(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2004-165281(P2004-165281A)

(43)【公開日】平成16年6月10日(2004.6.10)

(54)【発明の名称】モールド樹脂封止型パワー半導体装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類第７版】

   Ｈ０１Ｌ  23/28   

   Ｈ０１Ｌ  21/56   

   Ｈ０１Ｌ  23/29   

【ＦＩ】

   Ｈ０１Ｌ  23/28          Ｂ

   Ｈ０１Ｌ  21/56          Ｔ

   Ｈ０１Ｌ  23/36          Ａ

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2002-327072(P2002-327072)

(22)【出願日】平成14年11月11日(2002.11.11)

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号

(74)【代理人】

【識別番号】100089233

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 茂明

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】中島 泰

【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内

(72)【発明者】

【氏名】多田 和弘

【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内

(72)【発明者】

【氏名】鹿野 武敏

【住所又は居所】福岡県福岡市西区今宿東一丁目１番１号 福菱セミコンエンジニアリング株式会社内

(72)【発明者】

【氏名】日野 泰成

【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内

【テーマコード（参考）】

４Ｍ１０９

５Ｆ０３６

５Ｆ０６１

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109BA02

4M109CA21

4M109DB03

4M109DB04

4M109DB16

4M109GA05

5F036AA01

5F036BA23

5F036BB01

5F036BC05

5F036BC22

5F036BE01

5F061AA01

5F061BA02

5F061CA21

5F061DD14

5F061FA05

(57)【要約】

【特許請求の範囲】

【請求項１】

主面と、その厚み方向に前記主面に対向した底面と、前記主面と前記底面とで挟まれた側面とを備える、ヒートシンクとしての金属板と、
前記金属板の前記主面の周縁部上に直接的に固着された先端部を備える第１インナーリード部と、前記第１インナーリード部に連続的に繋がった第１アウターリード部とを備える第１リードフレームと、
電極を有する先端部を備える第２インナーリード部と、前記第２インナーリード部に連続的に繋がった第２アウターリード部とを備える第２リードフレームと、
前記金属板の前記主面の中央部上に導電層を介して固着された導電パターンを有する下面と、その厚み方向に前記下面に対向していると共に前記第２インナーリード部の前記電極と金属配線を介して電気的に接続された電極パターンを有する上面と、前記上面と前記下面とで挟まれた側面とを備えるパワー半導体チップと、
前記金属板の前記底面に接触しつつ前記底面に固着された上面と、その厚み方向に前記上面に対向する下面と、前記上面と前記下面とで挟まれた側面とを備える絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の前記下面に接触しつつ当該下面に固着された上面と、その厚み方向に前記上面に対向すると共に、少なくとも前記絶縁樹脂層と前記金属板との界面直下に位置する部分は外部に露出している下面と、前記上面と前記露出下面とで挟まれた側面とを備える金属層と、
少なくとも、前記第１及び第２インナーリード部と、前記金属配線と、前記パワー半導体チップの前記上面及び前記側面と、前記導電層と、前記金属板の前記主面及び前記側面とを被覆して筐体を形成するモールド樹脂とを備えることを特徴とする、
モールド樹脂封止型パワー半導体装置。

【請求項２】

請求項１記載のモールド樹脂封止型パワー半導体装置であって、
前記絶縁樹脂層の前記上面の寸法は前記金属板の前記底面の寸法よりも大きく、
前記絶縁樹脂層の前記上面は前記絶縁樹脂層と前記金属板との前記界面を全面的に包含しており、
前記金属層の前記上面の寸法は前記絶縁樹脂層の前記下面の寸法と等しく、
前記モールド樹脂は、前記第１及び第２インナーリード部と、前記金属配線と、前記パワー半導体チップの前記上面及び前記側面と、前記導電層と、前記金属板の前記主面及び前記側面と、前記筐体の底面と前記絶縁樹脂層の前記上面との界面とをのみ完全に被覆しており、
前記金属板の前記底面は前記筐体の前記底面の一部を成しており、
前記絶縁樹脂層の前記側面、並びに、前記金属層の前記側面及び前記下面は、全面的に外部に露出していることを特徴とする、
モールド樹脂封止型パワー半導体装置。

【請求項３】

請求項１記載のモールド樹脂封止型パワー半導体装置であって、
前記絶縁樹脂層の前記上面の寸法は前記金属板の前記底面の寸法よりも大きく、
前記絶縁樹脂層の前記上面は前記絶縁樹脂層と前記金属板との前記界面を全面的に包含しており、
前記金属層の前記上面の寸法は前記絶縁樹脂層の前記下面の寸法と等しく、
前記モールド樹脂は、少なくとも、前記第１及び第２インナーリード部と、前記金属配線と、前記パワー半導体チップの前記上面及び前記側面と、前記導電層と、前記金属板の前記主面及び前記側面と、前記絶縁樹脂層の前記上面の内で前記絶縁樹脂層と前記金属板との前記界面の外側部分と、前記絶縁樹脂層の前記側面と、前記金属層の前記側面とを完全に被覆しており、
前記金属層の前記下面における前記露出部分は前記筐体の前記底面の一部を成していることを特徴とする、
モールド樹脂封止型パワー半導体装置。

【請求項４】

請求項１又は３記載のモールド樹脂封止型パワー半導体装置であって、
前記絶縁樹脂層は、比較的低圧力下では流動性を示さない一方、比較的高圧力下では流動性を示すチクソ性と言う物理的性質を備えることを特徴とする、
モールド樹脂封止型パワー半導体装置。

【請求項５】

請求項４記載のモールド樹脂封止型パワー半導体装置であって、
前記絶縁樹脂層は、鱗片形状の無機フィラー、針形状の無機フィラー、及び１μｍ以下の外径を有する超微細粒の無機フィラーの内の、少なくとも１種類の形状の無機フィラーを備えることを特徴とする、
モールド樹脂封止型パワー半導体装置。

【請求項６】

請求項３ないし５の何れかに記載のモールド樹脂封止型パワー半導体装置であって、
前記絶縁樹脂層と前記金属板との前記界面直下における前記絶縁樹脂層の第１部分は、前記絶縁樹脂層の前記上面の内で前記絶縁樹脂層と前記金属板との前記界面の前記外側部分直下における前記絶縁樹脂層の第２部分よりも薄いことを特徴とする、
モールド樹脂封止型パワー半導体装置。

【請求項７】

請求項３ないし６の何れかに記載のモールド樹脂封止型パワー半導体装置であって、
前記絶縁樹脂層の前記第２部分及び前記第２部分と固着した前記金属層の周縁部は、前記モールド樹脂内部に向けて歪曲しており、
前記金属層の前記下面の内で、前記周縁部が有する歪曲した下面部分を除いた部分のみが外部に露出していることを特徴とする、
モールド樹脂封止型パワー半導体装置。

