(57)【要約】  半導体装置（１００）において、絶縁層（３）は金属ベース板（１）とリードフレーム（５）との間に挟まれ、樹脂材料（３４）を含む。封止樹脂（９）は金属ベース板（１）、絶縁層（３）、リードフレーム（５）を封止する。絶縁層（３）には２０体積％以上７５体積％以下の無機粉末フィラー（３３）が充填されている。絶縁層（３）内には無機粉末フィラー（３３）として、最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラー（３２）と、第１のフィラー（３２）が複数凝集された第２のフィラー（３１）とを含む。絶縁層（３）内のうち絶縁層（３）の一方の主表面（３Ａ）側の表層部（３５）における第１のフィラー（３２）の充填割合は、絶縁層（３）内のうち表層部以外の領域（３６）における第１のフィラー（３２）の充填割合よりも小さい。表層部（３５）における第２のフィラー（３１）の充填割合は、絶縁層（３）内のうち表層部以外の領域（３６）における第２のフィラー（３１）の充填割合と同じである。
2017110614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベース板と、
前記金属ベース板の一方の主表面上に配置された、樹脂材料を含む絶縁層と、
前記絶縁層の一方の主表面上に配置されたリードフレームと、
前記リードフレームの一方の主表面上に配置された半導体素子と、
前記金属ベース板の前記一方の主表面と反対側の他方の主表面を露出するように前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子を封止する封止樹脂とを備え、
前記絶縁層には２０体積％以上７５体積％以下の無機粉末フィラーが充填されており、
前記絶縁層内には前記無機粉末フィラーとして、最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと、前記第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含み、
前記絶縁層内のうち前記絶縁層の前記一方の主表面側の表層部における前記第１のフィラーの充填割合は、前記絶縁層内のうち前記表層部以外の領域における前記第１のフィラーの充填割合よりも小さく、
前記表層部における前記第２のフィラーの充填割合は、前記絶縁層内のうち前記表層部以外の領域における前記第２のフィラーの充填割合と同じである、半導体装置。
【請求項２】
前記金属ベース板の前記他方の主表面上には第１の凹凸部を形成するフィンが設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リードフレームの前記一方の主表面に沿うように拡がり、前記リードフレームと互いに間隔をあけて配置される制御基板をさらに備え、
前記制御基板の一方の主表面上には電気部品が実装されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁層の前記一方の主表面のうち前記封止樹脂と接触する部分には第２の凹凸部が設けられており、前記第２の凹凸部の表面粗さは１０μｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の凹凸部に含まれる凸部における前記絶縁層の厚みは、前記金属ベース板と前記リードフレームとに挟まれた領域における前記絶縁層の厚みよりも厚い、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記無機粉末フィラーは少なくとも窒化ホウ素を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属ベース板の厚みは１ｍｍ以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
金属ベース板の一方の主表面上に、無機粉末フィラーを２０体積％以上７５体積％以下の割合で含み、かつ樹脂材料を含む絶縁層を形成する工程を備え、前記無機粉末フィラーは最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと前記第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含み、さらに
前記絶縁層の、前記金属ベース板に接する側と反対側の一方の主表面に隣接する領域に配置される前記第１のフィラーを除去する工程と、
前記第１のフィラーを除去する工程の後に、前記絶縁層の一方の主表面上にリードフレームを設置する工程と、
前記リードフレームの一方の主表面上に半導体素子を設置する工程と、
前記金属ベース板の前記一方の主表面と対向する他方の主表面を露出するように前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子を金型内に設置する工程と、
前記金型内に封止樹脂を供給することにより前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子をトランスファーモールド法により封止する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に発熱部材から放熱部材へと熱を伝達させる熱伝導性樹脂絶縁層を備える半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特開２００１−１９６４９５号公報（特許文献１）に示すように、従来の半導体装置においては、金属板上に絶縁層を介してリードフレームを設け、リードフレーム上の半導体チップも含めて全体をトランスファーモールド法によって樹脂封止している。このような半導体装置においては、絶縁層とリードフレームなどとの良好な接着性による優れた絶縁性と、絶縁層による良好な伝熱性との双方を両立させることが要求される。【０００３】
このために、たとえば特開２０００−２６０９１８号公報（特許文献２）においては、金属板とリードフレームとの間の絶縁層が２層に分かれており、その２層のうちリードフレーム側の層は金属板側の層に比べて絶縁層を充たすフィラーの充填率を低くすることによりリードフレームとの接着性を確保している。たとえば特開２００６−２１０５９７号公報（特許文献３）においても、絶縁層のうちリードフレームおよび金属板と接する面側におけるフィラーの充填率が、絶縁層のうち上記接する面側以外の内部領域におけるフィラーの充填率よりも低くされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９６４９５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６０９１８号公報
【特許文献３】特開２００６−２１０５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしたとえば特開２０００−２６０９１８号公報および特開２００６−２１０５９７号公報においては、いずれも単純にリードフレーム側における絶縁層中のフィラーの充填率を内部よりも低くしているのみである。このため、絶縁層とリードフレームとの接着性は良好になるが、フィラーが減ることにより熱伝導性が低下する可能性がある。また逆に、熱伝導率を高めるためにフィラーの充填率を高めた場合、絶縁層とリードフレームとの接着性が低下する可能性がある。特開２０００−２６０９１８号公報および特開２００６−２１０５９７号公報においては、粒のサイズが異なる２種類のフィラーが開示されているが、これら２種類のフィラーの比率を絶縁層内の領域ごとに制御することが十分になされていない。このためこれらの公報の開示技術においては、リードフレームと絶縁層との良好な接着性と伝熱性との双方を両立させることが困難である。【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱部材から放熱部材へと熱を伝達させる熱伝導性樹脂絶縁層における、接着性と伝熱性との双方を良好に保つことが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置は、金属ベース板と、絶縁層と、リードフレームと、半導体素子と、封止樹脂とを備えている。絶縁層は金属ベース板の一方の主表面上に配置され、樹脂材料を含む。リードフレームは絶縁層の一方の主表面上に配置される。半導体素子はリードフレームの一方の主表面上に配置される。封止樹脂は金属ベース板の一方の主表面と反対側の他方の主表面を露出するように金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子を封止する。絶縁層には２０体積％以上７５体積％以下の無機粉末フィラーが充填されている。絶縁層内には無機粉末フィラーとして、最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと、第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含む。絶縁層内のうち絶縁層の一方の主表面側の表層部における第１のフィラーの充填割合は、絶縁層内のうち表層部以外の領域における第１のフィラーの充填割合よりも小さい。表層部における第２のフィラーの充填割合は、絶縁層内のうち表層部以外の領域における第２のフィラーの充填割合と同じである。【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。金属ベース板の一方の主表面上に、無機粉末フィラーを２０体積％以上７５体積％以下の割合で含み、かつ樹脂材料を含む絶縁層が形成される。無機粉末フィラーは最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含む。絶縁層の、金属ベース板に接する側と反対側の一方の主表面に隣接する領域に配置される第１のフィラーが除去される。第１のフィラーが除去された後に、絶縁層の一方の主表面上にリードフレームが設置される。リードフレームの一方の主表面上に半導体素子が設置される。金属ベース板の一方の主表面と対向する他方の主表面を露出するように金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子が金型内に設置される。金型内に樹脂材料を供給することにより金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子がトランスファーモールド法により封止される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置によれば、絶縁層のリードフレーム側の表層部における第１のフィラーの充填割合がそれ以外の領域に比べて低いが、その第１のフィラーが少ないところには絶縁層中の樹脂材料が染み出しリードフレームと接着しているため絶縁層とリードフレームとの接着性が良好になる。また表層部における第２のフィラーの充填割合はそれ以外の領域と特に変わらないため絶縁層における伝熱性を良好に保つことができる。したがって絶縁層における接着性と伝熱性との双方を良好に保つことが可能な半導体装置を提供できる。【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、封止樹脂の供給時にトランスファーモールド法による成形圧力が加わるため、絶縁層の第１のフィラーが除去された領域に絶縁層中の樹脂材料が流入し、リードフレームと接着する。このため絶縁層とリードフレームとの接着性が良好になる。しかし絶縁層に第２のフィラーが充填されることにより絶縁層の伝熱性が良好に保たれる。したがって絶縁層における接着性と伝熱性との双方を良好に保つことが可能な半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の半導体装置の概略断面図である。
