的を達成するために、この発明に係るヒートシンク付半導体装置は、ヒートシンクと、前記ヒートシンク上に形成された積層絶縁膜と、前記積層絶縁膜上に接続されたリードフレームと、前記リードフレーム上に実装された電子部品と、前記リードフレームのアウターリード部および前記ヒートシンクの放熱面を外界に露出させた状態で、前記電子部品を封止する封止体とを具備し、前記積層絶縁膜は、少なくとも前記ヒートシンク側に形成され、放熱性フィラーを含有した絶縁性母材を含む第１の層と、前記リードフレーム側に形成され、前記放熱性フィラーを含有した前記絶縁性母材を含む第２の層とを含むことを特徴としている。
【０００９】
上記構成のヒートシンク付半導体装置によれば、積層絶縁膜を構成する全ての層に放熱性フィラーを含有させるので、放熱効率が向上する。
【００１０】
また、積層絶縁膜を構成する全ての層を同一種類の母材により形成するので、積層絶縁膜内に、熱膨張率の差に起因したクラックが生じ難くなる。
【００１１】
よって、耐久性に優れ、かつ高熱を発するパワー系半導体素子の搭載にも十分に耐えることができる構造を持つヒートシンク付半導体装置を得ることができる。
【００１２】
また、前記第１の層は前記放熱性フィラーを第１の割合で含有し、前記第２の層は前記放熱性フィラーを前記第１の割合よりも少ない第２の割合で含有することを特徴としている。
【００１３】
上記構成をさらに具備するヒートシンク付半導体装置によれば、放熱性フィラーを含有させる割合を、ヒートシンク側の第１の層に比較して、リードフレーム側の第２の層で少なくするので、上記作用効果を維持しつつ、特に第２の層とリードフレームとの密着性を高めることができる。
【００１４】
また、前記第１の層は、前記第２の層よりも厚いことを特徴としている。
【００１５】
上記構成をさらに具備するヒートシンク付半導体装置によれば、放熱性フィラーの含有割合が多い第１の層を厚くするので、積層絶縁膜の全体に含有される放熱性フィラーの量が増え、放熱性がさらに向上する。
【００１６】
また、前記第１、第２の層に含まれる放熱性フィラーはそれぞれ、球状フィラーであることを特徴としている。
【００１７】
上記構成をさらに具備するヒートシンク付半導体装置によれば、放熱性フィラーを球状フィラーとするので、たとえば破砕状フィラーに比べて、第１、第２の層それぞれの表面に凹凸が形成され難くなり、第２の層とリードフレームとの密着性がさらに向上する。
【００１８】
また、前記第１、第２の層に含まれる放熱性フィラーはそれぞれ、破砕状フィラーであることを特徴としている。
【００１９】
上記構成をさらに具備するヒートシンク付半導体装置によれば、放熱性フィラーを破砕状フィラーとするので、たとえば球状フィラーに比べて、製造コストを低くできる。
【００２０】
また、前記第１の層に含まれる前記破砕状フィラーの平均粒径は、前記第２の層に含まれる前記破砕状フィラーの平均粒径よりも大きいことを特徴としている上記構成をさらに具備するヒートシンク付半導体装置によれば、第２の層の破砕状フィラーの平均粒径を、第１の層の破砕状フィラーの平均粒径よりも小さくするので、破砕状フィラーを用いた装置において、第２の層の表面に凹凸が形成され難くなる。このため、第２の層とリードフレームとの密着性がさらに向上する。
【００２１】
また、前記第１の層に含まれる前記放熱性フィラーは破砕状フィラーであり、前記第２の層に含まれる前記放熱性フィラーは球状フィラーであることを特徴としている。
【００２２】
上記構成をさらに具備するヒートシンク付半導体装置によれば、第１の層に破砕状フィラーを含有させ、第２の層に球状フィラーを含有させるので、たとえば積層絶縁膜を構成する全ての層に球状フィラーを含有させる場合に比較して、製造コストを低くできる。
【００２３】
また、前記第１の層に含まれる前記絶縁性母材は第１の割合で硬化され、前記第２の層に含まれる前記絶縁性母材は前記第１の割合よりも少ない第２の割合で硬化されていることを特徴としている。
【００２４】
上記構成をさらに具備するヒートシンク付半導体装置によれば、第２の層が弾性を生ずるので、第２の層を、リードフレームの膨張／収縮による応力を吸収する吸収材、あるいは緩衝材として機能させることができる。このため、熱膨張に起因したクラックの発生が抑制される。
