(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力用半導体素子と、
前記電力用半導体素子が一方の面に接合された平坦部と、前記平坦部から延在して外部回路へ接続される端子部とが形成されたリードフレームと、
絶縁性のフィラーと樹脂によって形成された絶縁膜と、
一方の面を主面、他方の面を放熱面として、前記主面に前記絶縁膜の裏面が接着されているとともに、前記絶縁膜の表面の所定部分に前記リードフレームの平坦部の他方の面が接着された放熱板と、
前記放熱板の放熱面と前記リードフレームの端子部とが露出するように、前記電力用半導体素子を含む部材を封止する封止体とを備え、
前記絶縁膜には、前記主面の延在方向における外縁部から前記所定部分に向かって進むと、厚みが減少するように形成された段差部が、前記所定部分を囲むように配置されていることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記段差部は、前記絶縁膜の表面から窪む窪みを設けることによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記窪みとして、前記所定部分を囲むように複数の窪みを配置した第１群と、前記第１群よりも前記所定部分に近く、前記第１群を構成する複数の窪み間の隙間を補間するように複数の窪みを配置した第２群とが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記窪みとして、前記所定部分を囲むようにループ状の窪みを配置したことを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記電力用半導体素子がワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、およびダイヤモンド、のうちのいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
絶縁性のフィラーと第１の樹脂とを混練して絶縁シートを形成する工程と、
一方の面を主面、他方の面を放熱面とする放熱板の主面と前記絶縁シートの裏面とを合わせて前記第１の樹脂が溶融する温度よりも低い温度に加熱し、前記放熱板と前記絶縁シートとを仮圧着するとともに、前記絶縁シートの表面に凹凸を形成する工程と、
平坦部と、前記平坦部から延在して外部回路へ接続される端子部とが形成されたリードフレームの前記平坦部の一方の面に、電力用半導体素子を接合する工程と、
前記平坦部の他方の面と、前記絶縁シートの表面の所定部分とが接触するように、前記リードフレームと前記放熱板とを金型内に固定するとともに、前記金型内に第２の樹脂を注入して、前記放熱面と前記端子部とが露出するように、前記電力用半導体素子を含む部材を封止する封止体を形成する工程と、を含み、
前記封止体を形成する工程では、前記第１の樹脂が溶融する温度よりも高い温度に加熱され、前記絶縁シートの表面のうち前記所定部分の凹凸が均されることにより、前記平坦部と前記放熱板とが、前記絶縁シートの凹凸の無い部分を介して接着されることを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記凹凸が、前記主面の延在方向における形状が円形の窪みを用いて形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電力用半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置に関し、特に半導体素子を接合したリードフレームに、絶縁膜を介して放熱板が接合され、封止樹脂により一体化された電力用半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の中でも電力用半導体装置は、鉄道車両、ハイブリッドカー、電気自動車等の車両、家電機器、産業用機械等において、比較的大きな電力を制御、整流するために利用されている。従って、電力用半導体装置に使用される半導体素子は１００Ａ／ｃｍ２を超える高い電流密度で通電することが求められる。そのため、近年はシリコン（Ｓｉ）に代わる半導体材料としてワイドバンドギャップ半導体材料である炭化珪素（ＳｉＣ）が注目されており、ＳｉＣからなる半導体素子は５００Ａ／ｃｍ２を超える電流密度での動作が可能である。また、ＳｉＣは１５０℃〜３００℃の高温状態でも安定動作が可能であり、高電流密度動作と高温動作の両立が可能な半導体材料として期待されている。
【０００３】
