(57)【要約】【課題】加熱処理による残留応力を無くし、回路基板の反りを低減した半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を一方の主面に載置するフレームと、フレームを一方の主面に載置する基板と、基板の他方の主面が露出するように、半導体素子と、フレームと、基板とが、封止体で封止された構成を具備する半導体装置であって、基板は、セラミック板であって、一方の主面に、相対的に薄い有機皮膜層を熱圧着温度５０℃〜２００℃で熱圧着して配置し、その有機皮膜層を介して、フレームを支持固定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、前記半導体素子を一方の主面に載置するフレームと、前記フレームを一方の主面に載置する基板と、前記基板の他方の主面が露出するように、前記半導体素子と、前記フレームと、前記基板とが、封止体で封止された構成を具備する半導体装置であって、前記基板は、セラミック板であって、一方の主面に、相対的に薄い有機皮膜層を熱圧着温度５０℃〜２００℃で熱圧着して配置し、その有機皮膜層を介して、前記フレームを支持固定することを特徴とする基板を用いた半導体装置。
【請求項２】
前記有機皮膜層は、有機材を主材とした高放熱絶縁接着材であり、有機皮膜層の厚みは１μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１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、半導体素子が樹脂封止体中に封止され、半導体素子の放熱を行う放熱板が樹脂封止体の下面に露出した構成を具備する半導体装置に関する
【背景技術】
【０００２】
近年、高放熱性かつ高信頼性の樹脂封止型半導体装置が求められており、半導体素子などの電子部品を搭載する基板には、直接接合法（ＤＢＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｃｏｐｐｅｒ）と呼ばれる接合法を用いて、セラミックス基板上にＣｕの電気回路を形成したＤＢＣ基板が広く用いられている。ＤＢＣ基板はガラスエポキシ基板と比較して、放熱性が優れており、例えば、アルミナＤＢＣ基板や窒化アルミニウムＤＢＣ基板などが実用化されている。
【０００３】
従来技術によれば、ＤＢＣ基板は、セラミック（ＡｌＮ）基板にスパッタか蒸着、あるいはメッキにて薄いＣｕ膜を形成した後、Ｃｕ膜表面を酸化させる。その酸化膜上にＣｕ板（０．３〜０．５ｍｍ）を載置し、高温（１０６８〜１０７５℃）で加熱、セラミック基板とＣｕ板を接合することにより、高い接合強度を得ることが知られている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８８３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では高温で加熱処理する必要があるため、冷却した際に接合時の残留応力が残り、基板に反りが発生する要因になるという課題がある。
【０００６】
従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、加熱処理による残留応力を無くし、基板の反りを低減した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】
【０００７】
上述の課題を解決するために、本発明は以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を一方の主面に載置するフレームと、フレームを一方の主面に載置する基板と、基板の他方の主面が露出するように、半導体素子と、フレームと、基板とが、封止体で封止された構成を具備する半導体装置であって、基板は、セラミック板であって、一方の主面に、相対的に薄い有機皮膜層を熱圧着温度５０℃〜２００℃で熱圧着して配置し、その有機皮膜層を介して、フレームを支持固定することを特徴とする基板を用い、有機皮膜層は、有機材を主材とした高放熱絶縁接着材であり、有機皮膜層の厚みは１μｍ〜５０μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上のように構成されているので、加熱処理による残留応力を無くし、基板の反りを低減した半導体装置を提供することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の概要を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。なお以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【実施例】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例に係る半導体装置１００を説明する。図１は、本発明の実施例に係る半導体装置の概要を示す断面模式図である。
【００１２】
