特開 2021-197375 半導体装置および半導体装置の製造方法

(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2021-197375(P2021-197375A)

(43)【公開日】2021年12月27日

(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/34 20060101AFI20211129BHJP

   H01L 23/29 20060101ALI20211129BHJP

   H01L 23/31 20060101ALI20211129BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20211129BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/34 B

   H01L23/30 R

   H01L23/48 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2020-100132(P2020-100132)

(22)【出願日】2020年6月9日

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】神田 沢水

【テーマコード（参考）】

4M109

5F136

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109BA01

4M109DB02

5F136DA07

5F136FA82

(57)【要約】

【課題】電気絶縁性を確保しつつ放熱性の向上を図ること。
【解決手段】半導体装置１は、金属製のフレーム１０と、フレーム１０のフレーム本体１１の主面１１ｓに実装された半導体素子４０と、フレーム本体１１の裏面１１ｒに設けられた絶縁体６０と、ｚ方向において絶縁体６０が露出した状態で、絶縁体６０ごとフレーム本体１１と半導体素子４０とを封止するモールド樹脂５０と、を備えている。そして、絶縁体６０の熱伝導率は、モールド樹脂５０の熱伝導率よりも高い。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有する金属製のフレームと、
前記フレームの前記主面に実装された半導体素子と、
前記フレームの前記裏面に設けられた絶縁体と、
前記厚さ方向において前記絶縁体が露出した状態で、前記絶縁体ごと前記フレームと前記半導体素子とを封止するモールド樹脂と、
を備えており、
前記絶縁体の熱伝導率は、前記モールド樹脂の熱伝導率よりも高い
半導体装置。

【請求項2】

前記絶縁体は、前記厚さ方向において互いに反対側を向く絶縁主面および絶縁裏面を有しており、
前記絶縁裏面は、前記厚さ方向において前記モールド樹脂から露出しており、
前記絶縁主面は、前記フレームの前記裏面と対面しており、
前記絶縁主面と前記フレームの前記裏面との間には、前記絶縁主面と前記フレームの前記裏面とを分子接合する接合層が設けられている
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記半導体素子は、第１駆動電極および第２駆動電極を有しており、
前記第１駆動電極は前記フレームと電気的に接続されており、
前記半導体装置は、
第１ワイヤによって前記フレームと電気的に接続された第１端子と、
第２ワイヤによって前記第２駆動電極と電気的に接続された第２端子と、
を備えており、
前記第１端子および前記第２端子は、前記モールド樹脂の側面から前記モールド樹脂の外部に突出している
請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記絶縁体の熱伝導率は、前記フレームの熱伝導率よりも低く、
前記絶縁体の厚さは、前記フレームの厚さよりも薄い
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記絶縁体は、前記フレームの前記裏面のうち、前記厚さ方向から視て前記半導体素子と重なる部分に少なくとも設けられている
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記絶縁体は、前記フレームの前記裏面の外周縁よりも内方に設けられており、
前記モールド樹脂は、前記フレームの前記裏面の外周縁を前記厚さ方向から覆うとともに前記絶縁体の側面を覆っている
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記絶縁体は、前記フレームの前記裏面の全体にわたり設けられている
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記絶縁体は、前記厚さ方向において前記モールド樹脂から露出する絶縁裏面を有しており、
前記絶縁裏面は、前記厚さ方向において前記モールド樹脂と面一となるように形成されている
請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記絶縁体は、前記厚さ方向において前記モールド樹脂から露出する絶縁裏面を有しており、
前記絶縁裏面は、前記厚さ方向において前記モールド樹脂よりも突出している
請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記絶縁体の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である
請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記絶縁体の熱伝導率は、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上かつ５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である
請求項１０に記載の半導体装置。

【請求項12】

厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有するフレームの前記主面に半導体素子を実装する工程と、
電気絶縁性を有する絶縁体を前記フレームの前記裏面に取り付ける工程と、
前記厚さ方向において前記絶縁体を露出した状態で、前記絶縁体ごと前記半導体素子および前記フレームをモールド樹脂によって封止する工程と、
を備えており、
前記絶縁体の熱伝導率は、前記モールド樹脂の熱伝導率よりも高い
半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記絶縁体は、分子接合によって前記フレームの前記裏面に接合される
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来からディスクリート型の半導体装置として、金属製のフレームと、フレームの主面に実装された半導体素子と、フレームおよび半導体素子を封止するモールド樹脂とを備える半導体装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１の半導体装置は、フレームの裏面がモールド樹脂から露出した構成である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−２６２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、半導体装置の電気絶縁性を確保するため、フレームの裏面をモールド樹脂で覆う構成の半導体装置が考えられる。このような構成の半導体装置では、半導体素子の熱がフレームおよびモールド樹脂を介して半導体装置の外部に放出される。しかし、モールド樹脂の熱伝導率が低いため、半導体装置の放熱性の向上に改善の余地がある。

【0005】

本開示の目的は、電気絶縁性を確保しつつ放熱性の向上を図ることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する半導体装置は、厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有する金属製のフレームと、前記フレームの前記主面に実装された半導体素子と、前記フレームの前記裏面に設けられた絶縁体と、前記厚さ方向において前記絶縁体が露出した状態で、前記絶縁体ごと前記フレームと前記半導体素子とを封止するモールド樹脂と、を備えており、前記絶縁体の熱伝導率は、前記モールド樹脂の熱伝導率よりも高い。

【0007】

この構成によれば、半導体素子の熱はフレームおよび絶縁体を介して半導体装置の外部に放出される。このため、フレームの裏面がモールド樹脂に覆われた構成と比較して、半導体素子の熱を半導体装置の外部に放出しやすくなる。したがって、半導体装置の放熱性を向上させることができ、半導体素子の温度が過度に高くなることを抑制できる。