【請求項８】

金属層と、前記金属層の上面上に積層固着された未硬化の絶縁樹脂層との複合体である絶縁シートをモールド金型内の所定の位置に配置して、前記金属層の下面を前記モールド金型のキャビティ底面に面接触させる工程と、
前記モールド金型内において、前記絶縁シートの表面上に、パワー半導体チップがその上に搭載された主面とその厚み方向に関して前記主面と対向する底面とを備えるヒートシンクとしての金属板を配置して、前記金属板の前記底面を前記未硬化の絶縁樹脂層の上面に面接触させる工程と、
前記金属板から前記絶縁シートに対する圧力を印加しながらモールド樹脂を前記モールド金型のキャビティ内に注入する工程と、
前記キャビティが全て前記モールド樹脂で充填された後に前記圧力の印加を止めて、前記モールド樹脂と前記未硬化の絶縁樹脂層とを硬化させる工程とを備えることを特徴とする、
モールド樹脂封止型パワー半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モールド樹脂で封止して成るパワー半導体装置及びその製造方法に関するものである。特に本発明に係るパワー半導体装置は、絶縁樹脂層と金属層との複合体から成る絶縁シートを備えるものである。
【０００２】
【従来の技術】
モールド樹脂封止型パワー半導体装置のｐｒｉｏｒ ａｒｔ １として、特開２０００−１３８３４３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この先行装置においては、第１フレーム上にパワーチップが半田で固着されており、パワーチップの表面電極と第２フレームに設けられた電極とがワイヤで配線されている。そして、第１及び第２フレームは共に全面的にモールド樹脂により被覆されている。
【０００３】
モールド樹脂封止型パワー半導体装置のｐｒｉｏｒ ａｒｔ ２として、特開２００１−１５６２５３号公報（特許文献２）に開示されたものがある。この先行装置においては、フレーム上面上にパワーチップが固着され、フレーム下面はＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、又はＢｅＯ等の熱伝導性に優れた絶縁基板２０１に直接接触もしくは固着され、フレーム、パワーチップ及び絶縁基板がモールド樹脂で封止されている。
【０００４】
モールド樹脂封止型パワー半導体装置のｐｒｉｏｒ ａｒｔ ３として、特開２００２−７６２０４号公報（特許文献３）に開示されたものがある。この先行装置においては、下面が外部に露出した金属放熱板の上面上に、シート状の熱硬化性樹脂から成る絶縁樹脂層が固着され、その後、絶縁樹脂層の上に未硬化の接着層が形成され、更にこの接着層の上に、パワー半導体素子が搭載されたフレームが配置・接着された上で、全体がモールド樹脂にて樹脂封止されている。
【０００５】
モールド樹脂封止型パワー半導体装置のｐｒｉｏｒ ａｒｔ ４として、特開平１０−１２５８２６号公報（特許文献４）に開示されたものがある。この先行装置においては、リードフレームとヒートシンクとの間に絶縁接着シートが挿入されており、モールド樹脂封止と同時に絶縁接着シートで以ってリードフレームとヒートシンクとが接着される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１３８３４３号公報（図６）
【特許文献２】
特開２００１−１５６２５３号公報（図１、図３）
【特許文献３】
特開２００２−７６２０４号公報（図１、図２）
【特許文献４】
特開平１０−１２５８２６号公報（図２）
【特許文献５】
特開２００２−１８４９０７号公報（図１、図２）
【特許文献６】
特開２００２−１２８９９３号公報
【特許文献７】
特開２００２−５３６４２号公報
【特許文献８】
特開平１０−２６１７４４号公報（図１）
【特許文献９】
特開２０００−５８５７５号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
＜ｐｒｉｏｒ ａｒｔ１における問題点の指摘＞
モールド樹脂の材料としては、例えば、無機フィラーがその中に混ぜられたエポキシ樹脂が用いられる。無機フィラーの含有割合を増やす方がモールド樹脂は高熱伝導率を有することとなり、パワー半導体チップの発熱を効率良くモジュール裏面に放熱することが出来る。しかしながら、放熱性を追求して無機フィラーの含有割合を増やすと、却って樹脂の粘度が増大してしまい、例えば無機フィラーの体積含有率が８０％を超えるときには、モールド樹脂の成形自体が困難になると言う問題点がある。無機フィラーの材料としては、一般的にはシリカが用いられるが、これに代えて、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、又は窒化ホウ素を用いることで、モールド樹脂の熱伝導率を５Ｗ／ｍＫ以上にすることも可能である。しかしながら、この様な無機フィラーの値段は高価であるため、モジュール全体を構成するモールド樹脂にこの様なコストの高いフィラーを高い割合で含有することは、極めて不経済であって、実用的な技術とは決して言えない。
【０００８】
このため、本先行技術における構造例の様に、フレーム下面側にモールド樹脂を回りこませる形態においては、熱抵抗の抑制に限界がある。即ち、フィラーの含有率を増大させることで、モールド樹脂の熱伝導率を向上させることは可能ではあるが、フィラーの含有率を上げ過ぎるとモールド樹脂の粘度が大きくなりすぎて、フレーム下面側にまでモールド樹脂が回りこまないと言う問題点がある。
【０００９】
又、無機フィラーの材料を一般的なシリカよりも熱伝導率の高いアルミナや窒化ホウ素や、窒化アルミ等に変更すると、無機フィラーのコストが高く、しかも、モールド樹脂はモジュール全体を構成しているために、無機フィラーの必要量が膨大なものとなり、その様な変更は誠に不経済であると言わざるを得ない。
【００１０】
従って、絶縁樹脂を用いた本先行技術に係る電力用半導体においては、電流容量を大きくすること、即ち、大きな発熱を処理することは困難である。
【００１１】
加えて、本先行技術に係る半導体装置を放熱フィンにネジ止め固定する際に、放熱フィン表面と本半導体装置の主面間に、例えば樹脂バリの様な異物が介在する場合には、モールド樹脂から成る絶縁層が破損し得ると言う問題点もある。
【００１２】
更に、本先行技術に係る半導体装置をヒートシンクへ取りつけるときには、角等に絶縁層を傷つけない様に取り扱いを注意する必要がある。
【００１３】
更に、有酸素雰囲気下で、且つ、例えば２００℃近い高温下で本先行技術に係る半導体装置を長時間保存する場合には、モールド樹脂が酸化により劣化すると言う問題点もある。
【００１４】
＜ｐｒｉｏｒ ａｒｔ ２における問題点の指摘＞
本先行例に係る半導体装置においては、筐体の主面の一部を成すセラミック基板が露出しているが、セラミック基板は脆性材料であり、本半導体装置側の反りと、当該半導体装置を取り付ける放熱フィンの反りとの凹凸マッチング如何によっては、セラミック基板に大きな応力が生じ、セラミック基板の破損が起こる可能性がある。このため、必要以上に厳密な寸法管理が必要となる。
【００１５】
ところで、本先行例における露出するセラミック基板を半導体装置が有しない場合には、モールド樹脂の線膨張率が金属フレームに概ね近い値になる様に、フィラーの成分あるいはその含有率を調節しておくことで、反りを抑制することが可能である。しかしながら、一般的に金属フレームの線膨張率とセラミックの線膨張率とは大きく相違しており、例えば、Ｃｕの線膨張率が１７×１０^−６／Ｋであるのに対して、Ａｌ_２Ｏ_３の線膨張率は５×１０^−６／Ｋとなり、反りの問題が生じる。その点を更に記載する。
【００１６】
本先行例における様にセラミック基板を用いる場合には、モールド樹脂との間の線膨張率差とモジュール使用時の温度変化とにより生じる反りが問題となる。
【００１７】
即ち、Ｃｕの線膨張率が約１７×１０^−６／Ｋであるのに対して、セラミック材料の線膨張率が約５×１０^−６／Ｋであり、両者間には大きな差がある。ここで、本発明が対象とする大電流制御用半導体装置においては発熱は不可避であることから、この線膨張率差と使用時の温度変化とに起因して、Ｃｕとセラミック材料との接合界面に大きな熱応力が生じ、それは反りあるいはクラックの発生原因となる。
【００１８】
この様に、セラミック基板を装置の裏面側において露出させる場合には、線膨張率差の大きな相違に起因した熱応力が生じ、温度変化に伴う反りの発生、あるいは、セラミック基板又は／及びモールド樹脂の割れが生じると言う問題点があり、このため、剛性が高くて脆いと言うセラミック特有の性質を避けることが出来ないことに伴う、無視し得ない取り扱い上の不便さがある。
【００１９】
加えて、モールド樹脂から成る筐体は複数の金型の間に形成されるキャビティ内に液体状の樹脂を注入して成形されるが、その際に金型間の境界面にバリが発生することは避けられない。モールド樹脂と異なる絶縁樹脂を用いる場合には、成形後にワークを取り外したときに、バリが脱落して金型表面にバリが残る可能性がある。このため、セラミック基板がバリを直接踏みつけて破損する不具合が発生し得る。
【００２０】
＜ｐｒｉｏｒ ａｒｔ ３における問題点の指摘＞
本先行例の場合には、絶縁樹脂層と接着層と言う２種類の樹脂層が必要となり、熱抵抗が大きくならざるを得ない。特に、接着層は、接着時の部材の反り又は／及び凹凸部分を吸収し得る厚みを必要とするため、およそ１００μｍ以上の厚みの接着層を設けないと、密着不足の箇所が生じる可能性があり、勢い熱抵抗が大きくならざるを得ないと言う深刻な問題点がある。
【００２１】
しかも、本先行例の場合には、フレームを接着層に直接接着しているが、接着面内に配置されたフレームの一部分に絶縁樹脂層からの加圧が加わっても、外部電極に繋がっているフレームの他部分を支点にしてフレームが傾くため、接着を均一に行うことが困難であり、密着不足の箇所が生じると言う不具合がある。
【００２２】
更に、絶縁樹脂層及び金属板の複合体は、金属板の上に上記絶縁樹脂層を塗布した上で、一定時間、加熱下で加圧力を上記絶縁樹脂層に加えることで実現されているが、ボイド防止のために真空引きが必要である等、装置上の制約があり、そのため真空プレス装置でバッチ式で処理を行う工法を用いる必要がある。コスト低減のためには、間に離型紙等を挟み込み、複数の金属板及び絶縁樹脂シートを１回のプレスで同時に接着する工法が利用可能ではあるが、金属板の厚みが厚いために、１回のプレスで作成可能な金属板の処理面積に限界があり、低コスト化が困難である。
【００２３】
更に、上記の方法によって作製された絶縁樹脂層付き金属板の上に更に接着層を積層することは、大変煩雑である。
【００２４】
＜ｐｒｉｏｒ ａｒｔ ４における問題点の指摘＞
本先行例では、高熱伝導率の絶縁シートを用いることが、取り扱い性の問題点から難しく、しかも、絶縁接着シートとフレーム、及び、絶縁接着シートとヒートシンクという二つの界面を同時に接着する必要があるため、接着層にボイドが入り易く、耐電圧特性及び放熱性に問題点が生じ易い。
【００２５】
＜課題のまとめ＞
以上の通り、従来の電力用半導体装置においては、絶縁樹脂層（ｐｒｉｏｒ ａｒｔ １）又はセラミック基板（ｐｒｉｏｒ ａｒｔ ２）が裏面において剥き出しの構造となっているため、取り扱いによっては絶縁層が破損し易いと言う問題点がある。加えて、ｐｒｉｏｒ ａｒｔ １においては、有酸素雰囲気で高温に曝されると、モールド樹脂が劣化するという問題点がある。更に、樹脂の成形性の制約から、高熱伝導の樹脂で薄い絶縁層を形成することが困難であり、熱抵抗を小さく出来ないと言う問題点がある。更に、筐体の取り扱い時に、突起又は／及び異物に接触する様に絶縁層を置いた場合に絶縁層が破損し易い等、取り扱い性に大いなる問題点がある。
【００２６】