【図２】図１中の点線で囲まれた領域ＩＩ内の構成をより詳細に示す概略拡大図である。
【図３】実施の形態１の半導体装置の製造方法の第１工程における態様を部分的に拡大して示す概略断面図である。
【図４】実施の形態１の半導体装置の製造方法の第２工程における態様を部分的に拡大して示す概略断面図である。
【図５】実施の形態１の半導体装置の製造方法の第３工程における態様を部分的に拡大して示す概略断面図である。
【図６】実施の形態１の半導体装置の製造方法の第４工程における態様を部分的に拡大して示す概略断面図である。
【図７】実施の形態１の半導体装置の製造方法の第５工程における態様を部分的に拡大して示す概略断面図である。
【図８】実施の形態１の半導体装置の製造方法の第６工程における態様を部分的に拡大して示す概略断面図である。
【図９】実施の形態２の半導体装置の概略断面図である。
【図１０】実施の形態２の半導体装置を構成する金属ベース板の、図９とは異なる構成を示す変形例である。
【図１１】実施の形態３の半導体装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず本実施の形態の半導体装置の構成について図１〜図２を用いて説明する。
【００１３】
図１は本実施の形態の半導体装置の全体構成を示している。図１を参照して、本実施の形態の半導体装置１００は、金属ベース板１と、絶縁層３と、リードフレーム５と、半導体素子７と、封止樹脂９とを主に有している。
【００１４】
金属ベース板１は、一方の主表面１Ａとこれと反対側の他方の主表面１Ｂとを有し、半導体装置１００全体の土台として配置される、たとえば平板形状の部材である。金属ベース板１は熱をたとえば一方の主表面１Ａ側から他方の主表面１Ｂ側へ伝熱および放熱させる部材である。絶縁層３は、金属ベース板１の一方の主表面１Ａ上に配置されている、たとえば平板形状の部材であり、一方の主表面３Ａとこれに対向する他方の主表面３Ｂとを有している。絶縁層３は、その一方の主表面３Ａ側の部材（ここではリードフレーム５）と他方の主表面３Ｂ側の部材（ここでは金属ベース板１）とを電気的に絶縁させるとともに、熱をたとえば一方の主表面３Ａ側から他方の主表面３Ｂ側へ伝熱および放熱させる部材である。
【００１５】
リードフレーム５は、絶縁層３の一方の主表面３Ａ上に配置されている。リードフレーム５は、一方の主表面５Ａとこれに対向する他方の主表面５Ｂとを有し、絶縁層３の一方の主表面３Ａに他方の主表面５Ｂの少なくとも一部が接するように配置されている。半導体素子７は、リードフレーム５の他方の主表面５Ｂが絶縁層３の一方の主表面３Ａに接する領域の真上に重なるように、リードフレーム５の一方の主表面５Ａ上に配置されている。
【００１６】
封止樹脂９は、上記の金属ベース板１、絶縁層３、リードフレーム５および半導体素子７を封止するように配置される部材である。ただし封止樹脂９は、金属ベース板１の他方の主表面１Ｂを露出するように、すなわち金属ベース板１の他方の主表面１Ｂを覆うことなく、配置されている。なお封止樹脂９内において、たとえば隣り合う１対の半導体素子７に搭載された電極同士を電気的に接続するようにワイヤ１１が接続されている。
【００１７】
以上のように、ここではすべて、図１の上側の主表面を一方の主表面、図１の下側の主表面を他方の主表面としている。
【００１８】
ここで以上に述べた各部材について説明する。まず金属ベース板１は、たとえば銅またはアルミニウムなどからなるものであることが好ましいが、放熱性のよい金属材料であればこれらに限られたものではない。ただし軽量化および加工性の観点から、金属ベース板１はアルミニウムからなるものであることが好ましい。また図１に示すように、金属ベース板１の主表面１Ａ，１Ｂに交差する側面には段差１Ｃが設けられることが好ましい。これにより封止樹脂９が金属ベース板１の側面側からこれを囲うように覆う構成となるため、温度サイクル試験による絶縁層３とリードフレーム５との密着性の向上や、高温高湿試験による吸湿経路となる界面距離の拡大による信頼性の向上につながる。このため、金属ベース板１の段差１Ｃの形状は、図１に示すような態様に限られることはなく、金属ベース板１の側面の中央部に設けても構わない。また金属ベース板１の段差１Ｃの形状についても、図１のような形状に限らずたとえば矩形状、またはＶ溝形状であってもよい。また段差１Ｃとしての溝は複数設けられてもよい。
【００１９】
図１に示す金属ベース板１の厚みｔは、限定されるものではないが、たとえば１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上とすることがより好ましい。このようにすれば、金属ベース板１の内部において熱の広がりが生まれ、放熱性を向上させることができる。ただし金属ベース板１が過剰に厚くなれば、逆に厚み方向の熱抵抗が大きくなる。このため、放熱性、軽量性およびコストなどを全体的にバランス良く考慮すれば、金属ベース板１の厚みｔはたとえば２０ｍｍ以内にすることが好ましい。なおここでの金属ベース板１の厚みｔとは、段差１Ｃが形成された金属ベース板１の端部以外の領域における一方の主表面１Ａから他方の主表面１Ｂまでの距離を示すものとする。
【００２０】
絶縁層３は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に熱伝導性の高い無機粉末フィラーが充填されることにより形成されている。具体的には、たとえばシリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの絶縁性を有する粉末材料が、１種または複数種混合して樹脂材料に充填されることにより、絶縁層３が形成されている。絶縁層３の熱伝導性を高めるためには、絶縁層３に含まれる粉末材料は、粉末としての熱伝導率が高い窒化ホウ素または窒化アルミニウムであることが好ましい。これらの粉末材料を樹脂中に高密度で充填することにより、熱伝導性の高い絶縁層３を得ることができる。
【００２１】
たとえば、窒化ホウ素の無機粉末フィラーを２０体積％以上５０体積％程度エポキシ樹脂中に充填して得られる絶縁層３は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下程度の適度に高い熱伝導率を有する。また窒化ホウ素の無機粉末フィラーを５０体積％以上７５体積％程度エポキシ樹脂中に充填して得られる絶縁層３は５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下程度の適度に高い熱伝導率を有する。
【００２２】
仮にエポキシ樹脂中の無機粉末フィラーの充填率が２０体積％未満の場合、絶縁層３の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）にも満たず、放熱性が乏しすぎるために半導体素子７からの発熱を金属ベース板１側に放熱することができず、半導体素子７の温度が高くなりすぎる。またたとえば無機粉末フィラーの充填率が７５体積％を超える場合には、充填されているフィラーの表面積が過剰に大きくなり、樹脂材料がフィラーに挟まれた領域を十分に行き渡ることが困難になる。このため、絶縁層３の組織内に微小なボイドなどの不具合が発生しやすくなる。たとえば後述する成形時に加える成形圧力を高めることによりこのようなボイドの発生は低減できるが、その場合はそのための性能を有する大型の装置が必要となり生産効率が低下する。このため、絶縁層３内の無機粉末フィラーの充填率は、絶縁層３の放熱性を適度に高くし、かつ不具合の発生を抑制する観点から、２０体積％以上７５体積％以下であることが必要である。
【００２３】
なお絶縁層３の放熱性の観点から、絶縁層３内の無機粉末フィラーの充填率は５０体積％以上７５体積％以下であることがより好ましい。ただし無機粉末フィラーの充填率を高めれば、絶縁層３内でのエポキシ樹脂などがフィラー表面上の隅々まで行き渡りにくくなり、その結果絶縁層３としての接着性および信頼性が低下する可能性がある。よって、エポキシ樹脂などに無機粉末フィラーを高密度に充填する際には、フィラーの種類および形状、粒度分布や組み合わせ等を考えた上で、これをエポキシ樹脂などの内部に充填して絶縁層３を形成する必要がある。無機粉末フィラーをより高密度に充填させるためには、無機粉末フィラーは互いに粒度分布の異なる２種以上の混合系であることがより好ましい。しかしたとえ１種の無機粉末フィラーのみを充填した場合においても、充填するフィラーには必ず粒度分布が形成され、大小さまざまなサイズのフィラーが充填された絶縁層３が形成される。
【００２４】
次に絶縁層３内に含まれる樹脂材料は、上記のようにエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂であることが好ましい。このようにすれば、金属ベース板１とリードフレーム５との間の領域において両者との良好な接着性を保つことができる。ただしこれに限らず、絶縁層３内の樹脂材料は、たとえば熱可塑性樹脂であってもよい。この絶縁層３の厚みは、たとえば５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、一例として２００μｍ程度とすることがより好ましい。上記範囲内での絶縁層３の厚みは、たとえば半導体装置１００全体として要求される熱抵抗、熱容量および絶縁耐圧によって適宜選択可能である。
【００２５】
絶縁層３は、図１に示すように金属ベース板１とリードフレーム５との間の領域に設けられるが、金属ベース板１の平面視における外形サイズよりもやや小さい寸法であってもよい。金属ベース板１とリードフレーム５との間の絶縁性が確保できれば絶縁層３の平面視におけるサイズは任意である。ただし金属ベース板１よりもやや小さく形成することにより、絶縁層３は、たとえば金属ベース板１の端部が図示されないテーパー形状となっている場合に半導体装置１００の製造工程において、絶縁層３の端部が金属ベース板１の端部から剥がれたり欠けたりすることを抑制することができる。また、封止樹脂９は金属ベース板１の側面のみならず、金属ベース板１の一方の主表面１Ａにも接触する。金属ベース板１の表面は、絶縁層３との接着強度よりも封止樹脂９との接着強度の方が高い。金属ベース板１の端部の表面は封止樹脂９の接着強度により、温度サイクル試験などによって発生する高い熱応力による封止樹脂９の剥離が抑制される。その結果、金属ベース板１と絶縁層３との接着信頼性も向上される。
【００２６】
次に、リードフレーム５は、半導体素子７の電気信号を半導体装置１００の外部に出力したり、逆に半導体装置１００の外部の電気信号を半導体素子７内に入力したりする。このためリードフレーム５は、絶縁層３の一方の主表面３Ａ上に配置されるものの、一方の主表面３Ａの全体を覆うわけではなく、その一部のみを覆う配線パターン形状となっている。リードフレーム５は、たとえば銅からなっており、放熱性を重視した純銅系の材料からなっても、強度を重視した合金系の材料からなってもよい。
【００２７】
また図１に示すように、リードフレーム５には、回路パターン部５１と端子部５２とを含んでいてもよい。回路パターン部５１はその他方の主表面５Ｂが絶縁層３の一方の主表面３Ａに接するように絶縁層３上に載置され、その一方の主表面５Ａ上に半導体素子７が載置される領域である。また端子部５２は、回路パターン部５１から図１の上方に屈曲した後、さらに絶縁層３の主表面３Ａなどに沿うように延び封止樹脂９の外側に達する部分である。この場合リードフレーム５は、回路パターン部５１と端子部５２との間に図１の上下方向に延びる段差５Ｃを有している。このようにすれば、リードフレーム５のたとえば端子部５２と金属ベース板１との絶縁距離を長くすることができる。しかしこの絶縁距離を確保できる構造であれば、上記の図１のような段差５Ｃを設ける構成に限られない。
【００２８】
