CN108431950B - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在半导体装置(100)中，绝缘层(3)被夹在金属基座板(1)与引线框(5)之间，包含树脂材料(34)。封装树脂(9)对金属基座板(1)、绝缘层(3)、引线框(5)进行封装。在绝缘层(3)中填充有大于或等于20体积％而小于或等于75体积％的无机粉末填料(33)。在绝缘层(3)内，作为无机粉末填料(33)，包含最大尺寸小于或等于20μm的第1填料(32)和由多个第1填料(32)凝聚而成的第2填料(31)。绝缘层(3)内的绝缘层(3)的一个主表面(3A)侧的表层部(35)处的第1填料(32)的填充比例小于绝缘层(3)内的除了表层部以外的区域(36)的第1填料(32)的填充比例。表层部(35)的第2填料(31)的填充比例与绝缘层(3)内的除了表层部以外的区域(36)的第2填料(31)的填充比例相同。

Description

半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置及其制造方法，特别是涉及具有使热量从发热部件向散热部件传递的导热性树脂绝缘层的半导体装置及其制造方法。
背景技术
例如如日本特开2001-196495号公报(专利文献1)所示，就现有的半导体装置而言，在金属板之上隔着绝缘层设置引线框，连同引线框之上的半导体芯片也包含在内，将整体通过传递模塑法进行树脂封装。就上述半导体装置而言，要求兼顾由绝缘层与引线框等之间的良好的粘接性带来的优异的绝缘性和由绝缘层实现的良好的导热性这两者。
因此，例如在日本特开2000-260918号公报(专利文献2)中，金属板与引线框之间的绝缘层被分为2层，该2层中的引线框侧的层与金属板侧的层相比，降低了填充于绝缘层的填料的填充率，由此确保了与引线框的粘接性。例如，在日本特开2006-210597号公报(专利文献3)中，也是绝缘层中的与引线框以及金属板接触的面侧的填料的填充率低于绝缘层中的除了上述与引线框以及金属板接触的面侧以外的内部区域的填料的填充率。
专利文献1：日本特开2001-196495号公报
专利文献2：日本特开2000-260918号公报
专利文献3：日本特开2006-210597号公报
发明内容
但是，例如在日本特开2000-260918号公报以及日本特开2006-210597号公报中，均仅单纯地使引线框侧的绝缘层中的填料的填充率低于内部。因此，绝缘层与引线框之间的粘接性变得良好，但有可能因填料减少而降低导热性。另外，相反，在为了提高导热率而提高填料的填充率的情况下，有可能降低绝缘层与引线框之间的粘接性。在日本特开2000-260918号公报以及日本特开2006-210597号公报中公开了颗粒的尺寸不同的2种填料，但并没有充分地将上述2种填料的比率针对绝缘层内的每个区域进行控制。因此，在上述公报所公开的技术中，难以兼顾引线框与绝缘层之间的良好的粘接性和导热性这两者。
本发明是鉴于上述的课题而提出的，其目的在于提供能够良好地保持使热量从发热部件向散热部件传递的导热性树脂绝缘层的粘接性和导热性这两者的半导体装置及其制造方法。
本发明的半导体装置具有：金属基座板、绝缘层、引线框、半导体元件和封装树脂。绝缘层配置于金属基座板的一个主表面之上，包含树脂材料。引线框配置于绝缘层的一个主表面之上。半导体元件配置于引线框的一个主表面之上。封装树脂以将金属基座板的与一个主表面相反侧的另一个主表面露出的方式对金属基座板、绝缘层、引线框以及半导体元件进行封装。在绝缘层中填充有大于或等于20体积％而小于或等于75体积％的无机粉末填料。在绝缘层内，作为无机粉末填料，包含最大尺寸小于或等于20μm的第1填料和由多个第1填料凝聚而成的多个第2填料。绝缘层内的绝缘层的一个主表面侧的表层部处的第1填料的填充比例小于绝缘层内的除了表层部以外的区域的第1填料的填充比例。在绝缘层的一个主表面，在与封装树脂接触的部分，第2填料的表面从树脂材料的表面向上方凸起，在与引线框接触的部分，多个第2填料之间的间隙被树脂材料填充。表层部的第2填料的填充比例与绝缘层内的除了表层部以外的区域的第2填料的填充比例相同。绝缘层的一个主表面中的与封装树脂接触的部分的厚度大于绝缘层的一个主表面中的与引线框接触的部分的厚度。
本发明的半导体装置的制造方法具有以下的工序。在金属基座板的一个主表面之上形成绝缘层，该绝缘层以大于或等于20体积％而小于或等于75体积％的比例包含无机粉末填料，且该绝缘层包含树脂材料。无机粉末填料包含最大尺寸小于或等于20μm的第1填料和由多个第1填料凝聚而成的第2填料。将绝缘层的在与一个主表面相邻的区域配置的第1填料去除，该一个主表面是绝缘层的与金属基座板接触侧的相反侧的主表面。在将第1填料去除之后，在绝缘层的一个主表面之上设置引线框。在引线框的一个主表面之上设置半导体元件。以将金属基座板的与一个主表面相对的另一个主表面露出的方式将金属基座板、绝缘层、引线框以及半导体元件设置在模具内。向模具内供给封装树脂，从而以下述方式将金属基座板、绝缘层、引线框以及半导体元件通过传递模塑法进行封装，即，在绝缘层的一个主表面，在与封装树脂接触的部分，第2填料的表面从树脂材料的表面向上方凸起，在与引线框接触的部分，多个第2填料之间的间隙被树脂材料填充。另外，向模具内供给树脂材料，由此以下述方式将将金属基座板、绝缘层、引线框以及半导体元件通过传递模塑法进行封装，即，使绝缘层的一个主表面中的与封装树脂接触的部分的厚度大于绝缘层的一个主表面中的与引线框接触的部分的厚度。
发明的效果
根据本发明的半导体装置，绝缘层的引线框侧的表层部的第1填料的填充比例低于除此以外的区域，但在该第1填料少的位置处，绝缘层中的树脂材料渗出而与引线框粘接，因此绝缘层与引线框的粘接性变得良好。另外，表层部的第2填料的填充比例与除此以外的区域相比没有特别变化，因此能够良好地保持绝缘层的导热性。因此，能够提供一种半导体装置，该半导体装置能够良好地保持绝缘层的粘接性和导热性这两者。
根据本发明的半导体装置的制造方法，在封装树脂的供给时施加由传递模塑法带来的成型压力，因此绝缘层中的树脂材料流入至绝缘层的去除了第1填料的区域，与引线框粘接。因此，绝缘层与引线框的粘接性变得良好。但是，通过在绝缘层填充第2填料，由此良好地保持绝缘层的导热性。因此，能够提供具有如下特性的半导体装置的制造方法，即，能够良好地保持绝缘层的粘接性和导热性这两者。
附图说明
图1是实施方式1的半导体装置的概略剖视图。
图2是更详细地示出图1中的由虚线包围的区域II内的结构的概略放大图。
图3是将实施方式1的半导体装置的制造方法的第1工序中的情形局部地放大表示的概略剖视图。
图4是将实施方式1的半导体装置的制造方法的第2工序中的情形局部地放大表示的概略剖视图。
图5是将实施方式1的半导体装置的制造方法的第3工序中的情形局部地放大表示的概略剖视图。
图6是将实施方式1的半导体装置的制造方法的第4工序中的情形局部地放大表示的概略剖视图。
图7是将实施方式1的半导体装置的制造方法的第5工序中的情形局部地放大表示的概略剖视图。
图8是将实施方式1的半导体装置的制造方法的第6工序中的情形局部地放大表示的概略剖视图。
图9是实施方式2的半导体装置的概略剖视图。
图10是针对构成实施方式2的半导体装置的金属基座板，示出该金属基座板的与图9不同的结构的变形例。
图11是实施方式3的半导体装置的概略剖视图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
实施方式1.