【0008】

加えて、フレームの裏面が電気絶縁性を有する絶縁体によって覆われているため、フレームの裏面がモールド樹脂から厚さ方向に露出する構成と比較して、半導体装置の電気絶縁性を確保できる。

【0009】

上記課題を解決する半導体装置の製造方法は、厚さ方向において互いに反対側を向く主面および裏面を有するフレームの前記主面に半導体素子を実装する工程と、電気絶縁性を有する絶縁体を前記フレームの前記裏面に取り付ける工程と、前記厚さ方向において前記絶縁体を露出した状態で、前記絶縁体ごと前記半導体素子および前記フレームをモールド樹脂によって封止する工程と、を備えており、前記絶縁体の熱伝導率は、前記モールド樹脂の熱伝導率よりも高い。

【0010】

この構成によれば、半導体素子の熱はフレームおよび絶縁体を介して半導体装置の外部に放出される。このため、フレームの裏面がモールド樹脂に覆われた構成と比較して、半導体素子の熱を半導体装置の外部に放出しやすくなる。したがって、半導体装置の放熱性を向上させることができ、半導体素子の温度が過度に高くなることを抑制できる。

【0011】

加えて、フレームの裏面が電気絶縁性を有する絶縁体によって覆われているため、フレームの裏面がモールド樹脂から厚さ方向に露出する構成と比較して、半導体装置の電気絶縁性を確保できる。

【発明の効果】

【0012】

上記半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、電気絶縁性を確保しつつ放熱性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態の半導体装置の斜視図。

【図2】図１の半導体装置の平面図。

【図3】図１の半導体装置の裏面図。

【図4】図２の半導体装置の４−４線の断面図。

【図5】図２の半導体装置の５−５線の断面図。

【図6】一実施形態の半導体装置の製造方法の一工程の一例を説明するための説明図。

【図7】半導体装置の製造方法の一工程の一例を説明するための説明図。

【図8】半導体装置の製造方法の一工程の一例を説明するための説明図。

【図9】半導体装置の製造方法の一工程の一例を説明するための説明図。

【図10】半導体装置の製造方法の一工程の一例を説明するための説明図。

【図11】半導体装置の使用例を示した断面図。

【図12】変更例の半導体装置の断面図。

【図13】変更例の半導体装置の断面図。

【図14】変更例の半導体装置の断面図。

【図15】変更例の半導体装置の断面図。

【図16】変更例の半導体装置の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、半導体装置の実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであり、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の実施形態は、種々の変更を加えることができる。

【0015】

（半導体装置の構成）
図１〜図５を参照して、本実施形態の半導体装置１の構成について説明する。
図１に示すように、半導体装置１は、フレーム１０と、駆動リード２０と、制御リード３０と、半導体素子４０と、モールド樹脂５０と、絶縁体６０と、を備えている。本実施形態では、フレーム１０、駆動リード２０および制御リード３０は、同一の金属製の母材をプレス加工することによって形成されている。半導体素子４０は、フレーム１０に実装されており、駆動リード２０および制御リード３０の双方と電気的に接続されている。モールド樹脂５０は、絶縁体６０ごとフレーム１０および半導体素子４０を封止するように形成されている。

【0016】

モールド樹脂５０は、電気絶縁性の樹脂材料からなり、本実施形態では黒色のエポキシ樹脂からなる。モールド樹脂５０は、たとえばトランスファー成型によって、絶縁体６０ごとフレーム１０の一部、駆動リード２０の一部、制御リード３０の一部、および半導体素子４０を封止している。

【0017】

図１に示すとおり、モールド樹脂５０は、樹脂主面５０ｓ、樹脂裏面５０ｒ、および４つの樹脂側面５１〜５４を有する略直方体状に形成されている。図２に示すように、樹脂主面５０ｓは、長手方向および短手方向を有する矩形状に形成されている。なお、以降の説明において、樹脂主面５０ｓの長手方向に沿う方向をｘ方向とし、樹脂主面５０ｓの短手方向に沿う方向をｙ方向とし、ｘ方向およびｙ方向の双方に直交する方向をｚ方向とする。

【0018】

図１から分かるとおり、本実施形態の半導体装置１は、パッケージ外形規格（ＪＥＩＴＡ規格）がＴＯ（Transistor Outline）−２４７のパッケージである。このため、モールド樹脂５０のｘ方向の寸法は１５．６４ｍｍ以上１６．２４ｍｍ以下であり、モールド樹脂５０のｙ方向の寸法は２０．６５ｍｍ以上２１．２５ｍｍ以下であり、モールド樹脂５０のｚ方向の寸法は４．８２ｍｍ以上５．２２ｍｍ以下である。なお、半導体装置１は、ＴＯ−２４７に限られず、ＴＯ−２５２等の他のパッケージであってもよい。

【0019】

図１に示すように、樹脂主面５０ｓおよび樹脂裏面５０ｒは、ｚ方向において互いに反対側を向く面である。樹脂主面５０ｓの大部分は、ｚ方向と直交する方向に沿う平面によって形成されている。樹脂裏面５０ｒの全体は、ｚ方向と直交する方向に沿う平面によって形成されている。本実施形態では、図１に示すとおり、ｚ方向から視た樹脂主面５０ｓと樹脂裏面５０ｒとの形状が互いに異なるが、ｚ方向から視た樹脂主面５０ｓと樹脂裏面５０ｒとの形状が同一であってもよい。

【0020】

図１に示すように、樹脂側面５１〜５４は、ｚ方向において樹脂主面５０ｓおよび樹脂裏面５０ｒを繋ぐ面である。図２に示すように、樹脂側面５１および樹脂側面５２は、ｘ方向において互いに反対側を向く面であり、ｚ方向から視てｘ方向に沿って延びている。樹脂側面５３および樹脂側面５４は、ｙ方向において互いに反対側を向く面であり、ｚ方向から視てｙ方向に沿って延びている。

