(57)【要約】  セラミック板（２）上に両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（３）が配置され、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（３）上に金属板（４）が配置されている。金属板（４）は両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（３）によりセラミック板（２）の上面に接合されている。両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（３）は安価で且つ部材供給面でも問題ない。両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（３）がセラミック板（２）と金属板（４）の線膨張係数の乖離を埋めるため、加熱時のセラミック板（２）の割れ、及びセラミック板（２）と金属板（４）の剥がれを防ぐことができる。また、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（３）により密着性を保てるため、ボイドの発生を防ぐことができる。この結果、製品の信頼性を向上させることができる。また、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（３）は、加熱成形時に硬化するため、成形加工が可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック板と、
前記セラミック板上に配置された第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂と、
前記第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂上に配置され、前記第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂により前記セラミック板の上面に接合された第１の金属板とを備えることを特徴とする絶縁基板。
【請求項２】
前記セラミック板の下に配置された第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂と、
前記第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂の下に配置され、前記第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂により前記セラミック板の下面に接合された第２の金属板とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の絶縁基板。
【請求項３】
前記第２の金属板の下面にはんだにより接合されたベース板を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の絶縁基板。
【請求項４】
前記セラミック板の下に配置された第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂と、
前記第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂の下に配置され、前記第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂により前記セラミック板の下面に接合された冷却フィンとを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の絶縁基板。
【請求項５】
セラミック板と、
前記セラミック板上に配置された第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂と、
前記第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂上に配置され、前記第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂により前記セラミック板の上面に接合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半導体素子と、
前記半導体素子を封止する樹脂とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記セラミック板の下に配置された第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂と、
前記第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂の下に配置され、前記第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂により前記セラミック板の下面に接合された冷却フィンとを更に備えることを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記セラミック板の下面に貼り付けられたセラミック割れ防止用テープを更に備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項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、セラミック板を用いた絶縁基板及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイスには放熱性の向上が求められている。そこで、放熱性能を上げるために絶縁シートに高放熱フィラーが含有されるが、部材価格が高価であり、部材供給面でも問題がある。そこで、絶縁シートの代わりに熱伝導率の高いセラミックが用いられるようになってきた。【０００３】
従来、線膨張係数が異なる金属板とセラミック板を熱圧着又は銀を主成分とするロウ材で接合されていた。しかし、熱圧着の場合は信頼性試験における加熱時に密着不十分によりボイド発生の懸念がある。また、ロウ材による接合の場合は冷却時に金属板の収縮力がセラミック板を上回るため、セラミック板が割れたり、セラミック板と金属板が剥がれたりする。また、従来の接合方法では部材価格が高いという問題もあった。これに対して、セラミック板と金属板との間に熱可塑性ポリイミドを設けることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開２０１１−１０４８１５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、熱可塑性ポリイミドなどの熱可塑性樹脂は、加熱成形時に液体状となるため、成形加工ができないという問題があった。【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は安価で且つ部材供給面でも問題なく、製品の信頼性を向上させることができ、成形加工が可能である絶縁基板及び半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る絶縁基板は、セラミック板と、前記セラミック板上に配置された第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂と、前記第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂上に配置され、前記第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂により前記セラミック板の上面に接合された第１の金属板とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明ではセラミック板と第１の金属板を第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂で接合する。第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂は安価で且つ部材供給面でも問題ない。第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂がセラミック板と第１の金属板の線膨張係数の乖離を埋めるため、加熱時のセラミック板の割れ、及びセラミック板と第１の金属板の剥がれを防ぐことができる。また、第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂により密着性を保てるため、ボイドの発生を防ぐことができる。この結果、製品の信頼性を向上させることができる。また、第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂は、加熱成形時に硬化するため、成形加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る絶縁基板を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る絶縁基板を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る絶縁基板及び半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一部を切り欠いた斜視図である。図１の破線で囲んだ部分に絶縁基板１が設けられている。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１に係る絶縁基板を示す断面図である。この絶縁基板１はケースタイプモジュールの絶縁基板である。セラミック板２上に両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３が配置され、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３上に金属板４が配置されている。金属板４は両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３によりセラミック板２の上面に接合されている。
