(57)【要約】【課題】優れた電気特性と熱特性、および高い信頼性の半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子１１１が配置されているマウント用導電体１９と、放熱体１３（または冷却器１５）との間を、基材の初期厚さに対して８０％以下の厚さに加圧成形したシート状放熱絶縁体１７により接続する。これにより、シート状放熱絶縁体１７においては熱伝導率３Ｗ・ｍ／Ｋ以上、かつ絶縁破壊強度３０ｋＶ／ｍｍ以上をともに両立し得る。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が配置されるマウント手段と、
前記半導体素子の熱を前記マウント手段から放熱するための放熱手段と、
前記マウント手段と放熱手段を接続し、基材の初期厚さに対して８０％以下の厚さに加圧成形されているシート状放熱絶縁手段と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記マウント手段は、導電体であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記マウント手段は、導電箔を介して前記半導体素子がマウントされる絶縁基板であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記マウント手段は、放熱体を含み、
前記シート状放熱絶縁手段は、当該放熱体と前記放熱手段を接続することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記マウント手段は、金属フレームであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記シート状放熱絶縁手段は、前記放熱手段上にシート状放熱絶縁手段となる基材を載置した後、加圧成形されていることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子は、絶縁樹脂により封止されており、前記シート状放熱絶縁手段は、前記絶縁樹脂の封止圧力により加圧成形されていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項８】
前記シート状放熱絶縁手段は、多層構造であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記シート状放熱絶縁手段は、他の層より熱伝導性の高い第１の層と、前記第１の層より絶縁性の高い第２の層との組み合わせであることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、詳しくはインバータなどに用いられるパワートランジスタ、サイリスタ、パワーモジュール、パワーＩＣなどを対象とした電力用の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力用の半導体装置は、たとえば、様々な家電機器や、省エネルギーダイレクトドライブモータ、インテリジェント・アクチュエータ、車両モータ駆動用制御装置など、各種インバータ制御の電力機器に使用されていて、パワーデバイスと称されている。
【０００３】
図１０は、従来のこの種の半導体装置として、主に中、大容量分野で適用されている半導体装置の一例を示す断面図である。この半導体装置を使用した中、大容量の電力機器は、たとえば、圧延ライン、半導体製造など大工場の電源装置、車両やエレベータなどの産業機器の電源装置に使用されている。
【０００４】
この従来の半導体装置１００は、通常、ポリフェニレンサルファイドまたはポリブチレンテレフタレートなどの絶縁樹脂が用いられた外装ケース１０１と金属板の放熱体１０３が組み合わされ、各電子部品は外装ケース１０１内部に納められている。放熱体１０３は、さらに冷却器１０５に組み付けられている。
【０００５】
放熱体１０３上には、絶縁基板１０７がはんだなどにより接合され、絶縁基板１０７上に導電箔１０９を介して、回路部品である半導体素子１１１とボンディングワイヤ１１３が配置されている。そして、外部接続端子１１５を設置した上で、外装ケース１０１内部にシリコーンゲル、エポキシ樹脂などの絶縁樹脂１１７が充填されている。
【０００６】
絶縁樹脂１１７は、さらにエポキシ樹脂などの封止樹脂１１９により封止され、この封止樹脂１１９上に外装ケースと同種または異なる材料からなる端子ホルダ１２１が固定されている。これにより比較的優れた電気的特性、信頼性を示す半導体装置を得ている。