【0021】

図１および図２に示すように、モールド樹脂５０のｙ方向の中央よりも樹脂側面５１の近くであって、モールド樹脂５０のｘ方向の両端部には、半円状の凹部５５が設けられている。凹部５５は、フレーム１０の一部を露出している。

【0022】

図２に示すように、モールド樹脂５０のｙ方向の中央よりも樹脂側面５１の近くであって、モールド樹脂５０のｘ方向の中央には、円形の貫通孔５６が設けられている。貫通孔５６は、ｚ方向においてモールド樹脂５０を貫通している。本実施形態では、ｚ方向から視て、両凹部５５と貫通孔５６とは、ｙ方向において揃った位置に設けられている。

【0023】

フレーム１０、駆動リード２０および制御リード３０はそれぞれ、たとえばＣｕ（銅）からなる。
図１に示すように、フレーム１０は、フレーム本体１１および第１端子１６を有している。本実施形態のフレーム１０は、フレーム本体１１および第１端子１６が一体に形成された単一部品である。フレーム本体１１は、主面１１ｓ、裏面１１ｒ、および４つの側面１２〜１５を有する略平板状に形成されている。

【0024】

主面１１ｓおよび裏面１１ｒは、ｚ方向において互いに反対側を向く面である。つまり、ｚ方向は、フレーム１０の厚さ方向ともいえる。主面１１ｓは樹脂主面５０ｓと同じ側を向き、裏面１１ｒは樹脂裏面５０ｒと同じ側を向く面である。ｚ方向から視た主面１１ｓの形状は、ｙ方向が長手方向となり、ｘ方向が短手方向となる矩形状である。本実施形態では、ｚ方向から視た主面１１ｓと裏面１１ｒとの形状は同一であるが、ｚ方向から視た主面１１ｓと裏面１１ｒとの形状は異なってもよい。

【0025】

図１に示すように、側面１２〜１５は、ｚ方向において主面１１ｓおよび裏面１１ｒを繋ぐ面である。図２に示すように、側面１２および側面１３は、ｘ方向において互いに反対側を向く面である。側面１２は樹脂側面５１と同じ側を向いており、側面１３は樹脂側面５２と同じ側を向いている。側面１４および側面１５は、ｙ方向において互いに反対側を向く面であり、ｙ方向に沿って延びている。側面１４は樹脂側面５３と同じ側を向く面であり、側面１５は樹脂側面５４と同じ側を向く面である。

【0026】

図４および図５に示すように、フレーム本体１１は、モールド樹脂５０内に設けられている。具体的には、フレーム本体１１の主面１１ｓおよび裏面１１ｒはモールド樹脂５０の樹脂主面５０ｓと樹脂裏面５０ｒとのｚ方向の間に位置しており、フレーム本体１１の側面１２，１３はモールド樹脂５０の樹脂側面５１，５２のｙ方向の間に位置しており、フレーム本体１１の側面１４、１５はモールド樹脂５０の樹脂側面５３，５４のｘ方向の間に位置している。特に、フレーム本体１１の裏面１１ｒは、モールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒよりも樹脂主面５０ｓの近くに配置されている。つまり、裏面１１ｒは、樹脂裏面５０ｒから露出していない。

【0027】

フレーム本体１１のｙ方向の中央よりも側面１２の近くであって、フレーム本体１１のｘ方向の中央には、円形の貫通孔１１ｐが設けられている。貫通孔１１ｐは、フレーム本体１１をｚ方向に貫通している。ｚ方向から視て、貫通孔１１ｐは、モールド樹脂５０の貫通孔５６と重なる位置に設けられている。貫通孔１１ｐの内径は、貫通孔５６の内径よりも大きい。本実施形態では、貫通孔１１ｐの中心は、貫通孔５６の中心と一致している。

【0028】

第１端子１６は、フレーム本体１１の側面１３のｘ方向の中央に接続されており、樹脂側面５２に向けてｙ方向に沿って延びている。第１端子１６は、樹脂側面５２からｙ方向に突出している。図４に示すように、ｚ方向において、第１端子１６は、フレーム本体１１に対して樹脂主面５０ｓ寄りに配置されている。

【0029】

駆動リード２０は、接続部２１と第２端子２２とを有している。本実施形態の駆動リード２０は、接続部２１と第２端子２２とが一体に形成された単一部品である。
接続部２１は、モールド樹脂５０内に配置されており、フレーム本体１１の主面１１ｓよりも樹脂主面５０ｓの近くに配置されている。図２に示すように、接続部２１は、ｘ方向において第１端子１６よりも樹脂側面５４の近くに配置されており、ｙ方向においてフレーム本体１１よりも樹脂側面５２の近くに配置されている。ｚ方向から視た接続部２１の形状は、ｘ方向が長手方向となり、ｙ方向が短手方向となる矩形状である。

【0030】

第２端子２２は、接続部２１から樹脂側面５２に向かってｙ方向に沿って延び、樹脂側面５２からｙ方向に突出している。つまり、第２端子２２は、モールド樹脂５０内の部分と、モールド樹脂５０外の部分とを有している。

【0031】

制御リード３０は、接続部３１と第３端子３２とを有している。本実施形態の制御リード３０は、接続部３１と第３端子３２とが一体に形成された単一部品である。
接続部３１は、モールド樹脂５０内に配置されており、フレーム本体１１の主面１１ｓよりも樹脂主面５０ｓの近くに配置されている。図２に示すように、接続部３１は、ｘ方向において第１端子１６よりも樹脂側面５３の近くに配置されており、ｙ方向においてフレーム本体１１よりも樹脂側面５２の近くに配置されている。ｚ方向から視て、接続部３１および駆動リード２０の接続部２１は、ｙ方向において互いに揃った状態で、ｘ方向において互いに離間して配置されている。ｚ方向から視た接続部３１の形状は、ｘ方向が長手方向となり、ｙ方向が短手方向となる矩形状である。