首先，使用图1～图2对本实施方式的半导体装置的结构进行说明。
图1示出了本实施方式的半导体装置的整体结构。参照图1，本实施方式的半导体装置100主要具有：金属基座板1、绝缘层3、引线框5、半导体元件7和封装树脂9。
金属基座板1具有一个主表面1A和与其相反侧的另一个主表面1B，是作为半导体装置100整体的底座而配置的例如平板形状的部件。金属基座板1是使热量从例如一个主表面1A侧向另一个主表面1B侧传热以及散热的部件。绝缘层3是配置于金属基座板1的一个主表面1A之上的例如平板形状的部件，具有一个主表面3A和与其相对的另一个主表面3B。绝缘层3是使其一个主表面3A侧的部件(在这里是引线框5)与另一个主表面3B侧的部件(在这里是金属基座板1)电绝缘，并且使热量从例如一个主表面3A侧向另一个主表面3B侧传热以及散热的部件。
引线框5配置于绝缘层3的一个主表面3A之上。引线框5具有一个主表面5A和与其相对的另一个主表面5B，该引线框5配置为另一个主表面5B的至少一部分与绝缘层3的一个主表面3A接触。半导体元件7以叠放于引线框5的另一个主表面5B与绝缘层3的一个主表面3A接触的区域的正上方的方式，配置于引线框5的一个主表面5A之上。
封装树脂9是以对上述的金属基座板1、绝缘层3、引线框5以及半导体元件7进行封装的方式配置的部件。但是，封装树脂9配置为将金属基座板1的另一个主表面1B露出、即不将金属基座板1的另一个主表面1B覆盖。此外，在封装树脂9内，以将例如在相邻的1对半导体元件7搭载的电极彼此进行电连接的方式连接有导线11。
如上所示，在这里，均将图1的上侧的主表面设为一个主表面，将图1的下侧的主表面设为另一个主表面。
在这里，对如上所述的各部件进行说明。首先，金属基座板1优选例如由铜或铝等构成，但只要是散热性良好的金属材料即可，不限定于此。但是，从轻量化以及加工性的方面考虑，优选金属基座板1由铝构成。另外，如图1所示，优选在金属基座板1的与主表面1A、1B交叉的侧面设置台阶1C。由此，封装树脂9成为从金属基座板1的侧面侧以将其包围的方式覆盖的结构，因此关系到温度循环试验中的绝缘层3与引线框5之间的密接性的提高、高温高湿试验下的由成为吸湿路径的界面距离的扩大带来的可靠性的提高。因此，金属基座板1的台阶1C的形状不限定于图1所示的方式，也可以设置于金属基座板1的侧面的中央部。另外，关于金属基座板1的台阶1C的形状，不限定于图1那样的形状，例如也可以是矩形状、或者V槽形状。另外，也可以设置多个作为台阶1C的槽。
图1所示的金属基座板1的厚度t并没有限定，但例如优选设为大于或等于1mm，更优选设为大于或等于3mm。如果以上述方式设置，则在金属基座板1的内部产生热量的扩散，能够提高散热性。但是，如果金属基座板1变得过厚，则厚度方向的热阻反而变大。因此，如果在整体上均衡性良好地考虑散热性、轻量性以及成本等，则金属基座板1的厚度t例如优选设为20mm以内。此外，这里的金属基座板1的厚度t表示的是，除了形成有台阶1C的金属基座板1的端部以外的区域的从一个主表面1A至另一个主表面1B为止的距离。
绝缘层3是通过在环氧树脂等热固性树脂中填充导热性高的无机粉末填料而形成的。具体而言，通过例如将二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝等具有绝缘性的粉末材料的1种或多种混合而填充于树脂材料，从而形成绝缘层3。为了提高绝缘层3的导热性，绝缘层3所包含的粉末材料优选为作为粉末的导热率高的氮化硼或氮化铝。通过将上述粉末材料以高密度填充于树脂中，能够获得导热性高的绝缘层3。
例如，将氮化硼的无机粉末填料以大于或等于20体积％而50体积％程度填充于环氧树脂中而获得的绝缘层3具有大于或等于1W/(m·K)而小于或等于5W/(m·K)程度的适当高的导热率。另外，将氮化硼的无机粉末填料以大于或等于50体积％而75体积％程度填充于环氧树脂中而获得的绝缘层3具有大于或等于5W/(m·K)而小于或等于20W/(m·K)程度的适当高的导热率。
在环氧树脂中的无机粉末填料的填充率低于20体积％的情况下，绝缘层3的导热率低于1W/(m·K)，由于过于欠缺散热性而无法将来自半导体元件7的发热向金属基座板1侧散热，半导体元件7的温度变得过高。另外，例如在无机粉末填料的填充率超过75体积％的情况下，填充的填料的表面积变得过大，树脂材料难以在被填料夹持的区域充分地扩展。因此，容易在绝缘层3的组织内产生微小的空隙等问题。虽然例如通过提高在后述的成型时施加的成型压力，能够减少上述空隙的发生，但在该情况下，需要具有用于实现上述处理的性能的大型装置，生产效率降低。因此，从适当地提高绝缘层3的散热性、且抑制问题的发生的方面考虑，绝缘层3内的无机粉末填料的填充率需要大于或等于20体积％而小于或等于75体积％。
此外，从绝缘层3的散热性的方面考虑，绝缘层3内的无机粉末填料的填充率更优选为大于或等于50体积％而小于或等于75体积％。但是，如果提高无机粉末填料的填充率，则绝缘层3内的环氧树脂等不易扩展至填料表面之上的各个角落，其结果，作为绝缘层3的粘接性以及可靠性有可能降低。因此，在将无机粉末填料高密度地填充于环氧树脂等时，需要在考虑填料的种类以及形状、粒度分布、组合等的基础上，将其填充于环氧树脂等的内部而形成绝缘层3。为了将无机粉末填料更高密度地填充，更优选无机粉末填料是彼此粒度分布不同的大于或等于2种的混合系统。但是，例如在仅填充1种无机粉末填料的情况下，所填充的填料必定会形成粒度分布，形成填充有尺寸大小各异的填料的绝缘层3。
接着，绝缘层3内所包含的树脂材料优选如上述那样是环氧树脂等热固性树脂。如果以上述方式设置，则能够在金属基座板1与引线框5之间的区域处保持与两者的良好粘接性。但是，不限于此，绝缘层3内的树脂材料例如也可以为热塑性树脂。该绝缘层3的厚度例如优选为大于或等于50μm而小于或等于300μm，作为一个例子，更优选设为200μm左右。在上述范围内的绝缘层3的厚度例如能够根据半导体装置100整体所要求的热阻、热容量以及绝缘耐压而适当选择。
绝缘层3如图1所示设置于金属基座板1与引线框5之间的区域，但也可以是比金属基座板1的俯视观察时的外形尺寸稍小的尺寸。只要能够确保金属基座板1与引线框5之间的绝缘性，则绝缘层3的俯视观察时的尺寸可以是任意的。但是，由于与金属基座板1相比形成得稍小，因此就绝缘层3而言，例如在金属基座板1的端部成为未图示的锥形形状的情况下，在半导体装置100的制造工序中，能够抑制绝缘层3的端部从金属基座板1的端部剥离、或缺损。另外，封装树脂9不仅与金属基座板1的侧面接触，而且还与金属基座板1的一个主表面1A接触。金属基座板1的表面与封装树脂9的粘接强度高于与绝缘层3的粘接强度。就金属基座板1的端部的表面而言，通过封装树脂9的粘接强度，抑制了由于通过温度循环试验等产生的高的热应力导致的封装树脂9的剥离。其结果，金属基座板1与绝缘层3之间的粘接可靠性也得到提高。
接下来，引线框5将半导体元件7的电信号向半导体装置100的外部输出、或者相反地将半导体装置100的外部的电信号向半导体元件7内输入。因此，引线框5虽然配置于绝缘层3的一个主表面3A之上，但并不是将一个主表面3A整体覆盖，而是成为仅将其一部分覆盖的配线图案形状。引线框5例如由铜构成，既可以由注重散热性的纯铜类的材料构成，也可以由注重强度的合金类的材料构成。