【０００７】
図１１は、主として小容量分野で適用されている従来の半導体装置の構成の一例を示す断面図である。半導体装置を使用した小容量の家電機器は、広く一般家庭において使用されている。
【０００８】
この従来の小容量の半導体装置２００は、通常、４２アロイや銅などの金属表面にニッケルメッキなどを施したリードフレーム２０１上に、半導体素子１１１およびボンディングワイヤ１１３からなる回路部品が搭載され、放熱体２０３または冷却器２０５とともに全体をエポキシ樹脂などの絶縁樹脂２０７で封止成形した構造としている。これにより、比較的優れた電気的特性、信頼性を示す半導体装置を得ている。
【０００９】
ところで、半導体素子の動作温度が１００℃を越えるような高温かつ高電圧（ｋＶクラスの高電圧）で使用される電力用半導体装置の場合には、半導体素子と放熱体の間に、半導体素子の発熱をすみやかに放熱体に逃がし、かつ高い絶縁性を有する材料が用いられている。
【００１０】
このため、図１０に示した中、大容量用の半導体装置においては、絶縁基板１０７として熱伝導性と絶縁特性に優れた窒化アルミニウムなどからなる材料を用い、放熱体１０３と冷却器１０５の間に熱伝導性グリース１２３を介在させることで、放熱体１０３から冷却器１０５へ効率よく熱を逃がすことができるようにしている。なお、放熱体１０３と冷却器１０５はネジ止めされている。
【００１１】
また、図１１に示した小容量用の半導体装置においては、できる限りリードフレーム２０１と放熱体２０３の間の絶縁ギャップ２０９を薄くするとともに、絶縁樹脂２０７の熱伝導特性を高くすることにより、放熱性の向上が試みられている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の半導体装置には次のような問題点がある。
【００１３】
まず、半導体装置は、半導体素子の動作限界に近い動作温度で使用することを考慮して、図１０に示した中、大容量用の半導体装置においては、絶縁基板１０７を可能な限り薄くすることが望まれている。しかし、従来の絶縁基板１０７は、脆性の大きな窒化アルミニウムなどセラミック系材料などを用いているために、これを薄くすると、少しの応力でも絶縁基板１０７が破壊しやすくなるといった問題がある。
【００１４】
また、放熱体１０３を熱伝導性グリース１２３を介して冷却器１０５にネジ止めする方法は、放熱性の向上に限界があり、さらにはモータ近傍など振動があるような環境下における使用時に、ネジの緩みから密着性が悪くなり放熱性の低下が懸念される。また、この熱伝導性グリース１２３は、冷却器へ塗布する際や絶縁性グリース１２３を塗布後放熱体１０３を冷却器１０５に設置する際などに気泡を巻き込まないようにする必要があり、製造工程上の難しさや、気泡を巻き込んだ場合の放熱性の低下などの問題もある。
【００１５】
これと並んで、高電圧で使用するにあたっては導電箔１０９端部から絶縁基板１０７端部までの絶縁距離を長くする必要があるのに対し、窒化アルミニウムなどセラミック系材料による絶縁基板１０７は、上述した応力による破壊のため、薄くなるほど基板として実用に耐える大きさは小さくなる。このため絶縁基板１０７の厚さと面積の関係において高い放熱性と高電圧を絶縁可能な大きさの両立が困難である言う問題がある。
【００１６】
このような問題点は、図１１に示した比較的小容量の半導体装置でも同様であり、半導体素子の動作限界近い１５０℃付近まで動作温度が高くなるにつれて、絶縁樹脂２０７を薄くするとともに熱伝導性を高めることにより放熱性を高める必要がある。
【００１７】
しかし、通常、エポキシ樹脂などの絶縁樹脂材料は熱伝導性が高くなるにつれて粘度が大きくなり、リードフレーム２０１と放熱体２０３の間の絶縁ギャップ２０９に絶縁樹脂２０７を充填する際の製造過程を考えた場合、実用性に問題がある。このため、絶縁ギャップ２０９の薄さと熱伝導性の高さの関係を両立させることが困難となる。
【００１８】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来困難であった高電圧と半導体素子の動作限界近い動作温度をともに可能にして、半導体素子の放熱不足に起因した半導体装置の特性劣化、誤作動や信頼性低下を無くし、優れた電気特性、耐久性、信頼性を持つ半導体装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、半導体素子が配置されるマウント手段と、前記半導体素子の熱を前記マウント手段から放熱するための放熱手段と、前記マウント手段と放熱手段を接続し、基材の初期厚さに対して８０％以下の厚さに加圧成形されているシート状放熱絶縁手段と、を有することを要旨とする半導体装置により達成される。