【0032】

第３端子３２は、接続部３１から樹脂側面５２に向かってｙ方向に沿って延び、樹脂側面５２からｙ方向に突出している。つまり、第３端子３２は、第２端子２２と同様に、モールド樹脂５０内の部分と、モールド樹脂５０外の部分とを有している。

【0033】

半導体素子４０は、フレーム本体１１の主面１１ｓに実装されている。より詳細には、図４に示すように、半導体素子４０は、Ａｇ（銀）ペーストやはんだ等の導電性接合材ＳＤを介してフレーム本体１１の主面１１ｓに接合されている。

【0034】

半導体素子４０は、ｚ方向において互いに反対側を向く素子主面４０ｓおよび素子裏面４０ｒを有する平板状に形成されている。半導体素子４０は、素子主面４０ｓがフレーム本体１１の主面１１ｓと同じ側を向き、素子裏面４０ｒがフレーム本体１１の裏面１１ｒと同じ側を向くようにフレーム本体１１に配置されている。

【0035】

半導体素子４０としては、たとえばＳｉＣ（炭化シリコン）を含むＳｉＣＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）が用いられている。ＳｉＣＭＯＳＦＥＴは、１ｋＨｚ以上かつ数百ｋＨｚ以下の周波数の駆動信号に応答した高速スイッチングが可能な素子である。好ましくは、半導体素子４０は、１ｋＨｚ以上かつ１００ｋＨｚ以下の周波数の駆動信号に応答した高速スイッチングが可能な素子である。本実施形態では、半導体素子４０は、１００ｋＨｚの周波数の駆動信号に応じて高速スイッチングを行う。

【0036】

なお、半導体素子４０は、ＳｉＣＭＯＳＦＥに限られず、Ｓｉ（シリコン）を含むＭＯＳＦＥＴであってもよいし、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やサイリスタ等の他のトランジスタであってもよい。また、半導体素子４０は、トランジスタに限られず、ダイオード等の他の半導体素子であってもよい。

【0037】

半導体素子４０は、第１駆動電極４１、第２駆動電極４２および制御電極４３（図２参照）を有している。第１駆動電極４１は素子裏面４０ｒに形成されており、第２駆動電極４２および制御電極４３の双方は素子主面４０ｓに形成されている。本実施形態のように半導体素子４０がＭＯＳＦＥＴである場合、第１駆動電極４１はドレイン電極であり、第２駆動電極４２はソース電極であり、制御電極４３はゲート電極である。

【0038】

第１駆動電極４１は、素子裏面４０ｒの全体にわたり形成されており、導電性接合材ＳＤを介してフレーム本体１１（フレーム１０）と電気的に接続されている。
図２に示すように、第２駆動電極４２は、第１ワイヤＷ１を介して駆動リード２０の第２端子２２と電気的に接続されている。より詳細には、第１ワイヤＷ１は、第２駆動電極４２と駆動リード２０の接続部２１とに接続されている。接続部２１は第２端子２２に繋がっているため、第１ワイヤＷ１は、第２駆動電極４２と第２端子２２とを電気的に接続している。

【0039】

制御電極４３は、第２ワイヤＷ２を介して制御リード３０の第３端子３２と電気的に接続されている。より詳細には、第２ワイヤＷ２は、制御電極４３と制御リード３０の接続部３１とに接続されている。接続部３１は第３端子３２に繋がっているため、第２ワイヤＷ２は、制御電極４３と第３端子３２とを電気的に接している。

【0040】

各ワイヤＷ１，Ｗ２は、Ｃｕ，Ａｕ（金），Ａｌ（アルミニウム）等からなるボンディングワイヤである。本実施形態では、第１ワイヤＷ１の線径は、第２ワイヤＷ２の線径よりも大きい。なお、第１ワイヤＷ１の線径は第２ワイヤＷ２と等しくてもよい。この場合、第１ワイヤＷ１の本数は第２ワイヤＷ２の本数よりも多いことが好ましい。

【0041】

絶縁体６０は、電気絶縁性を有する材料からなり、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に高熱伝導性フィラーを含有させて構成されている。高熱伝導性フィラーとしては、たとえばＢＮ（窒化ホウ素）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）が挙げられる。高熱伝導性フィラーの含有率は、５０％以上であることが好ましい。

【0042】

絶縁体６０の熱伝導率は、モールド樹脂５０の熱伝導率よりも高い。絶縁体６０の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。より好ましくは、絶縁体６０の熱伝導率は、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。

【0043】

絶縁体６０の熱伝導率は、フレーム１０の熱伝導率よりも低い。このため、絶縁体６０のｚ方向の長さは、フレーム本体１１のｚ方向の長さよりも短くなるように設定されている。つまり、絶縁体６０の厚さは、フレーム本体１１の厚さよりも薄くなるように設定されている。

【0044】

本実施形態では、絶縁体６０は、シート状に形成されている。絶縁体６０は、フレーム本体１１の裏面１１ｒの全体にわたり貼り付けられている。より詳細には、絶縁体６０は、ｚ方向において互いに反対側を向く絶縁主面６０ｓおよび絶縁裏面６０ｒを有する。絶縁主面６０ｓはフレーム本体１１の主面１１ｓと同じ側を向き、絶縁裏面６０ｒはフレーム本体１１の裏面１１ｒと同じ側を向いている。絶縁主面６０ｓは、フレーム本体１１の裏面１１ｒと対面している。絶縁主面６０ｓは、接合層７０を介してフレーム本体１１の裏面１１ｒに接合されている。接合層７０は、絶縁主面６０ｓとフレーム本体１１の裏面１１ｒとを分子接合する層である。

