JP5133342B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものであり、特に、電力変換や電力制御等に使用される半導体装置及びその製造方法に関するものである。
半導体装置の高速化及び高性能化に伴い、半導体素子の電力量は増加の一途を辿っている。また、半導体素子は、小型化及び高集積化される傾向にあるため、半導体素子の電力量増加に伴い、単位面積当たりの発熱量が増加している。その結果、半導体素子の熱暴走による動作不良が生じ易くなり、半導体装置を組み込んだ電気システム装置の高機能化及び高性能化が妨げられている。
このような半導体素子の問題を解決する一つの手段として、熱伝導性材料を介して半導体素子の発熱を放熱板に効率良く伝える方法が検討されてきた。具体的には、半導体素子と放熱板とは、電気回路上の制約のために直接結合させることができないので、熱伝導性の絶縁材料を介して半導体素子と放熱板とを接着した半導体装置の開発が行われている。その中でも、パワーエレクトロニクスにおいて使用される基板では、電流密度の向上及び基板小型化の観点から、基板に対する電極の厚さが増しており、絶縁破壊電圧が低下したり、電極の剥離が発生したりするなど、絶縁性と信頼性との両立が困難になっている。
このような問題に対して、図１８に示すような、セラミック基板上に接合層を介して配置された電極の周囲にコーティング被膜を形成した半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。この半導体装置は、セラミック基板と電極とを接合層を介して一体化した後、電極の周囲にコーティング被膜を形成することにより製造される。
特開２００５−１１６６０２号公報
しかしながら、特許文献１の半導体装置は、コーティング被膜の厚さが電極の厚さよりも薄く、電極の側面を完全に被覆していないため、電極の上端部を基点に絶縁性が低下するという問題があった。また、セラミック基板上に接合層を介して電極を配置した後にコーティング被膜を形成する方法では、製造工程が複雑であると共に、コーティング被膜に気泡等が混入することがあった。その結果、コーティング被膜の膜厚の均一性を確保することができず、十分な絶縁性及び信頼性が得られなかった。さらに、エッチングによって電極パターンを形成すると、電極の側面が鋭利な形状となるため、コーティング被膜を形成しても絶縁性が向上し難いという問題があった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、絶縁性及び信頼性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、ベース板と、前記ベース板の上面に配置された熱伝導性樹脂層と、前記熱伝導性樹脂層の上面に配置された、電極及び前記電極の側面全体を被覆する絶縁性樹脂層を含む一体化層と、前記電極の上面に配置された半導体素子とを具備する半導体装置であって、前記一体化層が、前記熱伝導性樹脂層を介して前記ベース板と熱圧着にて接着されており、且つ前記電極の端部と接触する部分の前記熱伝導性樹脂層の厚さが、他の部分の前記熱伝導性樹脂層の厚さよりも大きいことを特徴とする半導体装置である。
また、本発明は、電極及び前記電極の側面全体を被覆する絶縁性樹脂を含む一体化シートを形成する工程と、前記一体化シートを、熱伝導性樹脂層を介してベース板と熱圧着にて接着する工程とを含み、且つ前記電極の端部と接触する部分の前記熱伝導性樹脂層の厚さが、他の部分の前記熱伝導性樹脂層の厚さよりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明によれば、絶縁性及び信頼性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