【００２５】
また、前記放熱性フィラーをアルミナ、あるいは窒化珪素とすることにより、たとえば結晶シリカを用いる場合に比べて、放熱性が向上する。
【００２６】
また、その製造方法は、ヒートシンク上に、放熱性フィラーを含有した絶縁性母材を含む第１の層を形成する工程と、前記第１の層の上方に、前記放熱性フィラーを含有した前記絶縁性母材を含む第２の層を形成する工程と、前記第２の層上に、電子部品が実装されたリードフレームを接続する工程と、前記リードフレームのアウターリード部および前記ヒートシンクの放熱面を外界に露出させた状態で、前記電子部品を封止する工程とを具備することを特徴としている。
【００２７】
上記構成の製造方法によれば、ヒートシンク、積層絶縁膜およびリードフレームを、１回の工程で封止できるので、製造コストの無用な上昇を抑制できる。
【００２８】
また、前記第１の層を形成する前記絶縁性母材には前記放熱性フィラーを第１の割合で含有させ、前記第２の層を形成する前記絶縁性母材には前記放熱性フィラーを前記第１の割合よりも少ない第２の割合で含有させることを特徴としている。
【００２９】
上記構成をさらに具備する製造方法によれば、放熱性フィラーを含有させる割合を、ヒートシンク側の第１の層に比較して、リードフレーム側の第２の層で少なくするので、第２の層の表面に凹凸が生じ難くなる。このため、第２の層とリードフレームとの密着性を高めることができる。
【００３０】
また、前記第１の層に含まれる前記絶縁性母材は第１の割合で硬化され、前記第２の層に含まれる前記絶縁性母材は前記第１の割合よりも少ない第２の割合で硬化されることを特徴としている。
【００３１】
上記構成をさらに具備する製造方法によれば、第１の層が第２の層よりも硬くなるので、封止工程時、リードフレームが積層絶縁膜に押しつけられたとしても、リードフレームがヒートシンクに接触するような不良を抑制できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図面において、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００３３】
［第１の実施形態］
図１（Ａ）は、この発明の第１の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置を示す断面図である。
【００３４】
図１（Ａ）に示すように、ヒートシンク１上には、積層絶縁膜２が形成されている。積層絶縁膜２は、エポキシ系樹脂を母材とした第１層絶縁性樹脂層２−１、および第１層絶縁性樹脂層２−１上に形成され、エポキシ系樹脂を母材とした第２層絶縁性樹脂層２−２から構成されている。第２層樹脂層２−２上には、リードフレーム３が接続されている。リードフレーム３上には、パワー系半導体素子を形成した半導体チップ４が複数実装されている。半導体チップ４はそれぞれ電子部品であり、たとえばボンディングワイヤ５を介してリードフレーム３に電気的に接続されている。モールド樹脂６は、リードフレーム３のアウターリード部およびヒートシンク１の放熱面をそれぞれ外界に露出させた状態で、半導体チップ４およびボンディングワイヤ５をそれぞれ封止する。
【００３５】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の一点鎖線枠１Ｂ内を拡大して示す拡大図である。
【００３６】
図１（Ｂ）に示すように、第１層樹脂層２−１および第２層樹脂層２−２はそれぞれ、放熱性フィラー７として球状アルミナ、第１の実施形態では、平均粒径の異なる複数種類、一例として大小２種類の球状アルミナが配合されている。図１（Ｂ）中、大粒径の球状アルミナを参照符号７Ｌ、小粒径の球状アルミナを参照符号７Ｓにより示す。大粒径の球状アルミナ７Ｌの平均粒径の一例は約２０μｍ、小粒径の球状アルミナ７Ｓの平均粒径の一例は約０．５μｍである。その配合率は、大粒径の球状アルミナ７Ｌに対して、小粒径の球状アルミナ７Ｓが０．１％〜３０％程度、好ましくは０．３％〜１０％程度である。第１層樹脂層２−１は、このように配合された球状アルミナ７Ｌ、７Ｓを、熱伝導性の観点から約７０重量％以上、好ましくは約８０重量％程度含有する。第２層樹脂層２−２は、上記のように配合された球状アルミナ７Ｌ、７Ｓを、第１の樹脂層２−１と同程度含有する。
