(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属部材と、
絶縁シートと、
前記絶縁シートの少なくとも一部に設けられる第２金属部材と、
半導体素子と、
をこの順に備え、
更に、前記絶縁シートの前記第２金属部材が設けられる側の面上に設けられる導体層と、少なくとも前記絶縁シート、前記第２金属部材、前記半導体素子及び前記導体層を封止する封止樹脂と、を有し、
前記導体層は、前記第２金属部材の外周縁を積層方向に伸ばした線が前記絶縁シートの表面と交差する点から、前記絶縁シートの外周縁方向に延在して設けられる部分を少なくとも有し、且つ前記絶縁シートの外周縁よりも内側に外周縁を有し、
前記第２金属部材と前記絶縁シートとの間には、前記導体層が存在しないか、前記導体層が存在する場合には、前記第２金属部材と前記絶縁シートとの間に存在する前記導体層の面積が、前記第２金属部材と前記絶縁シートとの接触面積に対して、５０％以下である、半導体装置。
【請求項２】
前記導体層が、更に、前記第２金属部材の外周縁に延在して設けられる部分を有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導体層の体積抵抗率が１０−３Ωｍよりも小さい請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記導体層の平均厚さが１０μｍ以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記導体層が、白金、金、白金パラジウム合金、金パラジウム合金、亜鉛、銅、アルミニウム及びタングステンからなる群より選択される少なくとも１種を含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁シートが、エポキシ樹脂と、酸化物及び窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の無機充填材と、を含む請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記無機充填材が、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び窒化ホウ素からなる群より選択される少なくとも１種を含む請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記導体層の前記絶縁シート上に存在する端部の少なくとも一部が、前記封止樹脂の誘電率よりも高い誘電率を有する電界緩和材で被覆されている請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置を備えるパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びそれを備えるパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールでは、パワー半導体素子から発生した熱を効率よく外部に放出することが必要である。熱を効率よく外部に放出するために、パワーモジュールは通常、金属板等を含んで構成されるヒートシンクを備える。一方、パワー半導体素子とヒートシンクとの間は電気的な絶縁性が保たれている必要がある。そのため、パワー半導体素子とヒートシンクとの間に、熱伝導率の高い絶縁層（例えば、絶縁シート）が配置される。最近では、パワーモジュールを駆動する際の消費電力を低減する視点から、パワーモジュールの動作電圧が高くなりつつある。動作電圧の上昇に伴い部分放電が発生しやすくなる。特に、絶縁層は有機材料で構成されるため、部分放電による劣化の影響を受けやすい。絶縁層表面で発生する部分放電により絶縁層の劣化が進むと、パワー半導体とヒートシンクとの間が短絡し、パワーモジュールの誤作動、故障等を招く恐れがある。
【０００３】
上記課題を解決する手段として、以下の公知技術がある。特許文献１は、半導体素子を搭載した樹脂モールド用回路基板及び電子パッケージに関し、金属板上にリードフレームを、絶縁層を介して設けることで、熱放散性に優れる樹脂モールド用回路基板及び電子パッケージが得られることを記載している。
【０００４】
特許文献２は、半導体素子を搭載したパワー半導体装置に関し、半導体素子を実装した側とは反対側のヒートスプレッダの面と、絶縁シートとの間に半導電層が配置されることで、パワー半導体装置の部分放電が抑制されることを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１９６４９５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６４７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に代表されるような従来の半導体装置では、駆動電圧が比較的低かったため、絶縁層表面の電界は小さく、絶縁層表面での部分放電が絶縁シートの劣化及び半導体装置の絶縁信頼性の低下を招くという問題は生じていない。しかし、近年では、低消費電力化の視点から、パワー半導体装置の動作電圧が高くなりつつある。そのため、絶縁層表面の電界が高まり、それにより発生した部分放電が絶縁層表面を著しく劣化させる傾向にある。
【０００７】
絶縁層表面の部分放電を抑制する方法として、特許文献２では、ヒートスプレッダと絶縁シート（絶縁層）との間に半導電層を配置することにより、半導電層における電界緩和の作用によって、ヒートスプレッダと絶縁シートとの界面での部分放電の発生を抑制できるとしている。しかし、絶縁シートと半導体素子との間に半導電層が介在しているために、絶縁シートと半導体素子との間の熱伝導特性が著しく低下し、半導体素子の温度上昇を招く恐れがある。
上記の観点から、特許文献２に開示されている構造では、パワー半導体装置の絶縁シートの部分放電による劣化の抑制と発熱による劣化の抑制とを両立することができない。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、放熱性及び耐電圧性に優れる半導体装置並びにこの半導体装置を備えるパワーモジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下の態様を含む。
＜１＞  第１金属部材と、
絶縁シートと、
前記絶縁シートの少なくとも一部に設けられる第２金属部材と、
半導体素子と、
をこの順に備え、
更に、前記絶縁シートの前記第２金属部材が設けられる側の面上に設けられる導体層と、少なくとも前記絶縁シート、前記第２金属部材、前記半導体素子及び前記導体層を封止する封止樹脂と、を有し、
前記導体層は、前記第２金属部材の外周縁を積層方向に伸ばした線が前記絶縁シートの表面と交差する点から、前記絶縁シートの外周縁方向に延在して設けられる部分を少なくとも有し、且つ前記絶縁シートの外周縁よりも内側に外周縁を有する半導体装置。
【００１０】