実施の形態１における半導体装置の上面図である。 図１の半導体装置におけるａ−ａ’線の断面図である。 実施の形態１における半導体装置の断面図である。 実施の形態１における半導体装置の上面図である。 実施の形態１における半導体装置の断面図である。 半導体装置における電極端部周辺の拡大断面図である。 実施の形態１における半導体装置の断面図である。 実施の形態１における半導体装置の断面図である。 実施の形態１における半導体装置の上面図である。 図９の半導体装置におけるｂ−ｂ’線の断面図である。 実施の形態１における半導体装置の断面図である。 一体化シートの形成方法を説明するための図である。 一体化シートの形成方法を説明するための図である。 絶縁性樹脂の注入方向を説明するための図である。 一体化シートの形成方法を説明するための図である。 一体化シートの形成方法を説明するための図である。 実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明するための図である。 従来の半導体装置の断面図である。 比較例１における半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図１９におけるｃ−ｃ’線の断面図である。 図１９におけるｄ−ｄ’線の断面図である。
実施の形態１．
（半導体装置）
図１は、本実施の形態の半導体装置の上面図である。図２は、図１の半導体装置におけるａ−ａ’線の断面図である。図２において、半導体装置は、ベース板１と、ベース板１の上面に配置された熱伝導性樹脂層２と、熱伝導性樹脂層２の上面に配置された電極３と、前記熱伝導性樹脂層２の上面に配置され且つ電極３の側面全体を被覆する絶縁性樹脂層４と、一部の電極３の上面に配置された半導体素子６とから構成されている。そして、電極３と絶縁性樹脂層４とは一体化されて一体化層５を形成しており、かかる一体化層５は熱伝導性樹脂層２を介してベース板１と熱圧着にて接着されている。
このような構成を有する本実施の形態の半導体装置は、電極３の側面全体（全外周部分）が絶縁性樹脂層４で被覆され、絶縁破壊の起点となる電極３の側面端部が露出していないので、優れた絶縁性を有する。なお、電極３をリードフレーム等で形成して絶縁性樹脂層４で被覆したとしても、リードフレームの端部がベース板１の外部まで延びてしまうために全外周部分を絶縁性樹脂で被覆することができない。よって、リードフレームを電極３として用いても絶縁性が向上しない。
また、本実施の形態の半導体装置は、絶縁性樹脂層４が電極３と一体化されているので、熱応力が発生する場合にも応力が分散し易い。その結果、絶縁性樹脂層４のクラックや剥離を防止することができ、半導体装置の信頼性が向上する。
さらに、本実施の形態の半導体装置は、一体化層５が熱伝導性樹脂層２を介してベース板１と熱圧着されているので、一体化層５を構成する電極３及び絶縁性樹脂層４と、熱伝導性樹脂層２との接着性が良くなり、半導体装置の絶縁性が向上する。
ベース板１は、熱伝導性樹脂層２、電極３、絶縁性樹脂層４及び半導体素子６を支持する支持体である。かかるベース板１としては、当該技術分野において使用可能なものであれば特に限定されることはなく、例えば、銅やアルミニウム等の金属板、ＡｌＳｉＣ等の合金板、及びセラミック粒子やガラス繊維を樹脂中に充填した複合材料等を用いることができる。また、ベース板１は、一般的に、放熱性を高めるために放熱フィンに固定されて用いられるが、図３に示すような、内部に冷却媒体を流して冷却効率を高めることが可能なベース板２０を用いて放熱性を改善してもよい。
ベース板１の厚さは、特に限定されることはないが、半導体装置の重量や反りを考慮すると、０．０３〜２０ｍｍの範囲が好ましく、０．０５〜１０ｍｍの範囲がより好ましい。
熱伝導性樹脂層２は、電極３及び絶縁性樹脂層４とベース板１とを一体化し、半導体素子６からの発熱をベース板１に伝達する接着性樹脂の層である。かかる熱伝導性樹脂層２に用いることが可能な樹脂としては、当該技術分野において使用可能なものであれば特に限定されることはなく、例えば、接着性樹脂に微粒子を充填させた熱伝導性樹脂シートを用いることができる。接着性樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の成形可能な樹脂が挙げられる。また、微粒子としては、アルミナ、シリカ、窒化硼素及び窒化アルミニウム等のセラミック微粒子、ダイヤモンド、並びに金属粉末等の、接着性樹脂に比べて熱伝導性の高い微粒子が挙げられる。かかる微粒子の形状は、球状のみならず、破砕状、鱗片状等であってもよい。また、熱伝導性樹脂シートにおける微粒子の充填割合は、用途にあわせて適宜設定すればよく、一般に５５〜８０体積％であることが好ましい。