【００３７】
なお、この第１の実施形態では、第２層樹脂層２−２とリードフレーム３との密着性の観点から、第２層樹脂層２−２は球状アルミナ７Ｌ、７Ｓを、第１層樹脂層２−１よりも少なく、好ましくは約７０重量％程度含有させるようにしている。
【００３８】
第１層樹脂層２−１の膜厚と第２層樹脂層２−２の膜厚とのトータル膜厚、即ち積層絶縁膜２の膜厚は、製品に必要とされる絶縁能力や、母材の種類等により様々に調節されるが、この第１の実施形態に係る半導体装置では、総じて薄くし易い利点がある。特にリードフレーム３と樹脂層２−２との密着性が高まるからである。積層絶縁膜２の膜厚が薄いほど、放熱性が向上する。積層絶縁膜２の母材をエポキシ系樹脂、放熱性フィラー７をアルミナとし、２５００Ｖ程度から最大６０００Ｖ程度の絶縁能力を許容する場合、積層絶縁膜２の膜厚は、大体１８０μｍ〜２００μｍ程度とされれば良い。第１の実施形態に係る装置では、第１層樹脂層２−１の膜厚を１５０μｍ、第２層樹脂層２−２の厚みを３０μｍとすることで、１８０μｍの膜厚を得た。
【００３９】
このような第１の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置であると、積層絶縁膜２を構成する全ての層が放熱性フィラー７を含有するので、放熱性フィラー７が全ての層に含有されない装置に比べて、放熱効率を向上させることができる。また、積層絶縁膜２を構成する全ての層が、エポキシ系ならエポキシ系、ポリイミド系ならポリイミド系のように同一種類の母材により形成されているので、積層絶縁膜２内において、熱膨張率の差に起因したクラックの発生を抑制することができる。よって、耐久性に優れ、かつ高熱を発するパワー系半導体素子の搭載、特にパワー系半導体素子を複数搭載したパワーモジュール製品にも十分に耐えることができる構造を持つヒートシンク付半導体装置を得ることができる。
【００４０】
さらに第１の実施形態では、下記の利点が得られる。
【００４１】
放熱性フィラー７を含有させる割合を、第１層樹脂層２−１に比較して、第２層樹脂層２−２で少なくする。この構成により、上記作用効果を維持しつつ、特に第２層樹脂層２−２とリードフレーム３との密着性を高めることができる。第２層樹脂層２−２の放熱性フィラー７の含有割合を少なくすることで、第２層樹脂層２−２の表面に凹凸が形成され難くなるからである。特に樹脂層２−２の表面に形成された凹凸は、特にリードフレーム３との接合面に気泡を形成させることがある。気泡が形成されると、第２層樹脂層２−２とリードフレーム３との密着性の低下を招く。特に気泡の形成による密着性の低下は、絶縁能力、装置寿命、放熱性等の低下を助長する。
【００４２】
また、第１層樹脂層２−１を厚くし、第２層樹脂層２−２を薄くする。この構成により、放熱性を向上させることができる。即ち、放熱性フィラー７の含有割合が多い第１層樹脂層２−１を厚くすることで、積層絶縁膜２の全体に含有される放熱性フィラー７の量が増え、放熱性が向上する。第２層樹脂層２−２を薄くする程度は、第１層樹脂層２−１の膜厚の５０％以下が現実的な値である。
【００４３】
また、放熱性フィラー７に球状フィラーを用いることで、第２層樹脂層２−２とリードフレーム３との密着性がさらに向上する。球状フィラーを用いることで、破砕状フィラーを用いた場合に比べ、第１層樹脂層２−１、第２層樹脂層２−２の表面それぞれに凹凸が形成され難くなるからである。この凹凸は、上述した気泡の形成の要因である。
【００４４】
また、球状フィラーには、平均粒径の異なる球状フィラーを複数配合することで、積層絶縁膜２の熱伝導率を向上させることができる。第１層樹脂層２−１、第２層樹脂層２−２中それぞれにおける球状フィラーの充填性が向上するからである。
【００４５】
また、放熱性フィラー７をアルミナとすることで、放熱性を向上できる。アルミナの熱伝導性は、放熱性フィラーとして一般的な結晶シリカよりも優れているからである。
【００４６】
次に、この発明の第１の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置の好ましい製造方法の一例を説明する。
【００４７】