このような半導体装置の構成としては、リードフレームの半導体素子を実装した面の反対側の面に絶縁膜を介して放熱板を接合し、半導体素子が発生する熱を効率よく放熱するようにするとともに、放熱面を除いて全体を樹脂で封止して、回路部材を保持するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、ワイドバンドギャップ半導体の特性を活かすような運転条件では、長期にわたる温度サイクルによって、もっとも熱応力が集中する箇所のひとつである放熱板の側面と封止樹脂との接着性に不足が生じることが想定される。そこで、放熱板の側面に、放熱面との角度が鈍角になるような傾斜部を設けて、放熱板が封止樹脂から剥離しても脱離しないように構成した回路装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７２２３９号公報（段落００１３〜００１８、図１〜図４）
【特許文献２】特開２００３−３１８３３４号公報（段落００１９〜００２２、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、傾斜部によって、放熱板を機械的に保持するように構成しても、温度サイクル時では、封止樹脂と放熱板の線膨張係数のミスマッチや、封止樹脂や放熱板に内在している残留応力の影響により、放熱板側面と封止樹脂とで剥離が生じる可能性がある。このような状態でも、放熱板は封止樹脂から脱離することは無いが、放熱板側面と封止樹脂間で一度生じた剥離は、繰り返しの温度サイクルにともなって進展し、最終的には絶縁膜にまで至り、絶縁膜と放熱板との剥離を誘発して放熱性が劣化する可能性があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、絶縁膜と放熱板との剥離による放熱性の低下を抑制できる電力用半導体装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電力用半導体装置は、電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子が一方の面に接合された平坦部と、前記平坦部から延在して外部回路へ接続される端子部とが形成されたリードフレームと、絶縁性のフィラーと樹脂によって形成された絶縁膜と、一方の面を主面、他方の面を放熱面として、前記主面に前記絶縁膜の裏面が接着されているとともに、前記絶縁膜の表面の所定部分に前記リードフレームの平坦部の他方の面が接着された放熱板と、前記放熱板の放熱面と前記リードフレームの端子部とが露出するように、前記電力用半導体素子を含む部材を封止する封止体とを備え、前記絶縁膜には、前記主面の延在方向における外縁部から前記所定部分に向かって進むと、厚みが減少するように形成された段差部が、前記所定部分を囲むように配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電力用半導体装置によれば、封止体と放熱板との間に発生した剥離が絶縁膜と放熱板との間に進行しても、段差部分で止まるので、絶縁膜と放熱板との剥離による放熱性の低下を抑制できる電力用半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための外観図と断面図、および絶縁膜の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置における剥離の進展を防止する構成を説明するための剥離の進展に伴う放熱板と絶縁膜部分の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための放熱板と絶縁膜部分の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の他の変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための絶縁膜の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための絶縁膜の平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２の変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための絶縁膜の平面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための仮圧着時の絶縁膜の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態３の変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための仮圧着時の絶縁膜の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置を説明するためのものであり、図１（ａ）〜（ｃ）は電力用半導体装置の構成を説明するためのもので、図１（ａ）は電力用半導体装置の裏面の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における切断面を示す断面図、図１（ｃ）は電力用半導体装置を構成する放熱板表面に貼付された絶縁膜の平面図である。