熱伝導性樹脂層２に用いられる熱伝導性樹脂シートは、充填する微粒子の種類、形状及び量によって熱伝導性及び絶縁破壊電圧が変化する。そのため、各製品に要求される熱伝導率及び絶縁破壊電圧にあわせて適切な熱伝導性樹脂シートを選択しなければならないが、かかる熱伝導性樹脂シートは、１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率及び１ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁破壊電圧を有するものが好ましい。特に、電力量が１００ＫＷ以上の半導体装置に用いる場合には、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上、絶縁破壊電圧が３．０ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。
熱伝導性樹脂層２の厚さは、特に限定されることはないが、熱伝導性樹脂層２の熱伝導性等の特性を考慮すると、０．１５ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。
電極３は、半導体素子６に電力を供給したり、半導体素子６からの電気信号を伝達したりする配線路である。かかる電極３としては、当該技術分野において使用可能なものであれば特に限定されることはなく、例えば、銅、銀、アルミニウム、及び金等の導電性が良好な金属を用いることができる。
電極３の表面には、金、ニッケル等のメッキを施して錆を防止することができる。また、熱伝導性樹脂層２及び絶縁性樹脂層４と接触する部分に凹凸を設けて接着性を向上させることもできる。
電極３の厚さは、特に限定されることはないが、半導体装置の重量や反りを考慮すると、０．０１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、０．０５〜３ｍｍがより好ましい。
なお、電極３は、図４に示すように、少なくとも一つが独立して熱伝導性樹脂層２の上面に配置され、且つ互いの電極３が絶縁性樹脂層４を介して絶縁されていなければならない。
また、電極３の側面は、指数関数、対数関数、及び多項式等で表される曲線形状を有していることが好ましく、図５に示すような円弧形状を有することがより好ましい。かかる形状を有していれば、半導体装置に電圧が印加される際に電極３の側面端部に電界が集中することなく、電極３の側面端部からの放電を抑制するため、半導体装置の絶縁性を向上させることができる。さらに、ヒートサイクル試験等で絶縁性樹脂層４に発生する熱応力を分散させるため、半導体装置の信頼性を向上させることもできる。
上記のような曲線形状を電極３の側面に形成する方法は、当該技術分野において使用可能な方法であれば特に限定されることはなく、例えば、エッチング加工、打抜き加工、切削加工等の方法を用いることができる。
なお、図５では、電極３の側面全てに曲線形状を形成しているが、電極３の側面の一部に曲線形状を設けてもよい。
電極３の側面に円弧形状を形成する場合、側面全体における円弧形状部分の割合によって絶縁性が変化する。具体的には、図６に示されるような、側面上端における円弧形状部分に係る長さＲ１１及びＲ１２と、側面下部の円弧形状部分に係る長さＲ２１及びＲ２２とが、０．００１ｔ〜１．０ｔの範囲内であることが好ましい。ここで、ｔは電極３の厚さを表す。なお、かかる円弧形状部分に係る長さは、上記範囲を満たしていればよく、全てが同じである必要はない。かかる円弧形状部分に係る長さが、１．０ｔを超えると、電極３の上面及び下面の面積が減少し、電極３の側面に円弧形状を形成することによる絶縁性の向上効果が得られない。また、かかる円弧形状部分の長さが０．００１ｔ未満であると、側面全体における円弧形状部分の占める割合が小さすぎ、電極３の側面に円弧形状を形成することによる絶縁性の向上効果が得られない。
上述したような電極３の円弧形状と絶縁性との関係を詳細に説明するために、円弧形状部分に係る長さ（Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２）とコロナ開始電圧との関係の評価結果を表１に示す。ここで、電極３として厚さ０．５ｍｍの銅を、ベース板１として厚さ２．０ｍｍの銅を、熱伝導性樹脂層２としてＢＮ樹脂を充填した厚さ２００μｍの熱伝導性樹脂シート（熱伝導率：６Ｗ／ｍＫ）をそれぞれ用い、基板周縁部から電極３までの距離Ｄを３．０ｍｍとした。また、コロナ開始電圧は、電極側から高電圧を印加して評価した。