まず、積層絶縁膜付のヒートシンクの製造方法から説明する。
【００４８】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、積層絶縁膜付のヒートシンクを、主要な製造工程毎に示した断面図である。
【００４９】
最初に、図２（Ａ）に示すように、アルミニウム等からなるヒートシンク１を用意する。
【００５０】
次に、球状アルミナ７Ｌと球状アルミナ７Ｓとを配合した放熱性フィラー７を、８０重量％程度含有した第１層用の液状エポキシ樹脂１０、および球状アルミナ７Ｌと球状アルミナ７Ｓとを配合した放熱性フィラー７を７０重量％程度含有した第２層用の液状エポキシ樹脂１１をそれぞれ用意する。
【００５１】
次に、図２（Ｂ）に示すように、第１層用の液状エポキシ樹脂１０を、ヒートシンク１上に厚み約１５０μｍ程度に塗布する。塗布方法としては、プリント、ポッティング等がある。次いで、温度８０℃で１０分間、１２０℃で１０分間、温度１５０℃１０分間乾燥させ、半硬化状態の第１層樹脂層２−１を形成する。
【００５２】
次に、図２（Ｃ）に示すように、第２層用の液状エポキシ樹脂１１を、第１層樹脂層２−１上に厚み約５０μｍ程度に塗布する。塗布方法としては、第１層樹脂層２−１の形成と同様に、プリント、ポッティング等がある。次いで、温度８０℃で１０分間、１２０℃で１０分間乾燥させ、半硬化状態の第２層樹脂層２−２を形成する。このようにして、半硬化状態の積層絶縁膜２付のヒートシンク１が製造される。なお、第１層樹脂層２−１は、第２層樹脂層２−２よりも硬くされる。
【００５３】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、この発明の第１の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置を主要な製造工程毎に示した断面図である。
【００５４】
最初に、図３（Ａ）に示すように、リードフレーム３上に、半導体チップ４をダイボンディングする。次いで、半導体チップ４をリードフレーム３にボンディングワイヤ５を介して電気的に接続する。
【００５５】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、リードフレーム３を、図２（Ｃ）に示したヒートシンク１上に形成された半硬化状態の積層絶縁膜２に接触、あるいは貼着する。
【００５６】
次いで、図３（Ｃ）に示すように、トランスファーモールディングにより、リードフレーム３のアウターリード部と、ヒートシンク１の放熱面とがそれぞれ外界に露出されるような状態で、モールド樹脂６によりモールドする。このトランスファーモールディング工程中、成型用金型１２には、エポキシ系樹脂等のモールド樹脂６が押圧注入される。押圧注入されたモールド樹脂６は、リードフレーム３を、積層絶縁膜２に押しつける。さらにこの工程中、例えば１７０℃の温度が加えられる。この温度によって、半硬化状態の積層絶縁膜２は、一旦溶融した後、熱硬化する。これらの工程条件から、リードフレーム３と積層絶縁膜２、積層絶縁膜２とヒートシンク１はそれぞれ、より強固に密着される。
【００５７】
この後、成型用金型１２から製品を取り出し、ばり取り等を行うことで、図１（Ａ）に示すパワーモジュール製品が完成する。
【００５８】
このような製造方法であると、ヒートシンク１、積層絶縁膜２およびリードフレーム３を、１回のトランスファーモールディングにより封止できる。このため、この発明に係る半導体装置の製造に際し、製造工程の増加は無く、製造コストの無用な上昇を抑制できる。
【００５９】
また、上記製造方法では、下記する利点をさらに得ることができる。
【００６０】
図２（Ｃ）の状態において、第１層樹脂層２−１を、第２層樹脂層２−２よりも硬くしておく。この構成を具備することにより、図３（Ｃ）に示すトランスファーモールド工程時、リードフレーム３が、押圧注入されたモールド樹脂６によって、積層絶縁膜２に押しつけられても、リードフレーム３がヒートシンク１に接触するような不良を抑制できる。
【００６１】
また、第２層樹脂層２−２が、第１層樹脂層２−１よりも柔らかいことによる利点は、積層絶縁膜２が接着性を持つことである。これにより、ヒートシンク１をリードフレーム３に仮止めした状態で、アセンブリ装置から、成型用金型１２に搬送することが可能になる。