【0045】

図３に示すように、絶縁裏面６０ｒは、ｚ方向においてモールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒから露出している。図４および図５に示すように、本実施形態では、絶縁裏面６０ｒと樹脂裏面５０ｒとは面一となっている。

【0046】

図３に示すように、絶縁裏面６０ｒは、絶縁側面６１〜６４を有している。絶縁側面６１および絶縁側面６２は、ｘ方向において互いに反対側を向き、ｚ方向から視てｘ方向に沿って延びている。絶縁側面６１はモールド樹脂５０の樹脂側面５１と同じ側を向き、絶縁側面６２は樹脂側面５２と同じ側を向いている。絶縁側面６３および絶縁側面６４は、ｙ方向において互いに反対側を向き、ｚ方向から視てｙ方向に沿って延びている。絶縁側面６３はモールド樹脂５０の樹脂側面５３と同じ側を向き、絶縁側面６４は樹脂側面５４と同じ側を向いている。各絶縁側面６１〜６４は、モールド樹脂５０によって覆われている。より詳細には、各絶縁側面６１〜６４は、モールド樹脂５０と接している。

【0047】

絶縁体６０は、ｚ方向において絶縁体６０を貫通する貫通孔６５を有している。ｚ方向から視て、貫通孔６５は、モールド樹脂５０の貫通孔５６と重なる位置に設けられている。貫通孔６５の内径は、貫通孔５６の内径よりも大きい。また貫通孔６５の内径は、貫通孔１１ｐの内径と等しい。本実施形態では、貫通孔６５の中心は、貫通孔５６の中心と一致している。つまり、貫通孔６５の中心は、貫通孔１１ｐの中心と一致している。図４に示すように、貫通孔６５，１１ｐ内には、モールド樹脂５０が設けられている。貫通孔６５，１１ｐ内に貫通孔５６が形成されることから、ｚ方向から視て貫通孔６５，１１ｐの外周側であって貫通孔６５，１１ｐの内周面に接するようにモールド樹脂５０が設けられている。

【0048】

（半導体装置の製造方法）
図６〜図１０を参照して、本実施形態の半導体装置１の製造方法について説明する。
図６に示すように、半導体装置１の製造方法は、フレームユニット８００を準備する工程を備えている。フレームユニット８００は、フレーム１０に対応するフレーム体８１０と、駆動リード２０に対応する駆動リード体８２０と、制御リード３０に対応する制御リード体８３０と、を有している。フレーム体８１０、駆動リード体８２０および制御リード体８３０は互いに繋がっている。

【0049】

図７に示すように、半導体装置１の製造方法は、半導体素子４０をフレームユニット８００に実装する工程を備えている。半導体素子４０は、フレームユニット８００のフレーム体８１０に実装される。より具体的には、まず、フレーム体８１０のフレーム本体８１１の主面８１１ｓには、導電性接合材ＳＤが塗布される。続いて、導電性接合材ＳＤ上に半導体素子４０が載置される。そして、たとえばリフロー処理によって導電性接合材ＳＤを溶融した後、冷却して導電性接合材ＳＤを固化することによって導電性接合材ＳＤに半導体素子４０が接合される。これにより、半導体素子４０の第１駆動電極４１（図７では図示略）がフレーム体８１０と電気的に接続される。

【0050】

図８に示すように、半導体装置１の製造方法は、第１ワイヤＷ１および第２ワイヤＷ２を形成する工程を備えている。たとえばワイヤボンディング装置を用いて、半導体素子４０の第２駆動電極４２と駆動リード体８２０とを接続するように第１ワイヤＷ１が形成され、半導体素子４０の制御電極４３と制御リード体８３０とを接続するように第２ワイヤＷ２が形成される。これにより、第２駆動電極４２と駆動リード体８２０とが電気的に接続され、制御電極４３と制御リード体８３０とが電気的に接続される。

【0051】

図９に示すように、半導体装置１の製造方法は、絶縁体６０をフレームユニット８００に貼り付ける工程を備えている。絶縁体６０は、分子接合によってフレーム本体８１１の裏面８１１ｒに接合される。つまり、絶縁体６０の絶縁主面６０ｓとフレーム本体８１１の裏面８１１ｒとは、化学結合によって接合されている。一例では、分子接合として、まず、コロナ放電処理（プラズマ処理）によってフレーム本体８１１の裏面８１１ｒを粗化させ、かつＯＨ基（ヒドロキシ基）を生成させる。そしてたとえばフレーム本体１１の裏面８１１ｒに、トリアジンジチオールを含む分子接合剤を塗布する。この分子接合剤は、たとえば、６−（３−トリエトキシシリルプロピルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオールモノナトリウム塩の水溶液である。次に、分子接合剤が塗布された裏面８１１ｒを加熱処理することによって、裏面８１１ｒに生成されたＯＨ基と分子接合剤に含有された有機化合物が化学結合する。その結果、フレーム本体８１１の裏面８１１ｒには、裏面８１１ｒと化学結合されたトリアジンジチオールが生成される。最後に、トリアジンジチオールが生成された裏面８１１ｒと絶縁体６０の絶縁主面６０ｓを密着させた状態で加熱および加圧処理を行うことによって、トリアジンジチオールに含まれるチオール基と、絶縁体６０に含まれるエポキシ基とが化学結合する。フレーム本体８１１の裏面８１１ｒと絶縁体６０の絶縁主面６０ｓとの間に介在し、かつ裏面８１１ｒと絶縁主面６０ｓとの双方に化学結合された有機化合物が接合層７０となる。接合層７０の厚さは、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の厚さである。本実施形態では、接合層７０の厚さは１０ｎｍ程度である。