【００１３】
セラミック板２の下に両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５が配置され、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５の下に金属板６が配置されている。金属板６は両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５によりセラミック板２の下面に接合されている。ベース板７が金属板６の下面にはんだ８により接合されている。
【００１４】
両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３，５は、上面と下面に粘着性を持っており、加熱すると硬化する性質を持つ。具体的には、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３，５として、一般のＮＡＮＤフラッシュメモリ用のダイアタッチフィルムを用いる。ダイアタッチフィルムは例えば基材、粘着材、導電性ダイアタッチフィルム、及びはく離ライナーを順に積層した構造である。
【００１５】
本実施の形態ではセラミック板２と金属板４を両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３で接合する。両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３は安価で且つ部材供給面でも問題ない。両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３がセラミック板２と金属板４の線膨張係数の乖離を埋めるため、加熱時のセラミック板２の割れ、及びセラミック板２と金属板４の剥がれを防ぐことができる。また、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３により密着性を保てるため、ボイドの発生を防ぐことができる。この結果、製品の信頼性を向上させることができる。また、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３は、加熱成形時に硬化するため、成形加工が可能である。
【００１６】
また、セラミック板２と金属板６を両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５で接合するが、この部分についても上記と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る絶縁基板を示す断面図である。実施の形態１の金属板６、ベース板７及びはんだ８の代わりに冷却フィン９が用いられている。この冷却フィン９は両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５の下に配置され、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５によりセラミック板２の下面に接合されている。実施の形態１のベース板７を冷却フィン９に置換えることで放熱性を更に上げることができる。
【００１８】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。この半導体装置はトランスファモールドＩＰＭ（Intelligent Power Module）である。セラミック板２上に両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３が配置され、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３上にリードフレーム１０が配置されている。リードフレーム１０は両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３によりセラミック板２の上面に接合されている。リードフレーム１０上に半導体素子１１が実装されている。半導体素子１１はワイヤ１２によりリード端子１３に接続されている。樹脂１４が半導体素子１１及びワイヤ１２等を封止する。
【００１９】
このようにトランスファモールドＩＰＭの銅箔付絶縁シートの代わりにセラミック板２を用いることで放熱性を改善し、コストを削減することができる。その他、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。実施の形態３の構成に加えて、セラミック板２の下に両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５が配置され、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５の下に冷却フィン９が配置されている。冷却フィン９は両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂５によりセラミック板２の下面に接合されている。本実施の形態ではモジュールと冷却フィン９の間にセラミック板２を設けるため、両者の間にシリコングリスを設けた従来技術に比べて接合性、放熱性、絶縁性を改善することができる。
【００２１】
実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。この半導体装置はヒートスプレッダ内蔵トランスファモールドＩＰＭである。金属性のヒートスプレッダ１５上にリードフレーム１０が配置され、リードフレーム１０上に半導体素子１１が実装されている。リードフレーム１０とリード端子１３がワイヤ１２により接続されている。半導体素子１１にリード端子１６が接合されている。樹脂１４が半導体素子１１及びワイヤ等を封止する。
【００２２】
ヒートスプレッダ１５の下に両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３が配置され、両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３の下にセラミック板２が配置されている。セラミック板２は両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂３によりヒートスプレッダ１５の下面に接合されている。
【００２３】
このようにヒートスプレッダ内蔵トランスファモールドＩＰＭでも実施の形態３と同様の効果を得ることができる。また、セラミック板２の下面にセラミック割れ防止用テープ１７が貼り付けられている。これにより、応力を緩和してセラミック板２の割れを防止することができる。セラミック割れ防止用テープ１７は例えばシリコーン系粘着材１７ａとポリイミドフィルム１７ｂの積層構造である。
【００２４】
なお、半導体素子１１は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたパワー半導体素子は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、冷却フィン９を小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体装置を更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体装置を高効率化できる。
【符号の説明】
【００２５】
１  絶縁基板、２  セラミック板、３  両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（第１の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂）、４  金属板（第１の金属板）、５  両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂（第２の両面粘着性熱硬化型絶縁樹脂）、６  金属板（第２の金属板）、７  ベース板、８  はんだ、９  冷却フィン、１０  リードフレーム、１１  半導体素子、１４  樹脂、１７  セラミック割れ防止用テープ
【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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【国際調査報告】
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2015132969.tif 000010
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