【００６２】
また、上記製造方法は、次のような変形が可能である。
【００６３】
図３（Ｃ）に示す工程における積層絶縁膜２の硬化は、第１層樹脂層２−１、および第２層樹脂層２−２をともに、硬度が飽和するまで硬化させても良いし、第２層樹脂層２−２を硬化させる割合を、第１層樹脂層２−１を硬化させる割合よりも少ない状態で止めてもよい。第２層樹脂層２−２の硬化の割合を、第１層樹脂層２−１の硬化の割合よりも少なくしておくと、第２層樹脂層２−２に弾性が生じる。弾性を生じた第２層樹脂層２−２は、熱膨張に起因したリードフレーム３の膨張／収縮による応力を吸収する吸収材、あるいは緩衝材として機能することが可能である。よって、熱膨張に起因したクラックの発生を抑制することができる。
【００６４】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、この発明の特に好ましい例として、放熱性フィラー７を球状フィラーとし、かつ球状アルミナを用いた例を示したが、破砕状フィラーを用いることも、当然可能である。
【００６５】
第２の実施形態は、破砕状フィラーを用いた例である。破砕状フィラーとしては、アルミナ、窒化珪素等がある。これらはともに、結晶シリカに比べて、熱伝導性が良い。以下、第２の実施形態として、破砕状窒化珪素を、放熱性フィラーに用いた例を説明する。
【００６６】
図４は、この発明の第２の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置の主要な部分を拡大して示す断面図である。なお、図４に示す断面は、図１（Ａ）中の一点鎖線枠１Ｂ内に相当する。
【００６７】
図４に示すように、ヒートシンク１上には、積層絶縁膜２が形成されている。第２の実施形態において、積層絶縁膜２は、エポキシ系樹脂を母材とした第１層絶縁性樹脂層２−１と、この第１層絶縁性樹脂層２−１上に形成され、エポキシ系樹脂を母材とした第２層絶縁性樹脂層２−２とから構成されている。第２層絶縁性樹脂層２−２上には、リードフレーム３が接続されている。
【００６８】
第１層樹脂層２−１、および第２層樹脂層２−２はそれぞれ、放熱性フィラー８として、破砕状窒化珪素を含有する。第１層樹脂層２−１の放熱性フィラー８には、平均粒径の異なる複数種類、この第２の実施形態では２種類の破砕状窒化珪素が配合されている。図４中、大粒径の破砕状窒化珪素を参照符号８Ｌ、小粒径の破砕状窒化珪素を参照符号８Ｓにより示す。大粒径の破砕状窒化珪素８Ｌの平均粒径の一例は約２０μｍ、小粒径の窒化珪素の８Ｓの平均粒径の一例は約０．５μｍである。第２の実施形態では、小粒径の破砕状窒化珪素８Ｓに対して、大粒径の破砕状窒化珪素８Ｌを０．１％〜４０％程度配合する。第１層樹脂層２−１は、このように配合された破砕状窒化珪素８Ｌ、８Ｓを、熱伝導性の観点から約７０重量％以上、好ましくは約８０重量％程度含有する。
【００６９】
また、第２層樹脂層２−２には、たとえば小粒径の窒化珪素８Ｓのみが含有されている。第２層樹脂層２−２の放熱性フィラー８の平均粒径を、第１層樹脂層２−１の放熱性フィラーの平均粒径よりも小さくするためである。第２層樹脂層２−２は、小粒径の窒化珪素８Ｓを、第１の樹脂層２−１と同程度、即ち、約７０重量％以上、好ましくは約８０重量％程度含有する。
【００７０】
なお、この第２の実施形態では、第２層樹脂層２−２とリードフレーム３との密着性の観点から、第２層樹脂層２−２は小粒径の窒化珪素８を、第１層樹脂層２−１よりも少なく、好ましくは約７０重量％程度含有させるようにしている。
【００７１】
また、第１層樹脂層２−１の膜厚は、第１の実施形態と同様の観点から、第２層樹脂層２−２の厚みよりも厚くされている。
【００７２】
このような第２の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置であると、第１の実施形態と同様に、積層絶縁膜２を構成する全ての層が、放熱性フィラー８を含有する。かつ積層絶縁膜２を構成する全ての層が、エポキシ系ならエポキシ系、ポリイミド系ならポリイミド系のように同一種類の母材により形成される。また、放熱性フィラー８を含有させる割合を、第１層樹脂層２−１に比較して、第２層樹脂層２−２を少なくする。これらの構成を有することにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