次に、半導体素子７は、リードフレーム５の特に回路パターン部５１の一方の主表面５Ａ上に、たとえば図示しないはんだまたは焼結銀などにより接合されている。半導体素子７は、シリコン（Ｓｉ）またはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなっており、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの電力制御用半導体素子または還流ダイオードなどが含まれている。
【００２９】
なおリードフレーム５の回路パターン部５１の一方の主表面５Ａ上には、半導体素子７の他に、電流値を検出するための電流検出手段としてのシャント抵抗、温度を検出するための温度検出手段としてのサーミスタ等（図示せず）が、たとえば図示しないはんだにより接合されてもよい。
【００３０】
封止樹脂９は、たとえばエポキシ樹脂に充填材としてシリカまたはアルミナが充填されているものからなっている。シリカとしては、溶融シリカまたは結晶シリカを用いることができ、単体のシリカであっても複数種類のシリカ、たとえば溶融シリカおよび結晶シリカの双方を混合して充填することもできる。たとえば封止樹脂９の線膨張係数がより小さくなるように調整する場合には線膨張係数の小さい溶融シリカを充填することが有効である。また逆に封止樹脂９の線膨張係数がより大きくなるように調整する場合には、シリカの充填量自体を少なくするか、シリカの充填量自体はあまり変えずに溶融シリカの一部を結晶シリカに置き換えることが有効である。封止樹脂内のシリカの充填量が少なくなることにより封止樹脂９の難燃性が得られなくなるという懸念があるが、シリカの充填量自体はあまり変えずに溶融シリカの一部を結晶シリカに置き換えることにより封止樹脂９の難燃性低下を抑制できる。
【００３１】
ワイヤ１１は、たとえば隣接する１対の半導体素子７同士、または半導体素子７とリードフレーム５との間の電気的な接続を可能とする、アルミニウムまたは金などからなる細線である。ただしこれらの電気的な接続は必ずしもワイヤ１１によるボンディング工程によりなされる必要はなく、たとえばダイレクトリードと呼ばれるリードフレーム５と同様の金属板とはんだ等によって半導体素子７間または半導体素子７とリードフレーム５とが電気的に接合された構造としてもよい。
【００３２】
図２は本実施の形態の半導体装置１００の一部分を拡大して示している。図２を参照して、絶縁層３内の無機粉末フィラーは、少なくとも窒化ホウ素を単体として含んでおり、たとえば鱗片形状の窒化ホウ素のフィラーとそれとは形状の異なる窒化ホウ素のフィラーとが混合された形となっている。あるいは絶縁層３内の無機粉末フィラーは、鱗片形状の窒化ホウ素と他の材質のフィラーとが混合された形となっている。具体的には、絶縁層３内には、微細なフィラーが多数凝集してできた凝集フィラー３１（第２のフィラー）と、細長い鱗片状を有する鱗片状フィラー３２（第１のフィラー）とが含まれる。あるいは第２のフィラーは、たとえばシリカまたはアルミナなどからなり、複数のフィラーが凝集されたものではなく射影が球形に近い球状フィラーとしてもよく、凝集フィラーに限られるものではない。以下においては第２のフィラーは、窒化ホウ素の凝集フィラーであることとして記載する。ただし以下の凝集フィラー３１の記載のうちたとえば寸法および充填割合など球状フィラーについて同様と解釈可能なものについては基本的に球状フィラーにおいても同様である。
【００３３】
また図示されないが、凝集フィラー３１は鱗片状フィラー３２が多数凝集することにより形成されている。つまりここでは鱗片状フィラー３２とは凝集されていない鱗片状フィラーの単体の粒を、凝集フィラー３１とは鱗片状フィラー３２が複数凝集されて単一の大きな粒となったものを、それぞれ意味するものとする。具体的には、鱗片状フィラー３２は細長い形状を有するが、その細長く延びる方向に沿った寸法、すなわち鱗片状フィラー３２の最大寸法が２０μｍ以下となっている。また凝集フィラー３１の寸法はたとえば最大寸法すなわちその射影において最も大きな寸法が２０μｍを超えている。凝集フィラー３１の最大寸法は絶縁層３の厚みの半分以下であることが好ましい。たとえば絶縁層３の厚みが２００μｍである場合、凝集フィラー３１の最大寸法は１００μｍ以下となる。
【００３４】
なお凝集フィラー３１は、たとえば窒化ホウ素の１次粒子としての鱗片状フィラー３２が複数凝集した２次粒子としても形成されてもよい。これら凝集フィラー３１と鱗片状フィラー３２とを合わせて無機粉末フィラー３３として存在する。この凝集フィラー３１および鱗片状フィラー３２からなる無機粉末フィラー３３と、その周囲を埋めるように存在する樹脂材料３４とにより、絶縁層３が構成されている。
【００３５】
絶縁層３内の無機粉末フィラー３３は、表層部における鱗片状フィラー３２の充填割合が、表層部以外の領域における鱗片状フィラー３２の充填割合よりも小さい。具体的には、絶縁層３内のうち、その一方の主表面３Ａに近い領域である一方の主表面３Ａ側の領域を表層部３５とし、その表層部３５以外の領域を表層部外領域３６とする。表層部３５とは、絶縁層３の一方の主表面３Ａ（リードフレーム５の他方の主表面５Ｂ）からの図２の上下方向の距離がたとえば２０μｍ以内の領域であり、表層部外領域３６とは絶縁層３のうち表層部３５以外の領域である。このとき、表層部３５における鱗片状フィラー３２の充填割合は、絶縁層３内のうち、その表層部３５以外の領域である表層部外領域３６における鱗片状フィラー３２の充填割合よりも小さい。すなわち、図２の表層部３５における凝集されていない単体の鱗片状フィラー３２の充填割合は、それ以外の表層部外領域３６における凝集されていない単体の鱗片状フィラー３２の充填割合よりも３０％以上少ない。なおこれらの両領域間の鱗片状フィラー３２の充填割合の差は５０％以上であることがより好ましい。
【００３６】
なおこの関係は、絶縁層３のうち特にリードフレーム５と平面的に重なる領域のみに成り立ってもよく、その場合は表層部３５はリードフレーム５と平面的に重なる領域のみに配置されると考えてもよい。またこの関係は、絶縁層３の全体において成り立ってもよい。
【００３７】
一方、絶縁層３内の無機粉末フィラー３３は、表層部３５における凝集フィラー３１の充填割合は、表層部外領域３６などの表層部３５以外の領域における凝集フィラー３１の充填割合と同じである。なおここで充填割合が同じであるとは、表層部３５における凝集フィラー３１の充填割合とそれ以外の表層部外領域３６における凝集フィラー３１の充填割合との差は５％以内であることを意味する。ただしこれらの両領域間の凝集フィラー３１の充填割合の差は３％以内であることがより好ましい。
【００３８】
図２においては無機粉末フィラー３３として凝集フィラー３１と鱗片状フィラー３２とのみが示される。しかしこれら凝集フィラー３１および鱗片状フィラー３２の他にも、熱伝導率を高めるために、無機粉末フィラー３３にはこれらのいずれとも形状の異なるフィラーが混合してもよい。また図２においては無機粉末フィラー３３として凝集フィラー３１と鱗片状フィラー３２とのみが示されるが、実際には鱗片状フィラー３２が複数凝集した形状のフィラーが存在し、この凝集したフィラーと鱗片状フィラー３２との粒度分布が単一の正規分布のような形状となるように分布されていてもよい。また絶縁層３内の無機粉末フィラー３３は、平均粒径の異なる、つまり異なる材質の粒度分布を複数（たとえば３つ以上）混合させた粒度分布を有していてもよい。
【００３９】
次に、図２において、金属ベース板１の一方の主表面１Ａの少なくとも一部には、意識的に凹凸部が形成される必要はないが、凹凸部が意識的に設けられていていてもよい。このように意識的に設けられる場合、その凹凸部の表面粗さ（Ｒｚ）は０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
また図２において、絶縁層３は、その一方の主表面３Ａがリードフレーム５の他方の主表面５Ｂと接触する領域と、リードフレーム５の他方の主表面５Ｂと接触しない領域とを有している。前者のリードフレーム５と接触する領域においては、絶縁層３の一方の主表面３Ａは、凝集フィラー３１の表面と樹脂材料３４の最表面とがほぼ同一の面を形成しており、いわゆるツライチとなっている。これに対して、後者のリードフレーム５と接触しない領域においては、樹脂材料３４の最表面に比べて凝集フィラー３１の表面がやや上方に突起している。これにより絶縁層３の一方の主表面３Ａのうちリードフレーム５と接触しない領域（封止樹脂９と接触する部分）においては、凝集フィラー３１の表面が上方に突起した領域とそれ以外の領域とからなる第２の凹凸部の表面粗さ（Ｒｚ）は１０μｍ以上である。以下においてもここでは表面粗さとはＲｚを表すものとする。
【００４１】
絶縁層３がリードフレーム５と接触しない領域における図の上下方向の厚みｔ1は、図２の左右方向の各座標において、上記のように樹脂材料３４の最表面に比べて突起した凝集フィラー３１の最上面と、金属ベース板１の一方の主表面１Ａとの距離である。このため厚みｔ1は、図２の左右方向の座標ごとに異なっている。これに対して、絶縁層３がリードフレーム５と接触する領域における図の上下方向の厚みｔ2は、ほぼツライチとなった凝集フィラー３１または樹脂材料３４の最表面と、金属ベース板１の一方の主表面１Ａとの距離である。ここでは絶縁層３の第２の凹凸部に含まれる凸部（凝集フィラー３１の上方への突起部）における絶縁層３の厚みｔ1（の最大値）は、金属ベース板１とリードフレーム５とに挟まれた領域における絶縁層３の厚みｔ2よりも厚い。
【００４２】
このように、ここでは絶縁層３の主表面３Ａとは、図２の左右方向における各位置における、上下方向に関する高さが最も上側に配置される位置であると定義する。すなわち上記の凝集フィラー３１の上方への突起部においては、凝集フィラー３１の表面と重なる位置を絶縁層３の一方の主表面３Ａとする。
【００４３】
次に、図３〜図８を用いて、本実施の形態の半導体装置１００の製造方法について説明する。なお図３〜図８は概ね図２が示す領域に対応するが、図２に示す領域とは完全には一致していない場合がある。
【００４４】
図３を参照して、まず一方の主表面１Ａおよびそれの反対側の他方の主表面１Ｂを有する金属ベース板１が準備され、一方の主表面１Ａ上に絶縁層３が形成される。ここでは一方の主表面１Ａと、絶縁層３の他方の主表面３Ｂとが互いに接するように載置される。
【００４５】
絶縁層３は、上記のように絶縁層３内には無機粉末フィラー３３としての、球形に近い形状を有する、最大寸法が２０μｍを超える凝集フィラー３１（第２のフィラー）と、細長い鱗片状を有し凝集フィラー３１よりも小さい（最大寸法が２０μｍ以下の）鱗片状フィラー３２（第１のフィラー）とが含まれる。絶縁層３はこれらの他に樹脂材料３４を含むが、絶縁層３全体に対する無機粉末フィラー３３の充填割合は２０体積％以上７５体積％以下（より好ましくは５０体積％以上７５体積％以下）である。
【００４６】
絶縁層３は金属ベース板１上に半硬化状態で形成される。金属ベース板１上への絶縁層３の形成方法としては、たとえば金属ベース板１の一方の主表面１Ａ上に直接絶縁層３の構成物質を塗布して乾燥する方法が用いられてもよい。あるいは金属ベース板１の一方の主表面１Ａ上に絶縁層３の構成物質をシート状に塗工、乾燥、プレスなどにより供給した後、絶縁層３の構成物質の半硬化状態を維持しながら絶縁層３の構成物質を金属ベース板１に対してプレス接着させる方法が用いられてもよい。
【００４７】