＜２＞  前記導体層が、更に、前記第２金属部材の外周縁に延在して設けられる部分を有する前記＜１＞に記載の半導体装置。
【００１１】
＜３＞  前記導体層が、更に、前記第２金属部材の前記絶縁シートに対向する側の面と前記絶縁シートとの間に延在して設けられる部分を有する前記＜１＞に記載の半導体装置。
【００１２】
＜４＞  前記導体層の体積抵抗率が１０−３Ωｍよりも小さい前記＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００１３】
＜５＞  前記導体層の平均厚さが１０μｍ以下である前記＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００１４】
＜６＞  前記導体層が、白金、金、白金パラジウム合金、金パラジウム合金、亜鉛、銅、アルミニウム及びタングステンからなる群より選択される少なくとも１種を含む前記＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００１５】
＜７＞  前記絶縁シートが、エポキシ樹脂と、酸化物及び窒化物からなる群より選択される少なくとも１種の無機充填材と、を含む前記＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００１６】
＜８＞  前記無機充填材が、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び窒化ホウ素からなる群より選択される少なくとも１種を含む前記＜７＞に記載の半導体装置。
【００１７】
＜９＞  前記導体層の前記絶縁シート上に存在する端部の少なくとも一部が、前記封止樹脂の誘電率よりも高い誘電率を有する電界緩和材で被覆されている前記＜１＞〜＜８＞のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００１８】
＜１０＞  前記＜１＞〜＜９＞のいずれか１項に記載の半導体装置を備えるパワーモジュール。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、放熱性及び耐電圧性に優れる半導体装置並びにこの半導体装置を備えるパワーモジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を備えるパワーモジュールの一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施例１に係る半導体装置の導体層の厚さと、放出電子数比との関係を示す図である。
【図７】従来の半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
本明細書において「導体」とは、体積抵抗率が１０−３Ωｍよりも小さいことを意味する。ここで、導体の体積抵抗率は四端子法により測定される値である。具体的には、四端子抵抗率計（例えば、（株）三菱化学アナリテック、「ロレスタ−ＧＰ」）を用いて測定した表面抵抗に厚さを乗算して求めることができる。
本明細書において、導体層の厚さは、半導体装置を積層方向に任意の位置で切断して得られた断面における、導体層の任意の４箇所の厚さの値の平均値（平均厚さ）である。具体的には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して半導体装置の断面を観察することにより測定することができる。
尚、本明細書において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
【００２３】
本明細書において「層」及び「膜」とは、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
【００２４】
＜半導体装置＞
本発明の半導体装置は、第１金属部材と、絶縁シートと、絶縁シートの少なくとも一部に設けられる第２金属部材と、半導体素子と、をこの順に備え、更に、絶縁シートの第２金属部材が設けられる側の面上に設けられる導体層と、少なくとも絶縁シート、第２金属部材、半導体素子及び導体層を封止する封止樹脂と、を有し、導体層は、第２金属部材の外周縁を積層方向に伸ばした線が絶縁シートの表面と交差する点から、絶縁シートの外周縁方向に延在して設けられる部分を少なくとも有し、且つ絶縁シートの外周縁よりも内側に外周縁を有する。
【００２５】
まず、従来の典型的な半導体装置の一例について、図７を参照して説明する。図７に示す半導体装置は、第１金属部材２ａと、絶縁シート１と、第２金属部材２ｂと、半導体素子３と、をこの順に備え、更に封止樹脂４を有する。図７に示す半導体装置は、通常、ボンディングワイヤ等の配線部材（不図示）を更に備える。
【００２６】
半導体装置を劣化させる要因としては、半導体素子の温度上昇及び絶縁シートの部分放電が挙げられる。温度上昇を抑制する観点から、半導体装置には通常、半導体素子から発生する熱を放散するために、第１金属部材２ａ、第２金属部材２ｂ等の金属部材が設けられている。放熱性の観点から、半導体素子３と金属部材との間の熱伝導率が高いことが望ましい。図７に示す半導体装置では、半導体素子３と第２金属部材２ｂとが接触しているため、半導体素子３と第２金属部材２ｂとの間に良好な熱伝導性を得ることができる。
【００２７】
一方、材質の違いにより、絶縁シート１と第２金属部材２ｂとの界面で電界強度が大きくなり、部分放電が発生することが知られている。特に、絶縁シート１上であって、絶縁シート１と第２金属部材２ｂと封止樹脂４とが接する領域では電界強度が高くなり、部分放電が発生しやすい傾向にある。特に、半導体素子３を高い電圧で駆動する際にはその影響が大きくなる。また、封止樹脂４の粘度が高い場合、封止樹脂４を注入する際に生じる気泡が、絶縁シート１と第２金属部材２ｂと封止樹脂４とが接する領域に残りやすい。一般的に、気泡に含まれる空気の部分放電開始電圧は封止樹脂４の部分放電開始電圧よりも低いため、絶縁シート１と第２金属部材２ｂと封止樹脂４とが接する領域で絶縁シート１が劣化しやすいという問題がある。
【００２８】
このように、従来の典型的な半導体装置の構成では、絶縁シート１と第２金属部材２ｂとの界面、特に、絶縁シート１上であって、絶縁シート１と第２金属部材２ｂと封止樹脂４とが接する領域での電界強度が高くなり部分放電が発生しやすいため、絶縁シート１の劣化及び半導体装置の絶縁信頼性の低下を招く恐れがある。
【００２９】
一方、本発明の半導体装置は、上記構成を有することにより、優れた放熱性及び耐電圧性を有することができる。この理由は明らかではないが、以下のように推察される。以下では、本発明の第１の実施形態に係る図１を参照して説明する。
本発明の半導体装置は、絶縁シート１の両面に第１金属部材２ａ及び第２金属部材２ｂをそれぞれ有することにより、半導体素子３から発生した熱が第２金属部材２ｂ、絶縁シート１及び第１金属部材２ａを介して伝わり、半導体装置の外部に放熱されやすくなる。