さらに第２の実施形態では、下記の利点が得られる。
【００７４】
第２層樹脂層２−２に含まれる破砕状フィラーの平均粒径を、第１層樹脂層２−１に含まれる破砕状フィラーの平均粒径よりも小さくする。この構成を有することにより、特に第２層樹脂層２−２の表面に、凹凸が生じ難くなる。よって、第２層樹脂層２−２とリードフレーム３との接合面に気泡が形成され難く、第２層樹脂層２−２とリードフレーム３との密着性が向上する。
【００７５】
また、破砕状フィラーは、一般的に球状フィラーよりも安価である。よって、第１の実施形態に比べ、一般的に製造コストを低くできる利点がある。
【００７６】
なお、その製造方法は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して説明した方法と、基本的に同じである。特に異なるところは、破砕状窒化珪素８Ｌと破砕状窒化珪素８Ｓとを配合した放熱性フィラー８を８０重量％程度含有した第１層用の液状エポキシ樹脂、および破砕状窒化珪素８Ｓを放熱性フィラー８として７０重量％程度含有した第２層用の液状エポキシ樹脂をそれぞれ用意することである。
【００７７】
［第３の実施形態］
この発明では、球状フィラー、および破砕状フィラーの双方を用いることも、当然可能である。
【００７８】
第３の実施形態は、球状フィラー、破砕状フィラーの双方を同時に用いた例である。以下、第３の実施形態として、球状アルミナ、および破砕状アルミナを放熱性フィラーに用いた例を説明する。
【００７９】
図５は、この発明の第３の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置の主要な部分を拡大して示す断面図である。なお、図５に示す断面は、図１（Ａ）中の一点鎖線枠１Ｂ内に相当する。
【００８０】
図５に示すように、ヒートシンク１上には、積層絶縁膜２が形成されている。第２の実施形態において、積層絶縁膜２は、エポキシ系樹脂を母材とした第１層絶縁性樹脂層２−１と、この第１層絶縁性樹脂層２−１上に形成され、エポキシ系樹脂を母材とした第２層絶縁性樹脂層２−２とから構成されている。第２層絶縁性樹脂層２−２上には、リードフレーム３が接続されている。
【００８１】
第１層樹脂層２−１は、平均粒径の異なる複数種類の破砕状アルミナを放熱性フィラー９として含有する。図５中、大粒径の破砕状アルミナを参照符号９Ｌ、小粒径の破砕状アルミナを参照符号９Ｓにより示す。大粒径の破砕状アルミナ９Ｌの平均粒径の一例は約２０μｍ、小粒径の破砕状アルミナ９Ｓの平均粒径の一例は約０．５μｍである。第３の実施形態では、小粒径の破砕状アルミナ９Ｓに対して、大粒径の破砕状アルミナ９Ｌを０．１％〜４０％程度配合する。樹脂層２−１は、このように配合された破砕状アルミナ９Ｌ、９Ｓを、熱伝導性の観点から約７０重量％以上、好ましくは約８０重量％程度含有する。
【００８２】
また、第２層樹脂層２−２は、平均粒径の異なる複数種類の球状アルミナを放熱性フィラー９として含有する。図５中、大粒径の球状アルミナを参照符号７Ｌ、小粒径の球状アルミナを参照符号７Ｓにより示す。大粒径の球状アルミナ７Ｌの平均粒径の一例は約２０μｍ、小粒径の球状アルミナ７Ｓの平均粒径の一例は約０．５μｍである。第３の実施形態では、大粒径の球状アルミナ７Ｌに対して、小粒径の球状アルミナ７Ｓを０．１％〜３０％程度、好ましくは０．３％〜１０％程度配合する。第２層樹脂層２−２は、上記のように配合された球状アルミナ７Ｌ、７Ｓを、第１の樹脂層２−１と同程度含有する。
【００８３】
なお、この第３の実施形態では、第２層樹脂層２−２とリードフレーム３との密着性の観点から、第２層樹脂層２−２は球状アルミナ７Ｌ、７Ｓを、第１層樹脂層２−１よりも少なく、好ましくは約７０重量％程度含有させるようにしている。
【００８４】
また、第１層樹脂層２−１の膜厚は、第１の実施形態と同様の観点から、第２層樹脂層２−２の厚みよりも厚くされている。
【００８５】