無機粉末フィラー３３を高密度に充填した場合においては、その密度分布は、大きな粒子同士に挟まれた隙間の空間を小さな粒子が埋める構成となっており、絶縁層３の一方の主表面３Ａに隣接する領域においては、大きな粒子である凝集フィラー３１と、一方の主表面３Ａとの間の領域では、細かい粒子である鱗片状フィラー３２が詰まった状態となっている。図３においては凝集フィラー３１と鱗片状フィラー３２との粒のサイズの差異が極端に表現されるが、実際にはこのような極端な粒サイズの差異がない１種類の粒のみが充填された場合においても、充填されるフィラーには必ず粒サイズ別の分布が存在する。このため大きいサイズの粒と小さいサイズの粒とが混合されたフィラー分布を有する絶縁層が形成されることとなる。この場合においても、当該１種類の粒の中でも大きいサイズの粒同士に挟まれた隙間には小さいサイズの粒子が詰まった状態となりやすい。ましてや小さい１次粒子が複数凝集することにより形成された２次凝集粉が１次粒子の中に混ぜられることにより、上記のように大きいサイズの粒の隙間に小さいサイズの粒が詰まる傾向がより顕著に表れ、図３に示す状態に近づく。また基本的に図３の状態においては、絶縁層３内の各領域において、凝集フィラー３１と鱗片状フィラー３２とのそれぞれは、領域間でその分布に大きな傾斜を有することなく、ほぼ均一に分布されている。
【００４８】
図４を参照して、次に、絶縁層３の、金属ベース板１に接する側の主表面３Ｂと反対側の一方の主表面３Ａに隣接する領域に配置される鱗片状フィラー３２が除去される。すなわち表面処理により、絶縁層３の一方の主表面３Ａに程近い領域の鱗片状フィラー３２および樹脂材料３４が除去される。具体的には表面処理において、たとえばエッチング処理、プラズマ処理またはイオンミリング処理等を適宜選択することにより、絶縁層３の一方の主表面３Ａに近い領域の鱗片状フィラー３２および樹脂材料３４が除去される。ここでは一方の主表面３Ａに近い領域とは、一方の主表面３Ａから図４の上下方向の深さが２０μｍ以内の領域を意味するものとするが、これに限られない。
【００４９】
すなわち一方の主表面３Ａからの深さが２０μｍ以内の領域における鱗片状フィラー３２および樹脂材料３４が除去される。一方、この工程においては粒のサイズが大きい凝集フィラー３１は除去されないため、凝集フィラー３１については主表面３Ａに近い領域およびそこから離れた領域の双方において同じ充填割合となる。
【００５０】
また表面処理により上記のように鱗片状フィラー３２および樹脂材料３４が除去されるため、一方の主表面３Ａ側においては樹脂材料３４の最表面に比べて凝集フィラー３１の表面がやや上方に突起した態様となる。このため上記の定義により、この上方に突起した凝集フィラー３１の表面が絶縁層３の一方の主表面３Ａとなる領域と、樹脂材料３４の最表面が絶縁層３の一方の主表面３Ａとなる領域とが混在し、リードフレーム５と接しない領域において絶縁層３の厚みｔ1が一定値とならないことになる。
【００５１】
図５を参照して、図４における鱗片状フィラー３２の除去工程の後、絶縁層３の凝集フィラー３１が多く露出する一方の主表面３Ａ上にリードフレーム５が設置される。ここではリードフレーム５の他方の主表面５Ｂが絶縁層３に接触するように設置される。この時点では、図４での表面処理により鱗片状フィラー３２および樹脂材料３４が除去された領域には隙間ＧＰが形成される。図６を参照して、リードフレーム５の一方の主表面５Ａ上には、あらかじめたとえばはんだまたは銀により半導体素子７が接合され、半導体素子７上の電極などはワイヤ１１によって他の電極部などと配線されてもよい。あるいは絶縁層３上にリードフレーム５を設置した後に、リードフレーム５の一方の主表面５Ａ上に半導体素子７が接合されてもよい。
【００５２】
図７を参照して、トランスファーモールド用の金型４０が準備される。金型４０は上側金型４１と下側金型４２とを有し、上側金型４１と下側金型４２との間にはキャビティ４３が形成される。キャビティ４３内には、金属ベース板１、絶縁層３、リードフレーム５および半導体素子７が積層された構成が設置される。リードフレーム５の一部分はキャビティ４３の外側にはみ出るように配置可能であり、かつ金属ベース板１の他方の主表面１Ｂを露出するように金属ベース板１などをキャビティ４３内に設置することが可能な金型４０が用いられる。また金属ベース板１が十分に温まらない可能性があるため、キャビティ４３内に金属ベース板１などの積層構成を設置する前に別途あらかじめ、図示されない予熱プレート等を用いて、成形金型温度に近い温度まで金属ベース板１が予備加熱されることが好ましい。
【００５３】
その後、キャビティ４３内に封止樹脂を供給することにより、金属ベース板１、絶縁層３、リードフレーム５および半導体素子７がトランスファーモールド法により封止される。具体的には、金型４０を上側金型４１と下側金型４２とが噛み合うように締める。このときキャビティ４３内に通じるシリンダ内にはプランジャ４４が挿入される。シリンダ内のうち、プランジャ４４とキャビティ４３とに挟まれた領域には、封止樹脂としての封止材タブレット４５が挿入される。封止材タブレット４５は封止樹脂すなわち封止用の樹脂状部材が固形状となったものであり、硬化前の熱硬化性樹脂にフィラーが充填された固形樹脂である。
【００５４】
プランジャ４４がシリンダ内の上方に移動するように徐々に押し込まれる。これによりプランジャ４４の真上の封止材タブレット４５は加圧され、流動性を増しながら徐々にシリンダ内と連続するキャビティ４３内に導かれる。したがって封止材タブレット４５が流動性を増したものである封止樹脂がキャビティ４３内に注入される。この封止樹脂がキャビティ４３内で温度条件により熱硬化し、図１および図２に示すような封止樹脂９となる。すなわち封止材タブレット４５の供給により、硬化した封止樹脂９が形成される。このときの金型４０の温度はたとえば１８０℃であり、樹脂成形圧力は約１０ＭＰａである。このようにトランスファーモールド工程においては、金型４０のキャビティ４３内への封止樹脂（流動性を増した封止材タブレット４５）の供給による封止と同時に、この封止樹脂（流動性を増した封止材タブレット４５）による成形圧力がキャビティ４３内に設置された絶縁層３などの部材に対して加えられる。
【００５５】
絶縁層３は、先の図４の表面処理において、一方の主表面３Ａ側の鱗片状フィラー３２および樹脂材料３４が部分的に除去されている。このように表面処理がなされた一方の主表面３Ａ上にリードフレーム５などが設置されその上から封止樹脂により成形処理がなされると、封止樹脂の約１０ＭＰａの成形圧力がリードフレーム５を下方に押し当てる。これによりリードフレーム５の直下の絶縁層３の一方の主表面３Ａの凹凸形状を構成する凝集フィラー３１が圧力を受け、リードフレーム５の他方の主表面５Ｂになじむように押し当てられる。また上記の封止樹脂の成形圧力により、絶縁層３に含まれる樹脂材料３４が、一方の主表面３Ａの凹凸形状を構成する複数の凝集フィラー３１の隙間、すなわち上記の図４の工程にて鱗片状フィラー３２および樹脂材料３４が除去された図５の隙間ＧＰに行き渡る程度に流動する。これにより絶縁層３内の一方の主表面３Ａ側すなわちリードフレーム５に隣接する領域の隙間ＧＰは樹脂材料３４で埋められ、この新たに埋められた樹脂材料３４が、絶縁層３とリードフレーム５とを互いになじむように接着する。
【００５６】
図８を参照して、以上のようにトランスファーモールド工程において樹脂材料３４の流動により絶縁層３とリードフレーム５とが接着されることにより、これらの接着面に隣接する表層部３５に限り鱗片状フィラー３２が少ない状態となる。先の工程にて表面処理により部分的に鱗片状フィラー３２が除去され、その除去された部分の樹脂材料３４を埋めるように絶縁層３中に残存する樹脂材料３４などが流動するためである。ただし凝集フィラー３１については、一方の主表面３Ａに近い領域の表面処理において除去されることも少なく、かつその後の封止工程においても流動によりその分布が変動することも少ない。このため、絶縁層３とリードフレーム５との接着後の（たとえば完成した半導体装置１００における）表層部３５における凝集フィラー３１の充填割合は、表層部外領域３６などの表層部３５以外の領域における凝集フィラー３１の充填割合と同程度となる。
【００５７】
また図８および図２に示すように、絶縁層３の第２の凹凸部に含まれる凸部（凝集フィラー３１の上方への突起部）における絶縁層３の厚みは、金属ベース板１とリードフレーム５とに挟まれた領域における絶縁層３の厚みよりも厚くなる。
【００５８】
これは以下の理由による。図４の表面処理後には凝集フィラー３１が一方の主表面３Ａ側すなわち上方に突起し一方の主表面３Ａが粗くなった状態である。しかし図５のリードフレーム５をこの上に押し当てる工程および図７のトランスファーモールド工程を行なうことにより、リードフレーム５と接触する一方の主表面３Ａは無機粉末フィラー３３および樹脂材料３４の流動により、リードフレーム５の他方の主表面５Ｂの平坦形状に合わせるように平坦になる。しかし一方の主表面３Ａのうちリードフレーム５と接触しない領域は、トランスファーモールド工程において封止樹脂に押さえつけられながらこれに覆われる。封止材タブレット４５が流動性を増した封止樹脂は、トランスファーモールド工程において成形処理中は液状となり、絶縁層３の上方に突起した凝集フィラー３１による一方の主表面３Ａの凹凸形状に対して等方的に静水圧が加わる。よって、封止樹脂が一方の主表面３Ａを覆う領域においては一方の主表面３Ａの凹凸形状を平坦にする力が発生しないために、流動性のある封止樹脂が硬化されて図１などに示す封止樹脂９となってもこの領域においては一方の主表面３Ａの凹凸形状はそのまま維持される。以上により、リードフレーム５に接する一方の主表面３Ａは平坦となり厚みが薄くなるが、リードフレーム５に接しない一方の主表面３Ａは凹凸形状を保ち厚みが薄くならない。その結果、図８に示すように硬化後の封止樹脂９に直接接するように覆われる絶縁層３の領域の凸部の厚みｔ1（図２参照）は、リードフレーム５に接する領域の絶縁層３の厚みｔ2（図２参照）よりも厚くなる。
【００５９】
以上のように、あらかじめ図４の表面処理により粗くなった絶縁層３の一方の主表面３Ａが、主表面５Ａ，５Ｂが平坦なリードフレーム５で押し固められるために、上記のようにｔ1（図２参照）がｔ2（図２参照）よりも厚くなる構成となる。
【００６０】
また絶縁層３は、上記のようにトランスファーモールド法による封止前には半硬化状態であるが、封止工程において、金型４０からの熱と、液状である封止樹脂からの成形圧力を受け、熱硬化すると同時に、リードフレーム５と互いに接着される。このとき絶縁層３に含まれる樹脂材料３４も金型４０からの加熱温度により溶融するため、リードフレーム５のたとえば他方の主表面５Ｂに対して樹脂材料３４が全体的に濡れ広がることにより、リードフレーム５と絶縁層３との接着状態を良好とすることができる。
【００６１】
以上のように接着時には絶縁層３に含まれる樹脂材料３４などがリードフレーム５と絶縁層３との接着面に隣接する領域にて流動する。これにより、図８に示すように絶縁層３の厚みが、封止樹脂９と接触する部分と、リードフレーム５に接着する部分とで異なるように、リードフレーム５と絶縁層３とが接合される。
【００６２】
図１および図２を参照して、トランスファーモールド法により封止樹脂９が封止され成形された後、これが金型４０から取り出される。その後必要に応じてオーブンなどで硬化を追加してもよい。これにより、成形時の加熱のみによっては封止樹脂９および絶縁層３の硬化が不十分な場合においても、確実にこれらを硬化させることができる。
【００６３】
以上により図１および図２に示す態様の半導体装置１００が形成される。なお半導体装置１００の完成品はトランスファーモールド法による封止工程の後に金型４０から成形品を取り出す際に、ゲートと呼ばれる樹脂注入口から成形樹脂を折って割る処理がなされ、取り出した成形品にゲートの痕が残る。このゲートの痕の有無を確認することにより、当該半導体装置１００がトランスファーモールド法により樹脂封止されたか否かが判断可能である。