又、ｐｒｉｏｒ ａｒｔ ３に係る電力用半導体装置では、絶縁樹脂層とは別に接着層を金属板上に積層しているため、熱抵抗が大きいと言う問題点がある。更に、ｐｒｉｏｒ ａｒｔ ３に係る電力用半導体装置では、金属板と絶縁樹脂層とを積層する工程において、金属板の厚みが大きいことで、生産性が悪く、高コストになると言う問題点がある。
【００２７】
又、ｐｒｉｏｒ ａｒｔ ４に係る電力用半導体装置では、絶縁接着シートの接着工程時に界面間に容易にボイドが入り込むと言う問題点がある。
【００２８】
本発明はこれらの問題点を解決するために成されたものであり、取り扱い性に優れ且つ低熱抵抗及び高信頼性を有する絶縁樹脂層を備えるモールド樹脂封止型パワー半導体装置を低コストで提供することを、その主目的としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置は、パワー半導体チップがその上に搭載されたヒートシンクとしての金属板の底面に固着された、絶縁樹脂層と金属層との積層体である絶縁シートを備えることを特徴とする。
【００３０】
この発明に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の製造方法は、（Ａ）金属層と、前記金属層の上面上に積層固着された未硬化の絶縁樹脂層との複合体である絶縁シートをモールド金型内の所定の位置に配置して、前記金属層の下面を前記モールド金型のキャビティ底面に面接触させる工程と、（Ｂ）前記モールド金型内において、前記絶縁シートの表面上に、パワー半導体チップがその上に搭載された主面とその厚み方向に関して前記主面と対向する底面とを備えるヒートシンクとしての金属板を配置して、前記金属板の前記底面を前記未硬化の絶縁樹脂層の上面に面接触させる工程と、（Ｃ）前記金属板から前記絶縁シートに対する圧力を印加しながらモールド樹脂を前記モールド金型のキャビティ内に注入する工程と、（Ｄ）前記キャビティが全て前記モールド樹脂で充填された後に前記圧力の印加を止めて、前記モールド樹脂と前記未硬化の絶縁樹脂層とを硬化させる工程とを備えることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を模式的に示す縦断面図である。図１における同装置の特徴点は、パワー半導体チップがその上面上に搭載されたヒートシンクの金属板を、当該金属板の底面が外部に露出する様に、上記パワー半導体チップと共にモールド樹脂によって封止してなる筐体の底面（即ち、金属板の底面）上に、金属層と絶縁樹脂層との積層構造（複合体）から成る絶縁シートを固着した点にある。以下、この特徴点を、図１を参照して詳述する。
【００３２】
図１において、ブロック体の金属板８は、頂上面である主面８Ｔと、その厚み方向に主面８Ｔに対向し且つ主面８Ｔと同一形状及び同一寸法を有する底面８Ｂと、主面８Ｔと底面８Ｂとで挟まれた側面８ＳＳとを備えるヒートシンクである。
【００３３】
又、複数のフレームの一つである第１リードフレーム１Ａは、Ｌ字型に折れ曲がった第１インナーリード部１ＡＩＬと、第１インナーリード部１ＡＩＬに連続的に繋がって真直ぐに延びた第１アウターリード部１ＡＯＬとを備えている。その内、第１インナーリード部１ＡＩＬの先端部１ＡＥは、金属板８の主面８Ｔの周縁部８ＴＰ上に直接的に固着されており、これにより、両部１Ａ，８は互いに電気的に接合している。他方、第１アウターリード部１ＡＯＬの全体は後述する筐体１０の側面５ＳＳから外部に突出している。同様に、複数のフレームの一つである第２リードフレーム１Ｂは、Ｌ字型に折れ曲がった第２インナーリード部１ＢＩＬと、第２インナーリード部１ＢＩＬに連続的に繋がって真直ぐに延びた第２アウターリード部１ＢＯＬとを備えており、第２インナーリード部１ＢＩＬの先端部１ＢＥには電極が設けられており、第２アウターリード部１ＢＯＬは全体的に筐体１０の側面５ＳＳから外部に突出している。両リードフレーム１Ａ，１Ｂは、例えば厚み０．８ｍｍのＣｕフレームである。ここでは、熱抵抗を抑制する見地から、筐体１０の厚み方向に関する両リードフレーム１Ａ，１Ｂの先端部１ＡＥ，１ＢＥの位置関係として、段差構造が採用されている。
【００３４】
又、パワー半導体チップ（例えばＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ）２の下面２ＬＳには、図示しない導電パターンが形成されており、この導電パターンを介して、下面２ＬＳは、導電層３によって金属板８の主面８Ｔの略中央部上に固着されている。ここでは、一例として、半田層が導電層３として採用されており、従って、パワー半導体チップ２は金属板８の主面８Ｔ上に半田付けされている。そして、パワー半導体チップ２の厚み方向に関して下面２ＬＳと対向している上面２ＵＳには電極パターン（図示せず）が形成されており、上面２ＵＳの上記電極パターンは、金属配線４を介して、第２インナーリード部先端１ＢＥの上記電極と電気的に接続されている。ここでは、一例として、直径４００μｍのアルミニウムワイヤが金属配線４として用いられている。又、パワー半導体チップ２は、上面２ＵＳと下面２ＬＳとで挟まれた側面２ＳＳを有する。
【００３５】
更に、絶縁樹脂層６の上面６ＵＳが、金属板８の底面８Ｂの全面及び後述する筐体１０ないしはモールド樹脂５の底面５Ｂの一部に接触しつつ、両底面８Ｂ及び５Ｂに固着されている。この例では、絶縁樹脂層６は、加熱下での加圧力の印加によって、筐体底面５Ｓの一部を成す金属板底面８Ｂに固着される。その際、絶縁樹脂層上面６ＵＳと金属板底面８Ｂとの接着力と較べると、その接着力は弱いけれども、金属板底面８Ｂ近傍の周囲のモールド樹脂底面５Ｂと絶縁樹脂層上面６ＵＳの周縁部分との間にも接着作用が働く。又、絶縁樹脂層６は、その厚み方向に関して上面６ＵＳに対向する、同一形状及び同一寸法の下面６ＬＳと、両面６ＵＳ，６ＬＳで挟まれた側面６ＳＳとを有する。ここでは、一例として、絶縁樹脂層６は、窒化ホウ素粉末の無機フィラーが質量百分率５０％の割合で混ぜられて成るエポキシ樹脂である。又、絶縁樹脂層６の厚みは、１００μｍ〜５００μｍの範囲内の値に設定されている。
【００３６】
更に、金属層７の上面７ＵＳが、絶縁樹脂層下面６ＬＳに接触しつつ当該下面６ＬＳに固着されている。そして、金属層７は、その厚み方向に関して上面７ＵＳに対向すると共に、全面的に外部に露出している下面７ＬＳと、両面７ＵＳ，７ＬＳで挟まれた側面７ＳＳとを有する。そして、金属層７は絶縁樹脂層６と同一形状を有しており、しかも、金属層上面７ＵＳ及び金属層下面７ＬＳは共に絶縁樹脂層下面６ＬＳと同一寸法を有している。従って、金属層７とその上に積層された絶縁樹脂層６とから成る絶縁シートの側面は、金属層側面７ＳＳと絶縁樹脂層側面６ＳＳとから成る。尚、金属層７の下面７ＬＳは、本半導体装置の露出表面であり、外部の放熱フィン（図示せず）との接触面として機能する。ここでは、一例として、厚み約１００μｍのＣｕ箔が金属層７として用いられる。
【００３７】
更に、モールド樹脂５が、金属板底面８Ｂが露出する様に、第１及び第２インナーリード部１ＡＩＬ，１ＢＩＬと、金属配線４と、パワー半導体チップ２の上面２ＵＳ及び側面２ＳＳと、導電層３と、金属板８の主面８Ｔ及び側面８ＳＳと、筐体底面５Ｂと絶縁樹脂層上面６ＵＳとの界面６ＵＳＩＦとをのみ、完全に被覆しており、以って、その内部に上記構成要素１ＡＩＬ，１ＢＩＬ，２，３，４，８を包含する筐体１０を形成している。ここでは、フィラーとしてのシリカが質量百分率約７０％程度の割合でその中に含まれているエポキシ樹脂が、モールド樹脂５の一例として用いられている。
【００３８】
以上の様に、図１のモールド樹脂封止型パワー半導体装置においては、金属板底面８Ｂは筐体底面５Ｂの一部を成しているが、縦断面図における絶縁樹脂層上面６ＵＳの長手寸法６Ｌは金属板底面８Ｂの長手寸法８Ｌよりも大きく、しかも、絶縁樹脂層上面６ＵＳは絶縁樹脂層６と金属板８との界面８Ｂを全面的に包含している。このため、絶縁樹脂層側面６ＳＳ、並びに、金属層７の側面７ＳＳ及び下面７ＬＳは、共に全面的に外部に露出している。
【００３９】
そして、金属層７が絶縁樹脂層６の表面を覆っているので、絶縁樹脂層６の強度が強められることとなり、絶縁樹脂層６の取り扱い性が飛躍的に向上し得る。
【００４０】
又、一般的には、モールド樹脂封止型パワー半導体装置の熱抵抗は、モールド樹脂内のパワー半導体チップからモールド樹脂底面に存在する放熱面間に存在する全ての構成部材の熱抵抗によって決まり、特にその間に絶縁層が介在している場合には、当該絶縁層の熱伝導率は金属のそれよりも小さいため、当該絶縁層の存在が装置全体の熱抵抗に大きな影響を与える。しかしながら、本半導体装置においては、複合体絶縁層シートを成す絶縁樹脂層６は、モールド樹脂筐体５の外側から、筐体底面５Ｂ上に固定されている。そのため、仮に絶縁樹脂層がモールド樹脂内に配置されているものとすると、その場合には、モールド封止の際に、絶縁樹脂の粘度を低下させるために絶縁樹脂層に含める無機フィラーの充填率を下げなければならないと言う様な制約が生じるところ、本装置においては、その様な充填性の制約が一切無いので、絶縁樹脂層に含める無機フィラーの充填率を相対的に高めて、高熱伝導性の絶縁樹脂層６を容易に実現・使用することが出来ると言う利点がある。逆に言えば、絶縁樹脂層に含める無機フィラーの充填量を徒に高めなくとも、比較的高い熱伝導性の絶縁樹脂層６を容易く実現し得る。そして、モールド樹脂５を成すエポキシ樹脂に混合されるシリカはコスト的には比較的安い材料なので、絶縁層シートが外付け配置となる分だけモールド樹脂量が増加しても、そのコストへの影響は小さい。そのため、本実施の形態によれば、最小限のコストで以って、低熱抵抗性を有するパワーモジュールを実現することが可能である。
【００４１】
以上の通り、本実施の形態では、絶縁樹脂層６及び金属層７が積層形態で複合されて成る絶縁シートが、特徴的部材として、積極的に用いられている。そこで、以下においては、当該絶縁シートの製造方法と、当該製造方法による利点とを詳述することとし、これらの記載を以って、本実施の形態が上記絶縁シートを採用している理由に代えるものとする。
【００４２】
＜絶縁シートの製造＞
絶縁樹脂層６と金属層７との複合化処理は、次の諸工程により実行される。先ず、間隔をおいて対面配置された両ローラーに、例えばＣｕ箔から成る帯状の金属層をロール状に巻付ける。その上で、両ローラーを駆動してロール状に巻かれた帯状の金属層各部を順次に両ローラー間に並進移動させ、両ローラー間を搬送中の金属層の上面上に、予め所定の無機フィラーと所定の溶剤とエポキシ樹脂成分とを混練して成る絶縁樹脂原料を塗布し、スキージング及びローリングを塗布された絶縁樹脂原料に対して行うことで、金属層上の絶縁樹脂原料を所定の厚みに整える。その上で、無機フィラーがエポキシ樹脂内に良く混ざり込むために予め加えていた溶剤成分を放出するために、シート状絶縁樹脂原料付きの金属層部分を乾燥させる。そして、この様な一連の処理を連続的に行うことで、帯状金属層の上面全体上に、所定の厚みを有する絶縁樹脂原料を一様に形成しつつ、絶縁樹脂原料付き金属層を全て後方側のローラーに巻付ける。その後、後方側のローラーから帯状の絶縁樹脂原料付き金属層を取出した上で、当該帯状の絶縁樹脂原料付き金属層を適当な寸法のシートに分割カットする。そして、カット後の各シート間に離型紙を挟んだ状態でシートを数十層に重ね、未硬化状態の絶縁樹脂層の反応が完全に終わらない様に重畳シートに対して予備加圧を数十分間行って絶縁樹脂層を予備硬化させる。次に、プレス機で重畳シートを加圧して所定寸法の複数の小片状シートを打ち抜く。このプレス工程で得られる各小片が、図１に記載の各絶縁シート（６＋７）の未硬化状態（固着前の状態）に対応している。絶縁樹脂層６は本来的に脆いため（比喩的に言えば、同層６はあかたもポテトチップス程度の強度しか有していない）、上記の様に、プレス工程時には、予備加熱を行って、絶縁樹脂層をある程度のレベルにまで硬化させている。
【００４３】