また、本発明の半導体装置では、絶縁シート１の第２金属部材２ｂが設けられる側の面上に設けられる導体層５が、第２金属部材２ｂの外周縁を積層方向に伸ばした線が絶縁シート１の表面と交差する点から、絶縁シート１の外周縁方向に延在して設けられる部分を少なくとも有し、且つ絶縁シート１の外周縁よりも内側に外周縁を有することにより、第２金属部材２ｂと絶縁シート１との電位差が低減し、絶縁シート１と第２金属部材２ｂと封止樹脂４とが接する領域での電界強度が低く抑えられる。そのため、この領域に気泡が存在する場合であっても、部分放電の発生を大幅に抑制することができる。一方、導体層５において、第２金属部材２ｂと接している側とは反対側の端部（すなわち、導体層５の絶縁シート１上に存在する端部）では電界強度が高くなる傾向がある。しかし、本発明の半導体装置においては導体層５の厚さを薄くすることができ、導体層５から放出される電子の数が抑えられ、導体層５の絶縁シート１上に存在する端部での部分放電の発生が抑制される。
【００３０】
以下、本発明の半導体装置及びそれを用いるパワーモジュールについて、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。尚、以下の説明において、同じ部材には同じ符号を付す。
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。図１に示す半導体装置は、第１金属部材２ａと、絶縁シート１と、絶縁シート１の少なくとも一部に設けられる第２金属部材２ｂと、半導体素子３と、をこの順に備え、更に、絶縁シート１の第２金属部材２ｂが設けられる側の面上に設けられる導体層５と、少なくとも絶縁シート１、第２金属部材２ｂ、半導体素子３及び導体層５を封止する封止樹脂４と、を有する。導体層５は、第２金属部材２ｂの外周縁を積層方向に伸ばした線が絶縁シート１の表面と交差する点から、絶縁シート１の外周縁方向に延在して設けられる部分を少なくとも有し、且つ絶縁シート１の外周縁よりも内側に外周縁を有する。
【００３２】
図１に示すように、導体層５の構造は、絶縁シート１の第２金属部材２ｂが設けられる側の面上に設けられ、第２金属部材２ｂの外周縁を積層方向に伸ばした線が絶縁シート１の表面と交差する点から、絶縁シート１の外周縁方向に延在して設けられる部分を少なくとも有し、且つ絶縁シート１の外周縁よりも内側に外周縁を有していれば、特に限定されない。導体層５の外周縁が絶縁シート１の外周縁よりも内側にあることで、導体層５の外周縁が絶縁シート１の外周縁とは重ならず、半導体装置の絶縁信頼性を維持することが容易となる。
本明細書において、「外周縁」とは、半導体装置を絶縁シート、第１及び第２金属部材並びに半導体素子の積層方向から観察した平面図において各部材の外側の端を意味する。又は、半導体装置を上記積層方向で切断した断面を観察した断面図において、面方向における各部材の外側の端を意味する。
本明細書において、導体層の「長さ」とは、半導体装置を積層方向で切断した断面図において、面方向における導体層の長さを意味する。例えば、半導体装置を積層方向で切断した断面をＳＥＭで観察することにより導体層の長さを測定することができる。
【００３３】
第２金属部材２ｂの外周縁を積層方向に伸ばした線が絶縁シート１の表面と交差する点からの導体層５の長さは、半導体装置の絶縁破壊防止の観点から、第２金属部材２ｂの外周縁と絶縁シート１の外周縁との間の距離の１／２以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましく、１／１０以下であることが更に好ましい。上記導体層５の長さは、第２金属部材２ｂと接している側とは反対側の導体層５の端部での電界緩和の観点からは、第２金属部材２ｂの厚さの１倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがより好ましく、１０倍以上であることが更に好ましい。
【００３４】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、導体層５が、更に、第２金属部材２ｂの外周縁に延在して設けられている。
第１の実施形態の半導体装置を作製する方法では、導体層５を作製するために使用するマスクの寸法を厳密に制御する必要がある等、製造方法の条件に厳密さが求められる場合がある。第２の実施形態では、図２に示すように、第２金属部材２ｂの外周縁にも導体層５が延在して形成されていてもよく、製造方法の条件の設定が容易になる傾向がある。また、半導体装置の動作を阻害しない範囲であれば、第２金属部材２ｂの半導体素子３が設けられる面上にも更に導体層５が存在していてもよい。例えば、第２金属部材２ｂの上面の面積よりも小さなパターンを有するマスクを使用して第２の実施形態の半導体装置における導体層を作製してもよく、半導体装置の生産性を向上させつつ、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３５】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。第３の実施形態は、第１の実施形態と異なり、導体層５が、更に、第２金属部材２ｂの絶縁シート１に対向する側の面と絶縁シート１との間に延在して設けられている。
第３の実施形態では、導体層５が絶縁シート１及び第２金属部材２ｂに接触している領域が広いため、導体層５による電界緩和の効果が得られやすい傾向がある。尚、絶縁シート１と第２金属部材２ｂとの間に良好な接着特性を得る観点からは、導体層５が第２金属部材２ｂの絶縁シート１に対向する側の面と絶縁シート１との間に存在しないことが好ましい。しかし、絶縁シート１と第２金属部材２ｂとの界面全体に導体層５が形成されていても、部分放電の発生を抑制するという観点においては、第１の実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００３６】
第３の実施形態において、第２金属部材２ｂの絶縁シートに対向する側の面と絶縁シート１との間に存在する導体層５の面積は、絶縁シート１と第２金属部材２ｂとの密着性の観点から、第２金属部材２ｂの絶縁シート１と接触する側の面積に対して、５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましく、１０％以下であることが更に好ましい。
【００３７】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。第４の実施形態では、第３の実施形態に係る構成において、導体層５の絶縁シート１上に存在する端部の少なくとも一部が、封止樹脂４の誘電率よりも高い誘電率を有する電界緩和材６で被覆されている。第４の実施形態では、導体層５の絶縁シート１上に存在する端部の少なくとも一部が電界緩和材６で覆われているため、第１〜第３の実施形態よりも導体層５の絶縁シート１上に存在する端部の電界が緩和される傾向にある。これによって、半導体装置の絶縁破壊寿命をより向上させることができる傾向にある。
尚、第４の実施形態に係る半導体装置の電界緩和材６以外の構成は、本発明の第３の実施形態に係る構成に限定されるものではなく、第１又は第２の実施形態に係る構成を採用してもよい。