【００６４】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、絶縁層３内に無機粉末フィラー３３として大きい凝集フィラー３１と最大寸法が２０μｍ以下の鱗片状フィラー３２とが含まれ、表層部３５における鱗片状フィラー３２は表層部外領域３６における鱗片状フィラー３２よりも充填割合が小さくなっている。このため、表層部３５における絶縁層３の一方の主表面３Ａのリードフレーム５との接着強度を高めることができる。この第１の理由は鱗片状フィラー３２は無機粉末であるためリードフレーム５との接着性には寄与しないためである。またこの第２の理由はリードフレーム５に近い表層部３５側において、鱗片状フィラー３２の割合が少なくなった分だけ絶縁層３に含まれる樹脂材料３４の割合が増加し、その樹脂材料３４はリードフレーム５と良好に接着可能な材質であるためである。
【００６５】
このような構成は、トランスファーモールド法による封止樹脂９の封止をすることにより実現できる。すなわちトランスファーモールド工程においては、金型４０内での成形による封止と同時にキャビティ４３に供給される流動性を増した封止材タブレット４５（硬化後の封止樹脂９）が絶縁層３などに対して成形圧力を加える。この成形圧力を利用して未硬化の絶縁層３の樹脂材料３４などを表層部３５側へ流動させ、鱗片状フィラー３２が除去された領域すなわち図５の隙間ＧＰを埋めるように樹脂材料３４を配置させる。これにより、表層部３５においては樹脂材料３４の割合が表層部外領域３６よりも高くなり、樹脂材料３４がリードフレーム５と良好に接着することができる。したがって絶縁層３とリードフレーム５との間の接着硬化がなされる。
【００６６】
一方、凝集フィラー３１については、表層部３５と表層部外領域３６との間でその充填割合に大きな差異はない。このため、たとえ鱗片状フィラー３２の割合が表層部３５にて少なくなっていても、表層部３５と表層部外領域３６との双方において凝集フィラー３１が十分な密度で充填されることにより、絶縁層３全体の熱伝導性が低下することなく、信頼性の高い半導体装置１００を得ることができる。このような高い熱伝導性は、無機粉末フィラー３３が絶縁層３全体の２０体積％以上７５体積％以下、より好ましくは５０体積％以上７５体積％以下の割合で充填されることにより達成される。
【００６７】
特に凝集フィラー３１は、絶縁層３の熱伝導性に大きく寄与する。図２などにおいては凝集フィラー３１は球状に近い一つの塊として図示されているが、実際には凝集フィラー３１の形状は球状に近い形状に限らず様々であるとともに、これを仮に詳細に図示すれば、無数の非常に細かいフィラーの集まりにより形成されている。凝集フィラー３１は無数の非常に細かいフィラーの集まりにより形成されるため、この凝集されたフィラーの充填される数が多くなり、その凝集フィラー３１の部分において細かいフィラーの密度が非常に高くなる。このため絶縁層３の熱伝導率を効率良く高めることができる。
【００６８】
次に上記のように、一方の主表面１Ａにはこのような凹凸部が意図的に形成されなくてもよい。ただし、本実施の形態の半導体装置１００においては、金属ベース板１の一方の主表面１Ａに０．５μｍ以上２０μｍ以下の表面粗さ（Ｒｚ）を有する凹凸部が形成されてもよい。リードフレーム５と接着されていない絶縁層３の主表面３Ａは、トランスファーモールド工程において封止樹脂からの圧力を受けて多少流動するが、完成品においては表面処理後の形状をある程度維持した形で封止樹脂９と接着している。このため金属ベース板１の一方の主表面１Ａには凝集フィラー３１が上方に突起することによる凹凸部が形成されれば、凹凸部が形成されていない場合に比べて、一方の主表面１Ａの表面積が大きくなる。したがってトランスファーモールド法による封止工程において、過剰に成形圧力を上げなくても金属ベース板１の一方の主表面１Ａを絶縁層３の他方の主表面３Ｂに対して高密度に接着させることができる。
【００６９】
また仮に金属ベース板１の一方の主表面１Ａに凹凸部が形成されれば、これが形成されない場合に比べて、リードフレーム５と金属ベース板１との間の絶縁層３の沿面距離を長くすることができるため、リードフレーム５と金属ベース板１との間の絶縁性をより確実に確保することができる。
【００７０】
また、本実施の形態の半導体装置１００においては、絶縁層３の一方の主表面３Ａのうち封止樹脂９と接触する部分に表面粗さ（Ｒｚ）が１０μｍ以上の第２の凹凸部が設けられている。これにより、封止樹脂９と絶縁層３との接着力を向上させることができる。また本実施の形態のプロセス上、絶縁層３上にリードフレーム５が接着される前においては通常、リードフレーム５と接着される一方の主表面３Ａの部分についても封止樹脂９に覆われる一方の主表面３Ａの部分と同様に表面粗さ（Ｒｚ）が１０μｍ以上の第２の凹凸部が形成されている。このため絶縁層３とリードフレーム５との接着力を向上させることもできる。さらに絶縁層３の一方の主表面３Ａを粗くしたような形状にしておくことにより、トランスファーモールド工程において一方の主表面３Ａ上にリードフレーム５を覆い被せる際に、予熱された絶縁層３内の揮発成分のガスを絶縁層３の外部に抜けやすくすることができる。
【００７１】
また本実施の形態においては、図２に示すように、絶縁層３の第２の凹凸部に含まれる凸部（凝集フィラー３１の上方への突起部）における絶縁層３の厚みｔ1は、金属ベース板１とリードフレーム５とに挟まれた領域における絶縁層３の厚みｔ2よりも厚い。このようにｔ1がｔ2よりも厚いことにより、リードフレーム５が封止樹脂の成形圧力によって絶縁層３の第２の凹凸部の凸部が押しつぶされ、リードフレーム５の厚みがやや薄くなるため、リードフレーム５と絶縁層３との接着信頼性が確保される。
【００７２】
無機粉末フィラー３３が少なくとも窒化ホウ素を含むことにより、無機粉末フィラー３３を含む絶縁層３の熱伝導性をより高めることができる。
【実施例１】
【００７３】
実施の形態１の半導体装置１００を試作し、絶縁層３の放熱性としての熱伝導率、絶縁層３のリードフレーム５との接着性、絶縁層３の絶縁性などを調べた結果を以下に示す。【００７４】
まずサンプルＡ１−１は、図１および図２に示す実施の形態１の半導体装置１００の一例として試作された。サンプルＡ１−１は、金属ベース板１がアルミニウム製であり、その一方の主表面１Ａが平面視において５０ｍｍ×７０ｍｍの矩形状を有し、厚みが１０ｍｍとした。一方の主表面１Ａ上に設けられる絶縁層３は、エポキシ樹脂に窒化ホウ素の無機粉末フィラー３３が３０体積％充填されたものとした。無機粉末フィラ−３３は、凝集フィラー３１と鱗片状フィラー３２とが混合されたものとした。絶縁層３は平面視において４９ｍｍ×６９ｍｍの矩形状を有し、厚みを０．２ｍｍとした。絶縁層３は一方の主表面１Ａの各端部から０．５ｍｍ離れた位置に各端部を有するように配置された。実施の形態１で説明したように絶縁層３の一方の主表面３Ａに程近い領域には表面処理がなされて最大寸法が２０μｍ以下の鱗片状フィラー３２、および樹脂材料３４が除去されることにより、その一方の主表面３Ａが微細な凹凸部を有するように粗く加工された。【００７５】
サンプルＡ１−１は以下の条件でトランスファーモールド工程がなされた。まず１８０℃に設定された予熱プレートに金属ベース板１の他方の主表面１Ｂが接触するように載置され、金属ベース板１が６０秒予熱された。その後、予熱された金属ベース板１が１８０℃に設定された金型４０のキャビティ４３内（図７参照）に金属ベース板１および絶縁層３の積層構造が設置され、その上にあらかじめ半導体素子７およびワイヤ１１が搭載されたリードフレーム５が設置された。そしてトランスファーモールド法により１８０℃の流動化された封止材タブレット４５すなわち封止樹脂が１０ＭＰａの成形圧力でキャビティ４３内に注入され、加熱加圧により封止樹脂が硬化されて封止樹脂９となった。またこれと同時に絶縁層３などが硬化された。絶縁層３などの積層構造は成形用の金型４０から取り出された後、１８０℃に設定されたオーブン内で５時間、後硬化が実施された。【００７６】
以上により形成されたサンプルＡ１−１についての調査結果は以下のとおりである。絶縁層３の熱伝導率は約１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。なおここでの熱伝導率は加熱硬化前後でほとんど変化しないため、ここでは以下すべて加熱硬化後のサンプルの熱伝導率を示すものとする。またトランスファーモールド工程後の絶縁層３のリードフレーム５との接着状態を超音波探傷装置によって検査した結果、両者間に剥離がないこと、およびこのサンプルＡ１−１に対して温度サイクル試験（−４０℃から１２５℃）を行なうことによっても両者間に剥離が発生しないことが確認された。さらにトランスファーモールド工程後の絶縁層３の絶縁耐圧が６ｋＶ以上であり十分な絶縁性を有することが確認された。【００７７】
次にサンプルＡ１−２は、図１および図２に示す実施の形態１の半導体装置１００の、サンプルＡ１−１とは異なる他の例として試作された。サンプルＡ１−２はサンプルＡ１−１と比較して、絶縁層３中の窒化ホウ素の無機粉末フィラー３３の充填率が６０体積％である点において異なっているが、それ以外は構成、製法すべてサンプルＡ１−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【００７８】
サンプルＡ１−２の調査結果について、絶縁層３の熱伝導率は約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。またその他の調査結果はすべてサンプルＡ１−１と同様であった。【００７９】
次にサンプルＢ１−１は、図１および図２に示す実施の形態１の半導体装置１００の第１比較例として試作された。サンプルＢ１−１はサンプルＡ１−１と比較して、絶縁層３中の窒化ホウ素の無機粉末フィラー３３の充填率が１０体積％である点において異なっているが、それ以外は構成、製法すべてサンプルＡ１−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【００８０】
サンプルＢ１−１の調査結果について、絶縁層３の熱伝導率は約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、その放熱性が十分でないことが確認された。またこの場合、当該サンプルの使用により半導体素子７の温度が基準値以上に上がるため、絶縁層３の絶縁性が不十分であることも確認された。【００８１】
次にサンプルＢ１−２は、図１および図２に示す実施の形態１の半導体装置１００の第２比較例として試作された。サンプルＢ１−２はサンプルＡ１−２と比較して、絶縁層３の一方の主表面３Ａ側の領域の鱗片状フィラー３２を除去する表面処理が行われなかった点において異なっている。それ以外は構成、製法すべてサンプルＡ１−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【００８２】
サンプルＢ１−２の調査結果について、絶縁層３の熱伝導率は約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。しかしトランスファーモールド工程後の絶縁層３のリードフレーム５との接着状態を超音波探傷装置によって検査した結果、両者間に剥離が確認された。またトランスファーモールド工程後の絶縁層３の絶縁耐圧が１〜２ｋＶ程度でありその絶縁性が不十分であることが確認された。【００８３】
実施の形態２．
図９は本実施の形態の半導体装置の全体構成を示している。図９を参照して、本実施の形態の半導体装置２００は、基本的に実施の形態１の半導体装置１００と同様の構成を備えているため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。しかし本実施の形態の金属ベース板１は、放熱用のフィンを有する点において実施の形態１の金属ベース板１と異なっている。具体的には、金属ベース板１は、金属ベース板本体部１２と、金属ベース板フィン部１３とを含んでいる。なおここで、金属ベース板フィン部１３とは第１の凹凸部を形成するフィンである。【００８４】