【0052】

本実施形態では、絶縁体６０をフレームユニット８００に貼り付ける工程では、フレーム本体８１１の裏面８１１ｒと同一形状の絶縁主面６０ｓを有する絶縁体６０を予め用意し、その用意した絶縁体６０を裏面８１１ｒに分子接合している。このため、絶縁体６０には、フレーム本体８１１の貫通孔８１１ｐと同一形状の貫通孔６５（図９では図示略）が既に形成されている。

【0053】

なお、絶縁体６０は、フレーム本体８１１の裏面８１１ｒよりも大きい絶縁主面６０ｓを有するものを用意してもよい。この場合、半導体装置１の製造方法は、絶縁体６０を裏面８１１ｒに分子接合した後、フレーム本体８１１の形状に合わせて絶縁体６０を切断する工程を備える。

【0054】

図１０に示すように、半導体装置１の製造方法は、モールド樹脂８５０を形成する工程を備えている。この工程は、絶縁体６０をフレームユニット８００に貼り付ける工程よりも後に実施される。つまり、モールド樹脂８５０は、絶縁体６０ごとフレームユニット８００の一部、半導体素子４０および各ワイヤＷ１，Ｗ２を封止する。本実施形態では、モールド樹脂８５０は、トランスファー成型によって形成される。これにより、絶縁体６０の各絶縁側面６１〜６４（図３参照）がモールド樹脂８５０によって覆われる。より詳細には、絶縁体６０の各絶縁側面６１〜６４とモールド樹脂８５０とが密着する。

【0055】

モールド樹脂８５０は、モールド樹脂５０の一対の凹部５５に対応する一対の開口穴８５５と、モールド樹脂５０の貫通孔５６に対応する貫通孔８５６と、を有している。各開口穴８５５および貫通孔８５６は、金型によってモールド樹脂８５０の成型時に一体に形成される。各開口穴８５５は、モールド樹脂８５０の厚さ方向においてモールド樹脂８５０を貫通していない。各開口穴８５５は、フレーム本体８１１のｙ方向の両端部の一部を露出している。貫通孔８５６は、モールド樹脂８５０の厚さ方向においてモールド樹脂８５０を貫通している。

【0056】

図示していないが、半導体装置１の製造方法は、モールド樹脂８５０およびフレームユニット８００を切断することによって半導体装置１を個片化する工程を備えている。一例では、たとえばダイシングブレードを用いてモールド樹脂８５０を切断することによってモールド樹脂５０を形成する。またプレス加工機によってフレームユニット８００を切断することによって、各端子１６，２２，３２を形成する。これにより、フレーム１０、駆動リード２０および制御リード３０が形成される。以上の工程を経て、半導体装置１が製造される。

【0057】

（作用）
図１１を参照して、本実施形態の半導体装置１の作用について説明する。
図１１に示すように、半導体装置１は、第１端子１６が配線基板２００の貫通孔２０１に挿入された状態で、配線基板２００のランド部２０２と第１端子１６とがＡｇペーストやはんだ等の導電性接合材ＳＤによって接合されることによって、配線基板２００に実装される。なお図示していないが、第２端子２２および第３端子３２も同様に配線基板２００の貫通孔に挿入された状態で導電性接合材によって接合される。

【0058】

この場合、半導体装置１は、ボルトＢによってヒートシンク２１０に取り付けられる。具体的には、ボルトＢがモールド樹脂５０の貫通孔５６に挿入されてヒートシンク２１０のねじ穴２１２に取り付けられる。これにより、ヒートシンク２１０の取付面２１１にモールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒおよび絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒの全面が接触した状態で、ボルトＢのボルト頭Ｂ１と取付面２１１とによってモールド樹脂５０と絶縁体６０を挟み込まれる。

【0059】

半導体装置１の使用時、つまり半導体素子４０が駆動することによって発熱する場合、半導体素子４０の熱は、導電性接合材ＳＤ、フレーム本体１１および絶縁体６０を介してヒートシンク２１０に移動する。絶縁体６０の熱伝導率はモールド樹脂５０の熱伝導率よりも高いため、フレーム本体１１の裏面１１ｒ側がモールド樹脂５０によって覆われた構成と比較して、半導体素子４０の熱がヒートシンク２１０に移動しやすくなる。

【0060】

（効果）
本実施形態の半導体装置１によれば、以下の効果が得られる。
（１）半導体装置１は、半導体素子４０が実装されたフレーム本体１１と、フレーム本体１１の裏面に設けられた絶縁体６０と、ｚ方向において絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒが露出した状態で絶縁体６０ごとフレーム本体１１と半導体素子４０とを封止するモールド樹脂５０と、を備えている。そして、絶縁体６０の熱伝導率は、モールド樹脂５０の熱伝導率よりも高い。

【0061】

この構成によれば、半導体素子４０の熱はフレーム本体１１および絶縁体６０の順に移動して半導体装置１の外部に放出される。このため、フレーム本体１１の裏面１１ｒがモールド樹脂５０に覆われた構成と比較して、半導体素子４０の熱を半導体装置１の外部に放出しやすくなる。したがって、半導体素子４０の温度が過度に高くなることを抑制できる。

【0062】

加えて、フレーム本体１１の裏面１１ｒが電気絶縁性を有する絶縁体６０によって覆われているため、フレーム本体１１の裏面１１ｒがモールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒからｚ方向に露出する構成と比較して、半導体装置１の電気絶縁性を確保できる。