次に、本発明の半導体装置の各構成部材について説明する。
【００３８】
［導体層］
導体層の体積抵抗率が１０−３Ωｍよりも小さいことが好ましく、１０−５Ωｍ以下であることがより好ましく、１０−８Ωｍ以下であることが更に好ましい。
導体層の材質は、体積抵抗率が１０−３Ωｍよりも小さい材料であれば特に限定されず、白金、金、白金パラジウム合金、金パラジウム合金、亜鉛、銅、アルミニウム、タングステン等の金属又は合金、体積抵抗率が１０−３Ωｍよりも小さい炭素材料、体積抵抗率が１０−３Ωｍよりも小さい導電性樹脂などが挙げられる。耐電圧性及び放熱性の観点からは、導体層は金属であることが好ましく、導体層が白金、金、白金パラジウム合金、金パラジウム合金、亜鉛、銅、アルミニウム及びタングステンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことがより好ましい。
【００３９】
導体層は第２金属部材と電気的に接続されていることが望ましく、導体層は絶縁シート表面で第２金属部材との電位差が少ないことが望ましい。導体層と第２金属部材との電位差（第２金属部材の電位−導体層の電位）は、２００Ｖ以下であることが好ましく、１０Ｖ以下であることがより好ましく、０Ｖであることが更に好ましい。導体層と第２金属部材との間の電気的な接続を得る観点から、導体層の少なくとも一部が第２金属部材に接触していることが望ましい。
【００４０】
導体層の厚さは、放熱性及び耐電圧性の観点から、第２金属部材の厚さよりも小さいことが望ましい。放熱性及び耐電圧性の観点から、導体層の平均厚さが１０μｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以下であることがより好ましく、６０ｎｍ以下であることが更に好ましい。導体層の平均厚さが１０μｍ以下であると、導体層端部での電界強度を抑えられ、部分放電の発生を抑制しやすくなる傾向がある。
導体層の強度の観点からは、導体層の平均厚さは１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましく、２０ｎｍ以上であることが更に好ましい。
【００４１】
また、第２金属部材の平均厚さに対する導体層の平均厚さの比率（導体層の平均厚さ／第２金属部材の平均厚さ）は、０．１以下であることが好ましく、０．０１以下であることがより好ましく、０．００１以下であることが更に好ましい。
【００４２】
［絶縁シート］
絶縁シートとしては、特に限定されず、当該技術分野で通常使用されるものが挙げられる。絶縁シートは、樹脂と無機充填材とを含んでいてもよい。
無機充填材としては、酸化物及び窒化物からなる群より選択される少なくとも１種が挙げられる。酸化物としては、シリカ、アルミナ等が挙げられる。窒化物としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等が挙げられる。無機充填材としては、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び窒化ホウ素からなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。窒化物としては、粒状窒化物を用いてもよい。この粒状窒化物としては、熱伝導率に優れる観点から、六方晶窒化ホウ素の凝集物又は粉砕物であることが好ましく、長径と短径の比率（長径／短径）が２以下であるものがより好ましい。
【００４３】
絶縁シートの熱伝導率向上の観点から、無機充填材の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが更に好ましい。尚、本明細書における熱伝導率とは、フラッシュ法により測定された値を意味する。
無機充填材の含有率は、樹脂と無機充填材との総量に対して、２０質量％〜９８質量％であることが好ましく、３０質量％〜９５質量％であることがより好ましく、５０質量％〜９５質量％であることが更に好ましい。
絶縁シートは、少なくとも１種の無機充填材が樹脂に充填されたコンパウンド構造体であることが好ましい。
【００４４】
樹脂としては特に限定されず、当該技術分野で通常使用されるものを使用することができる。樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらは１種を単独で用いても２種以上の樹脂を組み合わせて用いてもよい。
エポキシ樹脂としては、樹脂硬化物の架橋密度及びガラス転移温度の観点から、分岐構造を含むエポキシ樹脂であることが好ましい。エポキシ樹脂は、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼンノボラック型エポキシ樹脂及びグリシジルアミン型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種であることがより好ましい。
【００４５】
エポキシ樹脂は、多官能エポキシ樹脂モノマーと硬化剤との反応物であってもよく、全エポキシ樹脂中に多官能エポキシ樹脂を２０質量％以上含有することが好ましく、３０質量％以上含有することがより好ましく、５０質量％以上含有することが更に好ましい。
【００４６】
エポキシ樹脂は、樹脂組成物の軟化点を下げる観点から、液状又は半固形エポキシ樹脂を更に含むことが好ましい。液状又は半固形エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型及びＦ型混合エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型ノボラックエポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂並びにグリシジルアミン型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。尚、本明細書において「液状」とは、融点又は軟化点が室温（２５℃）未満であることを意味し、「半固形」とは融点又は軟化点が４０℃以下であることを意味する。
絶縁シートは、エポキシ樹脂と、シリカ、窒化ホウ素及びアルミナからなる群より選択される少なくとも１種の無機充填材と、を含むことが好ましい。
【００４７】
硬化剤としては、ノボラック樹脂を含む硬化剤、アミン系硬化剤等が挙げられる。ノボラック樹脂を含む硬化剤を用いる場合は、単核ジヒドロキシベンゼンからなる群より選択される少なくとも１種を２０質量％〜７０質量％含むことが好ましい。
【００４８】
樹脂組成物は、更にカップリング剤、分散剤等を含んでいてもよい。
【００４９】
［第１及び第２金属部材］
第１金属部材及び第２金属部材は特に限定されず、当該技術分野で通常使用されるものを使用することができる。第１金属部材及び第２金属部材としては、銅箔、アルミニウム箔、スズ箔等の金属箔、銅、アルミニウム、スズ等を含む金属板などが挙げられる。金属板としては、銅板、アルミニウム板、鉄板等が挙げられる。