【００２０】
この発明は、半導体素子を配置しているマウント手段と、このマウント手段から半導体素子の熱を逃がすための放熱手段とを、基材の初期厚さの８０％以下になるまであらかじめ加圧処理が施されたシート状放熱絶縁手段を用いて接続することで、熱伝導率３Ｗ・ｍ／Ｋ以上で、かつ絶縁破壊強度３０ｋＶ／ｍｍをともに得ることができるようにして、放熱性を高め、かつ耐久性、信頼性を向上させようとするものである。
【００２１】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の半導体装置において、前記マウント手段は、導電体であることを要旨とする。
【００２２】
この発明は、半導体素子を導電体上にマウントした構造の半導体装置において、基材の初期厚さに対して８０％以下の厚さに加圧成形されているシート状放熱絶縁手段により、半導体素子が配置されている導電体と放熱手段を接続することで、放熱性を高め、かつ耐久性、信頼性を向上させようとするものである。
【００２３】
請求項３記載の本発明は、請求項１記載の半導体装置において、前記マウント手段は、導電箔を介して前記半導体素子がマウントされる絶縁基板であることを要旨とする。
【００２４】
この発明は、半導体素子を導電箔を介して絶縁基板にマウントした構造の半導体装置において、基材の初期厚さに対して８０％以下の厚さに加圧成形されているシート状放熱絶縁手段により、半導体素子が配置されている絶縁基板と放熱手段を接続することで、放熱性を高め、かつ耐久性、信頼性を向上させようとするものである。
【００２５】
請求項４記載の本発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置において、前記マウント手段は、放熱体を含み、前記シート状放熱絶縁手段は、当該放熱体と前記放熱手段を接続することを要旨とする。
【００２６】
この発明は、半導体素子を配置したマウント手段に放熱体が設けられている構造の半導体装置において、この放熱体にさらにシート状放熱絶縁手段を介して放熱手段を接続することで、放熱性を高め、かつ耐久性、信頼性を向上させようとするものである。
【００２７】
請求項５記載の本発明は、請求項１記載の半導体装置において、前記マウント手段は、金属フレームであることを要旨とする。
【００２８】
この発明は、半導体素子を金属フレームにマウントした構造の半導体装置において、基材の初期厚さに対して８０％以下の厚さに加圧成形されているシート状放熱絶縁手段により、半導体素子が配置されている金属フレームと放熱手段を接続することで、放熱性を高め、かつ耐久性、信頼性を向上させようとするものである。
【００２９】
請求項６記載の本発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置において、前記シート状放熱絶縁手段は、前記放熱手段上にシート状放熱絶縁手段となる基材を載置した後、加圧成形されていることを要旨とする。
【００３０】
この発明は、シート状放熱絶縁手段を放熱手段上に載置した後、そのまま加圧成形したものを用いることで、シート状放熱絶縁手段を空隙なく放熱手段と一体化させ、部分放電などの発生を抑制して電気特性および放熱性の高い半導体装置が得られるようにしようとするものである。
【００３１】
請求項７記載の本発明は、請求項５記載の半導体装置において、前記半導体素子は、絶縁樹脂により封止されており、前記シート状放熱絶縁手段は、前記絶縁樹脂の封止圧力により加圧成形されていることを要旨とする。
【００３２】
この発明は、半導体素子が樹脂封止された構造の半導体装置において、シート状放熱絶縁手段の加圧成形をこの樹脂封止の際の封止圧力により行ったものを用いることで、生産性をも向上させようとするものである。
【００３３】
請求項８記載の本発明は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体装置において、前記シート状放熱絶縁手段は、多層構造であることを要旨とする。
【００３４】