另外，如图1所示，引线框5也可以包含电路图案部51和端子部52。电路图案部51是以其另一个主表面5B与绝缘层3的一个主表面3A接触的方式载置于绝缘层3之上，在其一个主表面5A之上载置半导体元件7的区域。另外，端子部52是在从电路图案部51向图1的上方弯曲之后，进一步沿绝缘层3的主表面3A等延长而到达至封装树脂9的外侧的部分。在该情况下，引线框5具有在电路图案部51与端子部52之间沿图1的上下方向延伸的台阶5C。如果以上述方式设置，则能够延长引线框5的例如端子部52与金属基座板1的绝缘距离。但是，只要是能够确保该绝缘距离，则不限于设置上述图1那样的台阶5C的结构。
接下来，半导体元件7例如通过未图示的焊料或烧结银等接合于引线框5的特别是电路图案部51的一个主表面5A之上。半导体元件7由硅(Si)或碳化硅(SiC)构成，例如包含MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)或IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor)等功率控制用半导体元件或续流二极管等。
此外，在引线框5的电路图案部51的一个主表面5A之上，除了半导体元件7以外，也可以通过例如未图示的焊料接合作为用于对电流值进行检测的电流检测部件的分流电阻、作为用于对温度进行检测的温度检测部件的热敏电阻等(未图示)。
封装树脂9由例如在环氧树脂中作为填充材料填充二氧化硅或氧化铝而得到的物质构成。作为二氧化硅，可以使用熔融二氧化硅或晶体二氧化硅，既可以是单体的二氧化硅，也可以将多种二氧化硅、例如熔融二氧化硅以及晶体二氧化硅这两者混合而进行填充。在例如以使封装树脂9的线膨胀系数更小的方式进行调整的情况下，有效的是填充线膨胀系数小的熔融二氧化硅。另外，相反在以使封装树脂9的线膨胀系数更大的方式进行调整的情况下，有效的是减少二氧化硅的填充量本身，或者几乎不改变二氧化硅的填充量本身而是将熔融二氧化硅的一部分置换成晶体二氧化硅。有可能由于封装树脂内的二氧化硅的填充量变少而无法获得封装树脂9的阻燃性，但通过几乎不改变二氧化硅的填充量本身而是将熔融二氧化硅的一部分置换为晶体二氧化硅，由此能够抑制封装树脂9的阻燃性降低。
导线11是能够实现例如相邻的1对半导体元件7彼此间、或者半导体元件7与引线框5之间的电连接的由铝或金等构成的细线。但是，上述电连接并不是一定需要通过导线11的键合工序而实现，例如也可以设为下述结构，即，通过称为直接引线(Direct lead)的与引线框5同样的金属板和焊料等而将半导体元件7之间、或者半导体元件7和引线框5电接合。
图2将本实施方式的半导体装置100的一部分放大表示。参照图2，绝缘层3内的无机粉末填料至少以单体的形式包含氮化硼，例如成为将鳞片形状的氮化硼的填料和与其形状不同的氮化硼的填料混合的形式。或者，绝缘层3内的无机粉末填料成为将鳞片形状的氮化硼和其他材质的填料混合的形式。具体而言，在绝缘层3内包含由许多微细的填料凝聚而形成的凝聚填料31(第2填料)和呈细长的鳞片状的鳞片状填料32(第1填料)。或者，第2填料例如由二氧化硅或氧化铝等构成，也可以是投影近似于球形的球状填料而并非由多个填料凝聚而成，并不限定于凝聚填料。以下，记载的是第2填料为氮化硼的凝聚填料。但是，关于以下的凝聚填料31的记载中的例如尺寸以及填充比例等能够与球状填料同样地解释的内容，基本上对于球状填料来说也是相同的。
另外，虽然未图示，但凝聚填料31是由许多鳞片状填料32凝聚而形成的。即，在这里，分别为鳞片状填料32是指未凝聚的鳞片状填料的单体的颗粒，凝聚填料31是指多个鳞片状填料32凝聚而成为单个的大颗粒后的填料。具体而言，鳞片状填料32呈细长的形状，沿其细长地延长的方向的尺寸、即鳞片状填料32的最大尺寸成为小于或等于20μm。另外，就凝聚填料31的尺寸而言，例如最大尺寸即在其投影中最大的尺寸超过20μm。凝聚填料31的最大尺寸优选小于或等绝缘层3的厚度的一半。例如在绝缘层3的厚度为200μm的情况下，凝聚填料31的最大尺寸成为小于或等于100μm。
此外，凝聚填料31例如也可以形成为由多个作为氮化硼的1次颗粒的鳞片状填料32凝聚而得到的2次颗粒。将上述凝聚填料31和鳞片状填料32组合而作为无机粉末填料33存在。通过由该凝聚填料31以及鳞片状填料32构成的无机粉末填料33、以将其周围填埋的方式存在的树脂材料34而构成绝缘层3。
就绝缘层3内的无机粉末填料33而言，表层部的鳞片状填料32的填充比例小于除了表层部以外的区域的鳞片状填料32的填充比例。具体而言，在绝缘层3内，将与其一个主表面3A接近的区域即一个主表面3A侧的区域设为表层部35，将除了该表层部35以外的区域设为表层部外区域36。表层部35是从绝缘层3的一个主表面3A(引线框5的另一个主表面5B)算起的图2上下方向的距离例如为20μm以内的区域，表层部外区域36是绝缘层3中的除了表层部35以外的区域。此时，表层部35的鳞片状填料32的填充比例小于绝缘层3内的除了该表层部35以外的区域即表层部外区域36的鳞片状填料32的填充比例。即，图2的表层部35的未凝聚的单体的鳞片状填料32的填充比例与除此以外的表层部外区域36的未凝聚的单体的鳞片状填料32的填充比例相比少30％以上。此外，上述两区域之间的鳞片状填料32的填充比例的差更优选为50％以上。
此外，该关系也可以仅在绝缘层3中的特别是俯视时与引线框5重叠的区域成立，在该情况下，也可以想做是表层部35仅配置于俯视时与引线框5重叠的区域。另外，该关系也可以在绝缘层3整体成立。
另一方面，就绝缘层3内的无机粉末填料33而言，表层部35的凝聚填料31的填充比例与表层部外区域36等除了表层部35以外的区域的凝聚填料31的填充比例相同。此外，在这里，填充比例相同是指表层部35的凝聚填料31的填充比例与除此以外的表层部外区域36的凝聚填料31的填充比例的差在5％以内。但是，上述两区域之间的凝聚填料31的填充比例的差更优选在3％以内。
在图2中，作为无机粉末填料33仅示出凝聚填料31和鳞片状填料32。但是，除了上述凝聚填料31以及鳞片状填料32以外，为了提高导热率，也可以在无机粉末填料33中混合与它们形状均不同的填料。另外，在图2中，作为无机粉末填料33仅示出凝聚填料31和鳞片状填料32，但实际上也可以是存在由多个鳞片状填料32凝聚而成的形状的填料，分布为该凝聚而成的填料与鳞片状填料32的粒度分布成为如单一正态分布那样的形状。另外，绝缘层3内的无机粉末填料33也可以具有将平均粒径不同即不同的材质的粒度分布混合多个(例如大于或等于3个)而得到的粒度分布。
接下来，在图2中，在金属基座板1的一个主表面1A的至少一部分，虽然不需要有意地形成凹凸部，但也可以有意地设置凹凸部。在以上述方式有意地设置的情况下，该凹凸部的表面粗糙度(RZ)优选大于或等于0.5μm而小于或等于20μm。
另外，在图2中，绝缘层3具有其一个主表面3A与引线框5的另一个主表面5B接触的区域和未与引线框5的另一个主表面5B接触的区域。在前者的与引线框5接触的区域，就绝缘层3的一个主表面3A而言，凝聚填料31的表面与树脂材料34的最外表面形成大致相同的面，成为所谓的共面。与此相对，在后者的未与引线框5接触的区域，与树脂材料34的最外表面相比，凝聚填料31的表面稍微向上方凸起。由此，在绝缘层3的一个主表面3A中的未与引线框5接触的区域(与封装树脂9接触的部分)，由凝聚填料31的表面向上方凸起的区域和除此以外的区域构成的第2凹凸部的表面粗糙度(RZ)大于或等于10μm。以下，此处的表面粗糙度表示RZ。