第１金属部材と第２金属部材とは種類が異なってもよく、それらの厚さが異なっていてもよく、それらを構成する原子の種類が異なっていてもよい。
【００５０】
第１金属部材及び第２金属部材の厚さは特に限定されず、半導体装置の使用形態、第１金属部材及び第２金属部材の熱伝導性等に応じて適宜選択することができる。第１金属部材及び第２金属部材は各々独立に、平均厚さが５μｍ〜３００μｍであることが好ましく、１５μｍ〜２００μｍであることがより好ましく、３０μｍ〜１５０μｍであることが更に好ましい。
第１金属部材又は第２金属部材の平均厚さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して半導体装置の断面を観察することにより測定することができる。例えば、半導体装置を積層方向に任意の位置で切断して得られた断面において、第１金属部材又は第２金属部材の任意の４箇所の厚さの値の平均値を、平均厚さとすることができる。
【００５１】
［半導体素子］
半導体素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、サイリスタ、ダイオード等のパワー半導体素子であることが好ましい。半導体素子に使用される半導体としては、ＩＶ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＶ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体等が挙げられる。ＩＶ族半導体としては、シリコーン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ダイヤモンド等が挙げられる。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体としては、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ等が挙げられる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ等が挙げられる。ＩＶ族化合物半導体としては、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等が挙げられる。Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体としては、ＣｕＩｎＳｅ２等のカルコパイライト半導体が挙げられる。
【００５２】
［封止樹脂］
封止樹脂は特に限定されず、トランスファモールド用封止樹脂、コンプレッション成形用封止樹脂、ラミネート用封止フィルム、液状封止材等、当該技術分野で通常使用されるものを使用することができる。封止樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。封止樹脂は、硬化剤、充填材等を更に含んでいてよい。
硬化剤としては、半導体封止樹脂に一般に使用されているものであれば特に制限はない。具体的には、フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール類及びα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも１種と、ホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂；フェノール類及びナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも１種とジメトキシパラキシレン又はビス（メトキシメチル）ビフェニルとから合成されるフェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂；フェノール類及びナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも１種とシクロペンタジエンとから共重合により合成されるジクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ジクロペンタジエン型ナフトールノボラック樹脂等のジクロペンタジエン型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂等が挙げられる。
これらは１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５３】
無機充填材としては、溶融シリカ（球状シリカ）、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体又はこれらを球形化したビーズ、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などが挙げられる。無機充填材は１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５４】
［電界緩和材］
電界緩和材としては特に限定されず、当該技術分野で通常使用されるものを使用することができる。電界緩和材としては、封止樹脂の誘電率よりも高い誘電率を有する樹脂組成物の硬化物を用いることが好ましい。このような樹脂組成物の一例として、二酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルウシム、チタン酸鉛等の充填材を少なくとも１種含む樹脂組成物が挙げられる。樹脂組成物に含まれる樹脂としては特に限定されず、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
電界緩和材の例としては、充填材を１質量％〜８０質量％含むエポキシ樹脂が挙げられる。
電界緩和材の形状は、導体層において、第２金属部材と接している側とは反対側の端部である（すなわち、導体層の絶縁シート上に存在する端部）の少なくとも一部を被覆していれば特に限定されない。電界緩和材は、導体層の絶縁シート上に存在する端部の全てを被覆していてもよい。
【００５５】
［その他の部材］
本発明の半導体装置は、リードフレーム、ボンディングワイヤ等の配線部材などを更に有していてもよい。
【００５６】
＜半導体装置の製造方法＞
本発明の半導体装置は、第１金属部材、第２金属部材及び導体層を絶縁シート上に配置し、第２金属部材上に半導体素子を実装し、樹脂封止することにより製造できる。
第１金属部材、第２金属部材及び導体層を配置する順番は、目的とする導体層の形状に応じて任意に選択できる。例えば、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態に係る半導体素子を製造する場合には、絶縁シート上に第１金属部材及び第２金属部材を配置した後に、導体層を配置すればよい。また、本発明の第３の実施形態に係る半導体素子を製造する場合には、絶縁シート上に導体層を配置した後に、第１金属部材及び第２金属部材を配置すればよい。
【００５７】
［第１金属部材及び第２金属部材の配置方法］