この発明は、シート状放熱絶縁手段を多層構造とすることで、よりいっそうの絶縁性の向上と信頼性の向上を図ろうとするものである。
【００３５】
請求項９記載の本発明は、請求項８記載の半導体装置において、前記シート状放熱絶縁手段は、他の層より熱伝導性の高い第１の層と、前記第１の層より絶縁性の高い第２の層との組み合わせであることを要旨とする。
【００３６】
この発明は、高熱伝導性を主な機能とした第１の層と、高絶縁性を主な機能とした第２の層を組み合わせることにより、単一層に両機能を持たせる構成に比べてより優れた熱伝導性と絶縁性を持つようにしようとするものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３８】
なお、以下の図面の記載において、同じ機能を有する部材には同一の符号を付した。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を斜酌して判断すべきものである。さらに、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もちろんである。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態における半導体装置の断面図である。
【００４０】
この半導体装置１は、放熱手段である放熱体１３の表面に、シート状放熱絶縁手段であるシート状放熱絶縁体１７によってマウント手段であるマウント用導電体１９が接着されている。マウント用導電体１９上には、回路部品である半導体素子１１１、ボンディングワイヤ１１３が配置されている。
【００４１】
半導体素子１１１およびボンディングワイヤ１１３が配置されたマウント用導電体１９は、外装ケース２１の中に収納されており、外装ケース２１は放熱体１３に取り付けられる。
【００４２】
外装ケース２１にはさらに、外部との電気的な接続を行うための外部接続端子２３が挿入されており、ボンディングワイヤ１１３により電気的に回路部品と接続されている。そして、外装ケース２１内部は絶縁樹脂２５が充填されている。
【００４３】
ここで放熱体１３としては、たとえば、アルミニウム、銅、ＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（金属基複合材料））である。なお、放熱手段としては、放熱体１３の代わりに冷却器１５を用いてもよい。冷却器１５としてはアルミニウムなどの金属体で形成された空冷や水冷のヒートシンクが適している。
【００４４】
シート状放熱絶縁体１７は、シート製造時に、シート状放熱絶縁体１７となる基材の初期厚さに対して８０％以下の厚さになるまで加圧成形されたものである。
【００４５】
このシート状放熱絶縁体１７の基材としては、絶縁性、接着性に優れたエポキシ樹脂が好ましく、たとえばクレゾールノボラック形、フェノールノボラック形、ビフェニル形、ジシクロペンタジエン形、ナフタレン形などのグループから選択された少なくとも１種類のエポキシ樹脂を主剤として用い、これらに硬化剤として、酸または酸無水物類、フェノール類、アミン類、ポリアミノアミド類、ジシアンジアミド、イミダゾール類を用い、硬化促進剤としてイミダゾール化合物、３級アミン、リン化合物などを用いる。
【００４６】
さらにシート状放熱絶縁体１７の基材には、熱伝導性を保たせるための充填材が含まれており、充填材としては、たとえば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナなどが好適である。また、これらに加えて、たとえば、溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維などを組み合わせてもよい。
【００４７】
さらにシート状放熱絶縁体１７の基材には、低応力化剤、難燃剤、カップリング剤、離型材、顔料のうち少なくとも１つを加えることが可能であり、さらにまた低応力化剤として、シリコーン、ゴム、ポリオレフインなどの粒子あるいはオイルなどを加えてもよい。
【００４８】
また、シート状放熱絶縁体１７の基材には、難燃剤を加えてもよく、難燃剤としては、たとえば、臭素系、塩素系などのハロゲン系難燃剤、無機系難燃剤などが用いられる。
【００４９】
さらには、シランなどのカップリング剤、離型材として各種ワックス類、カーボンブラックなどの顔料などが使用される。
【００５０】
マウント用導電体１９には、銅などの金属箔または金属板が好適である。そして、金属箔または金属板は、ボンディングワイヤ１１３との接続のために表面にニッケルなどのメッキ処理が施されていることが好ましい。