図１に示す半導体装置１００は、半導体素子１、誘電性接着材２、フレーム３、有機皮膜層４、基板５、封止体６から成っている。
【００１３】
ここでは、半導体素子とフレーム、および基板とフレームを接続する電気配線は省略している。また、封止体の外表面を破線で示している。
【００１４】
半導体素子１は、導電性接着材２を介して、フレーム３の一方の主面に載置され固定されている。例えばＳｉ半導体、化合物半導体等で構成す半導体素子である。化合物半導体とすればＳｉ半導体に比べて高温状態での動作が可能であり、またスイッチング速度が速く、低損失である。
【００１５】
導電性接着材２は、半導体素子１とフレーム３との接合に用いられる。導電性と熱伝導性に優れている材料が好ましく、例えば、はんだを用いる。
【００１６】
フレーム３は、導電性接着材２を介して、半導体素子１を一方の主面に載置する。また、フレーム３は、他方の主面と有機皮膜層４の一方の主面とが固着される。フレーム３の一部は、封止体６の側面から突出して外部への電気的接続に用いられる。  フレーム３の材質は、Ｃｕ材などの導電性の高い金属材料が好ましい。
【００１７】
有機皮膜層４は、有機材料であるため、一般的に金属材よりも熱伝導率が低い。このため、有機皮膜層の厚みはできるだけ薄くすることが望ましく、例えば１μｍ〜５０μｍが好ましい。
【００１８】
基板５は、高熱伝導性で、且つ、高絶縁性の材料が望ましく、例えば窒化アルミニウムが用いられる。基板５の厚みは、例えば０．３２ｍｍ〜１ｍｍである。半導体装置１００の絶縁性は、基板５の厚みで十分に確保されるため、有機皮膜層４は薄くても耐圧上の問題は無い。
【００１９】
封止体６は、樹脂成形金型とプレス装置を使用して、トランスファーモールドとして、樹脂成形されたものである。例えば、封止体６には、熱硬化性エポキシ樹脂が使用される。
以上により、半導体装置１００が完成する。
【００２０】
本発明の実施例に係る半導体装置は、請求項１によれば、第１の基板における絶縁層にて、接地側の絶縁が確保でき、また、第１の基板におけるラミネート層にて、異なる電位を分離絶縁するすることができることから、電位の異なる半導体素子を、同一のパッケージに内蔵した半導体装置を提供することができる。また、第１の基板における金属層にて、各半導体素子で発生した熱を横方向に拡散することができ、放熱効果を向上することができる。
【００２１】
次に、上述の実施例に係る半導体装置の効果を説明する。
【００２２】
発明の実施例に係る半導体装置は、基板の一方の主面に、熱圧着温度５０℃〜２００℃で熱圧着された有機皮膜層を配置する。これにより、従来のＤＢＣ基板の熱履歴に比べて極めて低温で加熱処理がなされたことで、残留応力の発生が抑えられ、基板の反りを低減した半導体装置を提供することができる。
【００２３】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
【００２４】
上述の例では、有機皮膜層４は、有機材としているが、フィラーを含有してもよい。これにより熱伝導率が更に向上する。
【００２５】
上述の例では、基板５は、窒化アルミニウムが高熱伝導の材料が好ましいとしたが、同様に高熱伝導材料である窒化ケイ素やアルミナを用いてもよい。例えば、窒化ケイ素の場合の厚さは０．３２ｍｍ〜１ｍｍである。また、アルミナの場合の厚さは、０．２５ｍｍ〜１ｍｍである。
【００２６】
上述の例では、基板の一方の主面に、有機皮膜層を配置しているが、基板の上下面に有機皮膜層を配置してもよい。この際、基板の一方の主面は、有機皮膜層を介して半導体素子等を載置したリードフレームを支持固定する。基板の他方の主面は、封止体から露出しており、有機皮膜層を介してヒートシンクを支持固定することができる。これにより更に放熱性を得ることができる。
【００２７】
上述の例では、有機皮膜層を介して、フレームを支持固定しているが、電気回路形成済みのＣｕ板を支持固定することもできる。これにより、多様な電気回路への利用が可能である。
【００２８】
また、半導体装置１００は、同一のパッケージ内にパワー素子、コントロール素子、保護素子等を納めたＩＰＭ（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）としてもよい。ＩＰＭでは、複数の半導体素子や電子部品を基板に搭載するため、基板の反り対策が重要であり、本発明によって反りの低減が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１、半導体素子
２、導電性接着材
３、フレーム
４、有機皮膜層
５、基板
６、封止体
１００、半導体装置
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年8月30日(2016.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
半導体装置１００は、基板５の他方の主面を、高熱伝導性接着材を介して外部の実装基板あるいはヒートシンクの一方の主面に固定され、半導体装置１００において発生した熱を放熱することができる。