JP2019012712A - 電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁層と成形樹脂との剥離を防止し、さらに沿面距離を確保して小型化が可能となる電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】表面に金属フレームが載置され、金属フレームが載置されていない表面の領域にはには凹凸部６ａが形成された絶縁層６と、金属フレームの表面に配置されたパワー半導体素子２と、絶縁層６の凹凸部６ａとともにパワー半導体素子２を封止した成形樹脂１３とを備えたことで、絶縁層６と成形樹脂１３との剥離を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法に関し、特にチップ型部品を内部に備え、放熱面に絶縁シートを備えるトランスファーモールド型の電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法に関する。

電力用半導体装置である車載電装品に搭載される車載用パワー半導体装置は、配線がパターニングされた絶縁性の基板上にパワー半導体素子をはんだ付けし、配線部材を接続した物をシリコーンゲルなどで封止したケース型パワー半導体装置や、ダイオードやＭＯＳ―ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体素子をトランスファー成形したディスクリート型のパワー半導体装置等を組み合わせることで製造されてきた。

車載用パワー半導体装置は、その搭載スペースの狭さから、少サイズ化する必要がある。しかしながら、車載用電装品に搭載されるＭＯＳ―ＦＥＴやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子であるパワー半導体素子では、高電圧環境下での動作を行う為、絶縁性と放熱性を確保する為、放熱面に絶縁層と金属放熱体からなる絶縁シートを設ける場合がある。一方、パワー半導体素子は高電圧環境下で動作を行う為、絶縁性を確保する為に、端子間での沿面距離の確保が必要となる。前記絶縁シートを使用したディスクリート型のパワー半導体装置においては、この端子間において絶縁層と成形樹脂が接触する箇所が発生する。この絶縁層と成形樹脂が接触している箇所では、異なる樹脂材料が接触している事により、パワー半導体装置の製造時もしくは使用環境下において応力が発生し、剥離が発生する場合がある。この為、剥離が発生した場合を考慮し、沿面距離を確保するため、端子間の距離を大きくする必要があった。結果として、パワー半導体装置の小型化の阻害要因となっていた。

特許文献１では、金属冷却板と、前記金属冷却板に形成され樹脂成分含まない無機成分からなる絶縁層と、前記絶縁層に樹脂層を介して接着した金属導体板と、前記金属導体板とを接合部材によって接続された半導体素子を備え、金属冷却板に絶縁層を設けることにより絶縁性を確保したまま、半導体素子を実装した金属導体板を樹脂により前記絶縁層と接合する事により半導体装置の放熱時の熱抵抗を低減させることができるパワーモジュールが開示されている。

また、特許文献２では、放熱面側に凹凸が設けられると共にブラスト処理が施された金属フレームと、前記金属フレームと離間して設けられた凹凸が設けられブラスト処理された金属放熱体とを、凹凸面同士を向き合わせた状態で離間して配置し、樹脂により封止することで、金属放熱体と金属フレームの両方に凹凸が存在する事により、金属フレーム及び金属放熱体と成形樹脂層との接着強度を向上させ、結果として放熱性の向上を図ることができる樹脂封止型半導体装置が開示されてる。

特開２０１３−１４５８１４号公報（段落０００６、図１） 特許第２５０７３４３号公報（第２頁右欄第１４行目〜２８行目、第２図）

しかしながら、特許文献１においては、単に金属導体板を樹脂により絶縁層と接合しようとした場合、成形時のモールド樹脂の収縮応力により、金属導体板の端子間で、モールド樹脂と絶縁層が接触している箇所において、剥離が発生するという問題があった。特許文献２においても、更に放熱性能の向上を図る場合、金属フレームと金属放熱体の間を成形樹脂とは異なる放熱性の高い樹脂を使用して成形を行う場合が考えられる。その場合、金属フレームの端子間では異なる樹脂が接触した状態が発生する。このような状況においては、先行文献1の場合と同様に樹脂間で剥離が発生するという問題があった。