【００５１】
なお、マウント用導電体１９は、仕様によっては複数に分割され、それぞれ分割されたパターン上に電力用半導体素子や制御用半導体素子を配置する構成であってもよい。
【００５２】
半導体素子１１１は、たとえば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワーＢＪＴ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリスタ、ダイオードなどの種々のパワーデバイスが使用可能である。
【００５３】
また、この半導体装置内には、制御回路、たとえば、ｎＭＯＳ制御回路、ｐＭＯＳ制御回路、ＣＭＯＳ制御回路、パイポーラ制御回路、ＢｉＣＭＯＳ制御回路、ＳＩＴ制御回路などが使用できる。これらの制御回路には過電圧保護回路、過電流保護回路、過熱保護回路が含まれていてもよい。
【００５４】
また、半導体素子１１１以外に、たとえば、抵抗、コンデンサやコイルなどの各種電子部品など、さらに電源などの回路が搭載されていてもよいし、電力半導体素子のみを搭載した単なるモジュール構成でもよい。
【００５５】
ボンディングワイヤ１１３は、たとえば、金、銅、アルミニウムなどの金属線が用いられる。また、ボンディングワイヤ１１３としては、ワイヤのかわりに金、銅、アルミニウムなどの金属リボンやこれに類似の帯状形状の材料からなるボンディング帯でもよい。
【００５６】
外装ケース２１としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド、ポリプチレンチレフタレートなどを主成分とし、さらに必要に応じ無機質フイラーを充填した材料が好適である。
【００５７】
絶縁樹脂２５としては、たとえばシリコーンゲル、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などが好適である。
【００５８】
図２は、シート状放熱絶縁体１７の熱伝導率と平均絶縁破壊強度の相関性を調べた結果を示す図面である。
【００５９】
まず、同図から明らかなように、加圧処理を施していないシート状放熱絶縁体の場合、熱伝導率０〜２Ｗ・ｍ／Ｋの領域における絶縁破壊強度は３０ｋＶ／ｍｍ以上であるが、２Ｗ・ｍ／Ｋ〜３Ｗ・ｍ／Ｋ付近で著しい低下を生じ、３Ｗ・ｍ／Ｋを越える領域においては１０ｋＶ／ｍｍ程度を示している。
【００６０】
これに対して本発明の第１の実施の形態の半導体装置に使用しているシート状放熱絶縁体１７では、熱伝導率が２Ｗ・ｍ／Ｋ〜３Ｗ・ｍ／Ｋ、およびそれ以降においても絶縁破壊強度の低下が抑制され、絶縁破壊強度３０ｋＶ／ｍｍを維持しており、高い熱伝導率領域まで著しい低下はない。
【００６１】
図３は、熱伝導率３Ｗ・ｍ／Ｋを持つシート状放熱絶縁体の加圧処理後の厚さと平均絶縁破壊強度の関係を調べた結果を示す図面である。
【００６２】
この図から明らかなように、熱伝導性を持たせる充填材として、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナなどを加えたシート状放熱絶縁体は、一定の加圧処理を加えることで高い絶縁特性が得られることがわかる。すなわち、シート状放熱絶縁体は、基材の初期厚さに対して、８０％以下まで加圧圧縮されることで、絶縁破壊強度３０ｋＶ／ｍｍ以上となっている。なお、図３において、初期厚さに対する加圧後の厚さが８０％の時の絶縁破壊強度のばらつきのうち最小値は３５ｋＶ／ｍｍであった。
【００６３】
このことから、シート状放熱絶縁体１７は基材の初期厚さに対して８０％以下になるまで加圧処理を行うことで、絶縁破壊強度３０ｋＶ／ｍｍ以上に維持することが可能になることがわかる。なお、加圧処理後の厚さの下限値は、図３からわかるように、初期厚さの８０％以下となっていればどのような厚さでも十分な絶縁破壊強度が得られていることから特に規定されるものではなく、加圧処理の際の物理的な限界値が下限値となる。
【００６４】
図４は、従来技術を用いた半導体装置（比較例）と、本第１の実施の形態としての半導体装置について、温度サイクル−４０℃〜１２５℃を繰り返し加えて、一定サイクル毎に絶縁破壊強度を調べた結果を示す図面である。
【００６５】