绝缘层3未与引线框5接触的区域的图中上下方向的厚度t1是在图2的左右方向的各坐标处，如上所述地与树脂材料34的最外表面相比凸起的凝聚填料31的最上表面与金属基座板1的一个主表面1A之间的距离。因此，厚度t1在图2的左右方向的每个坐标处是不同的。与此相对，绝缘层3与引线框5接触的区域的图中上下方向的厚度t2是几乎共面的凝聚填料31或树脂材料34的最外表面与金属基座板1的一个主表面1A之间的距离。在这里，绝缘层3的第2凹凸部所包含的凸部(凝聚填料31的向上方的凸起部)处的绝缘层3的厚度t1(的最大值)大于被金属基座板1与引线框5夹着的区域的绝缘层3的厚度t2。
如上所述，在这里，绝缘层3的主表面3A定义为图2的左右方向上的各位置处的在上下方向上的高度配置于最上侧的位置。即，在上述的凝聚填料31的向上方的凸起部处，将与凝聚填料31的表面重叠的位置设为绝缘层3的一个主表面3A。
接下来，使用图3～图8，对本实施方式的半导体装置100的制造方法进行说明。此外，图3～图8与图2所示的区域大致对应，但有时并不是与图2所示的区域完全一致。
参照图3，首先，准备具有一个主表面1A以及其相反侧的另一个主表面1B的金属基座板1，在一个主表面1A之上形成绝缘层3。在这里，以一个主表面1A和绝缘层3的另一个主表面3B彼此接触的方式进行载置。
就绝缘层3而言，如上述那样在绝缘层3内包含：作为无机粉末填料33的呈接近于球形的形状且最大尺寸超过20μm的凝聚填料31(第2填料)；以及呈细长的鳞片状且比凝聚填料31小的(最大尺寸小于或等于20μm的)鳞片状填料32(第1填料)。绝缘层3除了上述以外还包含树脂材料34，无机粉末填料33相对于绝缘层3整体的填充比例大于或等于20体积％而小于或等于75体积％(更优选大于或等于50体积％而小于或等于75体积％)。
绝缘层3是在金属基座板1之上以半固化状态形成的。作为绝缘层3向金属基座板1之上形成的形成方法，例如也可以使用在金属基座板1的一个主表面1A之上直接涂布绝缘层3的构成物质并使其干燥的方法。或者，也可以使用下述方法，即，在金属基座板1的一个主表面1A之上将绝缘层3的构成物质以片状通过涂装、干燥、冲压等供给之后，一边维持绝缘层3的构成物质的半固化状态一边将绝缘层3的构成物质相对于金属基座板1而压接。
在高密度地填充有无机粉末填料33的情况下，其密度分布成为被大颗粒彼此夹着的间隙的空间由小颗粒填埋的结构，在与绝缘层3的一个主表面3A相邻的区域，成为在作为大颗粒的凝聚填料31与一个主表面3A之间的区域，由作为细颗粒的鳞片状填料32堆满的状态。在图3中，极端地表现出了凝聚填料31与鳞片状填料32的颗粒尺寸的差异，但实际上即使在仅填充有并不具有上述极端的颗粒尺寸差异的1种颗粒的情况下，所填充的填料也必定存在不同颗粒尺寸的分布。因此，形成具有将大尺寸的颗粒和小尺寸的颗粒混合而成的填料分布的绝缘层。即使在该情况下，也容易成为在被该1个种类的颗粒中的大尺寸的粒彼此夹着的间隙堆满小尺寸的颗粒的状态。进一步来说，通过将由多个小的1次颗粒凝聚而形成的2次凝聚粉混入至1次颗粒中，由此，如上述那样在大尺寸的颗粒的间隙堆满小尺寸的颗粒的倾向表现得更显著，接近于图3所示的状态。另外，基本上在图3的状态下，在绝缘层3内的各区域，凝聚填料31和鳞片状填料32各自在区域之间其分布不会存在大的梯度，是大致均匀地分布的。
参照图4，接下来，将在绝缘层3的与一个主表面3A相邻的区域配置的鳞片状填料32去除，其中，该主表面3A是绝缘层3的与金属基座板1接触侧的主表面3B的相反侧的主表面。即，通过表面处理，将绝缘层3的离一个主表面3A近的区域的鳞片状填料32以及树脂材料34去除。具体而言，在表面处理中，例如通过适当选择蚀刻处理、等离子处理或离子铣削处理等，将绝缘层3的与一个主表面3A接近的区域的鳞片状填料32以及树脂材料34去除。在这里，与一个主表面3A接近的区域是指，从一个主表面3A算起在图4上下方向的深度为20μm以内的区域，但不限于此。
即，将从一个主表面3A算起的深度为20μm以内的区域处的鳞片状填料32以及树脂材料34去除。另一方面，在该工序中，颗粒的尺寸大的凝聚填料31没有被去除，因此，就凝聚填料31而言，在与主表面3A接近的区域以及远离主表面3A的区域这两者成为相同的填充比例。
另外，由于通过表面处理如上述那样将鳞片状填料32以及树脂材料34去除，因此成为在一个主表面3A侧，与树脂材料34的最外表面相比，凝聚填料31的表面稍微向上方凸起的状态。因此，通过上述的定义，混杂有该向上方凸起的凝聚填料31的表面成为绝缘层3的一个主表面3A的区域和树脂材料34的最外表面成为绝缘层3的一个主表面3A的区域，在不与引线框5接触的区域，绝缘层3的厚度t1没有成为恒定值。
参照图5，在图4中的鳞片状填料32的去除工序之后，在绝缘层3的凝聚填料31大量地露出的一个主表面3A之上设置引线框5。在这里，设置为引线框5的另一个主表面5B与绝缘层3接触。在该时刻，在图4中的通过表面处理而去除了鳞片状填料32以及树脂材料34的区域形成间隙GP。参照图6，在引线框5的一个主表面5A之上预先例如通过焊料或银接合半导体元件7，半导体元件7之上的电极等也可以通过导线11而与其他电极部等进行配线。或者，也可以在向绝缘层3之上设置引线框5之后，在引线框5的一个主表面5A之上接合半导体元件7。
参照图7，准备传递模塑用的模具40。模具40具有上侧模具41和下侧模具42，在上侧模具41与下侧模具42之间形成有空腔43。在空腔43内设置将金属基座板1、绝缘层3、引线框5以及半导体元件7层叠而成的结构。使用的是下述模具40，该模具40构成为，引线框5的一部分能够配置为探出至空腔43的外侧，并且能够以使金属基座板1的另一个主表面1B露出的方式将金属基座板1等设置在空腔43内。另外，金属基座板1有可能无法充分地被加热，因此优选的是，在向空腔43内设置金属基座板1等的层叠结构之前，另行预先使用未图示的预热板等，将金属基座板1预加热至与成型模具温度接近的温度。
然后，向空腔43内供给封装树脂，由此通过传递模塑法对金属基座板1、绝缘层3、引线框5以及半导体元件7进行封装。具体而言，将模具40合模以使得上侧模具41与下侧模具42啮合。此时，在穿过空腔43内的圆筒内插入柱塞44。在圆筒内的被柱塞44与空腔43夹着的区域插入作为封装树脂的封装材料片45。封装材料片45是封装树脂即封装用的树脂状部件成为固体状的物质，是在固化前的热固性树脂中填充了填料的固体树脂。
柱塞44以向圆筒内的上方移动的方式逐渐被压入。由此，柱塞44的正上方的封装材料片45被加压，一边增加流动性一边逐渐地被引导至与圆筒内连续的空腔43内。因此，增加了流动性的封装材料片45即封装树脂被注入至空腔43内。该封装树脂在空腔43内由于温度条件而进行热固化，成为图1以及图2所示的封装树脂9。即，通过封装材料片45的供给，形成固化后的封装树脂9。此时的模具40的温度例如为180℃，树脂成型压力约为10MPa。如上所述，在传递模塑工序中，向模具40的空腔43内供给封装树脂(增加了流动性的封装材料片45)而进行封装，与此同时，由该封装树脂(增加了流动性的封装材料片45)带来的成型压力被施加于在空腔43内设置的绝缘层3等部件。