絶縁シート上に第１金属部材及び第２金属部材を配置する方法としては特に限定されず、当該技術分野で通常用いられる方法を使用することができる。
例えば、絶縁シート両面に金属部材を貼り合わせる方法を挙げることができる。貼り合わせる方法としては、プレス法、ラミネート法等が挙げられる。プレス法、ラミネート法等の条件は、絶縁シートの組成等に応じて適宜選択することができる。
【００５８】
例えば、絶縁シート両面に金属部材を貼り合わせた後、片面の金属部材の不要な部分をエッチング処理等により除去することにより、所望の形状及び大きさを有する第２金属部材を配置することができる。具体的には、金属部材付き絶縁シートの両面に感光性樹脂シートを貼り、片面を所望の形状でパターン露光した後、エッチング処理を行うことにより、所望の形状及び大きさを有する第２金属部材を形成することができる。エッチング処理の条件は特に限定されず、第１金属部材、第２金属部材、感光性樹脂シート等の種類に応じて適宜選択できる。感光性樹脂シートはネガ型であってもポジ型であってもよい。
【００５９】
［導体層の配置方法］
導体層を配置する方法は特に限定されず、化学気相成長法（熱化学気相成長法、光化学気相成長法、プラズマ化学気相成長法、エピタキシャル化学気相成長法、アトミックレイヤー化学気相成長法、有機金属化学気相成長法等）、物理気相成長（抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、分子線エピタキシ法、イオンめっき、イオンビームデポジション、スパッタリング）等が挙げられる。
【００６０】
所望の形状を得る観点から、マスク等を使用することが好ましい。
導体層は、第１金属部材及び第２金属部材を配置した後に配置してもよく、第１金属部材及び第２金属部材を配置する前に配置してもよい。
例えば、第１又は第２の実施形態に係る半導体装置を製造する場合には、絶縁シートの両面に第１金属部材及び第２金属部材を配置した後、導体層を配置する領域以外をマスクしてから導体層を配置することができる。また、第３の実施形態に係る半導体装置を製造する場合には、マスクを使用して絶縁シート上に導体層を配置した後、第１金属部材及び第２金属部材を配置することができる。
マスクとしては、例えば、所望の形状の穴を有する金属板が挙げられる。例えば、第２金属部材と同じ大きさを有する第１金属板と、第２金属部材よりも大きい穴を有する第２金属板とを、第１金属板と第２金属板とが所望の幅を有する間隙を形成するように、絶縁シートの導体層を配置する側に配置した後、導体層の材料を配置することにより、間隙と同様の形状を有する導体層を形成することができる。
【００６１】
［半導体素子の実装方法］
半導体素子の実装方法は特に限定されず、当該技術分野で通常使用される方法を使用できる。例えば、はんだ材を使用して第２金属部材上に半導体素子を実装してもよい。
【００６２】
［樹脂封止］
半導体素子を実装した後、封止樹脂で覆い、熱処理することにより半導体装置を製造することができる。樹脂封止の方法としては、コンプレッション成形、トランスファモールド成形、ラミネート、液状封止、注型等が挙げられる。
熱処理の方法としては、封止樹脂を硬化させることができれば特に限定されない。熱処理温度は２０℃〜３００℃であることが好ましく、１００℃〜２５０℃であることがより好ましく、１００℃〜２００℃であることが更に好ましい。熱処理時間は１分〜１０時間であることが好ましい。熱処理には、加熱炉、ホットプレート、リフロー炉等を使用することができる。
【００６３】
［その他の工程］
本発明の半導体装置の製造方法は、電界緩和材を設ける工程を所望により更に含んでいてもよい。例えば、封止樹脂の誘電率よりも高い誘電率を有する硬化物を形成し得る樹脂組成物を、導体層の絶縁シート上に存在する端部の少なくとも一部に付与し、熱処理することにより、電界緩和材を設けることができる。
樹脂組成物の付与方法は特に限定されず、塗布法、印刷法、スプレー法等が挙げられる。所望の形状を得る観点及び導体層の絶縁シート上に存在する端部の少なくとも一部を被覆する観点から、マスク等を使用することが好ましい。
熱処理の温度及び時間は特に限定されず、当該技術分野で通常採用される条件で熱処理を行うことができる。例えば、２０℃〜３００℃の範囲で１０秒〜１０時間熱処理することが好ましい。
また、リードフレーム、ボンディングワイヤ等の配線部材などを配置する工程を更に含んでいてもよい。
【００６４】
＜パワーモジュール＞
本発明のパワーモジュールは、本発明の半導体装置を備えるパワーモジュールである。本発明のパワーモジュールについて、図面を用いて説明する。図５は本発明のパワーモジュールの一例を示す概略断面図である。図５に示すパワーモジュールは、図１に示す構造を有する第１の実施形態に係る半導体装置を備えるものである。図２〜図４に示す構造を有する第２〜第４の実施形態に係る半導体装置も、第１の実施形態と同様にパワーモジュールに適用することができる。
【００６５】
図５に示すパワーモジュールは、第１の実施形態に係る半導体装置を備え、半導体装置中の半導体素子３がボンディングワイヤ７を介して第１リードフレーム８ａと接続されており、第２金属部材２ｂが第２リードフレーム８ｂとはんだで接着されている。本発明のパワーモジュールは、本発明の半導体装置を備えることにより、放熱性及び耐電圧性に優れ、絶縁寿命が向上する傾向にある。
【００６６】
上記の半導体装置の製造方法において、必要に応じて、樹脂封止を行う前にリードフレーム、ボンディングワイヤ等を配置し、その後樹脂封止を行うことにより、本発明のパワーモジュールを製造することができる。
【００６７】
＜用途＞
本発明の半導体装置及びパワーモジュールは、発電機、太陽電池、燃料電池、インバータ等の電力機器に好適に使用され、発電、送電等の電力分野、ファン、ポンプ等を利用する産業分野、通信システム、工場等の電源装置、電車の駆動、変電等の電気鉄道分野、自動車、家庭用電化製品などに適用できる。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。ただし、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない。尚、特に言及しない限り、「％」及び「部」は質量基準である。
【００６９】
＜実施例１＞
以下の手順で、図１に示す構造を有する半導体装置を作製した。
［絶縁シートの作製］