この図から明らかなように、比較例では、サイクル数が５００回を越えた辺りから絶縁破壊強度の低下が見られるのに対し、本第１の実施の形態による半導体装置では、１０００回に達しても十分な絶縁破壊強度を保っている。これは、比較例においては温度サイクルを繰り返すことによって絶縁基板にクラックなどが発生して絶縁性能が低下したものと見られる。一方、本第１の実施の形態による半導体装置ではこうした劣化がなく、温度サイクルが繰り返された場合でも十分な絶縁破壊強度を保つことができるものである。
【００６６】
ここで、本第１の実施の形態における半導体装置１の製造方法について説明する。
【００６７】
図５は、本第１の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための概略図である。
【００６８】
まず、図５（ａ）に示すように、放熱体１３または冷却器１５上に、シート状放熱絶縁体１７となる基材１７ａを載置し、この基材１７ａを、たとえば、熱プレス、真空成形、カレンダー成形などの方法によって基材の初期厚さから８０％以下となるまで加圧して、図５（ｂ）シート状放熱絶縁体１７を成形する。加圧成形後、シート状放熱絶縁体１７は完全硬化することなくエポキシ樹脂のＢステージ状態を維持することが必要である。
【００６９】
この製造方法により、シート状放熱絶縁体を空隙なく放熱体あるいは冷却器に一体化でき、部分放電などの発生を抑制して電気特性および放熱性も高い半導体装置が得られる。
【００７０】
以上のように、本第１の実施の形態における半導体装置は、半導体素子をマウントしたマウント用導電体と放熱体または冷却器を、基材の初期厚さから８０％以下となるまで加圧成形したシート状放熱絶縁体により接続したので、放熱性の向上と高い絶縁特性を両立することができる。また、シート状放熱絶縁体がシート状であることから製造時に気泡が入ることがないので製造時の絶縁性低下が起こるようなこともない。また、振動の多い場所におけるネジの緩みなどによる放熱性の低下も起きにくく、高い信頼性を得ることができる。
【００７１】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明を適用した第２の実施の形態における半導体装置の断面図である。
【００７２】
第２の実施の形態における半導体装置２は、半導体素子１１１、ボンディングワイヤ１１３が導電箔３３ａを介して絶縁基板３１上に配置され、この絶縁基板３１は、導電箔３３ｂを介して放熱体１３に取り付けられている。したがって、本第２の実施の形態においては、半導体素子１１１が配置されるマウント手段として放熱体１３を含むものである。
【００７３】
そして、この放熱体１３は、シート状放熱絶縁手段であるシート状放熱絶縁体１７を介して放熱手段である冷却器１５に取り付けられており、このシート状放熱絶縁体１７が放熱体１３と冷却器１５の間を接着している。
【００７４】
その他構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略するが、シート状放熱絶縁体１７は、前述した第１の実施の形態と同じく、シート状放熱絶縁体１７となる基材の初期厚さに対して８０％以下となるように加圧成形されたものである。
【００７５】
本第２の実施の形態における半導体装置２においても、第１の実施の形態には及ばないものの、絶縁破壊強度を向上させることが可能となる。しかもシート状放熱絶縁体１７を放熱体１３と冷却器１５の間に入れただけなので、第１の実施の形態の半導体装置よりも容易に製造することができる。また、これだけで放熱性を向上させることができるので、絶縁基板１７をこれまでより厚くして強度を上げることが可能となる。
【００７６】
この半導体装置２の製造方法は、前述した第１の実施の形態と同様でよく、冷却器１５上にシート状放熱絶縁体１７の基材を載置し、この基材１７ａを、たとえば、熱プレス、真空成形、カレンダー成形などの方法によって基材の初期厚さから８０％以下となるまで加圧後、半導体装置としての構成部材が形成された放熱体１３をシート状放熱絶縁体１７に押し付けることで、半導体装置２が完成する。
【００７７】
なお、本第２の実施の形態においては、半導体素子１１１およびボンディングワイヤ１１３を導電箔３３ａを介して絶縁基板３１に配置しているが、これに代えて導電性基板を用いて半導体素子を配置してもよい。
【００７８】
また、本第２の実施の形態においては、放熱体１３と冷却器１５の間にのみシート状放熱絶縁体を設けたが、さらに半導体素子をマウントしている絶縁基板３１と放熱体１３の間にもシート状放熱絶縁体１７を設けるようにしてもよい。このようにすることで、よりいっそう放熱性の向上と高い絶縁特性を得ることが可能となる。