図２は電力用半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャート、図３（ａ）〜（ｃ）は図１（ｂ）における領域Ｄ部分に対応する放熱板と絶縁膜部分の断面図であり、それぞれ、電力用半導体装置の起動停止を繰り返した際に生ずる封止体と放熱板との剥離の進展に伴う、該当部分の変化を示すものである。
【００１２】
また、図４および図５は本実施の形態１の変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するためのもので、図４は変形例にかかる電力用半導体装置の図１（ｂ）における領域Ｄ部分に対応する放熱板と絶縁膜部分の断面図である。さらに、図５（ａ）と図５（ｂ）は、それぞれ、他の変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための絶縁膜の平面図である。
【００１３】
本実施の形態１にかかる電力用半導体装置の特徴は、リードフレームと放熱板間の絶縁を確保するための、放熱板に貼付された絶縁膜の構造にあるが、はじめに、電力用半導体装置および主な部材の基本的な構成について図１を用いて説明する。
【００１４】
電力用半導体装置１は、図１（ａ）に示すように、裏面から放熱板４の放熱面４ｒが露出するとともに、トランスファーモールドにより形成された封止体５により略平板状にパッケージされ、長手方向の両側面からパワーリード端子７Ｐｔと制御リード端子７Ｃｔが露出している。そして、図１（ｂ）に示すように、パワーリード端子７Ｐｔと制御リード端子７Ｃｔは、それぞれパッケージ内部で内部リード７Ｐｉ、７Ｃｉと連なり、パワーリード７Ｐ、制御リード７Ｃと呼ばれる。そして、パワーリード７Ｐ、制御リード７Ｃは、後述する製造工程において、少なくとも封止体５を形成するまでは、厚み０．３〜１．５ｍｍほどの銅製のリードフレーム７に連なったものである。
【００１５】
パワーリード７Ｐには、内部リード７Ｐｉ（制御リード７Ｃの内部リード７Ｃｉと区別する場合は、内部パワーリード７Ｐｉと称す。）のうち、平坦に形成された平坦部７Ｐｆ（ダイパッドと呼ばれることもある）に電力用半導体素子３としてＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor）の裏面電極がはんだ９により接合されている。そして、他の内部パワーリード７Ｐｉには、アルミニウムのワイヤ８ＰによってＭＯＳＦＥＴやその他図示しない電力用半導体素子３の上面電極と電気接続されている。さらに制御リード７Ｃの内部リード７Ｃｉ（内部パワーリード７Ｐｉと区別する場合は、内部制御リード７Ｃｉと称す。）は、アルミニウムのワイヤ８ＣによってＭＯＳＦＥＴ３のゲート電極と電気接続されている。
【００１６】
内部パワーリード７Ｐｉのうち、平坦部７ＰｆのＭＯＳＦＥＴ３が接合された面の反対側の面には、厚みが０．１〜１ｍｍほどの放熱性と絶縁性の高い絶縁膜６を介して、厚みが０．１〜５ｍｍほどのアルミニウム製の放熱板４が接着されている。一方内部制御リード７Ｃｉは、放熱の必要がないことが多く、放熱板４から離れた位置に配置されている。このようにして、電力用半導体装置１内には、図示しない３相インバータ回路が形成される。なおパワーリード７Ｐ、絶縁膜６および放熱板４の厚みは、電力用半導体素子３における定格電流や発熱量によって決まる。
【００１７】
ここで、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１の特徴としては、放熱板４の主面に貼付された絶縁膜６に、膜厚が他の部分よりも薄くなる溝（窪み）６ｄを、図１（ｃ）に示すように、外周（外縁部６ｐ）に沿って並ぶように設けたことである。絶縁膜６は熱伝導率の高い充填材（フィラー）と、電気抵抗率が高い熱硬化性のエポキシ樹脂を主成分とした有機成分から構成され、高い放熱性と絶縁性をもつ。一方、封止体５も充填材と熱硬化性のエポキシ樹脂を主成分とした樹脂材料５Ｒ（硬化して封止体５を構成した後は封止樹脂５と称する）から構成されるが、絶縁膜６には、高放熱性（高熱伝導性）が要求されるため、絶縁膜６の方が封止体５よりもフィラー含有率が高くなる。その結果、絶縁膜６の方が封止体５よりも線膨張係数と硬化収縮率が大きくなる。
【００１８】