さらに、特許文献１および特許文献２では、界面部の剥離は隣接する導体間に必要な電気絶縁距離が維持されなくなることから、必要な絶縁性を維持できず最悪の場合短絡故障を引き起こしてしまうという問題があった。また、パワー半導体素子からモジュール裏面までの放熱経路の中において絶縁層の熱抵抗はパワー半導体素子下の接合部、金属フレームと比較して熱伝導率が桁違いに小さいものになってしまうため、必要な絶縁性を確保しながら可能な限り薄くすることで熱抵抗を小さくし、放熱性を高め、パワー半導体素子のサイズを小さくすることで低コスト化を図りたいという事情がある。絶縁層の厚みを薄くしていくと絶縁層自体の剛性は小さくなり、相対的にモールド樹脂と絶縁層の厚み差は大きくなるため絶縁層自体に加わる応力が大きくなる。最悪の場合、繰り返し熱応力によって絶縁層自体のバルク内にクラックが進展し、必要な絶縁耐量を維持できなくなるという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、絶縁層と成形樹脂との剥離を防止し、さらに沿面距離を確保して小型化が可能となる電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる電力用半導体装置は、表面に金属フレームが載置され、前記金属フレームが載置されていない表面の領域には凹部または凸部が形成された絶縁層と、前記金属フレームの表面に配置された半導体素子と、前記絶縁層の前記凹部または凸部とともに前記半導体素子を封止した成形樹脂とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる電力用半導体装置の製造方法は、金属放熱体の上に塗布された樹脂材料をプレスして、金属フレームが載置されない表面の領域に凹部または凸部が設けられた絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の凹部または凸部とともに前記金属フレーム上に配置した半導体素子を成形樹脂で封止する工程とを含むことを特徴とする。

この発明によれば、金属フレームが載置されていない表面の領域に形成された絶縁層の凹部または凸部とともに半導体素子を成形樹脂で封止することで、絶縁層の凹部または凸部が成形樹脂に対しアンカー効果を持ち、成形樹脂と絶縁層の間に働く応力に起因する剥離を抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の絶縁シートの構成を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の絶縁シートの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の絶縁シートの一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の絶縁シートの構成を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の絶縁シートの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の絶縁シートの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の絶縁シートの製造方法を説明するための斜視図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００の外観模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線での矢視断面図である。図３は、電力用半導体装置１００における絶縁シートの外観斜視図である。図に示すように、本実施の形態１の電力用半導体装置１００は、配線パターン状に形成された複数の金属フレーム１１と、スイッチング可能なパワー半導体素子２と、パワー半導体素子２のスイッチングによる電圧変動を低減させるセラミック積層コンデンサ５と、チップ型抵抗素子４などのチップ部品と、端子が形成される複数の金属フレーム１１の間や、金属フレーム１１とパワー半導体素子２との間を接続する配線部材３と、金属フレーム１１、パワー半導体素子２、チップ部品等の実装部品、及び配線部材３を封止する成形樹脂１３とを備える。

また、電力用半導体装置１００は、図２に示すように、パワー半導体素子２が導電性接合部材７を介して接合される金属フレーム１１の上面側とは反対側の下面側に、放熱性および絶縁性を有した絶縁層６と金属放熱体１４により構成される絶縁シート８０を有し、はんだ付けや放熱グリース等を介して加圧固定される。

電力用半導体装置１００の外部に突出する端子は、数Ａから数百Ａ程度の大電流が流れるパワー端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅとパワー半導体素子２のゲート信号線やセンサ信号線などの制御用の信号端子１２ａ、１２ｂがあり、パワー端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅは電力を供給する装置およびバッテリーなどの電源と中継部材を介して接続し、制御用信号端子１２は制御基板へ接続される。パワー半導体素子２には、スイッチング可能なＭＯＳ―ＦＥＴやＩＧＢＴなどを用い、制御基板と接続したゲート信号線から伝わる信号によりスイッチングすることで、出力用のパワー端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅに通電する電流量を制御する。

パワー半導体素子２の下面（金属フレーム１１と対抗する面）と金属フレーム１１の接合面は、はんだもしくは、導電性ペーストなどの導電性接合剤７で接続されている。パワー半導体素子２のチップ上に形成された電極部と金属フレーム１１とは、アルミや銅製の円形断面もしくは矩形断面の線材を超音波振動によって接合するワイヤーボンドや、配線用のリードフレームや、金属ターミナル等の配線部材３で接続されている。金属フレーム１１と積層コンデンサ５やチップ型抵抗素子４などの実装部品は、はんだ等の導電性接合部材７で接合される。絶縁シート８０には、図３に示すように、金属フレーム１１と接合する絶縁層６の表面側に、例えばプレス加工により高さが１０μｍ以上、３ｍｍ以下の凹凸部６ａを設け、裏面側に金属放熱体１４を設けている。従来の手法で絶縁シートを製造した際に、絶縁層表面に自然発生的に生じる凹凸の大きさである１０μｍ以上の凹凸を意図的に作りこみ、さらに絶縁シートと金属フレームを密着させる際に、絶縁層にムラが発生を抑止するために３ｍｍ以下の凹凸を設けるものとする。