このような第３の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置であると、第１の実施形態と同様に、積層絶縁膜２を構成する全ての層に放熱性フィラー９を含有する。かつ積層絶縁膜２を構成する全ての層が、エポキシ系ならエポキシ系、ポリイミド系ならポリイミド系のように同一種類の母材により形成される。また、放熱性フィラー９を含有させる割合を、第１層樹脂層２−１に比較して、第２層樹脂層２−２を少なくする。これらの構成を有することにより、第１、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
さらに第３の実施形態では、第２層樹脂層２−２に、球状アルミナ７Ｌ、７Ｓを含有させ、第１層樹脂層２−１に、破砕状アルミナ９Ｌ、９Ｓを含有させる。この構成により、積層絶縁膜２を構成する全ての層に球状アルミナ７Ｌ、７Ｓを含有させた装置に比較して、製造コストを下げやすい、という利点を得ることができる。
【００８７】
なお、製造方法については、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して説明した方法と、基本的に同じである。特に異なるところは、破砕状アルミナ９Ｌと破砕状アルミナ９Ｓとを配合した破砕状アルミナを放熱性フィラー９として８０重量％程度含有した第１層用の液状エポキシ樹脂、および球状アルミナ８Ｌと球状アルミナ８Ｓとを配合した球状砕状アルミナを放熱性フィラー９として７０重量％程度含有した第２層用の液状エポキシ樹脂をそれぞれ用意することである。
【００８８】
以上この発明を、第１〜第３の実施形態により説明したが、この発明はこれら実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【００８９】
たとえば第１〜第３の実施形態では、積層絶縁膜２を二層としたが、樹脂層２−１と樹脂層２−２との間に、これら樹脂層と同じ母材を用いた層をさらに追加し、三層以上としても良い。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、耐久性に優れ、かつ高熱を発するパワー系半導体素子の搭載にも十分に耐えることができる構造を持つヒートシンク付半導体装置およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置を示す断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中の一点鎖線枠１Ｂ内を拡大して示す拡大図。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は積層絶縁膜付のヒートシンクを主要な製造工程毎に示した断面図。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）はこの発明の第１の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置を主要な製造工程毎に示した断面図。
【図４】図４はこの発明の第２の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置の主要な部分を拡大して示す断面図。
【図５】図５はこの発明の第３の実施形態に係るヒートシンク付半導体装置の主要な部分を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１…ヒートシンク、
２…積層絶縁膜、
２−１…第１層絶縁性樹脂層、
２−２…第２層絶縁性樹脂層、
３…リードフレーム、
４…半導体チップ、
５…ボンディングワイヤ、
６…モールド樹脂、
７…放熱性フィラー、
７Ｌ…大粒径の球状アルミナ、
７Ｓ…小粒径の球状アルミナ、
８…放熱性フィラー、
８Ｌ…大粒径の破砕状窒化珪素、
８Ｓ…小粒径の破砕状窒化珪素、
９…放熱性フィラー、
９Ｌ…大粒径の破砕状アルミナ、
９Ｓ…小粒径の破砕状アルミナ、
１０…第１層用液状エポキシ樹脂、
１１…第２層用液状エポキシ樹脂、
１２…成型用金型。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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