つぎに、上述した電力用半導体装置１の製造方法について図２のフローチャートを用いて説明する。図において、回路部形成（ステップＳ１１０）と絶縁膜６のシート形成（ステップＳ１０）については、どちらから始めても、あるいは同時に始めてもよいが、シート形成から先に説明する。
【００１９】
絶縁膜６を構成する原料（熱硬化性樹脂および絶縁性のフィラー）を混錬し、塗工機にて塗工した後、絶縁膜６が数百枚分以上取れる大きさにカットし、絶縁膜６の元となる絶縁シート６Ｓを形成する（ステップＳ１０）。この絶縁シート６Ｓを予めコイルから切り出し、放熱板４を数百枚分に相当する大板状のアルミニウム板４Ｓに重ねて１００℃以上で熱プレスする。このとき絶縁シート６Ｓは完全硬化するのではなく半硬化であり、アルミニウム板４Ｓには仮圧着された状態となる（ステップＳ２０）。仮圧着後、一体となった絶縁シート６Ｓとアルミニウム板４Ｓを、電力用半導体装置１の放熱板４として使用する所定の大きさに金型にて打抜く（ステップＳ３０）。打抜き方向は絶縁シート６Ｓからアルミニウム板４Ｓに向かう方向へ打抜く。このとき使用する打抜き金型のうち、絶縁シート６Ｓに接する側の金型の表面には、図１（ｃ）で示した溝形状に合わせて凸型の突起が設けられており、打抜きプレスと同時に窪み６ｄが形成され、表面に凹凸ができるようにしている。これにより、窪み６ｄを有する絶縁膜付放熱板４Ｍが形成される。
【００２０】
なお、上記例では、打抜き工程（ステップＳ３０）で、窪み６ｄの形状を形成する方法について説明したが、これに限ることはない。例えば、仮圧着工程（ステップＳ２０）で用いた熱プレスの金型の表面に窪み６ｄのパターン（形状）に合わせた凸型の突起を設けておき、熱プレスと同時に窪み６ｄが形成されるようにしてもよい。ただし、打抜きプレス時に窪み６ｄの形状を形成しようとした場合、絶縁シート６Ｓに肉寄りが発生することで、アルミニウム板４Ｓとの接着性が悪くなる可能性がある。そのため、アルミニウム板４Ｓとの密着性を確保できるように、絶縁シート６Ｓのアルミニウム板４へ貼り合わせる面の状態や圧着条件に留意する必要がある。
【００２１】
一方、回路部について説明する。上述したように、この段階では、パワーリード７Ｐと制御リード７Ｃは、１枚のリードフレーム７内に連なった一体ものとして扱うことができる。所定の内部パワーリード７Ｐｉの平坦部７ＰｆにＭＯＳＦＥＴをはじめとする電力用半導体素子３をはんだ９によって接合した後、他の内部パワーリード７Ｐｉ、内部制御リード７Ｃｉ、電力用半導体素子３の上部電極を、ワイヤ８Ｐおよび８Ｃを用いてワイヤボンディングによって電気的に接続し、回路部を形成する（ステップＳ１１０）。
【００２２】
上記のように、回路部と絶縁膜付放熱板４Ｍの用意が完了すると（ステップＳ２００で「両方：完」）、絶縁膜付放熱板４Ｍの放熱面４ｒを下にしてトランスファーモールド用の下金型の上に載せ、さらに絶縁膜６上に、回路部が形成されたリードフレーム７を載置するようにリードフレーム７と放熱板４（絶縁膜付放熱板４Ｍ）とを組み合わせる（ステップＳ２１０）。そして、リードフレーム７の周縁部を上金型と下金型とで挟み込むように型締めすることで回路部の位置を固定し、封止用の樹脂材料５Ｒを金型内に注入する。これにより、放熱面４ｒと端子７Ｐｔ、７Ｃｔが露出し、電力用半導体素子３を含む回路部材を封止する封止体５が形成される（ステップＳ２２０）。
【００２３】
この封止工程において、半硬化状態であった絶縁膜６は、トランスファーモールドのために加熱された高温に晒されることで、絶縁膜６内の樹脂が一度溶融し、その後熱硬化する。硬化と同時に接触しているパワーリード７Ｐおよび放熱板４との強固な接着がなされる。このとき封止体５を構成する樹脂材料５Ｒを介して絶縁膜６にかかる圧力は、静圧であるので、窪み６ｄの形状が損なわれることはない。なお、上記のように半硬化状態を実現するため、仮圧着工程（ステップＳ２０）における温度は、封止工程（ステップＳ２２０）における温度よりも低いことが望ましい。
【００２４】
最後に封止体５からはみ出たリードフレーム７の不要な部分を切除し、パワーリード端子７Ｐｔと制御リード端子７Ｃｔとを所定の形に成型することで、電力用半導体装置１が完成する。
【００２５】
つぎに、動作について図３を用いて説明する。
電力用半導体装置１を起動させると、ＭＯＳＦＥＴ３などのスイッチング素子やダイオードなどの整流素子を含む電力用半導体素子に電流が流れ、熱が発生する。発生した熱は、温度勾配を駆動力として放熱板４から放熱されるが、放熱量が熱の発生量とバランスするまで電力用半導体装置１の温度は上昇する。このとき、従来のシリコン半導体でも１００℃以上、ＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体を用いると、３００℃程度まで温度が上昇することがある。一方、電力用半導体装置１の動作を停止すると、温度が低下する。このような温度の上昇と下降（温度サイクル）を繰り返すと、とくに、熱膨張率の異なる封止樹脂５と放熱板４との間で応力が発生し、図３（ａ）に示すように、側面４ｓと封止樹脂５との界面の端部Ｅｂから側面４ｓに沿って剥離が進行する。