従来の凹凸部のない構成では、電力用半導体装置の製造時において、成形樹脂による成形を実施した際、金属フレームの端子間では絶縁シートの絶縁層と成形樹脂が接触する箇所が発生する。成形樹脂で封止する際は、成形樹脂をゲル化させるために、成形樹脂およびそれ以外の電力用半導体装置の構成要素は高温環境下に置かれる。成形樹脂による封止完了後、電力用半導体装置は冷却されるが、この時の成形樹脂と絶縁層の間には線膨張係数差に起因した熱応力が加わり、熱応力が成形樹脂と絶縁層の間の接着力よりも大きくなると界面での剥離が発生する。また、車載用機器の動作や、設置される雰囲気の変動や、パワー半導体素子の通電によって、電力用半導体装置の温度は大きく変動する。電力用半導体装置の温度変化が大きい場合、成形樹脂および絶縁層の線膨張係数差により、成形樹脂と絶縁層の間には応力が生じ、成形樹脂と絶縁層の間に剥離が発生する。剥離によって、隣接する端子間に必要な電気絶縁距離が維持されなくなることから、必要な絶縁性を維持できず、短絡故障を引き起こしてしまう。

しかし、本発明の実施の形態１の電力用半導体装置１００においては、絶縁層６の金属フレーム１１との接合面に凹凸部６ａを有する構成とすることで、並列する金属フレーム１１の間ではパワー半導体素子２や金属フレーム１１等を覆う成形樹脂１３と絶縁層６の凹凸部６ａを介して接合することで、製造時の温度変化により成形樹脂１３と絶縁層６との間の異種材料界面で線膨張係数の差に起因した熱応力が発生する場合であっても、絶縁層を有した絶縁シートを金属フレームの放熱面に配置し、成形樹脂で封止する構造の電力用半導体装置を製造することができる。

また、電力用半導体装置１００の製造時に、絶縁シート８０の絶縁層６と成形樹脂１３との間に異種材料界面での線膨張係数差に起因する熱応力やその他の外力が加わった際、絶縁層６の表面に設けられた凹凸部６ａが成形樹脂に対しアンカー効果を持ち、成形時の成形樹脂１３と絶縁層６の間に働く応力に起因する剥離を抑制するこができ、厚みを部分的に増加することで絶縁層自体の剛性を上げて剥離を抑制することにより、製造時の歩留まりを向上することができる。

次に、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１００の絶縁シート８０の製造方法について説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）、および図４（ｃ）は、本発明の実施の形態１による電力用半導体装置１００の絶縁シート８０の製造工程を示す図である。

まず最初に、図４（ａ）に示すように、絶縁シート製造用の下金型２１に載置した金属放熱体１４の上に絶縁シート用絶縁材料６０を塗布する。続いて、図４（ｂ）に示すように、絶縁シート製造用の上金型２０および下金型２１により金属放熱体１４の上に塗布された絶縁シート用絶縁材料６０をプレス加工する。上金型２０のプレス面には凹凸部２０ａが設けられている。

絶縁シート用絶縁層材料６０をプレス加工後には、図４（ｃ）に示すように、プレス面に凹凸部６ａが設けられた絶縁層６が形成される。なお、本実施の形態１では、絶縁層６の凹凸部６ａの形状に図３に示すノコギリ波形状を用いたが、これに限るものではない。例えば、図５に示すような円筒状突起３６ａを設けた絶縁層３６のような形状でもよい。電力用半導体装置１００では、この絶縁層６と金属放熱体１４とからなる絶縁シート８０を、金属フレーム１１の放熱面に配置し、成形樹脂１３により封止した構造をとる。

電力用半導体装置１００の絶縁シート８０において、絶縁層６の成形樹脂１３との接合面に凹凸部６ａを設けることで、使用環境下でも電力用半導体装置１００に温度変化が生じ、金属フレーム１１の端子間、例えばパワー端子１１ａと１１ｂの間等、絶縁層６と成形樹脂１３が接触している箇所で、絶縁層６と成形樹脂１３の線膨張係数差により応力が生じたときに、絶縁層６の凹凸部６ａによるアンカー効果により、絶縁層６と成形樹脂１３の間での剥離の発生や剥離の進展を防止する。