就绝缘层3而言，在先前的图4的表面处理中，一个主表面3A侧的鳞片状填料32以及树脂材料34被局部地去除。如果在以上述方式进行了表面处理的一个主表面3A之上设置引线框5等，从其上方利用封装树脂进行成型处理，则封装树脂的约10MPa的成型压力将引线框5向下方推压。由此，引线框5正下方的绝缘层3的凝聚填料31承受压力，以与引线框5的另一个主表面5B紧密贴合的方式受到推压，其中，该凝聚填料31构成一个主表面3A的凹凸形状。另外，由于上述的封装树脂的成型压力，绝缘层3所包含的树脂材料34以向构成一个主表面3A的凹凸形状的多个凝聚填料31的间隙、即在上述的图4的工序中去除了鳞片状填料32以及树脂材料34的图5的间隙GP扩展的程度流动。由此，绝缘层3内的一个主表面3A侧、即与引线框5相邻的区域的间隙GP被树脂材料34填埋，该新填埋的树脂材料34将绝缘层3与引线框5彼此紧密贴合地进行粘接。
参照图8，如上所述在传递模塑工序中，通过树脂材料34的流动而使绝缘层3与引线框5粘接，由此成为仅与它们的粘接面相邻的表层部35处鳞片状填料32少的状态。这是由于，在先前的工序中，通过表面处理，局部地去除鳞片状填料32，在绝缘层3中残留的树脂材料34等以将该被去除的部分的树脂材料34填埋的方式进行流动。但是，就凝聚填料31而言，在与一个主表面3A接近的区域的表面处理中被去除得少，且在之后的封装工序中其分布由于流动而变动的程度也小。因此，绝缘层3与引线框5粘接后的(例如已完成的半导体装置100的)表层部35的凝聚填料31的填充比例与表层部外区域36等除了表层部35以外的区域的凝聚填料31的填充比例为相同程度。
另外，如图8以及图2所示，绝缘层3的第2凹凸部所包含的凸部(凝聚填料31的向上方的凸起部)处的绝缘层3的厚度大于被金属基座板1与引线框5夹着的区域的绝缘层3的厚度。
其理由如下。在图4的表面处理后，处于凝聚填料31向一个主表面3A侧即上方凸起，一个主表面3A变粗糙的状态。但是，通过进行图5的将引线框5向其上推压的工序以及图7的传递模塑工序，从而与引线框5接触的一个主表面3A由于无机粉末填料33以及树脂材料34的流动，以与引线框5的另一个主表面5B的平坦形状相匹配的方式变得平坦。但是，一个主表面3A中的不与引线框5接触的区域在传递模塑工序中一边被封装树脂按压一边被其覆盖。使封装材料片45增加流动性而得到的封装树脂在传递模塑工序中，在成型处理中变成液态，对绝缘层3的由向上方凸起的凝聚填料31形成的一个主表面3A的凹凸形状各向同性地施加静液压。因此，在由封装树脂将一个主表面3A覆盖的区域，不产生使一个主表面3A的凹凸形状变平坦的力，所以即使有流动性的封装树脂被固化而变成图1等所示的封装树脂9，在该区域，一个主表面3A的凹凸形状也原样得以维持。由此，与引线框5接触的一个主表面3A变得平坦，厚度变薄，但不与引线框5接触的一个主表面3A保持凹凸形状，厚度没有变薄。其结果，如图8所示，与固化后的封装树脂9直接接触地被封装树脂9覆盖的绝缘层3的区域的凸部的厚度t1(参照图2)大于与引线框5接触的区域的绝缘层3的厚度t2(图2参照)。
如上所述，由于被主表面5A、5B平坦的引线框5压紧，因此预先通过图4的表面处理而变粗糙的绝缘层3的一个主表面3A如上所述成为t1(参照图2)大于t2(参照图2)的结构。
另外，绝缘层3如上所述在通过传递模塑法进行封装前为半固化状态，但在封装工序中，受到来自模具40的热量和来自液态的封装树脂的成型压力，在进行热固化的同时，与引线框5彼此粘接。此时，绝缘层3所包含的树脂材料34也通过来自模具40的加热温度而熔融，因此，相对于引线框5的例如另一个主表面5B，树脂材料34整体地进行浸润扩展，由此能够使引线框5与绝缘层3的粘接状态良好。
如上所述，在进行粘接时，绝缘层3所包含的树脂材料34等在与引线框5和绝缘层3的粘接面相邻的区域流动。由此，以如图8所示使绝缘层3的厚度在与封装树脂9接触的部分和与引线框5粘接的部分不同的方式将引线框5和绝缘层3接合。
参照图1以及图2，通过传递模塑法进行封装树脂9的封装、成型之后，将其从模具40取出。然后，也可以根据需要通过烤炉等追加进行固化。由此，即使在仅借助于成型时的加热，封装树脂9以及绝缘层3的固化不充分的情况下，也能够可靠地使它们固化。
通过上述方式，形成图1以及图2所示的形态的半导体装置100。此外，就半导体装置100的完成品而言，在通过传递模塑法进行的封装工序之后从模具40取出成型品时，进行从称为浇口的树脂注入口将成型树脂折断而分割的处理，在取出的成型品残留浇口的痕迹。通过对该浇口的痕迹的有无进行确认，能够判断该半导体装置100是否是通过传递模塑法进行树脂封装的。
接下来，对本实施方式的作用效果进行说明。
在本实施方式中，在绝缘层3内，作为无机粉末填料33包含大的凝聚填料31和最大尺寸小于或等于20μm的鳞片状填料32，表层部35的鳞片状填料32与表层部外区域36的鳞片状填料32相比填充比例小。因此，能够提高表层部35的绝缘层3的一个主表面3A与引线框5的粘接强度。其第1理由是，由于鳞片状填料32是无机粉末，因此对于与引线框5的粘接性没有作出贡献。另外，其第2理由是，由于在与引线框5接近的表层部35侧，与鳞片状填料32的比例变少相应地绝缘层3所包含的树脂材料34的比例增加，该树脂材料34是能够与引线框5良好粘接的材质。
上述结构能够通过进行基于传递模塑法的封装树脂9的封装而实现。即，在传递模塑工序中，与通过在模具40内的成型进行的封装同时地，供给至空腔43的增加了流动性的封装材料片45(固化后的封装树脂9)对绝缘层3等施加成型压力。利用该成型压力而使未固化的绝缘层3的树脂材料34等向表层部35侧流动，以将去除了鳞片状填料32的区域、即图5的间隙GP填埋的方式配置树脂材料34。由此，在表层部35，树脂材料34的比例大于表层部外区域36，能够使树脂材料34与引线框5良好地粘接。因此，实现了绝缘层3与引线框5之间的粘接固化。
另一方面，关于凝聚填料31，在表层部35与表层部外区域36之间其填充比例没有大的差异。因此，即使鳞片状填料32的比例在表层部35处变少，也由于凝聚填料31在表层部35与表层部外区域36这两者以充分的密度填充，由此能够获得绝缘层3整体的导热性不会降低、可靠性高的半导体装置100。上述的高导热性是通过下述方式实现的，即，以大于或等于绝缘层3整体的20体积％而小于或等于75体积％、更优选大于或等于50体积％而小于或等于75体积％的比例填充无机粉末填料33。
特别是，凝聚填料31对绝缘层3的导热性作出显著贡献。在图2等中将凝聚填料31作为接近于球状的一个块而图示出，但实际上凝聚填料31的形状不限于接近于球状的形状，是各种各样的形状，并且假如要将其详细图示，则是通过无数非常细小的填料的聚集而形成。由于凝聚填料31通过无数非常细小的填料的聚集而形成，因此该凝聚的填料的填充数量变多，在该凝聚填料31的部分，细小的填料的密度变得非常高。因此，能够有效地提高绝缘层3的导热率。
接下来，如上述那样，也可以不在一个主表面1A有意地形成上述凹凸部。但是，在本实施方式的半导体装置100中，也可以在金属基座板1的一个主表面1A形成具有大于或等于0.5μm而小于或等于20μm的表面粗糙度(RZ)的凹凸部。没有与引线框5粘接的绝缘层3的主表面3A在传递模塑工序中，承受来自封装树脂的压力而略有流动，但在完成品中，是在以某种程度维持了表面处理后的形状的形态下与封装树脂9粘接。因此，如果在金属基座板1的一个主表面1A形成凝聚填料31向上方凸起而产生的凹凸部，则与未形成凹凸部的情况相比，一个主表面1A的表面积变大。因此，在通过传递模塑法进行的封装工序中，能够使金属基座板1的一个主表面1A与绝缘层3的另一个主表面3B高密度地粘接，而无需过度地提高成型压力。