この様に、前段の絶縁樹脂の塗布工程等は連続的であるが、後段の、加熱しながらの加圧工程は、一定時間の処理時間が必要となるので、バッチ式となる。
【００４４】
本実施の形態では、金属層７の材料の一例として、厚みがおよそ１００μｍのＣｕ箔が採用されているが、７５μｍ以上２００μｍ未満の範囲内の厚みを有するＣｕ箔であれば、金属層７の材料として適用可能である。Ｃｕ箔の厚みがこの範囲内にある限りは、帯状金属層７を搬送時に巻き取ってこれをロール状として取り扱うことが出来るので、生産性が良いと言える。これに対して、Ｃｕ箔の厚みが５０μｍよりも薄くなると、Ｃｕ箔が破れやすかったり、あるいは、Ｃｕ箔に皺が入り易いと言う新たな製造上の問題点が生じる。逆に、Ｃｕ箔の厚みが２００μｍ以上となると、Ｃｕ箔をロール状に取り扱うことが難しくなり、シート状態での搬送が必要となり、コストが増加してしまうと言う問題点が生じる。
【００４５】
又、本実施の形態では、未硬化のエポキシ樹脂に所定の無機フィラーを所定の割合で混練して未硬化の絶縁樹脂層原料を製作し、その上で、上記の製造方法を適用することにより、Ｃｕ箔の金属層７上に積層された未硬化の絶縁樹脂層６を形成している。ここで、絶縁樹脂層６の材料としては、例えば、エポキシ系樹脂に、アルミナ粉末、又は窒化珪素粉末、又は窒化アルミニウム粉末、又は窒化ホウ素粉末の何れかを、あるいは、それらの内の、少なくとも２種類の粉末から成る混合体を、無機フィラーとして、例えば質量百分率がおおよそ４０％から６０％の範囲内の割合で混ぜたものを、用いることが出来る。又、絶縁樹脂層６の厚みは、１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲内の値であることが望ましい。蓋し、絶縁樹脂層６がこれよりも厚ければ、却ってスキージングをスムーズに行えなくなり、逆にこれよりも薄くなると、スキージングを行うこと自体が出来なくなるからである。本願発明者は、例えば、絶縁樹脂層６の厚みを２００μｍ程度に設定している。
【００４６】
単体では、極めて脆い性質のために、その取り扱いが極めて困難な絶縁樹脂層６ではあるが、以上の様に、絶縁樹脂層６を金属層７と絶縁樹脂層６との複合体絶縁シートとして構成しているので、絶縁樹脂層６本来の脆さないしは強度が金属層７によって補強され、絶縁シートとしての取り扱いは格段に容易となる。しかも、複合体絶縁シートとして構成する場合には、金属層７の上記補強により、複合体の角が欠けると言う様な事態は一切生じない。しかも、上記の製造方法を用いるので、１回の処理で生産出来る複合体絶縁シートの数量を飛躍的に増加させることが可能となる。この点で、当該複合体絶縁シートは、生産性に優れた製造方法を提供し得る構造を有していると、言える。
【００４７】
これに対して、厚みの大きい、ヒートシンクである金属板の上面上に絶縁樹脂層を直接に形成するｐｒｉｏｒ ａｒｔの場合においては、絶縁樹脂層と金属板との接着工程として、プレス機で加圧しながら数時間この状態を保持することで完全に絶縁樹脂層を硬化させると言う工程が必要である。このため、当該ｐｒｉｏｒ ａｒｔによって作成可能な、絶縁樹脂層と金属板（ヒートシンク）との複合体の枚数は、本複合体絶縁シートの場合と比較して極めて少ない。この点をコスト的に比較してみると、本複合体絶縁シートとその上記製造方法とを用いる本実施の形態（後述する実施の形態２の場合においても同様である）は、ｐｒｉｏｒ ａｒｔの場合に対して約５倍程度のコスト削減化を図ることが出来る。
【００４８】
以上の通り、本実施の形態においては、単体で扱えない様な脆い絶縁樹脂層６を、取り扱い性に優れた金属層７との複合状態に改良しており、しかも、複合化に要するコストを大幅に低減しながら絶縁樹脂層６を現実に得ることを可能としている。
【００４９】
又、金属層７の材料としては、一例としてＣｕ箔を挙げているが、これに限定されるものではなく、他の材料で以って金属層７を構成しても良い。例えば、Ａｌ箔を金属層７の材料として適用可能である。この場合には、仮に金属層７の厚みよりも小さい大きさの異物を金属層７表面と外部の放熱フィン（図示せず）との間に噛みこんだとしても、それにより金属層７が局所的に変形するだけであり、当該異物は金属層７の表面と放熱フィンとの密着度に何等影響を与えることはなく、しかも、金属層７と絶縁樹脂層６との固着にも影響を及ぼすことはない。そのため、複合絶縁シート（７＋６）に対する信頼性が増す。
【００５０】
図１の構造の本装置を製造する工程の概略は、以下の通りである。即ち、金属板上面８Ｔの中央部上にパワー半導体チップ２を例えば半田３で固着し、金属板上面８Ｔの片側周縁部８ＴＰ上に第１インナーリード部１ＡＩＬの先端部１ＡＥを例えば溶接により固着すると共に、チップ表面２ＵＳの電極と第２インナーリード部１ＢＩＬの先端部１ＢＥに設けられた電極との間をアルミニウムワイヤ４で配線する。
【００５１】
次に、モールド金型（図示せず）に全リードフレーム１Ａ，１Ｂ，…、パワー半導体チップ２、半田層３、アルミニウムワイヤ４及び金属板（ヒートシンク）８から成る複合体を、モールド金型（図示せず）内に配置する。そして、液体状のモールド樹脂５をモールド金型のキャビティ内に充填し、その状態でモールド樹脂５を硬化させて（ゲル化）、上記複合体に対するモールド樹脂封止を行う。
【００５２】
最後に、金属層７と絶縁樹脂層６とを一体的に複合して成る絶縁シートを、モールド後の筐体１０の露出底面８Ｂに重なる様に配置した上で、加熱下で加圧力を加えて、当該絶縁シートの表面６ＵＳを筐体１０の面８Ｂ，６ＵＳＩＦに固着させる。この様にして、金属板８の放熱面８Ｂが絶縁樹脂層６で覆われ、且つ、絶縁樹脂層６が全面的に金属層７によって保護された構造が、実現される。
【００５３】
尚、絶縁樹脂層６が固着された界面に気泡が入りにくくするためには、モールド工程後の、金属板底面８Ｂが露出した筐体１０の底面５Ｂは平坦であることが好ましく、しかも、ボイドの発生を更に一層抑制するためには、上記絶縁シートと筐体１０との固着工程を真空中で行うことが望ましい。
【００５４】
又、図１に示す距離ｘは、左右非対称であっても良い（この点は、後述する実施の形態２及び他の全変形例においても共通する）。
【００５５】
又、本実施の形態では、リードフレームは、何れも折れ曲がった形状を有しているが、これに代えて、外形サイズは大きくなるけれども、第２リードフレーム１Ｂとして、金属板８に接触しない様に配置された平面形状のフレームを用いても良い。図１に示す折れ曲がった形状のリードフレームを用いる前者の場合には、アウターリードと筐体底面との間の絶縁距離を容易に確保できると言う利点がある。これに対して、平面型フレームを用いる後者の場合には、フレームコストを前者よりも低減できると言う利点がある。勿論、後者の変形（平面型第２リードフレーム）を後述する変形例１，２並びに実施の形態２及びその変形例３，４に対しても適用可能である。
【００５６】
（変形例１）
図２は、実施の形態１の変形例に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を模式的に示す縦断面図である。図２における本変形例の装置が図１の装置と相違する点（特徴点）は、図１の金属板８の代わりを、図２の第１リードフレーム１Ｃが担っている点にある。その他の点は実施の形態１と同一である。従って、図２においては、図１の構成要素と同一のものには同一の参照符号が付されている。例えば、金属層７と絶縁樹脂層６との複合絶縁シートは、図１及び図２に共通の構成部材である。但し、本変形例における複合絶縁シートは、筐体底面５Ｂから露出した第１リードフレーム１Ｃの底面１ＣＢ上に固着されている。この場合における両者６ＵＳ，１ＣＢ間の外形寸法の大小関係は、実施の形態１の場合と同様に、６Ｌ＞１ＣＢＬである。図２の半導体装置の構造は、次の通りである。
【００５７】
例えば厚み０．８ｍｍのＣｕフレームである第１リードフレーム１Ｃの先端部１ＣＥないしはパッド部上に、パワー半導体チップ２が例えば半田層３によって固着されている。又、同じく厚み０．８ｍｍのＣｕフレームである第２リードフレーム１Ｄの先端部１ＤＥ上に設けられた電極（図示せず）とパワー半導体チップ２の電極（図示せず）との間の配線は、例えば直径４００μｍのアルミニウムワイヤ４で実現されている。そして、両リードフレーム１Ｃ，１Ｄ、パワー半導体チップ２、半田層３及びアルミニウムワイヤ４は、第１リードフレーム１Ｃの底面１ＣＢのみが外部に露出する態様で以って、例えばエポキシ樹脂内にシリカのフィラーがおよそ７０％程度含まれて成るモールド樹脂５で封止されており、モールド樹脂５は本装置の筐体１０を形成している。更に、第１リードフレーム１Ｃの底面１ＣＢ上には、例えばエポキシ樹脂に無機フィラーとしてのアルミナ粉末が５０％包含されて成る絶縁樹脂層６が面接触する態様で配置され、且つ、当該リードフレーム１Ｃと直接固着されている。更に、絶縁樹脂層６の反対面上には、例えば厚みが約１００μｍのＣｕ箔から成る金属層７が面接触する態様で固着されている。従って、本装置においても、金属層７が、外部の放熱フィン（図示せず）と面接触するパワー半導体装置の表面を担う。
【００５８】
本変形例に係るパワー半導体装置の構造を製造する方法は、次の通りである。先ず、第１リードフレーム１Ｃのパッド上にパワー半導体チップ２を例えば半田層３で固着し、パワー半導体チップ表面２ＵＳの電極と第２リードフレーム１Ｄに設けられた電極間をアルミニウムワイヤ４で配線する。次に、所定のモールド金型（図示せず）内に、第１及び第２リードフレーム１Ｃ，１Ｄ、パワー半導体チップ２、半田層３及びアルミニウムワイヤ４から成る複合体を配置し、モールド樹脂５をモールド金型内に充填させて、第１リードフレーム１Ｃの底面１ＣＢのみが外部に露出する様に、モールド樹脂封止を行う。この際、熱抵抗を抑制するために両リードフレーム１Ｃ，１Ｄは図２に示す様に段差構造を有している。又、第１リードフレーム１Ｃの裏面がモールド樹脂５から全面的に露出する構造とするのが、熱抵抗抑制のためには好ましい。次に、金属層７と絶縁樹脂層６とを複合して成る絶縁シートを、モールド後の第１リードフレーム１Ｃの露出底面１ＣＢに重なる様に配置し、その上で加熱しつつ加圧力を加えて、当該絶縁シートを露出底面１ＣＢ及び界面６ＵＳＩＦに固着させる。
【００５９】
この様にして、第１リードフレーム１Ｃの放熱面１ＣＢが絶縁樹脂層６によって覆われ、しかも、絶縁樹脂層６が全面的に金属層７によって保護されて成る構造が、実現される。
【００６０】
尚、モールド工程後の筐体１０の主面ないしは底面５Ｂは平坦であることが、絶縁樹脂層６が固着された界面に気泡が入りにくくするためには好ましく、又、上記絶縁シートの固着工程を真空中で行うことが、ボイドの発生を更に抑制すると言う観点からは望ましい。
【００６１】
本変形例においても、実施の形態１において記載した利点が得られることは勿論である。
【００６２】
（変形例２）
図１に示すモールド樹脂封止型パワー半導体装置に対して、絶縁シートの外形寸法を、６Ｌ≦８Ｌの関係式を満たす様に変更することも可能である。即ち、絶縁樹脂層上面６ＵＳは金属板底面８Ｂとのみ固着している。この変形例においても、基本的な実施の形態１の利点が同様に得られることは確かであるが、逆に次の様な欠点が生じてしまうことは諌めない。即ち、本変形例においては、沿面絶縁距離（当該距離は、ヒートシンク８と外部の放熱フィンとの間の絶縁性確保の指標を与えるパラメータである）は距離ｙで与えられるのに対して、図１の装置においては、沿面絶縁距離はそれよりも長い距離（ｘ＋ｙ）で与えられるので、本変形例では図１の装置と比較して耐圧特性が低下せざるを得ない。この点に目をつぶるならば、本変形例はなお有効な実施態様を提供する。
【００６３】
同様に、本変形例の骨子を変形例１の図２の装置（沿面絶縁距離ｘ１＋ｙ；ｘ２＋ｙ）にも適用可能である。この場合の大小関係は、６Ｌ≦１ＣＢＬとなる。
【００６４】
（実施の形態２）