また、電力用半導体装置の金属フレームの端子間の距離を狭くした場合、端子間での絶縁層と成形樹脂が剥離した場合、沿面距離を満たすことが出来ず、絶縁性が低下する為、端子間の距離を短くすることが困難であり、電力用半導体装置の小型化が困難な場合がある。

この場合も、絶縁層６の成形樹脂１３との接合面に凹凸部６ａが設けられていることで、絶縁層６と成形樹脂１３の間での剥離が抑制できることにより、電力用半導体装置１００における金属フレーム１１の端子間の距離を狭くしても、沿面距離を確保するこができる。端子間の距離を狭くすることにより、電力用半導体装置１００の小型化が可能となる。

さらに、絶縁層６および金属放熱体１４からなる絶縁シート８０は、保管状態において、個々のシートを積み重ねて保管する場合がある。前記保管状態の絶縁シート８０は、金属放熱体１４の裏面と絶縁層６の表面が接した状態となる。絶縁シート８０を使用する際、表面張力により、２つの重なる絶縁シート８０を同時に把持し、２つの絶縁シート８０が重なったままで、成形樹脂１３により封止してしまう場合がある。

しかしながら、実施の形態１における絶縁シート８０においては、絶縁層６の接合面に凹凸部６ａが存在する事により、積み重ねた場合の絶縁層６の表面と金属放熱体１４の裏面の間の表面張力は軽減され、絶縁シート８０使用時に、重なった２つの絶縁シート８０を同時に把持してしまうことを防止できる。

以上のように、本発明の実施の形態１における電力用半導体装置１００では、表面に金属フレーム１１が載置され、金属フレーム１１が載置されていない表面の領域にはには凹凸部６ａが形成された絶縁層６と、金属フレーム１１の表面に配置されたパワー半導体素子２と、絶縁層６の凹凸部６ａとともにパワー半導体素子２を封止した成形樹脂１３とを備えたので、製造時の温度変化により成形樹脂と絶縁層との間の異種材料界面で線膨張係数の差に起因した熱応力が発生する場合であっても、絶縁層を有した絶縁シートを金属フレームの放熱面に配置し、成形樹脂で封止する構造の電力用半導体装置を製造することができる。

また、製造時に絶縁シートの絶縁層と成形樹脂との間に異種材料界面での線膨張係数差に起因する熱応力やその他の外力が加わった際、絶縁層の表面に設けられた凹凸部が成形樹脂に対しアンカー効果を持ち、成形時の成形樹脂と絶縁層の間に働く応力に起因する剥離を抑制するこができ、厚みを部分的に増加することで絶縁層自体の剛性を上げて剥離を抑制することにより、製造時の歩留まりを向上することができる。

また、使用環境下でも電力用半導体装置に温度変化が生じ、金属フレームの端子間、例えばパワー端子の間等、絶縁層と成形樹脂が接触している箇所で、絶縁層と成形樹脂の線膨張係数差により応力が生じたときに、絶縁層の凹凸部によるアンカー効果により、絶縁層と成形樹脂の間での剥離の発生や剥離の進展を防止する。

さらに、絶縁層と成形樹脂の間での剥離が抑制できることにより、金属フレームの端子間の距離を狭くしても、沿面距離を確保するこができる。端子間の距離を狭くすることにより、電力用半導体装置の小型化が可能となる。

また、保管状態において、積み重ねた場合の絶縁層の表面と金属放熱体の裏面の間の表面張力は軽減され、絶縁シート使用時に、重なった２つの絶縁シートを同時に把持してしまうことを防止できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、絶縁層６にノコギリ波形状の凹凸部６ａを設けた場合を示したが、実施の形態２では、矩形ストライプ形状の凹凸部を設けた場合について示す。

図６は、本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置１０１の断面図である。図７は、電力用半導体装置１０１における絶縁シートの外観斜視図である。図６および図７に示すように、電力用半導体装置１０１の絶縁シート８１において、絶縁層１６の凹凸部１６ａは、矩形ストライプ形状を有する。その他の構成については、図２に示す実施の形態１の電力用半導体装置１００と同様であり、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

次に、本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置１０１の絶縁シート８１の製造方法について説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）、および図８（ｃ）は、本発明の実施の形態２による電力用半導体装置１０１の絶縁シート８１の製造工程を示す図である。