金属ベース板本体部１２は、実施の形態１の金属ベース板１と同様に概ね平板形状を有する部分である。金属ベース板本体部１２は、一方の主表面１Ａとこれに対向する他方の主表面１Ｂとを有し、主表面１Ａ，１Ｂに交差する側面には段差１Ｃが設けられることが好ましい。金属ベース板フィン部１３は、金属ベース板本体部１２のたとえば下側の主表面１Ｂ（絶縁層３などと対向する側の主表面とは反対側の主表面）から、金属ベース板本体部１２の主表面に交差する方向（金属ベース板本体部１２の厚み方向）に沿うように、一方の主表面１Ａとは反対側である図９の下側に向けて延びる細長い形状の部材である。金属ベース板フィン部１３は、金属ベース板本体部１２とは一体であり、金属ベース板本体部１２の他方の主表面１Ｂ上から、他方の主表面１Ｂに沿う方向に関して互いに間隔をあけて、複数形成されている。金属ベース板フィン部１３が図の下方に延びることによりこれが存在しない場合に比べて金属ベース板１全体の表面積が大きくなり、放熱性が高められる。金属ベース板フィン部１３の形成された部分は、これに隣接する金属ベース板フィン部１３の形成されない他方の主表面１Ｂの部分に対して下方に突起している。このため金属ベース板フィン部１３の形成された部分と、これに隣接する金属ベース板フィン部１３の形成されない他方の主表面１Ｂの部分とは、凹凸面を構成している。【００８５】
図９の半導体装置２００においても実施の形態１と同様に、金属ベース板１の厚みｔは１ｍｍ以上であることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましい。なおここでの金属ベース板１の厚みとは、金属ベース板フィン部１３を除く金属ベース板本体部１２の、段差１Ｃが形成された端部以外の領域における一方の主表面１Ａから他方の主表面１Ｂまでの距離を意味するものとする。【００８６】
図１０は図９に示す金属ベース板１の変形例を示している。図１０を参照して、本実施の形態の金属ベース板１は、上記の金属ベース板本体部１２と一体としてそこから延びる金属ベース板フィン部１３に加え、金属ベース板本体部１２に後付けされた平板フィン１４をさらに有していてもよい。この点において、図１０の金属ベース板１は図９の金属ベース板１と異なっている。平板フィン１４は金属ベース板フィン部１３と同様に、金属ベース板本体部１２の主表面１Ａ，１Ｂの沿う方向に関して互いに間隔をあけて複数配置されており、主表面１Ａ，１Ｂに交差する図の下方に向けて延びている。【００８７】
平板フィン１４は平板形状の細長い部材であり、たとえば放熱性の高いアルミニウムにより形成されることが好ましい。平板フィン１４は、金属ベース板本体部１２の他方の主表面１２Ｂから、たとえばかしめ加工により金属ベース板本体部１２に接合されることが好ましい。この加工により平板フィン１４は、その一部が金属ベース板本体部１２内に埋め込まれるように、金属ベース板本体部１２に接合される。【００８８】
平板フィン１４は、たとえば図１０に示すように、元々金属ベース板本体部１２と一体として形成された複数の金属ベース板フィン部１３と隣接するように複数接合されることが好ましいが、このような態様に限られない。一例として図１０においては金属ベース板フィン部１３を主表面１Ａ，１Ｂに沿う方向である左右双方側から挟み込むように、平板フィン１４が取り付けられている。また図１０に示すように、金属ベース板本体部１２の他方の主表面１２Ｂ上の一部の領域には凹部１５が形成されてもよい。【００８９】
なお図１０には示されないが、基本的に、金属ベース板本体部１２の下側の主表面１２Ｂ（凹部１５を含む）、金属ベース板フィン部１３および平板フィン１４（金属ベース板本体部１２内に埋もれていない部分）の表面は、封止樹脂９に覆われることなく露出している。【００９０】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の半導体装置２００のように、金属ベース板１は金属ベース板フィン部１３が形成された構成であってもよく、さらに平板フィン１４が接合された構成であってもよい。このようにすれば、これらを有しない場合に比べていっそう金属ベース板１の放熱性を高めることができる。【００９１】
たとえば実施の形態１のように平板形状の部材のみからなる金属ベース板１を有する半導体装置１００の場合、金属ベース板１のうち封止樹脂９から露出する表面が平坦であるため、トランスファーモールド法による樹脂成形前の予熱工程、およびトランスファーモールド法による樹脂封止工程において、平坦な予熱プレートおよび平坦な金型４０（図７参照）に対して、平坦な金属ベース板１を載置することにより簡単に上記の各工程を行なうことができる。しかし本実施の形態においては金属ベース板１の下側に向けて複数の金属ベース板フィン部１３などが突起状に延びる。これを平板な金型４０内および平板な予熱プレートなどに載置すれば、複数の金属ベース板フィン部１３の先端部がそれらの平板な部材に接触するが、その接触の度合いが複数の金属ベース板フィン部１３の間で一様にならず、ばらつきが生じる場合がある。このため予熱プレートから金属ベース板１を介した絶縁層３などへの伝熱態様にばらつきなどの不具合が生じ、絶縁層３からの揮発ガスの抜け方が不十分になる可能性がある。また本実施の形態において平坦な金型４０を用いた樹脂成形がなされると、複数の金属ベース板フィン部１３の間の寸法のばらつき次第で、本来封止樹脂９から露出すべき金属ベース板本体部１２および金属ベース板フィン部１３の表面の部分まで封止樹脂９に覆われてしまう可能性がある。【００９２】
このような不具合を抑制する観点から、封止樹脂９に覆われるべき領域を金型４０に接触しないようにし、封止樹脂９に覆われるべきでない領域の外周部の平坦な面が金型４０に接触されてこれにシールされるように設置することが好ましい。このとき、封止樹脂９の成形圧力がたとえば２０ＭＰａ程度にまで高く設定されれば、その高い圧力が加わることにより、金型４０が封止樹脂９にシールされる部分を起点として金属ベース板１が反る不具合を起こす可能性がある。このため、金属ベース板フィン部１３を有する半導体装置２００においては、トランスファーモールド工程において成形圧力を１５ＭＰａ程度以下にまで比較的低くする必要がある。しかしこのように成形圧力を低くした場合においても、本実施の形態においては、実施の形態１と同様の表層部３５における鱗片状フィラー３２が除去された絶縁層３が用いられるため、絶縁層３とリードフレーム５との間の十分な接着強度を確保することができる。
【実施例２】
【００９３】
実施の形態２の半導体装置２００を試作し、絶縁層３の放熱性としての熱伝導率、絶縁層３のリードフレーム５との接着性、絶縁層３の絶縁性などを調べた結果を以下に示す。【００９４】
まずサンプルＡ２−１は、図９に示す実施の形態２の半導体装置２００の一例として試作された。サンプルＡ２−１は、サンプルＡ１−１と比較して以下の各点が異なる。金属ベース板１は図９に示すように金属ベース板本体部１２および金属ベース板フィン部１３とを有しており、鍛造により形成された。金属ベース板本体部１２の他方の主表面１Ｂと金属ベース板フィン部１３とにより凹凸面が形成された。この金属ベース板１は、厚みが１０ｍｍの主表面１Ａ，１Ｂを有する板の他方の主表面１Ｂから凹凸面を形成することにより加工され、金属ベース板フィン部１３は金属ベース板本体部１２に対して４ｍｍの段差となるように形成された。このため金属ベース板１の厚みすなわち金属ベース板本体部１２に厚みは６ｍｍとなった。また絶縁層３中の窒化ホウ素の無機粉末フィラー３３の充填割合は６０体積％とされた。【００９５】
サンプルＡ２−１は以下の条件でトランスファーモールド工程がなされた。まず１８０℃に設定された予熱プレートに、金属ベース板１の上記４ｍｍの段差により形成される金属ベース板フィン部１３の先端部が接触するように設置され、金属ベース板１が９０秒予熱された。次にトランスファーモールド工程用の金型４０に金属ベース板１などを設置する際には、上記の凹凸面が封止樹脂９に覆われないよう、その覆われるべきでない部分の平坦な外周部が金型４０の一部によりシールされるように設置された。トランスファーモールド工程の条件はサンプルＡ１−１と同様である。【００９６】
以上の点以外についてはサンプルＡ２−１の構成、製法はすべてサンプルＡ１−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【００９７】
サンプルＡ２−１の調査結果について、絶縁層３の熱伝導率は約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。またトランスファーモールド工程後の絶縁層３のリードフレーム５との接着状態を超音波探傷装置によって検査した結果、両者間に剥離がないこと、およびこのサンプルＡ２−１に対して温度サイクル試験（−４０℃から１２５℃）を行なうことによっても両者間に剥離が発生しないことが確認された。さらにトランスファーモールド工程後の絶縁層３の絶縁耐圧が６ｋＶ以上であり十分な絶縁性を有することが確認された。【００９８】
次にサンプルＢ２−１は、図９に示す実施の形態２の半導体装置２００の第１比較例として試作された。サンプルＢ２−１はサンプルＡ２−１と比較して、絶縁層３の一方の主表面３Ａ側の領域の鱗片状フィラー３２を除去する表面処理が行われなかった点において異なっている。それ以外は構成、製法すべてサンプルＡ２−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【００９９】
サンプルＢ２−１の調査結果について、絶縁層３の熱伝導率は約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。しかしトランスファーモールド工程後の絶縁層３のリードフレーム５との接着状態を超音波探傷装置によって検査した結果、両者間に剥離が確認された。またトランスファーモールド工程後の絶縁層３の絶縁耐圧が１〜２ｋＶ程度でありその絶縁性が不十分であることが確認された。【０１００】
次にサンプルＢ２−２は、図９に示す実施の形態２の半導体装置２００の第２比較例として試作された。サンプルＢ２−２はトランスファーモールド工程における封止樹脂９のキャビティ４３内への供給時の成形圧力が２０ＭＰａと他のサンプルより大きな圧力で形成された点において、第１比較例であるサンプルＢ２−１と異なる。しかしそれ以外は構成、製法すべてサンプルＢ２−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【０１０１】
サンプルＢ２−２は、絶縁層３の熱伝導率は約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。しかしトランスファーモールド工程後の絶縁層３のリードフレーム５との接着状態を超音波探傷装置によって検査した結果、両者間に剥離が確認された。またトランスファーモールド工程後の絶縁層３の絶縁耐圧が１〜２ｋＶ程度でありその絶縁性が不十分であることが確認された。さらに成形後の金属ベース板１の形状を確認したところ、これが金型４０に接触しシールされる部分を起点として金属ベース板１が反り変形していることが確認された。【０１０２】
実施の形態３．
図１１は本実施の形態の半導体装置の全体構成を示している。図１１を参照して、本実施の形態の半導体装置３００は、基本的に実施の形態１の半導体装置１００と同様の構成を備えているため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。しかし本実施の形態の半導体装置３００は、制御基板２０をさらに有する点において実施の形態１，２の半導体装置１００，２００と異なっている。【０１０３】