図３は、本実施の形態に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を模式的に示す縦断面図である。図３における本実施の形態の装置が図１に示す実施の形態１の装置と構造上相違する点は、既述した複合絶縁シート（金属層７の上に絶縁樹脂層６が積層されて両者一体化したもの）が、その露出底面（金属層７の下面７ＬＳに該当）を除いて、筐体１０内に包含されている点であり、その他の点に基本的な相違は無い。従って、図３においても、図１中の構成要素と同一の構成部材には同一の参照符号が付されている（同一の参照符号の構成部材に関する詳細については、対応する実施の形態１の記載を援用する）。例えば、金属層７と絶縁樹脂層６との複合体である絶縁シートは、基本的には、図１で記載した製造方法によって製造されるものである（従って、実施の形態１における絶縁シートの製造方法の記載を援用する）。但し、後述する様に、本実施の形態に係る絶縁シートを構成する絶縁樹脂層６内の無機フィラーの構成にも、際立った特徴点がある。
【００６５】
図３に示す本半導体装置の特徴点ないしはメルクマールを要約列挙すれば、次の諸点にある。
【００６６】
ｉ）Ｃｕ箔の様な金属層７で補強されて取り扱い性を高められた絶縁樹脂層６をヒートシンク８の底面８Ｂ側に配設している点。
【００６７】
ｉｉ）モールド成形法による筐体形成時に金型のキャビティ内に注入され且つキャビティ全体を充填するにまで至った液体状のモールド樹脂５が、ゲル化して硬化するまでの間（例えば１８０℃の加熱下で放置するときには硬化時間は約２〜３分である）に、硬化途上中の当該モールド樹脂５自体から印加される圧力を積極的に利用して、未硬化の絶縁樹脂層６とヒートシンク底面８Ｂとの固着及び未硬化の絶縁樹脂層６の硬化を、モールド樹脂５の硬化とほぼ同時のタイミングにおいて達成する点。この場合、金属板８自体の重みに基づいて金属体８から界面８Ｂ直下の絶縁樹脂層部分６Ｐ１に加わる圧力は、金属体主面８Ｔの直上に位置する硬化途上のモールド樹脂５が金属体８を介して絶縁樹脂層部分６Ｐ１に加える圧力に較べて無視し得るので、金属体主面８Ｔの直上に位置する硬化途上のモールド樹脂５が金属体８を介して絶縁樹脂層部分６Ｐ１に加える圧力と、界面８Ｂ外側に位置する絶縁樹脂層部分６Ｐ２の直上に位置する硬化途上のモールド樹脂５が絶縁樹脂層部分６Ｐ２に対して加える圧力とは、ほぼ等しい。つまり、同じく硬化途上にある絶縁樹脂層６は、キャビティ内を完全に充填する硬化途上のモールド樹脂５から均一な圧力を受けながら、硬化していく。従って、この均一な圧力を受け続ける結果、絶縁樹脂層６全体が完全に硬化するまでの期間中に、絶縁樹脂層６内に残存しているボイドが硬化途上のモールド樹脂５内に放出されるので、絶縁樹脂層６の絶縁性が増して、本半導体装置の耐電圧値が増大する。例えば、液体状のモールド樹脂５の金型キャビティ内への注入開始時から、同樹脂５が当該キャビティ全体を充填し、その後、液体状のモールド樹脂５が加熱処理を受け続けて硬化するまでの期間中、金型キャビティ内に印加され続けるモールド樹脂注入圧力の値は、９．８×１０^６Ｐａである。このモールド樹脂注入圧力の均一な印加を受けて、硬化時点では、絶縁樹脂層６は未硬化時のときと較べて均一に薄くなっている（絶縁樹脂層６の熱抵抗の減少化）。
【００６８】
ｉｉｉ）絶縁樹脂原料内に混合する無機フィラーの粒形状に改善を図ることで、絶縁樹脂層６に、比較的低圧力下では流動性を示さない一方、比較的高圧力下では流動性を示す「チクソ性」と言う物理的性質を備えさせた点。即ち、絶縁樹脂層６は、鱗片形状の無機フィラー、針形状の無機フィラー、及び１μｍ以下の外径を有する超微細粒の無機フィラーの内で、少なくとも１種類の粒形状の無機フィラーを備える。これによって、比較的低圧力の状態下におけるヒートシンク底面８Ｂとの固着時において、絶縁樹脂層６のぬれ性を確保しつつ、流動性を防止する。しかも、鱗片形状等の無機フィラーを用いているので、一般的な球状あるいは破砕状の無機フィラーの場合（この場合、フィラー間接触は点接触に近い）と比較して、フィラー間接触は面接触に近いものとなり、その結果、接触面積を増大させることが出来るので、フィラー充填率をそれ程高めなくとも、容易に接触熱抵抗を下げる、換言すれば、絶縁樹脂層６の熱伝導率を効果的に高めることが出来る。
【００６９】
ｉｖ）絶縁樹脂層６の上面６ＵＳの寸法６Ｌを金属板８の底面８Ｂの寸法８Ｌよりも大きく設定して（６Ｌ＞８Ｌ）、絶縁樹脂層上面６ＵＳが絶縁樹脂層６と金属板８との界面（８Ｂ）を全面的に包含する様にしており、しかも、金属層７の上面寸法を絶縁樹脂層６の下面寸法８Ｌと等しく設定した点。これによって、沿面放電距離（ｘ＋ｙ）を比較的長く設定して耐電圧特性の向上を図ると共に、比較的高圧力に達した状態下における絶縁樹脂層上面６ＵＳとヒートシンク底面８Ｂとの固着時に絶縁樹脂層６が流れて同層６に膨れ部分が発生するのを、周囲のモールド樹脂５が効果的に抑止する。
【００７０】
以下に、図３を参照しつつ、本モールド樹脂封止型パワー半導体装置について詳述する。
【００７１】
図３に示す様に、金属板（ないしはヒートシンク）８の主面周縁部８ＴＰ上には第１リードフレーム１Ａの先端部１ＡＥが固着され、金属板主面８Ｔの略中央部上にはパワー半導体チップ２が例えば半田層３で以って固着されている。又、第２リードフレーム１Ｂの先端部１ＢＥ上に設けられている電極（図示せず）とパワー半導体チップ２の上面２ＵＳの電極（図示せず）間は、例えば直径４００μｍのアルミニウムワイヤ４で以って配線されている。そして、金属板８の底面８Ｂに接して絶縁樹脂層６が配置され、絶縁樹脂層６の下面６ＬＳ上には金属層７が配置されている。更に、モールド樹脂５が、第１及び第２インナーリード部１ＡＩＬ，１ＢＩＬと、金属配線４と、パワー半導体チップ２の上面２ＵＳ及び側面２ＳＳと、導電層３と、金属板８の主面８Ｔ及び８ＳＳ側面と、絶縁樹脂層上面６ＵＳの内で絶縁樹脂層６と金属板８との上記界面の外側部分６ＵＳＩＦと、絶縁樹脂層側面６ＳＳと、金属層側面８ＳＳとを完全に内包する様に被覆しており、以って、モールド樹脂５は本装置の筐体１０を形成している。従って、本装置においては、金属層下面７ＬＳは全面的に外部に対して露出しており、且つ、露出下面７ＬＳは筐体１０の底面５Ｂの一部を成している。
【００７２】
＜製造方法＞
絶縁樹脂層６と金属板８との密着性の確保は、図４−図６の縦断面図（工程図）に示す製造方法の一例により達成される。以下、図３に例示する装置の製造方法の一例について記載する。
【００７３】
工程１） 絶縁シート（７＋６）をモールド金型内の所定の位置に配置して、金属層７の下面７ＬＳを上記モールド金型のキャビティ底面に面接触させる。詳細は次の通りである。
【００７４】
図４に示す様に、モールド金型１００は下型１０１と上型１０２とで構成されており、両者１０１，１０２をモールドプレス（図示せず）で締め付けた際に形成されるキャビティ１００ＣＡ（図５参照）の外形が、図３の筐体１０の外形を規定する。先ず、未硬化状態にある絶縁樹脂層６と金属層７とが一体的に複合された既述の絶縁シートを、予め、実施の形態１において記載した様な製造方法により形成しておく。そして、例えば吸着位置決め装置１０３を用いて当該絶縁シートを本装置１０３に真空吸着し、その吸着状態を維持しながら、吸着位置決め装置１０３を下型１０１に設けられた溝部１００Ｇ内の所定位置にまで移動させた上で引き続き同装置１０３を下降させ、金属層下面７ＬＳが溝部１００Ｇの底面１００ＧＢに面接触する様に、当該絶縁シートを溝部１００Ｇ内の所定位置に配置する。その後、吸着位置決め装置１０３を金型１００の外へ移動する。
【００７５】
工程２） モールド金型１００内において、絶縁シートの表面上に、パワー半導体チップ２がその上に搭載された主面８Ｔとその厚み方向に関して主面８Ｔと対向する底面８Ｂとを備えるヒートシンクとしての金属板８を配置して、金属板底面８Ｂを未硬化の絶縁樹脂層層６の上面６ＵＳに面接触させる。詳細は次の通りである。
【００７６】
金属板８と、半田付けされたパワー半導体チップ２と、両リードフレーム１Ａ，１Ｂと、アルミニウムワイヤ４とから成る内部構造を、図４に示す様に、フレーム搬送位置決め装置１０４で以って保持した上で、フレーム搬送位置決め装置１０４を下型１０１方向へ向けて搬送して、上記内部構造を下型溝部１００Ｇ内の所定の位置に配置する。これにより、金属板底面８Ｂは、下型溝部１００Ｇ内で、未硬化の絶縁樹脂層層６の上面６ＵＳに重なり合う様に面接触する。つまり、絶縁シート上に内部構造が配置される（図５参照）。その後、フレーム搬送位置決め装置１０４を金型外へ移動する。
【００７７】
工程３） 金属板８から絶縁シートに対して一定の圧力を印加しつつ、所定の温度下で、液体状のモールド樹脂５を一定の注入圧で以ってモールド金型１００のキャビティ１００ＣＡ内に注入する。詳細は次の通りである。
【００７８】
上型１０２をモールドプレスにより下型１０１の所まで移動して、上型１０２の突出部面１０２ＰＳと下型１０１の突出部面１０１ＰＳとを、その間に第１及び第２アウターリード部１ＡＯＬ，１ＢＯＬを挟み込みつつ、互いに重ね合わせる。これにより、両溝部１００Ｇ，１０２Ｇは、絶縁シートと金属板８等とを包含するキャビティ１００ＣＡを形成する。次に、図５に示す様に、上型１０５の貫通孔に上下自在に移動可能な様に挿入された押さえピン１０５の先端をキャビティ１００ＣＡ内に下方移動させて、押さえピン１０５の同先端を、その上に何も搭載されていない金属板８の主面周縁部（主面８Ｔの内でパワー半導体チップ２の搭載面の周囲に該当）８ＴＰに接触させる。その状態で、加圧機構（図示せず）によって押さえピン１０５を加圧する。このときの押さえピン１０５による加圧力の値は、例えば、約４．９×１０^５Ｐａである。これにより、押さえピン１０５の先端が、金属板８の厚み方向に沿って金属板８を加圧することとなり、その結果、金属板底面８Ｂは、その直下の接触面たる上面（界面）６ＵＳを介して、未硬化状態にある絶縁樹脂層６を加圧する。次に、押さえピン１０５による上記加圧状態（所定の加圧力）を保ちながら、且つ、加熱処理により金型１００を所定の温度（例えば１８０℃）に常時保ちつつ、キャビティ１００ＣＡ内に、この時点では液体状態にあるモールド樹脂５を注入し続ける（図５参照）。このときに印加可能なモールド樹脂注入圧は、１個の金型から生産可能な筐体の数を定める金型１００自体の能力に依存するが、本発明者等が実施している一例では、モールド樹脂注入圧は約９．８×１０^６Ｐａである。この注入工程により、押さえピン１０５から加えられている第１加圧力（この段階では主たる加圧力である）と、注入された液体状のモールド樹脂５から新たに付加される第２加圧力（但し、この段階では、注入されたモールド樹脂５は依然として液体状態であるため、当該第２加圧力は殆ど無視し得る値である）とで、金属板８は、絶縁樹脂層６及び金属層７から成る絶縁シートを介して、キャビティ１００ＣＡの壁面（下型１０１の溝部底面）１００ＧＢに押し付けられる。その際、好ましくは、ボイドの発生を抑制するために、キャビティ１００ＣＡ内の空気を真空ポンプで排出するのが良い。
【００７９】
工程４） キャビティ１００ＣＡが全てモールド樹脂５で充填された後、押さえピン１０５による第１加圧を止めて、その後は、加熱処理（所定の温度（例えば１８０℃））を通じて、時間の経過（例えば約２〜３分）により、未硬化のモールド樹脂５と未硬化の絶縁樹脂層層６とを同時に硬化させる。詳細は次の通りである。
【００８０】