まず最初に、図８（ａ）に示すように、絶縁シート製造用の下金型２１に載置した金属放熱体１４の上に絶縁シート用絶縁材料６１を塗布する。続いて、表面に離型剤を塗布し、下側に矩形のストライプ形状に絶縁シート用絶縁材料６２を形成した印刷シート２３を絶縁シート用絶縁材料６１に載せて、図８（ｂ）に示すように、絶縁シート製造用の上金型２２および下金型２１により金属放熱体１４の上に塗布された絶縁シート用絶縁材料６１と、印刷シート２３に形成された矩形ストライプ形状の絶縁シート用絶縁材料６２とをプレスする。プレス後、印刷シート２３を除去することにより、図８（ｃ）に示すように、表面に凹凸部１６ａが設けられた絶縁層１６が形成される。

電力用半導体装置１０１の絶縁シート８１において、絶縁層１６と成形樹脂１３の界面の一部で剥離が発生した場合、矩形ストライプ形状が障壁となり、剥離の進展をブロックする事により、剥離大きさを矩形ストライプの幅以下にする事ができる。すなわち、剥離が発生しても、沿面距離は最大でも矩形ストライプの幅以上は短くなる事を防ぐ。また、絶縁層１６と成形樹脂１３との間で剥離が発生した場合において、矩形ストライプ形状の外形に沿って剥離が発生した場合、沿面距離を大きくすることができる。

以上のように、本発明の実施の形態２における電力用半導体装置１０１では、絶縁層１６の表面に矩形ストライプ形状の凹凸部１６ａを設けたので、実施の形態１での効果に加えて、絶縁層と成形樹脂の界面の一部で剥離が発生した場合、矩形ストライプ形状が障壁となり、剥離の進展をブロックする事により、剥離大きさを矩形ストライプの幅以下にする事ができる。また、絶縁層と成形樹脂との間で剥離が発生した場合において、矩形ストライプ形状の外形に沿って剥離が発生した場合、沿面距離を大きくすることができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、１種類の絶縁層１６に凹凸部１６ａを設けた場合を示したが、実施の形態３では、２種類の絶縁層に凹凸部を設けた場合について示す。

図９は、本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置１０２の断面図である。図９に示すように、電力用半導体装置１０２の絶縁シート８３において、絶縁層は、２種類の絶縁層３６、３６ｃからなる。絶縁層３６ｃは、パワー半導体素子２の直下に対応する位置に、放熱性の高い樹脂、例えばフィラーを多量に含む高放熱性樹脂で形成されている。パワー半導体素子２の直下以外に対応する位置には、成形樹脂１３と接着性の強い樹脂、例えばエポキシ成分の多い樹脂で形成されている。その他の構成については、図６に示す実施の形態２の電力用半導体装置１０１と同様であり、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

次に、本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置１０２の絶縁シート８３の製造方法について説明する。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）は、本発明の実施の形態３による電力用半導体装置１０２の絶縁シート８１の一部の製造工程を示す図である。

まず最初に、図１０（ａ）に示すように、絶縁シート製造用の下金型２１に載置した金属放熱体１４の上に、パワー半導体素子２の直下以外に対応する位置に絶縁シート用絶縁材料６３を塗布する。続いて、表面に離型剤を塗布し、下側のパワー半導体素子２の直下に対応する位置に直方体の形状で絶縁シート用絶縁材料７３を形成した印刷シート２３を絶縁シート用絶縁材料６３に載せて、図１０（ｂ）に示すように、絶縁シート製造用の上金型２２および下金型２１により金属放熱体１４の上に塗布された絶縁シート用絶縁材料６３と、印刷シート２３に形成された直方体形状の絶縁シート用絶縁材料７３とをプレスする。プレス後、印刷シート２３を除去することにより、図１０（ｃ）に示すように、パワー半導体素子２の直下に対応する位置に絶縁層３６ｃとパワー半導体素子２の直下以外に対応する位置にまだ凹凸形状が設けられていない絶縁層３６ｂが形成される。

次いで、形成された絶縁層３６ｂに、実施の形態２の図８で示した製造方法と同様の方法により、凹凸部３６ａを形成する。これにより、２種類の絶縁層３６、３６ｃを有する絶縁シート８３が形成される。