２５０ｍＬ容のポリエチレン製容器に、多官能エポキシ樹脂主剤としてのトリフェニルメタン型エポキシ樹脂（ＴＰＭ−ＥＰ；日本化薬（株）、「ＥＰＰＮ−５０２Ｈ」）１０ｇ（１００質量部）、硬化剤としてのレゾルシノールカテコールノボラック樹脂（ＲＣＮ；日立化成（株）、「ＣＲＮＡ−４」）３．７ｇ（３７質量部）、硬化促進剤としてのトリフェニルホスフィン（ＴＰＰ；和光純薬工業（株））０．１１ｇ（１．１質量部）、無機充填材としての窒化ホウ素（水島合金鉄（株）、「ＨＰ−４０」）５６ｇ（５６０質量部）及びアルミナ（住友化学（株）、「ＡＡ−０４」）１１．３ｇ（１１３質量部）、カップリング剤としてのＮ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＰＡＭ；信越化学工業（株）、「ＫＢＭ−５７３」）０．０７ｇ（０．７質量部）、分散剤としての「ＢＹＫ−１０６」（ビックケミージャパン（株））０．１ｇ（１質量部）及び「ＲＥＢ１２２−４」（日立化成（株）、４５％乳酸エチル溶液）１．６ｇ（１６質量部）、溶剤としてのシクロヘキサノン（ＣＨＮ；和光純薬工業（株））５０ｇ（５００質量部）並びに直径５ｍｍのアルミナボール（アズワン（株））１００ｇ（１０００質量部）を入れた。その後、ポリエチレン製容器のフタを閉じ、ミックスロータ（アズワン（株）、「ＢＲ−２」）を使用して、回転数１００回転／分で３０分間混合することにより、樹脂組成物ワニスを得た。
【００７０】
得られた樹脂組成物ワニスを、４００μｍのギャップを有するアプリケーターを用いて、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（藤森工業（株）、「７５ｅ−００１０ＣＴＲ−４」）の離型面上に塗布した後、速やかに１００℃のボックス型オーブンで１０分間乾燥させた。
【００７１】
次いで、乾燥させた樹脂組成物ワニス付ＰＥＴフィルムを１０ｃｍ角に２枚切出し、樹脂組成物ワニスを有する面を内側に向けて重ね合わせた。これを、真空熱プレス（熱板温度１５０℃、圧力１０ＭＰａ、真空度１ｋＰａ以下、処理時間１分）で圧着し、樹脂組成物層の厚さが２００μｍである樹脂シートとして、両面がＰＥＴフィルムで挟まれたＢステージシート（以下、「ＰＥＴフィルム付きＢステージシート」とも称する）を得た。このＢステージシートの熱硬化物が、完成した半導体装置における絶縁シートとなる。
【００７２】
［第１及び第２金属部材の形成］
得られたＰＥＴフィルム付きＢステージシートの両面からＰＥＴフィルムを剥がした。このＢステージシートを、厚さ８０μｍのＧＴＳ銅箔（古河電気工業（株））２枚で、ＧＴＳ銅箔の粗化面がＢステージシートと接するように挟み、真空熱プレス（熱板温度１５０℃、真空度１ｋＰａ以下、圧力１０ＭＰａ、処理時間１０分）で圧着及び硬化を行った。その後、ボックス型オーブン中で、１６０℃で２時間熱処理した後、１９０℃で２時間熱処理することにより二次硬化を行い、両面の全体に銅箔を備える絶縁シート（以下、「全面銅箔付き絶縁シート」とも称する）を得た。
【００７３】
得られた全面銅箔付き絶縁シートの両面にネガ型感光性フィルム（日立化成（株）、「ＨＭ−３０１５」）を貼り付け、片面の感光性フィルムの中央部分に設定した２０ｍｍ×３０ｍｍの領域及びもう一方の感光性フィルムの全面に、高圧水銀ランプを用いて波長３６５ｎｍの紫外線を約３０ｍＪ／ｃｍ２照射し露光した。
【００７４】
次いで、露光した全面銅箔付き絶縁シート（以下、「露光済み全面銅箔付き絶縁シート」とも称する）を１％炭酸ナトリウム水溶液に浸漬し、紫外線未露光領域の感光性フィルムを溶解させることで現像した。水洗し１２０℃１０分乾燥した後、２０％過硫酸ナトリウム水溶液をエッチング液として使用し、露光済み全面銅箔付き絶縁シートの未露光領域の銅箔が溶解するまでエッチング処理した。その後、３％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、感光性フィルムを剥離し後、水洗し、１２０℃で４時間乾燥させることにより、両面銅箔付き絶縁シートを得た。この両面銅箔付き絶縁シートは、片面に第１銅箔（第１金属部材）を有し、もう一方の面の中央部分に２０ｍｍ×３０ｍｍの矩形の第２銅箔（第２金属部材）を有していた。
【００７５】
［導体層の形成］
上述の通り形成された第２銅箔（第２金属部材）の大きさ（２０ｍｍ×３０ｍｍ）と同じ大きさの矩形の金属板（第１マスク）と、第２銅箔（第２金属部材）の大きさよりも縦横がそれぞれ約２ｍｍ大きい矩形の穴を有する金属板（第２マスク）と、をマスクとして用意した。上述の通り得られた両面銅箔付き絶縁シートを第２銅箔（第２金属部材）が設けられた側から見たときに第１マスクと第２マスクが有する穴との間に約１ｍｍの間隙が形成されるように、両面銅箔付き絶縁シートの第２銅箔の上面及び絶縁シート上面の一部を覆うように第１及び第２マスクを配置し、真空蒸着装置（サンユー電子（株）、「ＳＶＣ−７００ＴＭ」）に入れた。真空蒸着装置の蒸着用るつぼに金の破片を入れた。真空蒸着装置内を真空にし、蒸着用るつぼを抵抗加熱して、両面銅箔付き絶縁シートの第２銅箔が設けられた面のうち、第１及び第２マスクで覆われていない領域に金を蒸着させて、金からなる導体層を形成した。その際、発振式質量膜厚計（キャノンアネルバ（株）、水晶振動子型膜厚計「Ｍ−６００ＣＲ」）を使用して、両面銅箔付き絶縁シート上の金の蒸着量を測定し、両面銅箔付き絶縁シート上に形成される導体層の厚さが５０ｎｍとなるように調整した。
このようにして、図１に示すような、絶縁シート上、且つ第２銅箔と接する領域に金からなる導体層を有する構造体（以下、「導体層付き絶縁シート」とも称する）を得た。この構造体を第２銅箔側から見たとき、第２銅箔の端から絶縁シートの沿面方向における導体層の端までの距離は約１ｍｍであった。
【００７６】
［半導体素子の実装］
上記で得られた導体層付き絶縁シートの第２銅箔（２０ｍｍ×３０ｍｍ×８０μｍ）上に、チップ状にダイシングされた半導体素子（ローム（株）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）「ＲＧＴ００ＴＳ６５Ｄ」）をはんだ材を用いて実装し、半導体素子を実装した導体層付き絶縁シートを得た。この際、図５に示すように、第２銅箔にリードフレームをはんだ材を用いて接合し、別のリードフレームと半導体素子とをボンディングワイヤを用いて接続した。
【００７７】
［樹脂封止］
上記で得られた半導体素子を実装した導体層付き絶縁シート全体を封止金型に配置し、封止樹脂（日立化成（株）、「ＣＥＬ−１６２０ＨＦ１６」）を用いて、成形条件１８０℃約８ＭＰａ３分でトランスファモールドした後、加熱炉中で１８０℃で４時間熱処理し、封止樹脂を硬化させた。封止樹脂のガラス転移温度は１５５℃であり、熱膨張係数は１９×１０−６／Ｋであった。
このようにして、図１に示す構造を有する実施例１の半導体装置を作製した。得られた半導体装置のサイズは１２ｃｍ×１２ｃｍ×３ｃｍであった。尚、図１ではリードフレーム及びボンディングワイヤは省略されている。
【００７８】
＜比較例１＞
実施例１において、導体層を形成しなかった以外は実施例１と同様にして、比較例１の半導体装置を作製した。比較例１の半導体装置は図７に示す構造を有するものである。尚、図７ではリードフレーム及びボンディングワイヤは省略されている。
【００７９】
＜絶縁シートの熱伝導率の評価＞
（厚さ方向の熱伝導率）