【００２６】
さらに、温度サイクルを繰り返すと、側面４ｓと封止樹脂５間の剥離は、図３（ｂ）に示すように、放熱板４の主面４ｍと絶縁膜６との界面にまで達する。封止樹脂５の線膨張係数および硬化収縮率は、上述したように絶縁膜６よりも大きいため、温度サイクルにおいて高温から低温になる際に、封止樹脂５が電力用半導体装置１の中心に向かって収縮し、それに伴い絶縁膜６を主面４ｍの延在方向の中心方向に引っ張る応力が発生する。この応力によって、絶縁膜６と放熱板４との界面にまで剥離が進行すると、進行した剥離は、主面４ｍの面の延在方向において外縁部６ｐからＭＯＳＦＥＴ３が接合されている部分（内部：７Ｐｃもしくは７Ｐｆの直下部分）に向かって進行する。
【００２７】
このとき、絶縁膜６が、面内において平坦な場合、剥離はＭＯＳＦＥＴ３等の電力用半導体素子が接合された部分７Ｐｃの直下部分にまで達し、発生した熱の放熱板４を介しての放熱が困難となってしまう。そのため、電力用半導体装置１の温度はさらに上昇し、温度サイクル条件がいっそう苛酷になって、剥離の進行やその他部材の劣化を早めてしまうことになる。
【００２８】
しかし、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１では、絶縁膜６の外縁部６ｐに沿うように、周囲より厚みの薄い窪み６ｄを配置した。ただし、その位置は、放熱板４の主面４ｍに貼付された絶縁膜６の、リードフレーム７が接合されている平坦部７Ｐｆと主面４ｍの延在方向における外縁部６ｐとの間であって、リードフレーム７が接合されている部分７Ｐｆを囲む位置である。さらに、厳密に言えば、リードフレーム７が接合されている部分７Ｐｆのうち、発熱源である電力用半導体素子３が接合されている部分７Ｐｃの直下を除くように窪み６ｄを配置した。
【００２９】
これにより、絶縁膜６の外縁部６ｐから、リードフレーム７が接合されている部分に向かって剥離が進行したとしても、窪み６ｄの形成によって厚みが段差状に薄くなるため、窪み６ｄの傾斜下部に応力が集中する。そのため、図３（ｃ）に示すように、絶縁膜６内に破断が起こり、そこまで剥離していた部分の絶縁膜６が脱離する。これは放熱板４と絶縁膜６との接着力よりも、絶縁膜６内への圧縮荷重による応力が窪み６ｄ部分で大きくなるために起こる。すなわち、進行した剥離は、窪み６ｄを設けることで形成された進行方向に沿って厚みが減少する段差部６ｕ部分で絶縁膜６が破断されることにより、進行が止まる。
【００３０】
なお、外側から内側に向かって厚みが減少する段差部６ｕでの高低差は僅かでもよいが、高低差が大きく（急に）なればなるほど、とくに薄肉部（窪み６ｄの中の最も厚みの薄い部分）の厚みが薄くなるほど効果的に離脱して剥離の進行を止めることができる。したがって、窪み６ｄの断面形状は、図３に示したように半円状でなくともよく、例えば、図４の変形例に示すように、Ｖ字などの形状でもよい。あるいは、図５（ａ）および図５（ｂ）の他の変形例に示すように、窪み６ｄの平面形状を丸型（ａ）や楕円形（ｂ）にしてもよい。
【００３１】
さらに言えば、少なくとも、外側から内側に向かって進むと厚みが減少するように段差部６ｕができていれば、窪み６ｄを設ける必要がなく、山状に盛り上げてもよい。また窪み６ｄ部分の厚みを０、つまり、絶縁膜６が無い状態にしてもよいが、絶縁膜付放熱板４Ｍの製造プロセス上、窪み６ｄ部分の厚みを０にするは困難であるので、本実施の形態１のように薄い肉を残すようにした。
【００３２】
なお、電力用半導体装置１の放熱性を考慮した場合、電力用半導体素子３の発熱はパワーリード７Ｐと絶縁膜６を通過した後、放熱板４から外部に向かって放射状に広がる。窪み６ｄは絶縁膜６のパワーリード７Ｐと接する部分よりも外縁部６ｐ側に設けており、電力用半導体素子３の放熱経路から外れるため、放熱性を損なうことはない。それどころか窪み６ｄを設けることによって絶縁膜６の剥離を抑制できるため放熱板４を厚く、また放熱板４の面積を大きくすることが可能となり、電力用半導体装置１の放熱性能を向上させることができる。
【００３３】
またトランスファーモールドで絶縁膜付放熱板４Ｍを金型まで自動搬送する際、搬送前では絶縁膜付放熱板４Ｍはマガジン内に積み重ねられてセットされている。そしてマガジンから吸着パッドにて一枚ずつピックアップされて搬送される。このときピックアップ対象の重量が小さいとピックアップ時に、真空吸着によって下の絶縁膜付放熱板４Ｍも一緒に吸着してしまうことがある。一方、窪み６ｄがあれば絶縁膜付放熱板４Ｍ同士の接触面積が少なくなり、ピックアップ時に真空吸着が発生しにくくなる効果が得られるため、ピックアップ可能な部材の重量範囲（軽量化）も広がる。