キャビティ１００ＣＡ全体が液状のモールド樹脂５によってほぼ完全に充填された後に、モールド樹脂５の注入をストップすると共に（但し、モールド樹脂５の硬化完了迄は、例えば約９．８×１０^６Ｐａのモールド樹脂注入圧を依然としてキャビティ１００ＣＡに印加し続ける）、押さえピン１０５の先端を、およそ上型１０２におけるキャビティ上面１０２ＧＢの位置の高さにまで上昇させる（図６参照）。その際の押さえピン１０５を引き抜くタイミングは、モールド樹脂５のゲル化時間迄（モールド樹脂５の硬化中の一時）である。このゲル化時間迄に同ピン１０５を引き抜くならば、金属板底面８Ｂと絶縁樹脂層上面６ＵＳとの間へのモールド樹脂５の侵入を有効に防止出来るので、両面８Ｂ，６ＵＳにおける密着性が高まる。しかも、モールド樹脂５の硬化中に上記ピン１０５をタイムリーに抜くことは、金属板８の一部（例えば主面８Ｔ）が露出してしまう事態の発生防止に寄与し得ると共に、モールド樹脂５に局所的に薄い箇所が発生するのを防止して硬化後のモールド樹脂５の厚みを均一化し得ると言う利点をも奏する。その結果、装置の絶縁信頼性が高まる。そして、押さえピン１０５が引き抜かれた以後は、モールド金型１００を引き続き加熱し続けて、その温度を所定の温度（例えば１８０℃）に保ち続けることにより、押さえピン１０５からの第１加圧が無い状態で、今度は、例えば注入圧約９．８×１０^６Ｐａを受け続けている硬化途上にあるモールド樹脂５からの第２加圧力が、モールド樹脂５が硬化するまでの期間中、絶縁樹脂層６に対して、均一に印加され続けることとなる。この均一な第２加圧力を受けて、硬化途上にある絶縁樹脂層６の厚みは、層全体に渡って均一に、若干薄くなり、その際に、絶縁樹脂層６内に残存するボイドが、モールド樹脂５内に放出される。そのため、絶縁樹脂層６自身の絶縁性が高められて、装置の耐電圧特性が向上する。そして、この様なモールド樹脂５からの第２加圧力が所定の温度下において絶縁樹脂層６に対して印加され続けて、モールド樹脂５の層及び絶縁樹脂層６が共にほぼ同時に硬化し、その結果、筐体１０の形成と、金属板底面８Ｂと絶縁樹脂層上面６ＵＳとの固着が、同時に達成される。
【００８１】
尚、モールド金型１００を閉じてキャビティ１００ＣＡを形成した以降においては、キャビティ１００ＣＡ内の空気を真空ポンプ等で排出することが、固着界面やモールド樹脂５中の気泡の残存を抑制出来、以って、本装置の耐電圧特性を向上させ得るため、望ましいと言える。
【００８２】
ここで、次の利点について特記する。即ち、高熱伝導性を有する絶縁樹脂層を追及すればする程に無機フィラーの含有率が高くなり、その結果、絶縁樹脂層は益々脆くなるため、一般に、熱伝導率の高い絶縁樹脂層を、同樹脂層に膨れを生じさせることなく金属板に固着することは極めて困難である。しかしながら、本実施の形態に係る装置の製造方法においては、絶縁樹脂層６と金属板８との固着をモールド樹脂５の層の硬化と同時に行い（図６参照）、しかも、金属板底面８Ｂとの固着面周囲の絶縁樹脂層上面部分６ＵＳＩＦにはモールド樹脂５が覆い被さっているので、未硬化で液体状態のモールド樹脂５によって、絶縁樹脂層表面６ＵＳにモールド樹脂５の注入圧力が伝達される。このため、加圧状態にある絶縁樹脂層６がその長手方向に沿って膨れ上がろうとしても、その上に覆い被さっているモールド樹脂５によって、膨れ上がろうとする箇所が押さえ付けられることになり、絶縁樹脂層６の膨れないしは浮き上がりが発生しなくなる。その結果、絶縁樹脂層６に加わっている応力は、単に横方向ないし長手方向に沿って逃げる。この様に、モールド樹脂５で絶縁樹脂層６の周囲を徐々に固めながら絶縁樹脂層６自身も同様に徐々に硬化させていき、やがてモールド樹脂５の硬化と同時に絶縁樹脂層６と金属板８との固着をも同時に達成しているので、絶縁樹脂層６を欠損させること無く、絶縁樹脂層６の膨れを防止し得ると言う作用が働き、装置の絶縁信頼性確保を可能にし得る。
【００８３】
次に、本実施の形態で用いている絶縁樹脂層６が所謂チクソ性と言う物理的性質を備えるものである点を、詳述する。
【００８４】
図７は、本実施の形態で用いられている絶縁樹脂層６の内部構造を模式的に示す縦断面である。図７に示す様に、粒形状が鱗片状を成す細長い無機フィラー９がエポキシ樹脂中に含まれている。この例の様な鱗片状の無機フィラー９を用いる理由について、以下に記載する。
【００８５】
金属板８に絶縁樹脂層６を固着する際には加熱環境下で圧力が加えられるが、この時、接着界面に巻き込まれた気泡あるいは絶縁樹脂層６に内在する気体を速やかに排出する事が必要である。従って、絶縁樹脂層６と金属板底面８Ｂとの間の信頼性の高い接着を確保するためには、金属板底面８Ｂとの界面に絶縁樹脂層６が十分にぬれ広がる必要があると、言える。その場合、絶縁樹脂層６の粘度がより低い程、絶縁樹脂層６は金属板底面８Ｂとの界面に対して容易にぬれ広がることが出来るので、絶縁樹脂層６の粘度が比較的低いことが望まれる。
【００８６】
一般的に、絶縁樹脂層に充填される無機フィラーの粒形状としては、破砕状、あるいは、球状である。そこで、これらの良く知られた粒形状の無機フィラーを使用して絶縁樹脂層のぬれ性を確保しようとする場合には、無機フィラーの充填率を下げれば良い。この充填率の低下により、絶縁樹脂の粘度は低くなる。しかしながら、樹脂粘度が低く成りすぎると、固着時の加圧力で絶縁樹脂が流れてしまい、本来の目的である絶縁樹脂層の形成自体が十分に実現出来なくなると言うジレンマに陥ってしまう。つまり、無機フィラーの充填率のコントロールによって樹脂粘度を低く設定しすぎると、十分実用性に耐え得る熱伝導性及び耐電圧特性を有する絶縁樹脂層が得られなくなる。
【００８７】
逆に、破砕状あるいは球状の無機フィラーの充填率を高めにコントロールしすぎると、樹脂粘度が過度に増大して、絶縁樹脂内に巻き込まれた気泡及び／又は絶縁樹脂に内在する気体を効果的に排出出来なくなり、更には金属板８との界面における絶縁樹脂のぬれ性が極端に悪くなって、十分な接着性を確保することが困難となる。
【００８８】
従って、この様な二つの問題点を引き起こさない様に、適切な樹脂粘度を厳密に選択することが要求される。ところが、この様な樹脂粘度の精細な選択は現実には困難であるため、従来の球状又は破砕状の無機フィラーを用いた絶縁樹脂層においては、絶縁樹脂を流れ出させずに十分な密着性を得ることが出来ず、その結果、半導体装置が扱える電圧、電力量及び発熱量に制約が必然的に生じている。
【００８９】
これに対して、図７に示す様に、絶縁樹脂層６中に鱗片状の無機フィラー９を含有させることで、絶縁樹脂層６は、「比較的低い圧力下では流動性を示さず、比較的高圧力下では流動性を示すチクソ性」と言う物理的性質を発現し得る。即ち、絶縁樹脂層６にチクソ性を備えさせることで、無機フィラーの充填率を高めつつ、絶縁樹脂のぬれ性を高めることが可能となる。
【００９０】
そこで、このチクソ性を利用するときには、ａ）比較的低圧の注入圧で以って液状のモールド樹脂５をモールド金型キャビティ１０１ＣＡ内に充填する注入初期段階においては、絶縁樹脂層６を流動させること無く、絶縁樹脂層６本来の膜厚及び形状を保持しつつ絶縁樹脂層６に対して加圧し続け、ｂ）その後、ボイド等が無く、キャビティ１０１ＣＡがモールド樹脂５で満たされた段階においては、比較的高い圧力（モールド樹脂注入圧力に相当）が絶縁樹脂層６に印加される状態となるので、この状態を加熱下において所定の時間保持すれば、絶縁樹脂層６は今度は流動性を示すこととなり、絶縁樹脂層６は、絶縁樹脂層６内の気泡等を吐き出しつつ、且つ、金属板底面８Ｂとの間の界面に沿ってぬれ広がりながら、硬化していくことになる。その際、既述した通り、金属板底面８Ｂとの間の界面から突出した絶縁樹脂層６の周囲にはモールド樹脂５が存在しており、同樹脂５は絶縁樹脂層突出部に対して押圧を印加し続けるので、硬化状態への移行期間中、絶縁樹脂層６は流出せず、ただ、同層６内に巻き込まれた気泡又は／及び同層６内に存在する気体を排出すること、及び、金属板８との界面における樹脂のぬれ性を確保することのみに、寄与する。
【００９１】
この様なチクソ性が発現される理由としては、無機フィラーの比表面積（無機フィラーの体積当りの表面積に該当）が大きいことが挙げられる。即ち、比表面積が大きいことで、フィラーと樹脂間の相互作用が大きくなり、絶縁樹脂層全体の粘度が上昇する。しかし、この相互作用は外力の大きさによっては容易に切断されるため、比較的高圧が加わった際には、上記相互作用が切断されて絶縁樹脂層は流動性を示すのである。
【００９２】
本実施の形態における、これまでの記載においては、粒形状が鱗片状であるフィラーを含んだ絶縁樹脂層６の場合について開示しているが、絶縁樹脂層６にチクソ性を発揮させ得る無機フィラーとしては、この一例に限定されるものではない。例えば、粒形状が針状の無機フィラーを用いる場合においても、絶縁樹脂層６が同様のチクソ性を発揮することが、本発明者等によって確認されている。更には、一般的な、球状あるいは破砕状の粒形状を有する無機フィラーに、上記の鱗片状又は／及び針状の粒形状を有する無機フィラーを併用することでも、絶縁樹脂層６は同様のチクソ性を発揮し得る。これらの例の他にも、上記の一般的なフィラーに対して、平均粒径１μｍ以下（粒径が小さければ小さい程に良い）の超微細なフィラーを質量百分率数十％の割合で混ぜることでも、絶縁樹脂層６がチクソ性を発揮することも、本発明者等は確認している。特に、図７に模式的に示す様に、絶縁樹脂層６の主面に対して鱗片状無機フィラー９が平行に配置されている構造の場合には、加圧に対する絶縁樹脂層６の変形が小さく、且つ、気体成分の排出作用が高くなり、図７の構造は好ましい構造であることが本発明者等により確認されている。そして、図７の平行配置構造は、金属層６上に、無機フィラー９が混合された絶縁樹脂層原料を塗布した後に、絶縁樹脂層原料に対して行うスキージングの仕方の調整によって、実現可能である。
【００９３】
尚、無機フィラー９の粒形状を予め上記の鱗片状又は針状に形成することは、結晶成長時のコントロールによって実現可能である。
【００９４】
そして、予め粒形状が鱗片状又は針状に形成された無機フィラー９の粉末を絶縁樹脂層原料に混ぜ合わせた上で、その様な無機フィラー９を含む上記原料を、実施の形態１における絶縁シート製造方法において記載した様に両ローラー間に巻架された金属層７の表面７ＵＳ上に塗布し、その後、絶縁樹脂層原料をシート状に伸ばすためのスキージングを行う。このスキージングにより、絶縁樹脂層原料内の無機フィラー９同士は互いにほぼ面接触に近い状態で接触し合うこととなり、この場合の無機フィラー９同士間の接触面積は、一般的な粒形状の無機フィラー同士間の接触面積よりも、格段に増大し得る。従って、鱗片状又は針状等の無機フィラー９を含有する絶縁樹脂層６は、一般的な粒形状の無機フィラーのみを含有する絶縁樹脂層と較べて、高い熱伝導率を有すると言う利点を奏する。
【００９５】
ここで、鱗片状無機フィラー９の成分としては、例えば窒化ホウ素が用いられ、その場合には６０Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を発揮し得る絶縁樹脂層６が得られている。但し、窒化ホウ素から成る鱗片状無機フィラー９の含有率ないし充填率を、生産性を損なわない程度である４０％から６０％までの範囲内の値に設定した場合においても、１０Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を有する絶縁樹脂層６が得られている。従って、鱗片状無機フィラー９の含有率として上記の４０％〜６０％程度の様な低目のレベルに設定する場合でも、なおその様な設定は実用に耐え得る好ましい実例であると、評価し得る。以上のの例では、鱗片状無機フィラー９の成分が窒化ホウ素の場合であるが、他の材料を、鱗片状、針状、あるいは平均粒径が１μｍ以下の超微細粒から成る無機フィラー９の成分とする場合であっても、それが上記のチクソ性を発揮し得るものである限りは、同様に、耐電圧と生産性との両立を図ることが出来る。例えば、窒化珪素、窒化アルミニウム、あるいはアルミナを無機フィラー９の成分として用いても良い。
【００９６】
又、無機フィラー９の含有率に関して言えば、例えば質量百分率が１０％程度の割合では、絶縁樹脂層６の熱伝導率は殆ど向上しないけれども、含有率を大きくすればする程に、絶縁樹脂層６の熱伝導率は向上する。しかし、質量百分率が９０％となる割合を超える程に無機フィラー９の含有率を高めると、絶縁樹脂層６を成形することが出来なくなると言う不具合が生じる。とは言え、無機フィラー９の含有率の値が絶縁樹脂層６の生産性に支障を生じさせない範囲内であれば、特に上記一例の様な質量百分率４０％〜６０％の含有率に限定されるものではない事は、勿論である。