另外，如果在金属基座板1的一个主表面1A形成凹凸部，则与未形成该凹凸部的情况相比，能够加长引线框5与金属基座板1之间的绝缘层3的沿面距离，因此能够更可靠地确保引线框5与金属基座板1之间的绝缘性。
另外，在本实施方式的半导体装置100中，在绝缘层3的一个主表面3A中的与封装树脂9接触的部分设置有表面粗糙度(RZ)大于或等于10μm的第2凹凸部。由此，能够提高封装树脂9与绝缘层3的粘接力。另外，在本实施方式的工艺方面，在绝缘层3之上粘接引线框5之前，通常对于一个主表面3A的与引线框5粘接的部分，也与一个主表面3A的被封装树脂9覆盖的部分同样地，形成表面粗糙度(RZ)大于或等于10μm的第2凹凸部。因此，还能够提高绝缘层3与引线框5的粘接力。并且，通过设为使绝缘层3的一个主表面3A变得粗糙的形状，从而在传递模塑工序中，当在一个主表面3A之上覆盖引线框5时，能够容易地将被预热的绝缘层3内的挥发成分的气体排出至绝缘层3的外部。
另外，在本实施方式中，如图2所示，绝缘层3的第2凹凸部所包含的凸部(凝聚填料31的向上方的凸起部)处的绝缘层3的厚度t1大于被金属基座板1与引线框5夹着的区域的绝缘层3的厚度t2。如上所述，通过使t1大于t2，由此引线框5通过封装树脂的成型压力而使绝缘层3的第2凹凸部的凸部被压垮，引线框5的厚度稍微变薄，因此确保了引线框5与绝缘层3的粘接可靠性。
无机粉末填料33至少包含氮化硼，由此能够进一步提高包含无机粉末填料33的绝缘层3的导热性。
实施例1
对实施方式1的半导体装置100进行试制，以下示出作为绝缘层3的散热性的导热率、绝缘层3与引线框5的粘接性、绝缘层3的绝缘性等的调查结果。
首先，作为图1以及图2所示的实施方式1的半导体装置100的一个例子而试制了样品A1－1。就样品A1－1而言，金属基座板1为铝制，其一个主表面1A在俯视观察时具有50mm×70mm的矩形状，厚度为10mm。在一个主表面1A之上设置的绝缘层3为在环氧树脂中填充了30体积％的氮化硼的无机粉末填料33。无机粉末填料33是将凝聚填料31和鳞片状填料32混合而成的。绝缘层3在俯视观察时具有49mm×69mm的矩形状，厚度为0.2mm。绝缘层3配置为在与一个主表面1A的各端部相距0.5mm的位置具有各端部。如实施方式1中说明的那样，在绝缘层3的与一个主表面3A接近的区域进行表面处理，将最大尺寸小于或等于20μm的鳞片状填料32以及树脂材料34去除，由此，对该一个主表面3A进行粗糙化加工，以使该主表面3A具有微细的凹凸部。
样品A1－1在以下的条件下进行了传递模塑工序。首先，以使金属基座板1的另一个主表面1B与被设定为180℃的预热板接触的方式进行载置，对金属基座板1进行了60秒预热。然后，就预热后的金属基座板1而言，向被设定为180℃的模具40的空腔43内(参照图7)设置金属基座板1以及绝缘层3的层叠结构，在其之上设置预先搭载有半导体元件7以及导线11的引线框5。然后，通过传递模塑法将180℃的被流动化的封装材料片45、即封装树脂以10MPa的成型压力注入至空腔43内，通过加热加压使封装树脂固化而成为封装树脂9。另外，与此同时，绝缘层3等被固化。在将绝缘层3等的层叠结构从成型用的模具40取出之后，在设定为180℃的烤炉内实施5小时的后续固化。
对以上述方式形成的样品A1－1的调查结果如下。绝缘层3的导热率约为1.5W/(m·K)，示出了良好的值。此外，这里的导热率在加热固化前后几乎没有变化，因此，在这里，以下示出的全部是加热固化后的样品的导热率。另外，对传递模塑工序后的绝缘层3与引线框5的粘接状态通过超声波探伤装置进行检查，其结果，确认到两者之间没有剥离，并且即使对该样品A1－1进行温度循环试验(从－40℃至125℃)，在两者之间也未由此产生剥离。并且，确认到传递模塑工序后的绝缘层3的绝缘耐压大于或等于6kV，具有充分的绝缘性。
接着，作为图1以及图2所示的实施方式1的半导体装置100的与样品A1－1不同的其他例子而试制了样品A1－2。与样品A1－1相比，样品A1－2的不同点是绝缘层3中的氮化硼的无机粉末填料33的填充率为60体积％，但除此以外，结构、制法均与样品A1－1相同，因此不重复其说明。
关于样品A1－2的调查结果，绝缘层3的导热率约为12W/(m·K)，示出了良好的值。另外，其他调查结果均与样品A1－1相同。
接着，作为图1以及图2所示的实施方式1的半导体装置100的第1对比例而试制了样品B1－1。与样品A1－1相比，样品B1－1的不同点是绝缘层3中的氮化硼的无机粉末填料33的填充率为10体积％，但除此以外，结构、制法均与样品A1－1相同，因此不重复其说明。
关于样品B1－1的调查结果，确认到绝缘层3的导热率约为0.5W/(m·K)，其散热性不充分。另外，在该情况下，还确认到通过使用该样品，半导体元件7的温度提高至大于或等于基准值，因此绝缘层3的绝缘性不充分。
接着，作为图1以及图2所示的实施方式1的半导体装置100的第2对比例而试制了样品B1－2。与样品A1－2相比，样品B1－2的不同点是未进行将绝缘层3的一个主表面3A侧的区域的鳞片状填料32去除的表面处理。除此以外，结构、制法均与样品A1－1相同，因此不重复其说明。
关于样品B1－2的调查结果，绝缘层3的导热率约为12W/(m·K)，示出了良好的值。但是，对传递模塑工序后的绝缘层3与引线框5的粘接状态通过超声波探伤装置进行检查的结果是，在两者之间确认到剥离。另外，确认到传递模塑工序后的绝缘层3的绝缘耐压为1～2kV左右，其绝缘性不充分。
实施方式2.
图9示出了本实施方式的半导体装置的整体结构。参照图9，本实施方式的半导体装置200基本上具有与实施方式1的半导体装置100相同的结构，因此对相同的要素标注相同的标号，不重复其说明。但是，本实施方式的金属基座板1具有散热用的鳍片，这一点与实施方式1的金属基座板1不同。具体而言，金属基座板1包含金属基座板主体部12和金属基座板鳍片部13。此外，在这里，金属基座板鳍片部13是指形成第1凹凸部的鳍片。
金属基座板主体部12是与实施方式1的金属基座板1同样地具有大致平板形状的部分。金属基座板主体部12优选具有一个主表面1A和与其相对的另一个主表面1B，在与主表面1A、1B交叉的侧面设置有台阶1C。金属基座板鳍片部13是以从金属基座板主体部12的例如下侧的主表面1B(与绝缘层3等相对侧的主表面的相反侧的主表面)沿与金属基座板主体部12的主表面交叉的方向(金属基座板主体部12的厚度方向)的方式朝向与一个主表面1A相反侧即图9的下侧延伸的细长形状的部件。金属基座板鳍片部13与金属基座板主体部12是一体的，金属基座板鳍片部13从金属基座板主体部12的另一个主表面1B之上，在沿另一个主表面1B的方向上相互隔开间隔而形成有多个。与没有使金属基座板鳍片部13向图的下方延伸，不存在该金属基座板鳍片部13的情况相比，金属基座板1整体的表面积变大，提高了散热性。形成有金属基座板鳍片部13的部分相对于与其相邻的未形成金属基座板鳍片部13的另一个主表面1B的部分而向下方凸起。因此，形成有金属基座板鳍片部13的部分和与其相邻的未形成金属基座板鳍片部13的另一个主表面1B的部分构成凹凸面。