【００３４】
また窪み６ｄを設けることで、絶縁膜６の表面積が大きくなり、封止樹脂５との接着力が向上する。このため、絶縁膜６中の、接着力にとってはマイナス要因となる充填材（フィラー）の含有率を高めて熱伝導性を向上させることにより、例えば、電流容量が大きく、発熱量が大きい電力用半導体素子３を使用することができる。
【００３５】
以上のように、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１によれば、電力用半導体素子であるＭＯＳＦＥＴ３と、電力用半導体素子３が一方の面に接合された平坦部７Ｐｆと、平坦部７Ｐｆから延在して外部回路へ接続される端子部であるパワーリード端子７Ｐｔとが形成されたリードフレーム７と、絶縁性のフィラーと樹脂によって形成された絶縁膜６と、一方の面を主面４ｍ、他方の面を放熱面４ｒとして、主面４ｍに絶縁膜６の裏面が接着されているとともに、絶縁膜６の表面６ｍの所定部分にリードフレーム７の平坦部７Ｐｆの他方の面が接着された放熱板４と、放熱板４の放熱面４ｒとリードフレーム７の端子部７Ｐｔとが露出するように、電力用半導体素子３を含む部材を封止する封止体５とを備え、絶縁膜６には、主面４ｍの延在方向における外縁部６ｐから所定部分に向かって進むと、厚みが減少するように形成された段差部６ｕ部分が、所定部分を囲むように配置されているように構成したので、封止体５と放熱板４との間で発生し、側面４ｓから主面４ｍ方向に進行した剥離が、段差部６ｕ部分で絶縁膜６が破壊されることによって、止まる。そのため、特に電力用半導体素子３が接合された部分７Ｐｃ、７Ｐｆに対応する絶縁膜６と放熱板４部分の剥離による放熱性の低下を抑制することができる。
【００３６】
とくに、段差部６ｕは、絶縁膜６の表面６ｍから窪む窪み６ｄを設けることによって形成したので、一般的な電力用半導体装置の製造工程で、例えば金型に凹凸を設けるだけで簡単に段差部６ｕを形成することができる。
【００３７】
実施の形態２．
本実施の形態２にかかる電力用半導体装置においては、実施の形態１にかかる電力用半導体装置に対し、窪みの配置を変更したものである。その他の部材については実施の形態１にかかる電力用半導体装置と同様であるので、説明を省略する。図６と図７は、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置および変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するためのもので、図６は本実施の形態にかかる電力用半導体装置を構成する放熱板表面に貼付された絶縁膜の平面図、図７は変形例にかかる電力用半導体装置を構成する放熱板表面に貼付された絶縁膜の平面図である。なお、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置の構成のうち、絶縁膜以外の部分については、基本的に実施の形態１にかかる電力用半導体装置と同様の構成である。そのため、本実施の形態にかかる電力用半導体装置については、主として実施の形態１と異なる部分について説明する。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置１について図に基づいて説明する。ただし、図中、実施の形態１の説明で用いた図１、３で示した部材と共通な部材には、同一の参照番号が付されている。本実施の形態２では、絶縁膜６に配置する窪み６ｄを、図６に示すように、外縁部６ｐ側でリードフレーム７との接合部を取り囲むようにして配置した複数の窪みの群である外側窪み群６ｄＥと、外側窪み群６ｄＥよりも内側で、外側窪み群６ｄＥを構成する窪み間の隙間を補間するように配置した内側窪み群６ｄＩとで構成するようにした。外側窪み群６ｄＥ、内側窪み群６ｄＩは、ともに、絶縁膜６の、リードフレーム７が接合されている部分と主面４ｍの延在方向における外縁部６ｐとの間で、リードフレーム７が接合されている部分を囲むように配置している。なお、本実施の形態２においては、符号６ｄＥ、６ｄＩは、窪み群を示す場合と、窪み群の中のそれぞれの窪みを示す場合のいずれにも使用する。
【００３９】
そして、内側窪み群６ｄＩは、隣接する外側窪み群６ｄＥを構成する窪み間の間隙を補うような位置になるように、内側窪み群６ｄＩと外側窪み群６ｄＥとを配置している。つまり、主面４ｍの延在方向において、絶縁膜６の外縁部６ｐから、リードフレーム７が接合されている部分に向かって直線を延ばした際に、ほとんどの直線が外側窪み群６ｄＥの窪みか、内側窪み群６ｄＩの窪みのいずれかを通らなければ、リードフレーム７が接合されている部分に達しないように配置した。