【００７９】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明を適用した第３の実施の形態における半導体装置の断面図である。
【００８０】
第３の実施の形態における半導体装置３は、放熱手段である放熱体４３の表面にシート状放熱絶縁手段であるシート状放熱絶縁体１７によってマウント手段であるリードフレーム４１が接着されている。リードフレーム４１上には、半導体素子１１１およびボンディングワイヤ１１３が配置されている。
【００８１】
シート状放熱絶縁体１７は、前述した第１の実施の形態と同じく、シート状放熱絶縁体１７となる基材の初期厚さに対して８０％以下となるように加圧成形されたものである。
【００８２】
リードフレーム４１上の少なくとも半導体素子１１１およびボンディングワイヤ１１３の部分は、絶縁樹脂４７により封止成形されている。
【００８３】
リードフレーム４１としては、４２アロイや銅などの金属が適しており、表面にニッケルメッキなどを施していてもよい。
【００８４】
なお、放熱体４３の代わりに冷却器４５としてもよい。
【００８５】
絶縁樹脂４７としては、エポキシ樹脂が好ましく、たとえばクレゾールノボラック形、フェノールノボラック形、ビフェニル形、ジシクロペンタジエン形、ナフタレン形などのグループから選択された少なくとも１種類のエポキシ樹脂を主剤として用い、硬化剤として、たとえば、酸または酸無水物類、フェノール類、アミン類、ポリアミノアミド類、ジシアンジアミド、イミダゾール類を用い、これに硬化促進剤としてイミダゾ―ル化合物、３級アミン、リン化合物などを用いる。
【００８６】
さらに充填材として、たとえば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナ、溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維など、またはこれらを組み合わせて用いてもよい。
【００８７】
さらに低応力化剤、難燃剤、カップリング剤、離型材、顔料のうち少なくとも１つを加えることが可能であり、低応力化剤としてシリコーン、ゴム、ポリオレフインなどの粒子あるいはオイルなどを加えてもよい。難燃剤には、たとえば、臭素系、塩素系などのハロゲン系難燃剤、無機系難燃剤などが用いられる。
【００８８】
さらに、シランなどのカップリング剤、離型材としての各種ワックス類、カーボンブラックなどの顔料などを加えてもよい。
【００８９】
なお、絶縁樹脂４７は、放熱体４３または冷却器４５にいたる全体を封止した構成でもよい。
【００９０】
封止成形の方法としてはトランスファー成形法が好適である。トランスファー成形法を用いる場合は、その成形圧力によって、シート状放熱絶縁体１７の加圧成形が可能であり、半導体装置の製造とシート状放熱絶縁体の加圧処理を同時に行うことができる。このため、別工程によりシート状放熱絶縁体を加圧処理する場合と比較して、半導体装置の歩留まりが向上し大量生産に好適である。
【００９１】
このように構成された第３の実施の形態における半導体装置３においても、前述した第１の実施の形態と同様に、リードフレーム４１と放熱体１３または冷却器１５を、初期厚さの８０％以下になるまで加圧成形したシート状放熱絶縁体１７により接続したので、放熱性の向上と高い絶縁特性を両立し、しかも高い信頼性を得ることができる。
【００９２】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、上述した各実施の形態における半導体装置に設けたシート状放熱絶縁体１７を３層構造としたものである。
【００９３】
図８は、本第４の実施の形態によるシート状放熱絶縁体の断面図である。
【００９４】
このシート状放熱絶縁体１７は、図示するように、第１ラミネート７１、第２ラミネート７３、および第３ラミネート７５の３層で構成されている。
【００９５】
図９は、このように３構造としたシート状放熱絶縁体と単一層のシート状放熱絶縁体との絶縁破壊強度を測定した結果を示す図面である。
【００９６】
３層構造としたシート状放熱絶縁体は１層構造のシート状放熱絶縁体に比較して、絶縁破壊強度のばらつきが少なく、しかも平均値（図中の黒四角印）も１層構造シート状放熱絶縁体よりも高い。
【００９７】