Figure 0005133342
表１からわかるように、円弧形状部分に係る長さ（Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２）が０．００１ｔ〜１．０ｔの範囲であると、コロナ開始電圧が高くなる。よって、かかる特定の円弧形状を電極３の側面に形成することで絶縁性を向上させることができる。
絶縁性樹脂層４は、電極３の側面端部における絶縁劣化を抑制する絶縁層である。よって、絶縁性樹脂層４には、熱伝導性樹脂層２のように熱伝導性は要求されない。かかる絶縁性樹脂層４に使用可能な樹脂としては、特に限定されることはなく、エポキシ樹脂及びシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥ及びＰＥＴ等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂には、シリカやアルミナ等のセラミック粒子を充填して線膨張率や弾性率を調節することもできる。
絶縁性樹脂層４は、一般に、絶縁破壊電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。かかる範囲の絶縁破壊電圧を有していれば、絶縁劣化の抑制効果がより一層高くなる。
表２に、絶縁性樹脂層４の比誘電率と、電極３の側面端部の電界及びコロナ開始電圧との関係を示す。
Figure 0005133342
表２に示されているように、絶縁性樹脂層４の比誘電率が３．３未満の場合には、電極３の側面端部の電界緩和効果が小さいのに対し、絶縁性樹脂層４の比誘電率が３．３以上の場合には、電極３の側面端部の電界緩和効果が大きい。また、コロナ開始電圧も、絶縁性樹脂層４の比誘電率が３．３以上の場合に高くなる。よって、絶縁性樹脂層４は、比誘電率が３．３以上であることが好ましい。
また、絶縁性樹脂層４は、複数の材料を用いて多層化を行い、密着性の向上や反りの低減を図ってもよい。具体的には、図７に示すように、絶縁性樹脂層４を、第一の絶縁性樹脂層７と第二の絶縁性樹脂層８とから構成することができる。
また、電極３及び絶縁性樹脂層４を含む一体化層５の上面を同一平面にすれば、半導体装置に高電圧を印加する際にベース板１周辺の電界を一定にし、半導体装置の絶縁性を安定にすることができると共に、電極３及び絶縁性樹脂層４を含む一体化層５の上面に回路形成を容易に行うことができる。
なお、図１〜５及び７では、電極３が配置されていない熱伝導性樹脂層２の上面全体に絶縁性樹脂層４が配置されているが、電極３の側面全体が被覆され且つ電極３と一体化されていれば、熱伝導性樹脂層２の上面の一部に絶縁性樹脂層４が配置されていない部分があってもよい。また、図１〜５及び７では、絶縁性樹脂層４の厚さは電極３の厚さと同一であるが、絶縁性樹脂層４の厚さを電極３の厚さよりも大きくすることも可能である。
半導体素子６は、電気信号の切換、増幅等を行う素子である。かかる半導体素子６としては、当該技術分野に使用可能なものであれば特に限定されることはなく、例えば、シリコン素子や、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ等の化合物材料を用いた素子等を用いることができる。また、半導体装置における半導体素子６の数も、特に限定されることはなく、複数の半導体素子６を半導体装置に搭載することができる。
半導体素子６の搭載方法は、当該技術分野において使用可能な方法であれば特に限定されることはなく、一般に半田を用いて電極３上に電気的に接続して固定される。また、図８に示すように、バネ９を利用して、押圧力で電極３上に電気的に接続して固定してもよい。
本実施の形態の半導体装置は、半導体素子６が配置されていない一体化層５の上面の全部又は一部を、カバー樹脂層で被覆してもよい。かかるカバー樹脂層を具備する半導体装置の上面図を図９に示す。また、図９の半導体装置におけるｂ−ｂ’線の断面図を図１０に示す。図１０において、半導体装置は、電極３の上面端部と、絶縁性樹脂層４の上面全体とがカバー樹脂層１３で被覆されている。このような構成とすることで、電極３の露出を低減し、半導体装置の絶縁性を高めることができる。また、絶縁性樹脂層４の吸湿や、半田リフロー時のクラック及び剥離を抑制し、半導体装置の信頼性を高めることもできる。なお、カバー樹脂層１３で被覆する際に、所定の部分に開口部を設けることにより、実装部品を半田付けする際の位置決め部材としても使用することができ、基板を小型化するのに効果的である。