【００４０】
これにより、放熱板４の側面４ｓと封止樹脂５との間に発生した剥離が絶縁膜６と主面４ｍとの間にまで達し、絶縁膜６とリードフレーム７とが接合されている部分に向かって進行しても、剥離は外側窪み群６ｄＥか内側窪み群６ｄＩのうち、いずれかの窪みを通ることになる。そのため、外側窪み群６ｄＥか内側窪み群６ｄＩのいずれかの窪みに達したところで剥離の進行が遮られ、リードフレーム７と絶縁膜６との接合部分にまで進行することがない。このため窪み６ｄは、どのような場所から発生した剥離でも、確実に進行を止めることが可能となる。
【００４１】
また、図６の例は、間隔をあけて配置した複数の窪み６ｄからなる窪み群を外縁部６ｐから内側に向かって多重に配置することで、絶縁膜６の外縁部６ｐから、リードフレーム７が接合されている部分に向かって直線を延ばした際に、ほとんどの直線が外側窪み群６ｄＥか内側窪み群６ｄＩのいずれかの窪みを通るようにしたものであるが、これに限ることはない。例えば、図７に示す変形例のように、外縁部６ｐからリードフレーム７が接合されている部分までの間に、リードフレーム７が接合された部分を囲むようにループ状の窪み６ｄを配置するようにしてもよい。
【００４２】
以上のように、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置１によれば、窪み６ｄとして、リードフレーム７が接着された所定部分を囲むように複数の窪みを配置した外側窪み群６ｄＥである第１群と、第１群よりも所定部分に近く、第１群を構成する複数の窪み６ｄＥ間の隙間を補間するように複数の窪みを配置した内側窪み群６ｄＩである第２群とが設けられているように構成したので、どのような場所から発生した剥離でも、確実に進行を止めることが可能となる。
【００４３】
あるいは、窪み６ｄとして、リードフレーム７が接着された所定部分を囲むようにループ状の窪み６ｄを配置するように構成したので、どのような場所から発生した剥離でも、より確実に進行を止めることが可能となる。
【００４４】
実施の形態３．
本実施の形態３にかかる電力用半導体装置においては、上記実施の形態１および２にかかる電力用半導体装置に対し、絶縁膜を形成するためのシートの窪みの配置を変更したものである。図８と図９は、本実施の形態３にかかる電力用半導体装置および変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するためのもので、図８は本実施の形態にかかる電力用半導体装置を構成する絶縁膜が放熱板表面に仮圧着された状態の平面図、図９は変形例にかかる電力用半導体装置を構成する絶縁膜が放熱板表面に仮圧着された状態の平面図である。なお、本実施の形態３にかかる電力用半導体装置の構成のうち、絶縁膜以外の部分については、基本的に実施の形態１または２にかかる電力用半導体装置と同様の構成である。そのため、本実施の形態にかかる電力用半導体装置については、主として実施の形態１または２と異なる部分について説明する。
【００４５】
図８に示すように、本実施の形態３にかかる電力用半導体装置１では、絶縁膜６を形成するための絶縁シート６Ｓには、リードフレーム７が接合される部分も含めて全面に窪み６ｄを形成して表面に凹凸をつけたことである。ただし、トランスファーモールド工程中（図２のステップＳ２２０）に絶縁シート６Ｓを構成する樹脂が溶融する際、リードフレーム７と放熱板４とに挟まれた部分では、樹脂材料５Ｒからかかる静水圧はリードフレーム７の平坦部７Ｐｆを介して絶縁シート６の表面にかかる。そのため、絶縁シート６のうち、リードフレーム７と放熱板４とに挟まれた部分の表面の窪み６ｄはフラット形状になって消失する。つまり、トランスファーモールドによる封止後には、絶縁膜６内のリードフレーム７と放熱板４に挟まれた部分の凹凸は均され、リードフレーム７と接する部分以外の部分に窪み６ｄが残ることになる。
【００４６】
そのため、完成後の電力用半導体装置１内では、上記実施の形態１または２と同様に、放熱板４の主面４ｍに貼付された絶縁膜６の、リードフレーム７が接合されている部分と主面４ｍの延在方向における外縁部６ｐとの間に、リードフレーム７が接合されている部分を囲むように窪み６ｄを配置したことになる。
【００４７】
なお、トランスファーモールドによる静水圧を平坦部７Ｐｆにかけることで、凹凸を均す必要があることから、トランスファーモールド時の圧力を１ＭＰａ以上にすることが望ましい。
【００４８】