在图9的半导体装置200中，也与实施方式1同样地，金属基座板1的厚度t优选大于或等于1mm，更优选大于或等于3mm。此外，这里的金属基座板1的厚度是指，除了金属基座板鳍片部13以外，金属基座板主体部12的除了形成有台阶1C的端部以外的区域的从一个主表面1A至另一个主表面1B为止的距离。
图10示出了图9所示的金属基座板1的变形例。参照图10，本实施方式的金属基座板1也可以在与上述的金属基座板主体部12一体地从该金属基座板主体部12延伸的金属基座板鳍片部13的基础上，还具有后安装于金属基座板主体部12的平板鳍片14。在这一点上，图10的金属基座板1与图9的金属基座板1不同。与金属基座板鳍片部13同样地，平板鳍片14在金属基座板主体部12的沿主表面1A、1B的方向上相互隔开间隔而配置有多个，朝向与主表面1A、1B交叉的图的下方延伸。
平板鳍片14为平板形状的细长部件，例如优选由散热性高的铝形成。平板鳍片14优选例如通过铆接加工从金属基座板主体部12的另一个主表面12B与金属基座板主体部12接合。通过该加工，平板鳍片14以其一部分埋入至金属基座板主体部12内的方式与金属基座板主体部12接合。
平板鳍片14例如如图10所示，优选以与原本同金属基座板主体部12一体地形成的多个金属基座板鳍片部13相邻的方式接合多个，但不限于上述方案。作为一个例子，在图10中，以将金属基座板鳍片部13从沿主表面1A、1B的方向即左右两侧夹持的方式安装有平板鳍片14。另外，如图10所示，也可以在金属基座板主体部12的另一个主表面12B之上的一部分的区域形成凹部15。
此外，虽然在图10中未示出，但基本上金属基座板主体部12的下侧的主表面12B(包含凹部15)、金属基座板鳍片部13以及平板鳍片14(未埋入至金属基座板主体部12内的部分)的表面没有被封装树脂9覆盖而是露出的。
接下来，对本实施方式的作用效果进行说明。
如本实施方式的半导体装置200那样，金属基座板1既可以是形成有金属基座板鳍片部13的结构，也可以是还接合有平板鳍片14的结构。如果以上述方式设置，则与不具有它们的情况相比，能够进一步提高金属基座板1的散热性。
例如在如实施方式1那样是具有仅由平板形状的部件构成的金属基座板1的半导体装置100的情况下，金属基座板1中的从封装树脂9露出的表面是平坦的，因此在通过传递模塑法进行的树脂成型前的预热工序、以及通过传递模塑法进行的树脂封装工序中，能够相对于平坦的预热板以及平坦的模具40(参照图7)，载置平坦的金属基座板1，从而简单地进行上述各工序。但是，在本实施方式中，朝向金属基座板1的下侧而凸起状地延伸出多个金属基座板鳍片部13等。如果将其载置于平板状的模具40内以及平板状的预热板等，则多个金属基座板鳍片部13的前端部与上述平板状的部件接触，但其接触的程度在多个金属基座板鳍片部13之间并不是一样的，有时产生波动。因此，从预热板经由金属基座板1向绝缘层3等传热的传热形态会产生波动等问题，来自绝缘层3的挥发气体的排出有可能变得不充分。另外，在本实施方式中，如果进行使用了平坦的模具40的树脂成型，则根据多个金属基座板鳍片部13之间的尺寸的波动，封装树脂9有可能覆盖至原本应从封装树脂9露出的金属基座板主体部12以及金属基座板鳍片部13的表面的部分。
从抑制上述问题的方面考虑，优选设置为使应被封装树脂9覆盖的区域不与模具40接触，使不应被封装树脂9覆盖的区域的外周部的平坦的面与模具40接触而被其进行密封。此时，如果将封装树脂9的成型压力例如较高地设定至20MPa左右，则通过施加该高压力，从而模具40有可能会引起使金属基座板1以被封装树脂9密封的部分作为起点而翘曲的问题。因此，在具有金属基座板鳍片部13的半导体装置200中，在传递模塑工序中，需要将成型压力较低地设为小于或等于15MPa左右。但是，即使在以上述方式降低了成型压力的情况下，在本实施方式中，由于使用与实施方式1同样的去除了表层部35的鳞片状填料32后的绝缘层3，因此能够确保绝缘层3与引线框5之间的充分的粘接强度。
实施例2
对实施方式2的半导体装置200进行试制，以下示出作为绝缘层3的散热性的导热率、绝缘层3与引线框5的粘接性、绝缘层3的绝缘性等的调查结果。
首先，作为图9所示的实施方式2的半导体装置200的一个例子而试制了样品A2－1。与样品A1－1相比，样品A2－1在以下的各点不同。金属基座板1如图9所示，具有金属基座板主体部12以及金属基座板鳍片部13，是通过锻造而形成的。通过金属基座板主体部12的另一个主表面1B和金属基座板鳍片部13而形成凹凸面。该金属基座板1是通过从厚度为10mm的具有主表面1A、1B的板的另一个主表面1B形成凹凸面而加工出的，金属基座板鳍片部13以相对于金属基座板主体部12而成为4mm的台阶的方式形成。因此，金属基座板1的厚度、即金属基座板主体部12的厚度成为6mm。另外，绝缘层3中的氮化硼的无机粉末填料33的填充比例为60体积％。
样品A2－1在以下的条件下进行了传递模塑工序。首先，以使由金属基座板1的上述4mm的台阶形成的金属基座板鳍片部13的前端部与设定为180℃的预热板接触的方式进行设置，对金属基座板1进行了90秒预热。接着，在向传递模塑工序用的模具40设置金属基座板1等时，设置为使上述的凹凸面不被封装树脂9覆盖，将该不应被覆盖的部分的平坦的外周部通过模具40的一部分进行密封。传递模塑工序的条件与样品A1－1相同。
除了以上点之外，样品A2－1的结构、制法均与样品A1－1相同，因此不重复其说明。
关于样品A2－1的调查结果，绝缘层3的导热率约为12W/(m·K)，示出了良好的值。另外，对传递模塑工序后的绝缘层3与引线框5的粘接状态通过超声波探伤装置进行检查，其结果，确认到两者之间没有剥离，并且即使对该样品A2－1进行温度循环试验(从－40℃至125℃)，在两者之间也未由此产生剥离。并且，确认到传递模塑工序后的绝缘层3的绝缘耐压大于或等于6kV，具有充分的绝缘性。
接着，作为图9所示的实施方式2的半导体装置200的第1对比例而试制了样品B2－1。与样品A2－1相比，样品B2－1的不同点是未进行将绝缘层3的一个主表面3A侧的区域的鳞片状填料32去除的表面处理。除此以外，结构、制法均与样品A2－1相同，因此不重复其说明。
关于样品B2－1的调查结果，绝缘层3的导热率约为12W/(m·K)，示出了良好的值。但是，对传递模塑工序后的绝缘层3与引线框5的粘接状态通过超声波探伤装置进行检查的结果是，在两者之间确认到剥离。另外，确认到传递模塑工序后的绝缘层3的绝缘耐压为1～2kV左右，其绝缘性不充分。
接着，作为图9所示的实施方式2的半导体装置200的第2对比例而试制了样品B2－2。样品B2－2与作为第1对比例的样品B2－1的不同点是，传递模塑工序中的封装树脂9向空腔43内供给时的成型压力为20MPa，以比其他样品大的压力形成。但是，除此以外，结构、制法均与样品B2－1相同，因此不重复其说明。
样品B2－2的绝缘层3的导热率约为12W/(m·K)，示出了良好的值。但是，对传递模塑工序后的绝缘层3与引线框5的粘接状态通过超声波探伤装置进行检查的结果是，在两者之间确认到剥离。另外，确认到传递模塑工序后的绝缘层3的绝缘耐压为1～2kV左右，其绝缘性不充分。进一步确认了成型后的金属基座板1的形状，结果确认到金属基座板1以与模具40接触而被密封的部分作为起点翘曲变形。
实施方式3.