【００９７】
以上の通り、絶縁樹脂層６中の無機フィラー９の粒形状を（１）鱗片状に、若しくは（２）針状とする、あるいは、（３）無機フィラー９を平均粒径が１μｍ以下の超微細粒とする、又は、上記（１）、（２）及び（３）の種類の内で少なくとも２種類の物の混合体とすることで、上述した通り絶縁樹脂層６の固着時の密着性を改善出来ると共に、同層６の耐電圧特性と熱抵抗との改善をも図ることが可能となる。
【００９８】
次に、ヒートシンクとしての金属板８の厚みに関して、議論を展開する。即ち、金属板８の厚みが比較的薄いときには、押さえピン１０５による加圧力（図５参照）に起因して、金属板８に撓みが生じてしまい、その結果、金属板８と絶縁樹脂層６との固着面に隙間が生じてしまう。この様な不具合の発生を実験的に研究した結果を図８に示す。図８より明らかな通り、金属板８の材料がＣｕである場合には、金属板厚みが０．８ｍｍのときには両部材６，８間の接着状態に不良が生じた。金属板厚みが２ｍｍの場合においても、同様に反りの不具合が生じて、結果は接着不良の判定となった。しかしながら、金属板厚みを３ｍｍ及び４ｍｍにそれぞれ設定した各ケースにおいては、共に接着状態の不具合が見られず、良好な界面８Ｂが得られた。これらの実験結果より、金属板８の厚みとしては、３ｍｍ以上の値が必要であると、評価し得る。
【００９９】
更に、熱抵抗の観点から、金属板８の適正な厚み値を考察してみる。本願発明者等が行った実験結果によれば、例えば絶縁樹脂層６の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ程度であり、パワー半導体チップ２のサイズが１５ｍｍ角のものでは、金属板８の厚みをリードフレーム１Ａ，１Ｂの厚みよりも大きな値に設定すると、熱抵抗は下がる傾向を示し、金属板８の厚みが３ｍｍ〜４ｍｍ程度の範囲内にあるときに熱抵抗の値は極小値となり、その後は金属板８の厚みの増大に応じて熱抵抗が上昇するという関係が、得られた。
【０１００】
上記の実験結果をも加味して、金属板厚みの適正値を評価するものとすると、先ず熱抵抗の観点だけ見れば、金属板８の厚みを、少なくともリードフレーム１Ａ，１Ｂの厚み（０．５ｍｍ〜１ｍｍ）よりも大きな値に設定することが好ましいと言える。しかし、金属板８の厚みが５ｍｍ程度にまでなると、金属板８自身における熱抵抗が実用上無視し得ない程度にまで増大すると言う事実と、図８の結果とを考慮すると、実用的には、金属板厚みの適正値は３ｍｍ以上５ｍｍ未満の範囲内の値であると、言える。
【０１０１】
次に、絶縁樹脂層６の外形寸法６Ｌを金属板８の外形寸法８Ｌよりも大に設定し、且つ、絶縁樹脂層６の上面６ＵＳが金属板底面８Ｂとの界面を完全に包含する様に、絶縁樹脂層６を金属板８に対して配置している点について、実験結果を踏まえて、その理由を記載する。
【０１０２】
絶縁樹脂層６の大きさ６Ｌと金属板８の大きさ８Ｌとの関係が、それぞれ、（Ａ）金属板６が絶縁樹脂層８を内包する場合、（Ｂ）両者６，８共に同じ大きさの場合、（Ｃ）絶縁樹脂層６が金属板８を内包する場合について、金属板８と本半導体装置裏面の金属層７との間の耐電圧特性を測定した。その測定結果を図９に示す。図９より、（Ｃ）絶縁樹脂層６が金属板８を内包する構成（６Ｌ＞８Ｌ）とすることで、耐電圧特性を大幅に向上出来ることが理解される。即ち、金属板８から金属層７までの絶縁性に目を向けると、絶縁樹脂層６の側面６ＳＳと、絶縁樹脂層７及びモールド樹脂５の界面６ＵＳＩＦとに沿って生じ得る沿面放電が、耐電圧破壊の経路となる。そのため、上記ケース（Ａ）又は（Ｂ）の場合の様に、比較的薄い絶縁樹脂層６の厚みｙのみを以って必要な耐電圧特性を得るには、絶縁樹脂層６の厚みｙを勢い沿面絶縁距離以上に設定する必要性がある。これに対して、上記ケース（Ｃ）の様に、絶縁樹脂層上面６ＵＳの面積を金属板底面８のそれよりも大きく設定するならば、固着面からの絶縁樹脂層６のはみ出し部分の長さｘと絶縁樹脂層厚みｙとの和が沿面絶縁距離になるため、不必要に絶縁樹脂層厚みｙを大きく設定すること無く、所定の耐電圧特性を得ることが出来る。
【０１０３】
又、絶縁樹脂層上面６ＵＳの面積を金属板底面８Ｂの面積よりも大きく設定する場合において、絶縁樹脂層６と金属板８との固着時に絶縁樹脂層６の厚みｙが変化する程度にまで第２加圧力を加えることで、従って、例えば約９．８×１０^６Ｐａよりも大きなモールド樹脂注入圧を注入開始から硬化完了迄の期間中に渡って印加し続けることで、絶縁樹脂層６の厚みｙをより一層均一に小さくして、絶縁樹脂層６の熱抵抗の低減化と共に、絶縁樹脂層６の絶縁性及び耐電圧特性を向上させ、且つ、注入された液状のモールド樹脂５の硬化プロセスと同時に上記固着プロセスを行うことで、固着面（８Ｂ）周囲の絶縁樹脂層部分の膨れ又は毀損を防止することが出来る。この点を、実験データを基に以下に詳述する。
【０１０４】
既述の通り、絶縁樹脂層原料の生産時においては、エポキシ樹脂中に無機フィラーを容易に混合可能とするために、エポキシ樹脂中に所定の溶剤成分を含ませて絶縁樹脂層原料の粘度を低下させることが行われている。しかし、絶縁シートから見た場合には、溶剤成分は不用である。そのため、絶縁シート成形時の乾燥工程における加熱処理により、絶縁樹脂層６中の溶剤成分を揮発させて絶縁樹脂層６中から除去している。しかしながら、この乾燥工程（溶剤成分除去工程）により溶剤成分は揮発されるけれども、結果的に、絶縁樹脂層６中に、スポンジ状の多数のボイドが散在することになる。この様な多数のボイドは、絶縁樹脂層６自体の絶縁性ないしは耐電圧性の低下原因となる。そのため、未硬化の絶縁樹脂６中に内在する気体成分（ボイド）は、既述の通り、硬化途上にあるモールド樹脂５から未硬化の絶縁樹脂層６全体に対して均一に印加される第２加圧力（従って、金型１００に加えられているモールド樹脂注入圧力）によって絶縁樹脂層６の厚みｙが均一に小さくなることで、周囲のモールド樹脂５中へ追い出される。この場合、第２加圧力、従って、モールド樹脂注入圧力を高める程に、絶縁樹脂層６の均一な厚み低下がより進行すると共に、耐電圧特性も向上するものと、思われる。この着眼点を、本願発明者等は実験により実証している。
【０１０５】
図１０は、例えば２００μｍの厚みｙを有する未硬化の絶縁樹脂層６を用いて絶縁シートの金属板８への固着を行った各種のケースにおける、耐電圧の測定結果を示す図である。図１０において、ケースＡは、予め厚さ２００μｍの絶縁樹脂層６と金属層７とから成る絶縁シートを金属板８の底面８Ｂに加圧により固着しておいた上で、当該絶縁シート付き金属板８を金型キャビティ１００ＣＡ内に配置して、モールド樹脂注入圧力９．８×１０^６Ｐａで以ってモールド成形した場合である。これに対して、ケースＢ−Ｄは、本実施の形態における製造方法で以って筐体１０をモールド成形する場合であり、各ケースＢ−Ｄ毎にモールド樹脂注入圧力は異なることとされている。図１０の測定結果より明らかな通り、ケースＡでは、２ｋＶ程度で耐電圧不良となるものがあった。しかも、このケースＡでは、モールド成形時に絶縁樹脂層６の膨れの発生が見られた。これに対して、本実施の形態による製造方法で以って製造された装置（ケースＢ−Ｄ）においては、モールド樹脂注入圧力がケースＡの場合よりも小さい値であっても、ケースＡの場合よりも大きな耐電圧（５ｋＶ）が得られており（ケースＢ）、しかも、モールド樹脂注入圧力が高い程に耐電圧特性が増大すると言う良好結果が得られた（ケースＣ＆Ｄ）。この測定結果において、生産性を考慮して通常用いられる金型の性能から見て好ましい一例とされるケースＣにおいては、硬化した絶縁樹脂層６の厚みｙは硬化前の厚みと較べて約１０μｍ程薄くなっていた。そうであるならば、使用する金型の耐力に応じて、より大きなモールド樹脂注入圧力を、例えば約１．２７４×１０^７Ｐａのモールド樹脂注入圧力を、金型に印加しながらモールド樹脂５を硬化させていく場合においては、モールド樹脂５の硬化とほぼ同じタイミングで硬化した絶縁樹脂層６の厚みｙの均一減少量は１０μｍよりも大きいこととなり、絶縁性、耐電圧性、熱抵抗及び原材料コストの観点から見た場合に、より好ましい絶縁樹脂層６が最終的に形成され得る。
【０１０６】
又、上述した通り、ケースＡにおいては、絶縁樹脂層の金属板への固着時に、高圧力が加えられるために固着面直下の絶縁樹脂層部分６Ｐ１が固着面周囲に移動し、その結果、絶縁樹脂層部分６Ｐ２が盛り上がった状態で硬化する。そして、ケースＡはこの様な状態でモールド成形工程を行うため、絶縁樹脂層部分６Ｐ２の内で上記膨れが生じていた箇所において絶縁樹脂層が部分的に割れてしまい、金属板の周囲部における絶縁性が確保出来ないと言う現象が発生した。
【０１０７】
これに対して、上記ケースＢ−Ｄの何れにおいても、その様な不具合は生じない。即ち、本実施の形態においては、金属板８よりも大きな面積の上面６ＵＳ及び下面６ＬＳを備える絶縁樹脂層６を、キャビティ１００ＣＡ内に注入されたモールド樹脂５から受ける第２加圧力（モールド樹脂注入圧力）を積極的に利用して硬化・固着することで、絶縁樹脂層６の厚みｙを最小限の値にコントロールしながら（厚みｙが薄くなる分だけ、絶縁樹脂層６で生じる熱抵抗を下げ得る）、貫通絶縁特性を向上させ、且つ、沿面放電距離（ｘ＋ｙ）を必要量確保することが出来る。このため、本半導体装置の熱抵抗を最小限に抑制しながら、所定の耐絶縁特性を得ることが出来る。
【０１０８】
以上の様に、絶縁樹脂層６と金属板８との固着をモールド成形と同時に行う場合であって、且つ、金属板８よりも絶縁樹脂層６の外形寸法が大きい場合に、絶縁性（耐電圧性）が向上するという結果が得られた。
【０１０９】
又、本装置においても、未硬化の絶縁樹脂層６を完全な硬化状態とするには、ある程度の処理時間を必要とするけれども、絶縁樹脂層及び金属板の固着及び絶縁樹脂層の硬化と、モールド樹脂５の硬化（筐体の形成）とをそれぞれ別々に行う場合に比べると、その処理時間は相対的に短いと言え、特に本装置では、絶縁樹脂層６の硬化のために与えられる温度の履歴がモールド樹脂５の注入・固着期間のみにおいて生じるだけなので、生産性を従来に増して高め得る。
【０１１０】
又、金属層７の厚みとしては、薄い方が絶縁樹脂層６との積層時のコストは低下するが、その厚みが５０μｍ以下では破れ等の不具合が実際に生じたため、好ましくは１００μｍ程度の厚みが望ましい。
【０１１１】
既述した通り、本装置においては、金属板８と金属板８よりもサイズが大きい絶縁樹脂層６との固着と、モールド封止とを同時に行い、しかも、絶縁樹脂層６内に混ぜる無機フィラー９の形状として、鱗片状のもの、あるいは針状のもの、あるいは超微細のもの、あるいはそれらの混合体より成るものとすることで、絶縁樹脂層６にチクソ性と言う物理的性質を発揮させると共に、絶縁樹脂層６の熱伝導率をより向上させている。しかも、本来的には極めて脆いと言う性質を備える絶縁樹脂層６であっても、これを金属層７と一体化させることにより、絶縁樹脂層６の脆さは金属層７で補強される。これらの改善により、シート状の絶縁樹脂層６を、金型底面に沿った所定の位置に、絶縁性を損なわずに配置することが可能となった。加えて、耐電圧特性を向上させつつ、絶縁樹脂層６の厚みを小さくコントロールすることが出来るので、この点もまた、装置の低コスト化に寄与可能となり、且つ、生産性の向上化にも寄与し得る。
【０１１２】
尚、耐電圧性に関して欠点が却って生じる面があるけれども、変形例２で記載したのと同様に、図３の装置に対しても、６Ｌ≦８Ｌなる関係を満足する様に、両部材６，８の寸法・配置関係を設定しても良い。
【０１１３】