電力用半導体装置１０２の絶縁シート８３において、パワー半導体素子２の直下に対応する位置に、放熱性の高い樹脂からなる絶縁層３６ｃにより構成され、成形樹脂１３と絶縁シート８３が接触する箇所では絶縁シート８３は接着性の強い絶縁層３６により構成されている為、電力用半導体装置１０２の製造時および使用時における剥離の発生を抑制する事ができる。また、一般的に高放熱性の樹脂材料は、放熱性の高いフィラーの含有量が多いため、高コストとなることが知られている。絶縁シート８３によれば、高コストとなる高放熱性の樹脂材料の使用量を減らし、材料コストダウンを図ることができる。

以上のように、本発明の実施の形態３における電力用半導体装置１０２では、２種類の絶縁層で構成するようにしたので、実施の形態２での効果に加えて、パワー半導体素子２の直下に対応する位置では放熱性の高い樹脂で形成し、パワー半導体素子２の直下以外に対応する位置では成形樹脂１３と接着性の強い樹脂で形成することにより、電力用半導体装置の製造時および使用時における剥離の発生をさらに抑制する事ができる。また、高コストとなる高放熱性の樹脂材料の使用量を減らすことにより、材料コストダウンを図ることができる。

なお、本実施の形態においては、パワー半導体素子２の材料には、珪素を用いたが、これに限るものではない。珪素に比べてバンドギャップが大きい、ワイドギャップ半導体によって形成されてもよい。ワイドギャップ半導体材料としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドがある。このようなワイドギャップ半導体材料によって形成されたパワー半導体素子２は、耐電圧性が高く、許容電流量も高いため、パワー半導体素子の小型が可能であり、これらの小型化されたパワー半導体素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ電力用半導体装置の小型化が可能である。

しかし、このようなワイドギャップ半導体材料によって形成されたパワー半導体素子２は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、絶縁性を確保する為、パワー半導体素子２の実装された金属フレーム１１の端子間の沿面距離を確保する為、端子間の幅が大きくする必要が発生する。結果として、電力用半導体装置の小型化が困難となる可能性がある。しかし、上記のいずれの実施の形態においても、絶縁層の表面に設けられた成形樹脂１３との接合性を向上させる構造により、成形樹脂と絶縁層の剥離が抑制されるため、沿面距離の確保が可能となり、電力用半導体装置は前述のようなワイドギャップ半導体材料を使用したパワー半導体素子２を使用しても、小型化が可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１１ 金属フレーム、２ パワー半導体素子、６、１６、２６、３６、３６ｃ 絶縁層、６ａ、１６ａ、２６ａ、３６ａ 凹凸部、７ 導電性接合部材、１３ 成形樹脂、１４ 金属放熱体、２１ 下金型、２２ 上金型、２３ 印刷シート６０、６１、６３、７３ 樹脂材料、１００、１０１、１０２ 電力用半導体装置

Claims (12)

1. 表面に金属フレームが載置され、前記金属フレームが載置されていない表面の領域には凹部または凸部が形成された絶縁層と、
   前記金属フレームの表面に配置された半導体素子と、
   前記絶縁層の前記凹部または凸部とともに前記半導体素子を封止した成形樹脂と
   を備えたことを特徴とする電力用半導体装置。
2. 前記凹部または凸部は、高さが１０μｍ以上、３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
3. 前記凹部または凸部は、ノコギリ波形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
4. 前記凹部または凸部は、矩形のストライプ形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
5. 前記凹部または凸部は、円筒状の突起の形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
6. 前記絶縁層は、前記半導体素子の直下に対応する位置で異なる樹脂材料を用いて形成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
7. 前記樹脂材料は、前記半導体素子の直下に対応する位置の樹脂材料が、直下以外に対応する位置の樹脂材料に比べて、フィラーの含有量が多いことを特徴とする請求項６に記載の電力用半導体装置。
8. 前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料により形成されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
9. 前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、およびダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の電力用半導体装置。
10. 金属放熱体の上に塗布された樹脂材料をプレスして、金属フレームが載置されない表面の領域に凹部または凸部が設けられた絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の凹部または凸部とともに前記金属フレーム上に配置した半導体素子を成形樹脂で封止する工程と
    を含むことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
11. 前記絶縁層を形成する工程では、プレス面に前記凹部または凸部に対応する凸部または凹部を有する金型によりプレス加工することを特徴とする請求項１０に記載の電力用半導体装置の製造方法。
12. 前記絶縁層を形成する工程では、印刷シートに形成した前記凹部または凸部となる樹脂材料を、前記塗布された樹脂材料の上にプレスすることを特徴とする請求項１０に記載の電力用半導体装置の製造方法。

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