このように、完成後には消失させる部分も含めて、凹凸（窪み６ｄ）を絶縁シート６Ｓの全面に配置することにより、絶縁膜付放熱板４Ｍが重なって保管されていても、窪み６ｄのよる空気層を介在させることになり、各絶縁膜付放熱板４Ｍを容易に分離することができる。そのため例えば、真空吸着によって搬送するとき、複数の絶縁膜付放熱板４Ｍが重なったままピックアップされてしまうというピックアップミスがさらに発生しにくくなり、歩留まりが向上する。
【００４９】
また、図９に示す変形例のように、各凹凸を形成するための窪み６ｄの形状を円形のように方向性の無い、あるいは縦横での差が少ない形状にすることも考えられる。この場合、絶縁シート６Ｓをアルミニウム板４Ｓに仮圧着する工程（図２のステップＳ２０）の熱プレスと同時に窪み６ｄを形成するようにしても、その後の打抜き工程（同ステップＳ３０）で、放熱板４単品に打抜く際に、打抜き位置を窪みが配置された位置や方向に合わせる必要がなくなる。このため、打抜きのレイアウトを自由に取ることができるため生産性が向上する。
【００５０】
以上のように、本実施の形態３にかかる電力用半導体装置の製造方法によれば、絶縁性のフィラーと第１の樹脂とを混練して絶縁シート６Ｓを形成する工程（ステップＳ１０）と、一方の面を主面４ｍ、他方の面を放熱面４ｒとする放熱板４の主面４ｍと絶縁シート６Ｓの裏面とを合わせて第１の樹脂が溶融する温度よりも低い温度に加熱し、放熱板４と絶縁シート６Ｓとを仮圧着するとともに、絶縁シート６Ｓの表面に凹凸を形成する工程（ステップＳ２０、Ｓ３０）と、平坦部７Ｐｆと平坦部７Ｐｆから延在して外部回路へ接続される端子部７Ｐｔとが形成されたリードフレーム７の平坦部７Ｐｆの一方の面に、電力用半導体素子３を接合する工程（ステップＳ１１０）と、平坦部７Ｐｆの他方の面と、絶縁シート６Ｓの表面の所定部分とが接触するように、リードフレーム７と放熱板４とを金型内に固定するとともに、金型内に第２の樹脂を注入して、放熱面４ｒと端子部７Ｐｔとが露出するように、電力用半導体素子３を含む部材を封止する封止体５を形成する工程（ステップＳ２１０、Ｓ２２０）と、を含み、封止体５を形成する工程（ステップＳ２２０）では、第１の樹脂が溶融する温度よりも高い温度に加熱され、絶縁シート６Ｓの表面のうち所定部分の凹凸が均されることにより、平坦部７Ｐｆと放熱板４とが、絶縁シート６Ｓの凹凸の無い部分を介して接着されるように構成したので、放熱板４とリードフレーム７とはフラットな絶縁膜６によって強固に接着されるが、接着部分を囲むように窪み６ｄが形成される。そのため、封止体５と放熱板４との間で発生し、側面４ｓから主面４ｍ方向に進行した剥離が、窪み６ｄによって形成された段差部６ｕ部分で絶縁膜６が破壊されることによって止まる。そのため、特に電力用半導体素子３が接合された部分７Ｐｃ、７Ｐｆに対応する絶縁膜６と放熱板４部分の剥離による放熱性の低下を抑制することができる電力用半導体装置１を容易に製造することができる。
【００５１】
とくに、凹凸が、主面４ｍの延在方向における形状が円形の窪み６ｄを用いて形成されるように構成したので、どの方向からでも放熱板４を切り出せ、歩留まりが向上する。
【００５２】
なお、上記各実施の形態では、電力用半導体素子３としてＭＯＳＦＥＴを搭載した場合を例に挙げて説明したがこれに限ることはない。例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールやダイオードモジュールなどの他の電力用半導体素子を搭載する電力用半導体装置にも適用が可能である。
【００５３】
また、上記各実施の形態においては、整流素子（ダイオード）やスイッチング素子（トランジスタ）として機能する電力用半導体素子３には、炭化ケイ素によって形成されたいわゆるワイドバンドギャップ半導体素子の例を示したが、これに限られることはなく、ケイ素（Ｓｉ）で形成されたものであってもよい。しかし、上述したようにケイ素よりもバンドギャップが大きい、いわゆるワイドギャップ半導体を形成できる炭化ケイ素や、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドを用いた時の方が、動作温度域が高いので、本発明による効果をより一層発揮することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１：電力用半導体装置、
３：ＭＯＳＦＥＴ（電力用半導体素子）、
４：放熱板（４ｍ：主面、４ｒ：放熱面、４ｓ：側面）、
５：封止体（封止樹脂）、
６：絶縁膜（６ｄ：窪み、６ｍ：主表面、６ｐ：外縁部、６ｕ：段差部）、
６Ｓ：絶縁シート、
７：リードフレーム（７Ｐｃ：電力用半導体素子が接着された部分、７Ｐｆ：平坦部、７Ｐｔ：端子リード（端子部））。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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