【0063】

（２）フレーム本体１１の裏面１１ｒと絶縁体６０の絶縁主面６０ｓとは接合層７０を介した分子接合によって接合されている。この構成によれば、フレーム本体１１の裏面１１ｒと絶縁体６０の絶縁主面６０ｓを、接着剤等を用いた分子間力接合と比較して、接合強度が高く、かつ熱に強いものとなる。したがって、フレーム本体１１の裏面１１ｒと絶縁体６０の絶縁主面６０ｓとの接合信頼性の向上を図ることができる。

【0064】

加えて、熱伝導性の低い接着剤がフレーム本体１１の裏面１１ｒと絶縁体６０の絶縁主面６０ｓとの間に介在しないため、フレーム本体１１から絶縁体６０に熱が移動しやすくなる。したがって、半導体素子４０を半導体装置１の外部に放熱しやすくなるため、半導体素子４０の温度が過度に高くなることを抑制できる。

【0065】

（３）絶縁体６０の熱伝導率はフレーム本体１１の熱伝導率よりも低く、絶縁体６０のｚ方向の長さはフレーム本体１１のｚ方向の長さよりも短い。この構成によれば、絶縁体６０のｚ方向の長さがフレーム本体１１のｚ方向の長さ以上の場合と比較して、半導体素子４０の熱がフレーム本体１１および絶縁体６０を介して半導体装置１の外部に放出しやすくなる。

【0066】

（４）絶縁体６０は、フレーム本体１１の裏面１１ｒの全体にわたり設けられている。この構成によれば、フレーム本体１１と絶縁体６０との接触面積が大きくなることによって、フレーム本体１１から絶縁体６０に熱が移動しやすくなる。したがって、半導体素子４０の熱がフレーム本体１１および絶縁体６０を介して半導体装置１の外部に放出しやすくなる。

【0067】

（５）絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒは、モールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒと面一となるように形成されている。この構成によれば、ヒートシンク２１０の取付面２１１（図１１参照）に絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒが接しやすくなる。したがって、絶縁体６０からヒートシンク２１０への熱の移動がスムーズになるため、半導体素子４０の熱がヒートシンク２１０に移動しやすくなる。

【0068】

（６）絶縁体６０は、高熱伝導フィラーが５０％以上含有されている。この構成によれば、高熱伝導フィラーが含有されていない絶縁体と比較して、絶縁体６０が硬くなる。つまり、絶縁体６０が外力によって変形しにくくなっている。このため、たとえばトランスファー成型によってモールド樹脂８５０を形成する場合において、モールド樹脂８５０の圧力によって絶縁体６０が変形することを抑制できる。したがって、絶縁体６０の変形に起因してフレーム本体８１１の裏面８１１ｒから絶縁体６０が剥がれることを抑制できる。

【0069】

（７）絶縁体６０の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。この構成によれば、半導体素子４０の熱をフレーム本体１１および絶縁体６０を介して半導体装置１の外部に効果的に放出できる。

【0070】

（８）絶縁体６０の熱伝導率は、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上かつ５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。この構成によれば、半導体素子４０の熱をフレーム本体１１および絶縁体６０を介して半導体装置１の外部に一層効果的に放出できる。

【0071】

（変更例）
上記実施形態は本開示に関する半導体装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本開示に関する半導体装置は、上記実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、上記実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または上記実施形態に新たな構成を付加した形態である。また、以下の各変更例は、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わせることができる。以下の各変更例において、上記実施形態に共通する部分については、上記実施形態と同一符号を付してその説明を省略する。

【0072】

・上記実施形態において、図１２に示すように、フレーム本体１１の側面１４，１５には、側面１４，１５からｘ方向に延びるフランジ１８が設けられてもよい。フランジ１８は、フレーム本体１１の主面１１ｓと面一に形成されている。フランジ１８のｚ方向の長さ（厚さ）は、フレーム本体１１のｚ方向の長さ（厚さ）よりも短い（薄い）。フランジ１８は、モールド樹脂５０によってｚ方向に挟み込まれている。

【0073】

この構成によれば、モールド樹脂５０によってフランジ１８のｚ方向の移動が抑制されるため、フレーム本体１１がモールド樹脂５０からｚ方向に剥がれることを抑制できる。このため、フレーム本体１１に接合された絶縁体６０がモールド樹脂５０からｚ方向に剥がれることを抑制できる。

【0074】

・上記実施形態では、絶縁体６０がフレーム本体１１の裏面１１ｒの全面にわたり形成されていたが、これに限られない。たとえば図１３に示すように、絶縁体６０は、フレーム本体１１の裏面１１ｒよりも一回り小さく形成されてもよい。つまり、絶縁体６０の各絶縁側面６１〜６４は、フレーム本体１１の各側面１２〜１５よりも内方に位置するように形成されてもよい。この場合、フレーム本体１１の裏面１１ｒの外周部において、モールド樹脂５０が介在する。モールド樹脂５０は、絶縁体６０の各絶縁側面６１〜６４に密着している。

【0075】

この構成によれば、モールド樹脂５０がフレーム本体１１の裏面１１ｒに接しているため、すなわちモールド樹脂５０によってフレーム本体１１がｚ方向に挟み込まれているため、フレーム本体１１がモールド樹脂５０からｚ方向に剥がれることを抑制できる。

【0076】

・図１３の変更例において、絶縁体６０のｘ方向のサイズおよびｙ方向のサイズはそれぞれ任意に変更可能である。一例では、ｚ方向から視て、絶縁体６０は、フレーム本体１１の裏面１１ｒのうち半導体素子４０と重なる領域に設けられてもよい。要するに、絶縁体６０は、フレーム本体１１の裏面１１ｒのうち、ｚ方向から視て半導体素子４０と重なる部分に少なくとも設けられていればよい。

【0077】

・上記実施形態では、絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒとモールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒとが面一であったが、これに限られない。たとえば図１４に示すように、絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒがモールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒよりもｚ方向に突出してもよい。