このことから、シート状放熱絶縁体１７を３層構造としたことによって、ボイドなどの初期欠陥によると思われる特性ばらつきが低減され、より優れた絶縁特性と信頼性を持つことがわかる。
【００９８】
さらに本第５の実施の形態である多層ラミネート構造としたシート状放熱絶縁体においては、たとえば第１ラミネート層７１および第２ラミネート層７３を４Ｗ・ｍ／Ｋクラスの高熱伝導率とし、第３ラミネート層７５は２Ｗ・ｍ／Ｋ以下の熱伝導率であるかわりに１００ｋＶ／ｍｍ前後の高い絶縁破壊強度を持つものとして、シート状放熱絶縁体１７全体として３Ｗ・ｍ／Ｋクラスの熱伝導率と３０ｋＶ／ｍｍの絶縁破壊強度を得る構造とするなど、熱伝導率と絶縁破壊強度の異なる層をラミネートしたものであってもよい。
【００９９】
このような層ごとに異なる特性のシート状放熱絶縁体は、たとえば充填材の種類、充填量の調整により実施することが可能である。
【０１００】
また、３層以外にも２層としたり、または、３層以上のさらに多層構造としてもよい。
【０１０１】
なお、層構造としたシート状放熱絶縁体１７、あらかじめ基材の状態でこのような層構造とし、これを加圧処理することで、基材の初期厚さに対して８０％以下の厚さにする。加圧処理自体は、すでに説明した各実施の形態で説明したものと同じである。
【０１０２】
このようにシート状放熱絶縁体１７を層構造としたことにより、より優れた絶縁特性と信頼性を得ることができる。
【０１０３】
また、シート状放熱絶縁体１７を層構造としたことにより、各層のいずれかまたは全部にボイドや異物混入などの製造時初期欠陥が万一含まれていた場合でも、他の層にボイドや異物混入がなければ、または、ボイドや異物混入場所が複数の層に亘り一致していない限り絶縁保護は可能であり、単一層よりも高い絶縁性と信頼性を得ることができる。
【０１０４】
以上本発明を適用した実施の形態を説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲において当業者が、上記各実施の形態の要素を組み合わせ、あるいは変更することが可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、数十ｋＶ／ｍｍを越える高絶縁破壊強度化と高熱伝導率を両立し、さらに、耐久性および信頼性が向上し、かつ製造性にも優れた半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態における半導体装置の断面図である。
【図２】第１の実施の形態におけるシート状放熱絶縁体の熱伝導率−絶縁破壊強度の関係を示す図面である。
【図３】第１の実施の形態におけるシート状放熱絶縁体の絶縁破壊強度試験の結果を示す図面である。
【図４】第１の実施の形態による半導体装置と従来の半導体装置の絶縁破壊強度試験の結果を示す図面である。
【図５】第１の実施の形態に係わるシート状放熱絶縁体の製造方法を説明するための図面である。
【図６】本発明を適用した第２の実施の形態における半導体装置の断面図である。
【図７】本発明を適用した第３の実施の形態における半導体装置の断面図である。
【図８】本発明を適用した第４の実施の形態におけるシート状放熱絶縁体の断面図である。
【図９】第４の実施の形態におけるシート状放熱絶縁体の絶縁破壊強度試験の結果を示す図面である。
【図１０】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図１１】従来の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２、３　半導体装置
１３、４３　放熱体
１７　シート状放熱絶縁体
３１　絶縁基板
１９　マウント用導電体
１１１　半導体素子
１１３　ボンディングワイヤ
２１　外装ケース
２３　外部接続端子
２５、４７　絶縁樹脂
１５、４５　冷却器
３３ａ、３３ｂ　導電箔
４１　リードフレーム
７１　第１ラミネート層
７３　第２ラミネート層
７５　第３ラミネート層
【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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【図１０】
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【図１１】
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