カバー樹脂層１３に使用可能な樹脂としては、当該技術分野において使用可能なものであれば特に限定されることはなく、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂及びウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ＰＰＳ、ＰＥ及びＰＥＴ等の熱可塑性樹脂のような絶縁性樹脂を用いることができる。また、かかる絶縁性樹脂は、シリカ、アルミナ等のセラミック粒子を充填して線膨張率や弾性率を調節することもできる。
カバー樹脂層１３の形成方法は、均一な膜厚の層を形成し得る方法であれば特に限定されることはなく、一般に、フィルム状の樹脂を熱圧着する方法を用いることができる。また、かかる樹脂の溶液をスピンコートしたり、スプレー塗布してもよい。
本実施の形態の半導体装置は、電極３の端部と接触する部分の熱伝導性樹脂層２の厚さが、他の部分の熱伝導性樹脂層２の厚さよりも大きい。具体的には、図１１に示すように、熱伝導性樹脂層２と接触するベース板１の表面に凹部１４を設ければよい。なお、凹形状以外にも、各種形状を用い得ることは言うまでもない。このような構成とすれば、電界が集中し易い電極３の側面端部と接触する部分の熱伝導性樹脂層２の厚さを大きくすることができるので、電極３の側面端部からの放電を抑制して半導体装置の絶縁性が向上する。
ベース板１に凹部を形成する方法としては、当該技術分野において使用可能な方法であれば特に限定されることはなく、例えば、プレス加工等を用いることができる。
本実施の形態の半導体装置は、封止しないでも各種用途に用いることができるが、図８に示すように封止樹脂１２で封止して用いることもできる。
封止樹脂１２としては、当該技術分野において使用可能なものであれば特に限定されることはなく、例えば、絶縁性樹脂に絶縁性粒子を充填したものを用いることができる。絶縁性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂及びシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ＰＰＳ、ＰＥ及びＰＥＴ等の熱可塑性樹脂のような成形可能な樹脂を用いることができる。また、絶縁性粒子としては、アルミナ、シリカ、シリコーンゴム、窒化硼素及びダイヤモンド等の粒子を用いることができる。かかる粒子の形状は、球状のみならず、破砕状、鱗片状等であってもよい。
封止方法としては、当該技術分野において使用可能な方法であれば特に限定されることはなく、例えば、射出成形等を用いることができる。
（半導体装置の製造方法）
本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図面を用いて以下で説明する。
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、電極及び電極の側面全体を被覆する絶縁性樹脂を含む一体化シートを形成する工程と、一体化シートを、熱伝導性樹脂層を介してベース板と熱圧着にて接着する工程とを含む。
一体化シートは、離型処理が施された型内に電極を配置した後、型内に絶縁性樹脂を注入して固化させることにより形成することができる。ここで、絶縁性樹脂を固化させる方法としては、特に限定されることはないが、硬化剤を配合すると共に、所定の温度に加熱すればよい。硬化剤は、絶縁性樹脂の種類にあわせて適宜選択すればよく、また、加熱温度も絶縁性樹脂の種類にあわせて適宜設定すればよい。かかる方法によれば、電極の側面と、絶縁性樹脂との接着性が高まるので、半導体装置の絶縁性を向上させることができる。
具体的には、図１２に示すように、離型処理が施された型３０の間に電極３１を挟み込み、離型処理が施された型３０内に絶縁性樹脂３２を注入して固化させた後、離型処理が施された型３０を離型することによって、電極３１と電極３１の側面全体を被覆する絶縁性樹脂３２とを含む一体化シート３３を得ることができる。