実施例１で作製した全面銅箔付き絶縁シートを、エッチング液として２０％過硫酸ナトリウム水溶液を使用してエッチング処理し、全面銅箔付き絶縁シートの両面から銅箔を除去した後、水洗し１２０℃で４時間乾燥して、銅箔除去絶縁シートを得た。銅箔除去絶縁シートから３０ｍｍ×３０ｍｍの試料を切り出し、電子比重計（（株）エー・アンド・デイ、「ＳＤ−２００Ｌ」）を用いて２５℃での密度ρを求めた。別途、銅箔除去絶縁シートから５ｍｍ×５ｍｍの試料を切り出し、示差走査熱量計（パーキンエルマー社、「Ｐｙｒｉｓ−１  ＴＧＡ」）を用いて、サファイアを基準物質として２５℃での定圧比熱Ｃｐを求めた。更に別途、銅箔除去絶縁シートから１０ｍｍ×１０ｍｍの試料を切り出し、両面をカーボンスプレーにて黒化処理をした後、フラッシュ法（ＡＳＴＭ  Ｅ１４６１）に準拠して、熱拡散率測定装置（ＮＥＴＺＳＣＨ社、「ＬＦＡ４４７」）で２５℃での銅箔除去絶縁シートの厚さ方向の熱拡散率αを測定した。銅箔除去絶縁シートの熱伝導率λを、密度、定圧比熱及び熱拡散率の積で表されるフーリエの法則（λ＝α×Ｃｐ×ρ）を用いて算出した。
比較例１で作成した全面銅箔付き絶縁シートについても同様に熱伝導率λを算出し、実施例１と比較した。実施例１の熱伝導率は比較例１の熱伝導率と同程度であった。
【００８０】
＜絶縁破壊寿命の評価＞
以上のようにして作製した実施例１の半導体装置を５個用意し、各半導体装置について、絶縁耐力試験装置（東京変圧器（株））を使用して、第１金属部材と第２金属部材との間に３０００Ｖの交流電圧（５０Ｈｚ）を印加し、室温（２５℃）条件下で半導体装置が破壊するまでの時間を測定した。これらの平均値を計算した。
また、比較例１の半導体装置を５個用意し、上記と同様の方法で半導体装置が破壊するまでの時間を測定し、平均値を計算した。
表１に結果を示す。表１に示す実施例１の数値は、比較例１の絶縁破壊寿命の平均値を１．０としたときの、実施例１の絶縁破壊寿命の平均値の比率を示す。
【００８１】
【表１】
0006536129.tif 000002
【００８２】
表１に示すように、実施例１の半導体装置の絶縁破壊寿命比は比較例１と比較して５以上であり、比較例１の半導体装置と比較して絶縁破壊寿命に優れることが分かった。
【００８３】
＜実施例２＞
実施例１において導体層の形成に使用した第１マスクの寸法を第２銅箔（第２金属部材）の大きさ（２０ｍｍ×３０ｍｍ）より縦横がそれぞれ０．２ｍｍ小さい１９．８ｍｍ×２９．８ｍｍに変更し、図２に示される形状を有する導体層を形成した以外は実施例１と同様にして、実施例２の半導体装置を作製した。実施例１の絶縁破壊寿命の評価と同様にして、実施例２の半導体装置の絶縁破壊寿命比は比較例１と比較して６以上であった。
【００８４】
＜実施例３＞
実施例１と同様の方法で、両面がＰＥＴフィルムで挟まれたＢステージシートを得た。Ｂステージシートの両面からＰＥＴフィルムを剥がした。
作製する矩形の第２銅箔（第２金属部材）の大きさ（２０ｍｍ×３０ｍｍ）よりも縦横がそれぞれ１ｍｍ小さい１９ｍｍ×２９ｍｍの矩形の第１金属板を第１マスクとして、作製する矩形の第２銅箔（第２金属部材）の大きさよりも縦横がそれぞれ２ｍｍ大きい２２ｍｍ×３２ｍｍの矩形の穴を有する第２金属板を第２マスクとして用意した。
ＰＥＴフィルムを剥がしたＢステージシート上に、上述の第１及び第２マスクを配置した以外は、実施例１における導体層の形成と同様にして、Ｂステージシート上に蒸着される金からなる導体層を得た後、第１及び第２マスクを取り外した。導体層の厚さは５０ｎｍであった。
その後、実施例１における第１及び第２金属部材を形成した。導体層を含む銅箔除去絶縁シートの熱伝導率を測定したところ、比較例１と同等の熱伝導率を示し、導体層が熱伝導率に影響しないことを確認した。次いで、半導体素子の実装及び樹脂封止の工程を経て、図３に示す構造を有する半導体素子を作製した。実施例１の絶縁破壊寿命の評価と同様にして、実施例３の半導体装置の絶縁破壊寿命比は比較例１と比較して６以上であった。
【００８５】
＜実施例４＞
［電界緩和材の作製］
５０ｍＬ容のポリエチレン製容器に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（三菱化学（株）、「ｊＥＲ８２８」）１０ｇ（１００質量部）、硬化促進剤（四国化成工業（株）、「キュアゾール２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ」）０．２ｇ（２質量部）、無機充填材としてのチタン酸バリウム粒子（共立マテリアル（株）、「ＢＴ−ＨＰ９ＤＸ」）２．５ｇ（２５質量部）及び分散剤（ビックケミージャパン（株）、「ＢＹＫ−１０６」）０．１ｇ（１質量部）を入れた。その後、ポリエチレン製容器のフタを閉じ、自転・公転ミキサー（シンキー（株）、「ＡＲＥ−３１０」）を使用して、回転数２０００回転／分で１分間混合することにより、電界緩和材ワニスを得た。
【００８６】
［電界緩和材を備える半導体装置の作製］
実施例３において導体層並びに第１及び第２金属部材を形成した後、図４に示すように、絶縁シート上に存在する導体層の端部の少なくとも一部を覆うよう、導体層の端部に沿って幅約１ｍｍ、厚さ約２００μｍの電界緩和材ワニスをシリンジにより塗布した後、１５０℃で１５分加熱し硬化することで電界緩和材を設け、その後に半導体素子の実装及び樹脂封止を行なった以外は実施例１と同様にして、実施例４の半導体装置を作製した。実施例１の絶縁破壊寿命の評価と同様にして、実施例４の半導体装置の絶縁破壊寿命比は比較例１と比較して８以上であった。
【００８７】
＜実施例５＞
［導体層の厚さの評価］
実施例１において、導体層の厚さを、１０ｎｍから第２金属部材の一般的な厚さと同程度である２００μｍまで変更した場合の、導体層から放出される電子の数を電界解析シミュレーションにより計算した。放出される電子の数は、導体層の端部の厚さ方向の各位置での電界強度を積分した値として算出し、導体層の厚さが２００μｍである場合の値との比（放出電子数比）として算出した。図６に結果を示す。
【００８８】
放出電子数比が小さいほど、導体層から放出される電子の数が少ないことを意味し、絶縁シート表面に到達する電子数が減少し、絶縁シートの寿命が長くなると言うことができる。尚、実施例５では、導体層の厚さは、第２金属部材の厚さが導体層の端部の電界強度に影響を与えないぐらい充分小さいと仮定し、更に導体層の絶縁シート上に存在する端部は、絶縁シートの外周縁方向に第２金属部材から充分離れた位置まで伸びていると仮定した。
【００８９】
図６に示すように、導体層の厚さを小さくすることにより、放出電子数比が指数的に減少すると言える。本発明の効果をより効果的に得る観点からは、放出電子数を１／１０とすることが好ましく、導体層の厚さを１０μｍ以下とすることが好ましいと言える。
【符号の説明】
【００９０】
１    絶縁シート
２ａ    第１金属部材
２ｂ    第２金属部材
３    半導体素子
４    封止樹脂
５    導体層
６    電界緩和材
７    ボンディングワイヤ
８ａ    第１リードフレーム
８ｂ    第２リードフレーム
【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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