制御基板２０は、リードフレーム５の一方の主表面５Ａ、絶縁層３の一方の主表面３Ａおよび金属ベース板１の一方の主表面１Ａに沿うように拡がっており、リードフレーム５と互いに間隔をあけてその上方すなわち絶縁層３などと反対側に配置されている。制御基板２０は一方の主表面２０Ａとこれに対向する他方の主表面２０Ｂを有するたとえば平板形状の制御基板本体部２１を土台とする部材である。制御基板本体部２１の一方の主表面２０Ａ上には電子部品２２およびパッド電極などが実装されている。なお制御基板２０の他方の主表面２０Ｂ上にも電子部品２２およびパッド電極などが実装されていてもよい。制御基板２０は、絶縁層３などと同様に、封止樹脂９により封止されている。【０１０４】
制御基板本体部２１は、たとえばガラスエポキシ基板である。図示されないが、制御基板２０とリードフレーム５とは、封止樹脂９内において、アルミニウム製のワイヤなどによって電気的に接続されている。【０１０５】
なお図１１の半導体装置３００においては実施の形態２と同様の金属ベース板フィン部１３を有する金属ベース板１が用いられているが、本実施の形態においても実施の形態１と同様の全体が平坦な金属ベース板１が用いられてもよい。【０１０６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、制御基板本体部２１の一方の主表面２０Ａおよび他方の主表面２０Ｂ上を封止樹脂９で覆うようにトランスファーモールド法による封止樹脂９の供給がなされる。この場合、封止樹脂９の成形圧力によっては制御基板２０が反ったり、そこに搭載されている電子部品２２が破損したりする不具合を来す可能性がある。このため、制御基板２０を有する半導体装置３００においては、トランスファーモールド工程において成形圧力を１５ＭＰａ程度以下にまで比較的低くする必要がある。しかしこのように成形圧力を低くした場合においても、本実施の形態においては、実施の形態１と同様の表層部３５における鱗片状フィラー３２が除去された絶縁層３が用いられるため、絶縁層３とリードフレーム５との間の十分な接着強度を確保することができる。
【実施例３】
【０１０７】
実施の形態３の半導体装置３００を試作し、絶縁層３の放熱性としての熱伝導率、絶縁層３のリードフレーム５との接着性、絶縁層３の絶縁性などを調べた結果を以下に示す。【０１０８】
まずサンプルＡ３−１は、図１１に示す実施の形態３の半導体装置３００の一例として試作された。サンプルＡ３−１は、サンプルＡ２−１と比較して以下の点が異なる。予熱プレートによる金属ベース板１の予熱後にトランスファーモールド工程用の金型４０に金属ベース板１などが設置された。この際に、金属ベース板１および絶縁層３の積層構造と、半導体素子７およびワイヤ１１が搭載されたリードフレーム５とに加え、制御基板２０が図１１に示す配置となるように設置された。制御基板２０はガラスエポキシ基板である制御基板本体部２１の一方および他方の主表面２０Ａ，２０Ｂ上に電子部品２２などが実装されたものである。この電子部品２２などがワイヤ１１などによりリードフレーム５と電気的に接続された。そして絶縁層３などの積層構造に加えて制御基板２０が、トランスファーモールド法により樹脂封止された。【０１０９】
以上の点以外についてはサンプルＡ３−１の構成、製法はすべてサンプルＡ２−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【０１１０】
サンプルＡ３−１の調査結果について、絶縁層３の熱伝導率は約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。またトランスファーモールド工程後の絶縁層３のリードフレーム５との接着状態を超音波探傷装置によって検査した結果、両者間に剥離がないこと、およびこのサンプルＡ２−１に対して温度サイクル試験（−４０℃から１２５℃）を行なうことによっても両者間に剥離が発生しないことが確認された。さらにトランスファーモールド工程後の絶縁層３の絶縁耐圧が６ｋＶ以上であり十分な絶縁性を有すること、および制御基板２０の動作に問題がないことが確認された。【０１１１】
次にサンプルＢ３−１は、図１１に示す実施の形態３の半導体装置３００の第１比較例として試作された。サンプルＢ３−１はサンプルＡ３−１と比較して、絶縁層３の一方の主表面３Ａ側の領域の鱗片状フィラー３２を除去する表面処理が行われなかった点において異なっている。それ以外は構成、製法すべてサンプルＡ３−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【０１１２】
サンプルＢ３−１の調査結果について、絶縁層３の熱伝導率は約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。しかしトランスファーモールド工程後の絶縁層３のリードフレーム５との接着状態を超音波探傷装置によって検査した結果、両者間に剥離が確認された。またトランスファーモールド工程後の絶縁層３の絶縁耐圧が１〜２ｋＶ程度でありその絶縁性が不十分であることが確認された。【０１１３】
次にサンプルＢ３−２は、図１１に示す実施の形態３の半導体装置３００の第２比較例として試作された。サンプルＢ３−２はトランスファーモールド工程における封止樹脂９のキャビティ４３内への供給時の成形圧力が２０ＭＰａと他のサンプルより大きな圧力で形成された点において、第１比較例であるサンプルＢ３−１と異なる。しかしそれ以外は構成、製法すべてサンプルＢ３−１と同様であるため、その説明を繰り返さない。【０１１４】
サンプルＢ３−２は、絶縁層３の熱伝導率は約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり良好な値を示した。しかしトランスファーモールド工程後の絶縁層３のリードフレーム５との接着状態を超音波探傷装置によって検査した結果、両者間に剥離が確認された。またトランスファーモールド工程後の絶縁層３の絶縁耐圧が１〜２ｋＶ程度でありその絶縁性が不十分であることが確認された。さらに成形後の金属ベース板１の形状を確認したところ、これが金型４０に接触しシールされる部分を起点として金属ベース板１が反り変形していることが確認された。また制御基板２０の動作試験を実施した結果、動作不良となるものが発生した。そこで制御基板２０の断面を観察したところ、制御基板２０の主表面２０Ａ，２０Ｂが約１ｍｍ反る不具合が発生していることが確認された。【０１１５】
以上の実施例１、実施例２および実施例３の各サンプルの条件および結果をまとめたものが以下の表１である。【０１１６】
【表１】
2017110614.tif 000003
【０１１７】
以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。【０１１８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１９】
１  金属ベース板、１Ａ，３Ａ，５Ａ，２０Ａ  一方の主表面、１Ｂ，３Ｂ，５Ｂ，２０Ｂ  他方の主表面、１Ｃ，５Ｃ  段差、３  絶縁層、５  リードフレーム、７  半導体素子、９  封止樹脂、１１  ワイヤ、１２  金属ベース板本体部、１３  金属ベース板フィン部、１４  平板フィン、１５  凹部、２０  制御基板、２１  制御基板本体部、２２  電子部品、３１  球状フィラー、３２  鱗片状フィラー、３３  無機粉末フィラー、３４  樹脂材料、３５  表層部、３６  表層部外領域、４０  金型、４１  上側金型、４２  下側金型、４３  キャビティ、５１  回路パターン部、５２  端子部、１００，２００，３００  半導体装置、ＧＰ  隙間。
【図１】
2017110614.tif 000004
【図２】
2017110614.tif 000005
【図３】
2017110614.tif 000006
【図４】
2017110614.tif 000007
【図５】
2017110614.tif 000008
【図６】
2017110614.tif 000009
【図７】
2017110614.tif 000010
【図８】
2017110614.tif 000011
【図９】
2017110614.tif 000012
【図１０】
2017110614.tif 000013
【図１１】
2017110614.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月15日(2017.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベース板と、
前記金属ベース板の一方の主表面上に配置された、樹脂材料を含む絶縁層と、
前記絶縁層の一方の主表面上に配置されたリードフレームと、
前記リードフレームの一方の主表面上に配置された半導体素子と、
前記金属ベース板の前記一方の主表面と反対側の他方の主表面を露出するように前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子を封止する封止樹脂とを備え、
前記絶縁層には２０体積％以上７５体積％以下の無機粉末フィラーが充填されており、
前記絶縁層内には前記無機粉末フィラーとして、最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと、前記第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含み、
前記絶縁層内のうち前記絶縁層の前記一方の主表面側の表層部における前記第１のフィラーの充填割合は、前記絶縁層内のうち前記表層部以外の領域における前記第１のフィラーの充填割合よりも小さく、
前記表層部における前記第２のフィラーの充填割合は、前記絶縁層内のうち前記表層部以外の領域における前記第２のフィラーの充填割合と同じであり、
前記絶縁層の前記一方の主表面のうち前記封止樹脂と接触する部分の厚みは、前記絶縁層の前記一方の主表面のうち前記リードフレームと接触する部分の厚みよりも厚い、半導体装置。
【請求項２】
前記金属ベース板の前記他方の主表面上には第１の凹凸部を形成するフィンが設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リードフレームの前記一方の主表面に沿うように拡がり、前記リードフレームと互いに間隔をあけて配置される制御基板をさらに備え、
前記制御基板の一方の主表面上には電気部品が実装されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁層の前記一方の主表面のうち前記封止樹脂と接触する部分には第２の凹凸部が設けられており、前記第２の凹凸部の表面粗さは１０μｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の凹凸部に含まれる凸部における前記絶縁層の厚みは、前記金属ベース板と前記リードフレームとに挟まれた領域における前記絶縁層の厚みよりも厚い、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記無機粉末フィラーは少なくとも窒化ホウ素を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属ベース板の厚みは１ｍｍ以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
金属ベース板の一方の主表面上に、無機粉末フィラーを２０体積％以上７５体積％以下の割合で含み、かつ樹脂材料を含む絶縁層を形成する工程を備え、前記無機粉末フィラーは最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと前記第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含み、さらに