本実施の形態において提案したチクソ性を有する絶縁樹脂層６を用いるならば、絶縁樹脂層６を金属板８に固着する工程において、絶縁樹脂層６の変形を抑制することが出来、しかも、十分な圧力を加えても絶縁樹脂層６を劣化させてしまうことは無く、加えて、絶縁樹脂層６の耐電圧特性を向上させることが出来る。
【０１１４】
（変形例３）
図１１は、本変形例に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を示す縦断面図である。本変形例の装置が実施の形態２の装置と相違する特徴点は、「絶縁樹脂層６と金属板８との界面（８Ｂ）直下における絶縁樹脂層６の第１部分６Ｐ１は、絶縁樹脂層上面６ＵＳの内で絶縁樹脂層６と金属板８との上記界面（８Ｂ）の外側部分６ＵＳＩＦ直下における絶縁樹脂層６の第２部分６Ｐ２よりも薄く設定されている」と言う点にある。即ち、固着面８Ｂ直下の第１部分６Ｐ１の厚みは、固着面８Ｂ外側の第２部分６Ｐ２の厚みよりも小さい。図１１中、その他の構成部材は、実施の形態２の装置における対応部材と同一であり、従って、図３中の対応部材と同一の参照符号が付されている。
【０１１５】
又、図１２は、図１１の構造を製造するための製造工程の一部を示す縦断面図であり、図１２の工程は、図５と図６との間に追加挿入される工程に該当する。即ち、キャビティ１００ＣＡが全体的に液状のモールド樹脂５で充填されたときには、直ちに押さえピン１０５を引き抜くのではなくて、引き抜く直前に一旦、押さえピン１０５と繋がっている加圧機構（図示せず）によって、押さえピン１０５に対して、現在のモールド樹脂注入圧力（例えば９．８×１０^６Ｐａ）よりも大きな加圧力を、例えば１．４７×１０^７Ｐａ〜１．９６×１０^７Ｐａの加圧力を加える。これによって、瞬間的に、現モールド樹脂注入圧力（例えば９．８×１０^６Ｐａ）よりも大きな加圧力が絶縁樹脂層６に対して局所的に、つまり、界面８Ｂ直下の第１部分６Ｐ１に対して印加され、その結果、印加圧力に応じた量だけ、第１部分６Ｐ１が第２部分６Ｐ２よりも薄くなる。その後、直ちに、当該加圧力の印加を中止して、押さえピン１０５を硬化が始まり出したモールド樹脂５の中から引き抜く。押さえピン１０５を引き抜いた時の状態は、図６と同一である。その後の硬化工程は、実施の形態２と同じである。
【０１１６】
以上の様に、本変形例では、絶縁樹脂層６及びモールド樹脂５の硬化開始時又はその直前に、現モールド樹脂注入圧力よりも大きな加圧力を絶縁樹脂層６の第１部分６Ｐ１に対して付与することで、固着面８Ｂ直下の第１部分６Ｐ１の厚みを固着面周囲部６Ｐ２の厚みよりも薄くしている。このため、本変形例によれば、実施の形態２の場合と較べて、未硬化の絶縁樹脂層６に内在する気泡の消失量がより一層増大し、そのため耐電圧特性がより一層向上すると言う利点が得られる。
【０１１７】
更に本変形例の構成によれば、固着面周囲の絶縁樹脂層６の盛り上がり（第２部分６Ｐ２）が、絶縁樹脂層表面６ＵＳＩＦとモールド樹脂５の表面との密着性を更に向上させ得ると言う利点をも奏する。
【０１１８】
以上の通り、絶縁樹脂層６と金属板８との固着及びモールド封止を同時に行う際に、固着面直下の絶縁樹脂層部分６Ｐ１の厚みが固着面周囲の絶縁樹脂層部分６Ｐ２の厚みよりも小さくなるまで絶縁樹脂層部分６Ｐ１を局所的に加圧することで、絶縁樹脂層６を不必要に厚くすることなく、絶縁樹脂層６の耐電圧特性及び密着性の更なる向上を実現可能としている。
【０１１９】
（変形例４）
図１３は、変形例４に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を示す縦断面図である。本変形例が実施の形態２及び変形例３と相違する特徴点は、「絶縁樹脂層６の第２部分端部６Ｐ２Ｅ及び第２部分６Ｐ２と固着した金属層周縁部７Ｐ２の端部７Ｐ２Ｅが、一体的に、モールド樹脂２の内部に向けて歪曲しており、且つ、金属層下面７ＬＳの内で、周縁部端部７Ｐ２Ｅが有する被歪曲下面部分７ＬＳＥを除いた、絶縁樹脂層６と金属板８との界面直下に位置する中央部分を含む底面部分７ＬＳＣのみが外部に露出している」点にある。その他の点は、変形例３の構成と同一である。
【０１２０】
尚、第２部分６Ｐ２の全体と周縁部７Ｐ２の全体とが、モールド樹脂２の内部に向けて歪曲していても良く（距離ｄ＝０）、この場合には、外部に露出する下面部分は、絶縁樹脂層６と金属板８との界面直下に位置する中央部分のみとなる。
【０１２１】
又、図１３は本変形例の特徴点を変形例３の装置へ適用した場合の一例を示しているが、本変形例を実施の形態２の一例である図３の装置に適用することは勿論可能である。
【０１２２】
絶縁樹脂層６とモールド樹脂５との密着力は金属板８とモールド樹脂５間のそれと比べると弱いため、両部材５，６間の界面の接着力が製品の長期信頼性を決してしまうと言う問題点がある。しかしながら、本変形例においては、絶縁樹脂層６の端部６Ｐ２Ｅがその周囲のモールド樹脂５中に折り込まれるので、所謂アンカー効果により、両部材５，６間の密着性を図３及び図１１に例示した装置と較べて向上させることが可能となり、その結果、本装置をより一層長期に渡って信頼性あるものとすることが出来る。
【０１２３】
しかも、本装置においては、絶縁樹脂層６とその直下の金属層７との剛性が、両端部６Ｐ２Ｅ，７Ｐ２Ｅが平坦の場合よりも高まるため、絶縁シートの取り扱い性をより一層向上させることも出来る。
【０１２４】
加えて、図１３に例示する装置においては、金属層周囲部７Ｐ２及び絶縁樹脂層周囲部６Ｐ２の湾曲領域は、金属板８の側面８ＳＳから外側に向けて距離ｄ（例えば数ｍｍ程度の余裕）だけ離されて形成されているので、金属板側面８ＳＳの周囲において直ちに湾曲面を形成する場合（ｄ＝０）と比較して、絶縁樹脂層６と金属層７との複合絶縁シートをモールド金型１００（図４）内に配置する際の位置ずれに対するマージンが大きくなり、そのため、複合絶縁シートの取り扱い性が更に一層増す。この様な位置決定時のマージンの増大化を考慮すると、図１３の装置の様に、金属層端部７Ｐ２Ｅ及び絶縁樹脂層端部６Ｐ２Ｅのみをモールド樹脂５内に向けて歪曲させる構成が好ましいと言える。
【０１２５】
更に、絶縁樹脂層６Ｐ２及び金属層７Ｐ２がモールド樹脂５内に斜め形状で折り込まれている場合においては、絶縁樹脂層６Ｐ２及び金属層７Ｐ２が共に水平方向に展開している場合（図３及び図１１の一例）と比べて、沿面距離が長くなり、絶縁性がより一層向上する。逆に、本装置の沿面距離を図３及び図１１の例示装置における沿面距離と等しく設定する場合には、図３及び図１１の例示装置と比較して、本変形例に係る装置の外形サイズを小さくすることが可能となる。
【０１２６】
更に、本変形例に係る装置は、例えば湿気が比較的高い環境下において本装置を長期間に渡って使用する場合に、外気中の水分が本装置内に浸入してパワー半導体チップ２を誤動作させてしまうと言う事態の発生を防止し得ると言う利点をも奏する。即ち、外気中の水分が本装置内に浸入してその後にパワー半導体チップ２にまで至るルートとしては、長期間使用によって生じ得る絶縁シートとモールド樹脂５との界面の剥離部分を介して浸入するルートと、長期間使用によって生じ得る第１リードフレーム１Ａとモールド樹脂５との界面の亀裂部分を介して浸入するルートとがある。この内、後者のルートに対する対処策は依然より一般的に行われており、その有効性は既知となっている。これに対して、本構造は、前者の浸入ルートに対する有効な防止効果を呈する。と言うのは、本装置は、前者の浸入ルートに関して、湾曲表面７ＬＳＥとモールド樹脂５との界面、側面７ＳＳとモールド樹脂５との界面、側面６ＳＳとモールド樹脂５との界面、湾曲表面６ＵＳＩＦとモールド樹脂５との界面、側面８ＳＳとモールド樹脂５との界面、及び主面８Ｔとモールド樹脂５との界面等を備えているため、相対的に見て、浸入ルートの距離が長く設定されている。このため、本構造においては、外部から剥離を介して本筐体１０内に浸入した水分が、パワー半導体チップ２にまで到達しにくくなっているのである。
【０１２７】
以上の通り、本変形例を適用すれば、絶縁樹脂層端部６Ｐ２Ｅ及び金属層端部７Ｐ２Ｅがモールド樹脂５内に立体的に折り込まれていることにより、密着性の向上化に伴なう耐電圧特性の向上化を通じて本半導体装置の長期信頼性を向上させ得ると共に、不必要に絶縁樹脂層６と金属層７とのサイズを大きくする必要性がなくなる。
【０１２８】
（付記）
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。
【０１２９】
【発明の効果】
この発明に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置においては、本半導体装置の外部の放熱フィンと接触する底面を、絶縁樹脂層の下層の金属層とすることにより、絶縁樹脂層の保護が出来る構成が実現され、しかも、絶縁樹脂層を金属層と一体化形成（積層）しているので、絶縁樹脂層に対する信頼性及びその取り扱い性が向上し得る。
【０１３０】
この発明に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の製造方法においては、モールド樹脂の注入及び硬化工程を利用して金属板と絶縁樹脂シートとの固着を実現しているので、特に絶縁樹脂シートの外形が金属板のそれよりも大きい場合には、固着時に生じやすい絶縁樹脂シートの変形を容易に抑制することが出来、その結果、耐電圧特性を損なうこと無く、金属板と絶縁樹脂シートとの固着が可能となり、且つ、不必要に絶縁樹脂層を厚くする必要性がなくなり、以って、絶縁樹脂層の低熱抵抗化を可能とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を示す縦断面図である。
【図２】変形例１に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を示す縦断面図である。
【図３】実施の形態２に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を示す縦断面図である。
【図４】実施の形態２に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。
【図５】実施の形態２に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。
【図６】実施の形態２に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。
【図７】実施の形態２に係る絶縁樹脂層の構造を示す縦断面図である。
【図８】実施の形態２に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置における実験結果を示す図である。
【図９】実施の形態２に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置における各種の試作品構造に関する耐電圧特性の測定結果を示す図である。
【図１０】実施の形態２に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置における実験結果を示す図である。
【図１１】変形例３に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を示す縦断面図である。
【図１２】変形例３に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の製造工程の一部を示す縦断面図である。
【図１３】変形例４に係るモールド樹脂封止型パワー半導体装置の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ リードフレーム、２ パワー半導体チップ、３ 半田層、４ アルミニウムワイヤ、５ モールド樹脂、６ 絶縁樹脂層、７ 金属層、８ 金属板、９ フィラー、１００ 金型、１０１ 下型、１０２ 上型、１０３ 絶縁シート位置決め装置、１０４ フレーム搬送位置決め装置、１０５ 押さえピン。