ここで、離型処理が施された型３０としては、当該技術分野において使用可能なものであれば特に限定されることはなく、一般に、表面にフッ素樹脂（例えば、ポリフルオロエチレン）やシリコーン樹脂（例えば、ポリジメチルシリコーン）等の離型性の材料を施した成形用の型を用いることができる。また、ガラス板にフッ素樹脂フィルムを貼り付けたものを用いてもよい。なお、図１２では、上下に分離する離型処理が施された型３０を示しているが、絶縁性樹脂３２の固化後に離型し易ければ、いかなる離型方式の型を用いてもよい。また、離型処理が施された型３０を使用する方法であれば、図１３に示すように型３０に凹凸を設けることで、所望の構造を一度に形成することもできる。
絶縁性樹脂３２を離型処理が施された型３０内に注入する場合、離型処理が施された型３０の内部を減圧しておくことにより、気泡を生じさせることなく一体化シート３３を成形することができる。或いは、絶縁性樹脂３２を離型処理が施された型３０内に注入した後、減圧して脱泡することによっても、気泡を生じさせることなく一体化シート３３を成形することができる。
また、離型処理が施された型３０の温度を室温よりも高くしておけば、型に注入する絶縁性樹脂３２の粘度が下がるため、注入が行い易くなる。同様に、型に注入する前に、型に注入する絶縁性樹脂３２の温度を室温よりも高くしておけば、粘度が下がるため、注入が行い易くなる。
離型処理が施された３０における電極３１の固定方法は、絶縁性樹脂３２の注入の際に電極３１が移動しなければ特に限定されることはなく、一般に、離型処理が施された型３０に嵌め込んで行うことができる。また、電極３１の形状は、特に限定されることはなく、Ｌ字型、コ字型等の各種形状を組み合わせて用いることができる。なお、図１４に示すように、絶縁性樹脂３２の注入方向に沿って電極３１を配置すれば絶縁性樹脂３２の注入が行い易くなる。
一体化シート３３は、図１５に示すように、電極形状の開口部３５を有するプリプレグ３４を複数枚重ね合わせ、開口部３５に電極３１を配置し、複数枚のプリプレグ３４の間及びプリプレグ３４と電極３１との間が接着するように押圧加工すれば、一体化シート３３が得られる。ここで、プリプレグ３４とは、ガラスクロス又は腐食布にエポキシ樹脂等の樹脂材料を含浸させたシートである。プリプレグに使用可能な樹脂としては、当該技術分野において使用可能なものであれば特に限定されることはなく、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂及びウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。また、プリプレグ３４に開口部３５を設ける方法についても、当該技術分野において使用可能な方法であれば特に限定されることはなく、例えば、打ち抜き加工等を用いることができる。
或いは、一体化シート３３は、絶縁性樹脂シートから電極形状のシート片を打抜いた後、打抜いた部分に電極を嵌め込むことにより形成することもできる。かかる方法によれば、エッチングにより電極を形成する場合のように電極の側面が鋭利な形状とならないため、半導体装置に電圧が印加される場合でも電極端部に電界が集中せず、電極端部からの放電を抑制することができ、半導体装置の絶縁性を向上させることができる。
具体的には、図１６に示すように、電極板３８と絶縁性樹脂シート３９とを重ね、電極板３８側から、打抜き型３７で電極板３８及び絶縁性樹脂シート３９を打抜く。次いで、打抜き型３７を引き抜く際に、打抜き型３７の内部に設けたピン３６により、打抜き型３７の可動方向４０とは逆の可動方向４１に、打抜かれた電極板３８を押し出すことで、打抜かれた絶縁性樹脂シート３９に打抜かれた電極板３８が嵌め込まれた一体化シート３３を得ることができる。
かかる一体化シート３３の製造装置では、打抜き型３７と、ピン３６とは独立に可動することができるものとし、打抜き精度を向上させるために、絶縁性樹脂シート３９の裏面に支持台を設けてもよい。
なお、図１６では、一つの電極板３８及び絶縁性樹脂シート３９を打抜く方法を示したが、複数の電極板３８及び絶縁性樹脂シート３９を同時に打抜けるような型を有する製造装置を使用することも可能である。また、一体化シート３３の作製においては、打抜き型３７の位置決めを行うために、電極板３８及び絶縁性樹脂シート３９に位置決め用の穴や印を設けてもよく、所定の位置で電極板３８及び絶縁性樹脂シート３９を打抜ける構造であれば、電極板３８及び絶縁性樹脂シート３９を前加工してもよい。