【0078】

この構成によれば、たとえばヒートシンク２１０の取付面２１１（図１１参照）に絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒが密着しやすくなる。これにより、絶縁体６０からヒートシンク２１０に熱が移動しやすくなるため、半導体素子４０の熱がヒートシンク２１０に移動しやすくなる。

【0079】

加えて、モールド樹脂５０の成型時にモールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒと絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒとの境界においてモールド樹脂５０にバリが形成されたとしても、そのバリが絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒよりも突出しにくい。このため、モールド樹脂５０のバリを除去する必要がなくなる。したがって、半導体装置１の製造工程を簡素化できる。

【0080】

なお、図１４に示す絶縁体６０の絶縁裏面６０ｒがモールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒよりもｚ方向に突出する構成は、図１３に示す変更例の絶縁体６０についても適用することができる。

【0081】

・絶縁体６０の形状は任意に変更可能である。一例では、図１５に示すように、絶縁体６０の絶縁側面６３，６４に段差部６６を設けてもよい。段差部６６には、モールド樹脂５０が入り込んでいる。

【0082】

この構成によれば、絶縁体６０とモールド樹脂５０とがｚ方向に密着する部分を有している。つまり、モールド樹脂５０によって絶縁体６０およびフレーム本体１１が挟み込まれている。したがって、モールド樹脂５０からフレーム本体１１および絶縁体６０が剥がれることを抑制できる。

【0083】

また別の一例では、図１６に示すように、絶縁体６０の絶縁側面６３，６４を絶縁主面６０ｓから絶縁裏面６０ｒに向かうにつれて互いに接近するようなテーパ面によって構成されてもよい。これらテーパ面に密着するようにモールド樹脂５０が形成されている。

【0084】

この構成によれば、絶縁体６０とモールド樹脂５０とがｚ方向に密着する部分を有している。つまり、モールド樹脂５０によって絶縁体６０およびフレーム本体１１が挟み込まれている。したがって、モールド樹脂５０からフレーム本体１１および絶縁体６０が剥がれることを抑制できる。

【0085】

なお、図１５および図１６に示す変更例の絶縁体６０において、図１４に示す変更例の絶縁体６０のように、絶縁裏面６０ｒがモールド樹脂５０の樹脂裏面５０ｒよりもｚ方向に突出する構成としてもよい。図１５に示す変更例の絶縁体６０では、絶縁体６０のうちたとえば段差部６６よりも内方部分が樹脂裏面５０ｒよりもｚ方向に突出していてもよい。図１６に示す変更例の絶縁体６０では、絶縁体６０のうちたとえばテーパ面よりも内方部分が樹脂裏面５０ｒよりもｚ方向に突出していてもよい。

【0086】

・上記実施形態において、絶縁体６０の熱伝導率は、高熱伝導フィラーの配向を工夫することによって、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも高くしてもよい。
・上記実施形態において、絶縁体６０のｚ方向の長さ（厚さ）は、任意に変更可能である。一例では、絶縁体６０のｚ方向の長さ（厚さ）は、フレーム本体１１のｚ方向の長さ（厚さ）と等しくてもよい。

【0087】

・上記実施形態において、絶縁体６０は、セラミックス材料から構成されていてもよい。絶縁体６０がセラミックス材料から構成された場合、モールド樹脂５０との密着性が向上する。これにより、絶縁体６０がフレーム本体１１から剥がれるおそれを低減できる。また、半導体装置１の設定された電気絶縁性を確保できる範囲内において、絶縁体６０のｚ方向の長さ（厚さ）を短く（薄く）してもよい。

【0088】

・上記実施形態において、フレーム本体１１と絶縁体６０との接合は、分子接合に限られず、接着等の他の接合方法であってもよい。
・上記実施形態において、絶縁体６０は、単結晶グラファイトを含む材料から構成されてもよい。単結晶グラファイトの面内方向がｚ方向に平行となるように絶縁体６０を形成することが好ましい。単結晶グラファイトの面内方向の熱伝導率は、Ｃｕの熱伝導率、換言すると、フレーム本体１１の熱伝導率よりも高い。一例では、単結晶グラファイトの面内方向の熱伝導率は、Ｃｕの熱伝導率の約４倍である。この場合、絶縁体６０のｚ方向の長さ（厚さ）は、フレーム本体１１のｚ方向の長さ（厚さ）よりも長い（厚い）ことが好ましい。

【0089】

この構成によれば、絶縁体６０によって半導体素子４０の熱を半導体装置１の外部に効率よく放出することができる。したがって、半導体素子４０の温度が過度に上昇することを抑制できる。

【0090】

・上記実施形態の半導体装置１は、第１端子１６、第２端子２２および第３端子３２の３つの端子を備えていたが、これに限られない。端子の個数は任意に変更可能である。一例では、半導体装置１は、各端子１６，２２，３２とは別の端子を備えていてもよい。この別の端子は、たとえば半導体素子４０の第２駆動電極４２と電気的に接続されている。これにより、別の端子は、たとえば第２駆動電極４２に流れる電流を検出するための端子となる。

【符号の説明】

【0091】

１…半導体装置
１０…フレーム
１１…フレーム本体
１１ｓ…主面
１１ｒ…裏面
１６…第１端子
２２…第２端子
４０…半導体素子
４１…第１駆動電極
４２…第２駆動電極
５０…モールド樹脂
５２…樹脂側面（モールド樹脂の側面）
６０…絶縁体
６０ｓ…絶縁主面
６０ｒ…絶縁裏面
７０…接合層
８１０…フレーム体（フレーム）
８１１…フレーム本体
８１１ｓ…主面
８１１ｒ…裏面
８５０…モールド樹脂
Ｗ１…第１ワイヤ
Ｗ２…第２ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】