前記絶縁層の、前記金属ベース板に接する側と反対側の一方の主表面に隣接する領域に配置される前記第１のフィラーを除去する工程と、
前記第１のフィラーを除去する工程の後に、前記絶縁層の一方の主表面上にリードフレームを設置する工程と、
前記リードフレームの一方の主表面上に半導体素子を設置する工程と、
前記金属ベース板の前記一方の主表面と対向する他方の主表面を露出するように前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子を金型内に設置する工程と、
前記金型内に封止樹脂を供給することにより、前記絶縁層の前記一方の主表面のうち前記封止樹脂と接触する部分の厚みが、前記絶縁層の前記一方の主表面のうち前記リードフレームと接触する部分の厚みよりも厚くなるように、前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子をトランスファーモールド法により封止する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の半導体装置は、金属ベース板と、絶縁層と、リードフレームと、半導体素子と、封止樹脂とを備えている。絶縁層は金属ベース板の一方の主表面上に配置され、樹脂材料を含む。リードフレームは絶縁層の一方の主表面上に配置される。半導体素子はリードフレームの一方の主表面上に配置される。封止樹脂は金属ベース板の一方の主表面と反対側の他方の主表面を露出するように金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子を封止する。絶縁層には２０体積％以上７５体積％以下の無機粉末フィラーが充填されている。絶縁層内には無機粉末フィラーとして、最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと、第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含む。絶縁層内のうち絶縁層の一方の主表面側の表層部における第１のフィラーの充填割合は、絶縁層内のうち表層部以外の領域における第１のフィラーの充填割合よりも小さい。表層部における第２のフィラーの充填割合は、絶縁層内のうち表層部以外の領域における第２のフィラーの充填割合と同じである。絶縁層の一方の主表面のうち封止樹脂と接触する部分の厚みは、絶縁層の一方の主表面のうちリードフレームと接触する部分の厚みよりも厚い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。金属ベース板の一方の主表面上に、無機粉末フィラーを２０体積％以上７５体積％以下の割合で含み、かつ樹脂材料を含む絶縁層が形成される。無機粉末フィラーは最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含む。絶縁層の、金属ベース板に接する側と反対側の一方の主表面に隣接する領域に配置される第１のフィラーが除去される。第１のフィラーが除去された後に、絶縁層の一方の主表面上にリードフレームが設置される。リードフレームの一方の主表面上に半導体素子が設置される。金属ベース板の一方の主表面と対向する他方の主表面を露出するように金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子が金型内に設置される。金型内に樹脂材料を供給することにより、絶縁層の一方の主表面のうち封止樹脂と接触する部分の厚みが、絶縁層の一方の主表面のうちリードフレームと接触する部分の厚みよりも厚くなるように、金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子がトランスファーモールド法により封止される。
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月25日(2017.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベース板と、
前記金属ベース板の一方の主表面上に配置された、樹脂材料を含む絶縁層と、
前記絶縁層の一方の主表面上に配置されたリードフレームと、
前記リードフレームの一方の主表面上に配置された半導体素子と、
前記金属ベース板の前記一方の主表面と反対側の他方の主表面を露出するように前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子を封止する封止樹脂とを備え、
前記絶縁層には２０体積％以上７５体積％以下の無機粉末フィラーが充填されており、
前記絶縁層内には前記無機粉末フィラーとして、最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと、前記第１のフィラーが複数凝集された複数の第２のフィラーとを含み、
前記絶縁層内のうち前記絶縁層の前記一方の主表面側の表層部における前記第１のフィラーの充填割合は、前記絶縁層内のうち前記表層部以外の領域における前記第１のフィラーの充填割合よりも小さく、
前記絶縁層の前記一方の主表面において、前記封止樹脂と接触する部分では前記第２のフィラーの表面が前記樹脂材料の表面から上方に突起し、前記リードフレームと接触する部分では複数の前記第２のフィラー間の隙間が前記樹脂材料により充填される、半導体装置。
【請求項２】
前記金属ベース板の前記他方の主表面上には第１の凹凸部を形成するフィンが設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リードフレームの前記一方の主表面に沿うように拡がり、前記リードフレームと互いに間隔をあけて配置される制御基板をさらに備え、
前記制御基板の一方の主表面上には電気部品が実装されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁層の前記一方の主表面のうち前記封止樹脂と接触する部分には第２の凹凸部が設けられており、前記第２の凹凸部の表面粗さは１０μｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の凹凸部に含まれる凸部における前記絶縁層の厚みは、前記金属ベース板と前記リードフレームとに挟まれた領域における前記絶縁層の厚みよりも厚い、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記無機粉末フィラーは少なくとも窒化ホウ素を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属ベース板の厚みは１ｍｍ以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
金属ベース板の一方の主表面上に、無機粉末フィラーを２０体積％以上７５体積％以下の割合で含み、かつ樹脂材料を含む絶縁層を形成する工程を備え、前記無機粉末フィラーは最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと前記第１のフィラーが複数凝集された複数の第２のフィラーとを含み、さらに
前記絶縁層の、前記金属ベース板に接する側と反対側の一方の主表面に隣接する領域に配置される前記第１のフィラーを除去する工程と、
前記第１のフィラーを除去する工程の後に、前記絶縁層の一方の主表面上にリードフレームを設置する工程と、
前記リードフレームの一方の主表面上に半導体素子を設置する工程と、
前記金属ベース板の前記一方の主表面と対向する他方の主表面を露出するように前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子を金型内に設置する工程と、
前記金型内に封止樹脂を供給することにより、前記絶縁層の前記一方の主表面において、前記封止樹脂と接触する部分では前記第２のフィラーの表面が前記樹脂材料の表面から上方に突起し、前記リードフレームと接触する部分では複数の前記第２のフィラー間の隙間が前記樹脂材料により充填されるように、前記金属ベース板、前記絶縁層、前記リードフレームおよび前記半導体素子をトランスファーモールド法により封止する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の半導体装置は、金属ベース板と、絶縁層と、リードフレームと、半導体素子と、封止樹脂とを備えている。絶縁層は金属ベース板の一方の主表面上に配置され、樹脂材料を含む。リードフレームは絶縁層の一方の主表面上に配置される。半導体素子はリードフレームの一方の主表面上に配置される。封止樹脂は金属ベース板の一方の主表面と反対側の他方の主表面を露出するように金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子を封止する。絶縁層には２０体積％以上７５体積％以下の無機粉末フィラーが充填されている。絶縁層内には無機粉末フィラーとして、最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと、第１のフィラーが複数凝集された複数の第２のフィラーとを含む。絶縁層内のうち絶縁層の一方の主表面側の表層部における第１のフィラーの充填割合は、絶縁層内のうち表層部以外の領域における第１のフィラーの充填割合よりも小さい。絶縁層の一方の主表面において、封止樹脂と接触する部分では第２のフィラーの表面が樹脂材料の表面から上方に突起し、リードフレームと接触する部分では複数の第２のフィラー間の隙間が樹脂材料により充填される。表層部における第２のフィラーの充填割合は、絶縁層内のうち表層部以外の領域における第２のフィラーの充填割合と同じである。絶縁層の一方の主表面のうち封止樹脂と接触する部分の厚みは、絶縁層の一方の主表面のうちリードフレームと接触する部分の厚みよりも厚い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。金属ベース板の一方の主表面上に、無機粉末フィラーを２０体積％以上７５体積％以下の割合で含み、かつ樹脂材料を含む絶縁層が形成される。無機粉末フィラーは最大寸法が２０μｍ以下の第１のフィラーと第１のフィラーが複数凝集された第２のフィラーとを含む。絶縁層の、金属ベース板に接する側と反対側の一方の主表面に隣接する領域に配置される第１のフィラーが除去される。第１のフィラーが除去された後に、絶縁層の一方の主表面上にリードフレームが設置される。リードフレームの一方の主表面上に半導体素子が設置される。金属ベース板の一方の主表面と対向する他方の主表面を露出するように金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子が金型内に設置される。金型内に樹脂材料を供給することにより、絶縁層の一方の主表面において、封止樹脂と接触する部分では第２のフィラーの表面が樹脂材料の表面から上方に突起し、リードフレームと接触する部分では複数の第２のフィラー間の隙間が樹脂材料により充填されるように、金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子がトランスファーモールド法により封止される。また、金型内に樹脂材料を供給することにより、絶縁層の一方の主表面のうち封止樹脂と接触する部分の厚みが、絶縁層の一方の主表面のうちリードフレームと接触する部分の厚みよりも厚くなるように、金属ベース板、絶縁層、リードフレームおよび半導体素子がトランスファーモールド法により封止される。 
【国際調査報告】
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