次に、上記のようにして作製した一体化シート３３は、熱伝導性樹脂層を介してベース板と熱圧着にて接着される。かかる方法によれば、絶縁性樹脂３２の硬化収縮による基板の反りや、電極３１の側面からの絶縁性樹脂３２の剥離を抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
具体的には、図１７に示すように、一体化シート３３とベース板４３との間に熱伝導性樹脂シート４２を挟み込み、熱圧着にて接着される。
ここで、熱伝導性樹脂シート４２と接触する一体化シート３３における絶縁性樹脂３２の表面には、熱伝導性樹脂シート４２との接着性を向上させる観点から、凹凸形状を設けたり、シランカップリング剤等の表面処理剤を適用してもよい。同様に、熱伝導性樹脂シート４２と接触する一体化シート３３における電極３１の表面にも、熱伝導性樹脂シート４２との密着性を向上させる観点から、凹凸形状を設けてよい。
また、図１７では、熱伝導性樹脂層として熱伝導性樹脂シート４２を用いているが、ベース板４３の表面に熱伝導性樹脂を塗布して熱伝導性樹脂層を形成し、その上に一体化シート３３を積層させてもよい。或いは、一体化シート３３の表面に熱伝導性樹脂を塗布して熱伝導性樹脂層を形成し、その上にベース板４３を積層させてもよい。
熱圧着の方法は、当該技術分野において使用可能な方法であれば特に限定されることはなく、例えば、平板プレス成型や、ロールプレスを用いることができる。また、熱圧着の際の加熱温度及び時間は、一体化シート３３における絶縁性樹脂３２や、熱伝導性樹脂シート４２の種類にあわせて適宜設定すればよい。また、熱圧着の際の押圧力も、熱伝導性樹脂シート４２の種類にあわせて適宜設定すればよい。特に、熱伝導性樹脂シート４２が窒化アルミニウムを含む場合において、押圧力は、接着性の観点から、１５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上であることが好ましい。かかる押圧力が１５０ｋｇｆ／ｃｍ2未満であると、熱伝導性樹脂シート４２と電極３１との間の所望の接着性が得られないことがある。
また、熱圧着では、一般に、一体化シート３３の絶縁性樹脂３２が完全に硬化した状態のものを用いることができるが、一体化シート３３の絶縁性樹脂３２が半硬化状態のものを用いれば、熱伝導性樹脂シート４２との接着性をより一層向上させることができる。同様に、熱伝導性樹脂シート４２も、半硬化状態のものを用いれば、ベース板４３及び一体化シート３３との間の接着性をより一層向上させることができる。
（実施例１）
離型処理が施された型内に０．５ｍｍ厚のＣｕ電極を配置した後、硬化剤、フィラー及びエポキシ樹脂を含む混合物を注入し、１５０℃で１時間加熱することにより固化させて一体化シートを作製した。
次に、ベース板として２ｍｍ厚のＣｕ板、熱伝導性樹脂シートとして硬化剤、フィラー（窒化アルミニウム）及びエポキシ樹脂を含む１５０μｍ厚のシートを用い、上記一体化シートを、熱伝導性樹脂シートを介してベース板と熱圧着にて接着させることにより半導体装置を得た。かかる熱圧着において、押圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ2、温度は１８０℃、圧着時間は１時間とした。
上記方法にて半導体装置を１０個作製し、それぞれの半導体装置について絶縁特性を評価した。絶縁特性の評価は、電極側から高電圧を印加し、絶縁破壊電圧を測定することにより行った。この結果を表３に示す。
Figure 0005133342
表３に示されているように、この実施例において作製した半導体装置はいずれも絶縁破壊電圧が高く、また、絶縁破壊電圧のバラツキも小さかった。
（比較例１）
比較例１では、絶縁性樹脂層を有しない半導体装置を作製した。
図１９に示されているように、電極形状を切り取った型４４を用い、熱伝導性樹脂シート４２を介して電極３１をベース板４３と熱圧着にて接着させた後、型４４を除去することにより半導体装置を得た。なお、使用した材料や熱圧着の条件は、実施例１と同じである。