图11示出了本实施方式的半导体装置的整体结构。参照图11，本实施方式的半导体装置300基本上具有与实施方式1的半导体装置100相同的结构，因此对相同的要素标注相同的标号，不重复其说明。但是，本实施方式的半导体装置300还具有控制基板20，这一点与实施方式1、2的半导体装置100、200不同。
控制基板20以沿引线框5的一个主表面5A、绝缘层3的一个主表面3A以及金属基座板1的一个主表面1A的方式扩展，与引线框5相互隔开间隔而配置于其上方、即与绝缘层3等的相反侧。控制基板20是将具有一个主表面20A和与其相对的另一个主表面20B的例如平板形状的控制基板主体部21作为底座的部件。在控制基板主体部21的一个主表面20A之上安装有电子部件22以及焊盘电极等。此外，也可以是，在控制基板20的另一个主表面20B之上也安装有电子部件22以及焊盘电极等。控制基板20与绝缘层3等同样地，通过封装树脂9进行封装。
控制基板主体部21例如为玻璃环氧基板。虽然未图示，但控制基板20和引线框5在封装树脂9内通过铝制的导线等进行电连接。
此外，在图11的半导体装置300中，使用与实施方式2同样的具有金属基座板鳍片部13的金属基座板1，但在本实施方式中，也可以使用与实施方式1相同的整体平坦的金属基座板1。
接下来，对本实施方式的作用效果进行说明。
在本实施方式中，以由封装树脂9覆盖于控制基板主体部21的一个主表面20A以及另一个主表面20B之上的方式进行通过传递模塑法实现的封装树脂9的供给。在该情况下，有可能带来下述问题，即，因封装树脂9的成型压力而使控制基板20翘曲、或者搭载于该控制基板20的电子部件22破损。因此，就具有控制基板20的半导体装置300而言，在传递模塑工序中，需要将成型压力较低地设为小于或等于15MPa左右。但是，即使在以上述方式降低了成型压力的情况下，在本实施方式中，由于使用与实施方式1同样的去除了表层部35的鳞片状填料32后的绝缘层3，因此也能够确保绝缘层3与引线框5之间的充分的粘接强度。
实施例3
对实施方式3的半导体装置300进行试制，以下示出作为绝缘层3的散热性的导热率、绝缘层3与引线框5的粘接性、绝缘层3的绝缘性等的调查结果。
首先，作为图11所示的实施方式3的半导体装置300的一个例子而试制了样品A3－1。与样品A2－1相比，样品A3－1在以下点不同。在由预热板进行的金属基座板1的预热后，在传递模塑工序用的模具40设置了金属基座板1等。此时，在金属基座板1以及绝缘层3的层叠结构、搭载有半导体元件7以及导线11的引线框5的基础上，将控制基板20设置为成为图11所示的配置。控制基板20构成为，在作为玻璃环氧基板的控制基板主体部21的一个主表面20A以及另一个主表面20B之上安装有电子部件22等。该电子部件22等通过导线11等与引线框5电连接。并且，在绝缘层3等的层叠结构的基础上，将控制基板20通过传递模塑法进行了树脂封装。
除了以上点以外，样品A3－1的结构、制法均与样品A2－1相同，因此不重复其说明。
关于样品A3－1的调查结果，绝缘层3的导热率约为12W/(m·K)，示出了良好的值。另外，对传递模塑工序后的绝缘层3与引线框5的粘接状态通过超声波探伤装置进行检查，其结果，确认到在两者之间没有剥离，并且即使对该样品A2－1进行温度循环试验(从－40℃至125℃)，在两者之间也未由此产生剥离。并且，确认到传递模塑工序后的绝缘层3的绝缘耐压大于或等于6kV，具有充分的绝缘性，并且在控制基板20的动作中没有问题。
接着，作为图11所示的实施方式3的半导体装置300的第1对比例而试制了样品B3－1。与样品A3－1相比，样品B3－1的不同点是未进行将绝缘层3的一个主表面3A侧的区域的鳞片状填料32去除的表面处理。除此以外，结构、制法均与样品A3－1相同，因此不重复其说明。
关于样品B3－1的调查结果，绝缘层3的导热率约为12W/(m·K)，示出了良好的值。但是，对传递模塑工序后的绝缘层3与引线框5的粘接状态通过超声波探伤装置进行检查的结果是，在两者之间确认到剥离。另外，确认到传递模塑工序后的绝缘层3的绝缘耐压为1～2kV左右，其绝缘性不充分。
接着，作为图11所示的实施方式3的半导体装置300的第2对比例而试制了样品B3－2。样品B3－2与作为第1对比例的样品B3－1的不同点是，传递模塑工序中的封装树脂9向空腔43内供给时的成型压力为20MPa，以比其他样品大的压力形成。但是，除此以外，结构、制法均与样品B3－1相同，因此不重复其说明。
就样品B3－2而言，绝缘层3的导热率约为12W/(m·K)，示出了良好的值。但是，对传递模塑工序后的绝缘层3与引线框5的粘接状态通过超声波探伤装置进行检查的结果是，在两者之间确认到剥离。另外，确认到传递模塑工序后的绝缘层3的绝缘耐压为1～2kV左右，其绝缘性不充分。进一步确认了成型后的金属基座板1的形状，结果确认到金属基座板1以与模具40接触而被密封的部分作为起点翘曲变形。另外，实施了控制基板20的动作试验，其结果，发生了动作不良。因此，通过观察控制基板20的剖面，从而确认到产生了控制基板20的主表面20A、20B以约1mm翘曲这一问题。
以下的表1汇总了以上的实施例1、实施例2以及实施例3的各样品的条件以及结果。
[表1]
Figure GDA0001701533280000301
也可以将上述的各实施方式(所包含的各个例子)中记载的特征，在技术上不矛盾的范围适当地进行组合来应用。
应当认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示，并不是限制性的内容。本发明的范围并不是由上述的说明，而是由权利要求书示出的，意在包含与权利要求书等同的含义及范围内的全部变更。
标号的说明
1金属基座板，1A、3A、5A、20A一个主表面，1B、3B、5B、20B另一个主表面，1C、5C台阶，3绝缘层，5引线框，7半导体元件，9封装树脂，11导线，12金属基座板主体部，13金属基座板鳍片部，14平板鳍片，15凹部，20控制基板，21控制基板主体部，22电子部件，31球状填料，32鳞片状填料，33无机粉末填料，34树脂材料，35表层部，36表层部外区域，40模具，41上侧模具，42下侧模具，43空腔，51电路图案部，52端子部，100、200、300半导体装置，GP间隙。

Claims (8)

1.一种半导体装置，其具有：
金属基座板；
绝缘层，其配置于所述金属基座板的一个主表面之上，该绝缘层包含树脂材料；
引线框，其配置于所述绝缘层的一个主表面之上；
半导体元件，其配置于所述引线框的一个主表面之上；以及
封装树脂，其以将所述金属基座板的与所述一个主表面相反侧的另一个主表面露出的方式对所述金属基座板、所述绝缘层、所述引线框以及所述半导体元件进行封装，
在所述绝缘层中填充有大于或等于20体积％而小于或等于75体积％的无机粉末填料，
在所述绝缘层内，作为所述无机粉末填料，包含最大尺寸小于或等于20μm的第1填料和由多个所述第1填料凝聚而成的多个第2填料，
所述绝缘层内的所述绝缘层的所述一个主表面侧的表层部处的所述第1填料的填充比例小于所述绝缘层内的除了所述表层部以外的区域的所述第1填料的填充比例，
在所述绝缘层的所述一个主表面，在与所述封装树脂接触的部分，所述第2填料的表面从所述树脂材料的表面向上方凸起，在与所述引线框接触的部分，多个所述第2填料之间的间隙被所述树脂材料填充。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
在所述金属基座板的所述另一个主表面之上设置有形成第1凹凸部的鳍片。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
还具有控制基板，该控制基板以沿所述引线框的所述一个主表面的方式扩展，配置为与所述引线框相互隔开间隔，
在所述控制基板的一个主表面之上安装有电气部件。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
在所述绝缘层的所述一个主表面中的与所述封装树脂接触的部分设置有第2凹凸部，所述第2凹凸部的表面粗糙度大于或等于10μm。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
所述第2凹凸部所包含的凸部处的所述绝缘层的厚度大于被所述金属基座板与所述引线框夹着的区域的所述绝缘层的厚度。
6.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述无机粉末填料至少包含氮化硼。
7.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述金属基座板的厚度大于或等于1mm。
8.一种半导体装置的制造方法，其具有在金属基座板的一个主表面之上形成绝缘层的工序，该绝缘层以大于或等于20体积％而小于或等于75体积％的比例包含无机粉末填料，且该绝缘层包含树脂材料，所述无机粉末填料包含最大尺寸小于或等于20μm的第1填料和由多个所述第1填料凝聚而成的多个第2填料，
该半导体装置的制造方法还具有下述工序：
将所述绝缘层的在与一个主表面相邻的区域配置的所述第1填料去除的工序，该一个主表面是所述绝缘层的与所述金属基座板接触侧的相反侧的主表面；
在将所述第1填料去除的工序之后，在所述绝缘层的一个主表面之上设置引线框的工序；
在所述引线框的一个主表面之上设置半导体元件的工序；
以将所述金属基座板的与所述一个主表面相对的另一个主表面露出的方式将所述金属基座板、所述绝缘层、所述引线框以及所述半导体元件设置在模具内的工序；以及
向所述模具内供给封装树脂，从而以下述方式将所述金属基座板、所述绝缘层、所述引线框以及所述半导体元件通过传递模塑法进行封装的工序，即，在所述绝缘层的所述一个主表面，在与所述封装树脂接触的部分，所述第2填料的表面从所述树脂材料的表面向上方凸起，在与所述引线框接触的部分，多个所述第2填料之间的间隙被所述树脂材料填充。
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