上記方法にて半導体装置を１０個作製し、それぞれの半導体装置について絶縁特性を評価した。絶縁特性の評価は、電極側から高電圧を印加し、絶縁破壊電圧を測定することにより行った。この結果を表４に示す。
Figure 0005133342
表４に示されているように、この比較例において作製した半導体装置はいずれも絶縁破壊電圧が低く、また、絶縁破壊電圧のバラツキも大きかった。
次に、図１９におけるｃ−ｃ’線及びｄ−ｄ’線の断面図をそれぞれ図２０及び２１に示す。図２０に示されているように、電極３１と、電極形状を切り取った型４４との間には隙間部分４５があるため、この隙間部分４５では熱圧着の際に押圧力が加わらないと考えられる。また、熱圧着の後、押圧力が加わらない隙間部分４５では、図２１に示すように、熱伝導性樹脂シート４２にクラック４６が生じていた。よって、比較例１の半導体装置では、かかるクラック４６によって、半導体装置の絶縁破壊電圧が低くなり、また、絶縁破壊電圧のバラツキも大きくなったものと考えられる。
（実施例２）
実施例２では、熱圧着における押圧力と剥離強度との関係を調べた。
評価用のサンプルとして、硬化剤、フィラー（窒化アルミニウム）及びエポキシ樹脂を含む１５０μｍ厚のシートに、５０μｍの銅箔を熱圧着したものを用いた。かかる熱圧着において、温度は１８０℃、圧着時間は１時間とした。
上記方法にて得られたサンプルについて剥離強度を測定した。剥離強度の測定は、ＪＩＳ Ｃ−６４８１に準拠して行った。この結果を表５に示す。
Figure 0005133342
表５に示されているように、押圧力が１５０ｋｇｆ／ｃｍ2未満となると、剥離強度が著しく低下した。よって、半導体装置を作製する際に、熱圧着における押圧力が１５０ｋｇｆ／ｃｍ2未満では、熱伝導性樹脂シート４２と電極３１との間の接着力が弱いと考えられる。その結果、半導体装置に応力が発生した場合、熱伝導性樹脂シート４２の剥離やクラックが生じ、絶縁破壊電圧が低くなり、また、絶縁破壊電圧のバラツキも大きくなると考えられる。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、絶縁性及び信頼性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することができる。

Claims (6)

  1. ベース板と、前記ベース板の上面に配置された熱伝導性樹脂層と、前記熱伝導性樹脂層の上面に配置された、電極及び前記電極の側面全体を被覆する絶縁性樹脂層を含む一体化層と、前記電極の上面に配置された半導体素子とを具備する半導体装置であって、
    前記一体化層が、前記熱伝導性樹脂層を介して前記ベース板と熱圧着にて接着されており、且つ前記電極の端部と接触する部分の前記熱伝導性樹脂層の厚さが、他の部分の前記熱伝導性樹脂層の厚さよりも大きいことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体素子が配置されていない一体化層の上面の全部又は一部が、カバー樹脂層で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記電極の側面が、円弧形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 電極及び前記電極の側面全体を被覆する絶縁性樹脂を含む一体化シートを形成する工程と、
    前記一体化シートを、熱伝導性樹脂層を介してベース板と熱圧着にて接着する工程と
    を含み、且つ前記電極の端部と接触する部分の前記熱伝導性樹脂層の厚さが、他の部分の前記熱伝導性樹脂層の厚さよりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記一体化シートは、離型処理が施された型内に電極を配置した後、前記型内に絶縁性樹脂を注入して固化させることにより形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記一体化シートは、絶縁性樹脂シートから電極形状のシート片を打抜いた後、打抜いた部分に電極を嵌め込むことにより形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
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