特開 2024-164405 半導体装置

(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】P2024164405

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20241120BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079853

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002918

【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷口 克己

【テーマコード（参考）】

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F136BA30

5F136BC05

5F136BC06

5F136DA27

5F136EA13

5F136FA02

5F136FA03

5F136FA52

5F136FA53

5F136FA54

5F136FA63

5F136GA12

(57)【要約】

【課題】半導体装置の絶縁性を維持して、放熱性を向上する。
【解決手段】半導体装置は、上面２３ｂを含む放熱ベース２３と、配置領域２２ｂ１が設定されたおもて面２２ｂとおもて面２２ｂの反対側の裏面２２ａとを含み、裏面２２ａが放熱ベース２３の上面２３ｂに配置される絶縁層２２と、裏面２０ａを含み、裏面２０ａが絶縁層２２の配置領域２２ｂ１に配置される回路導電層２０と、を含む回路基板２を含んでいる。この際、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１における第１厚さＨ１が、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３の第２厚さＨ２より薄い。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面を含む放熱ベースと、
配置領域が設定された第１おもて面と前記第１おもて面の反対側の第１裏面とを含み、前記第１裏面が前記放熱ベースの前記上面に配置される絶縁層と、
第２裏面を含み、前記第２裏面が前記絶縁層の前記配置領域に配置される導電層と、
を含み、
前記絶縁層の前記配置領域における第１厚さが、前記絶縁層の前記配置領域以外の部分の第２厚さより薄い、
半導体装置。

【請求項2】

前記導電層の前記第２裏面と前記放熱ベースの前記上面の前記配置領域に対向する対向領域との少なくとも一方が前記絶縁層に向かって凸状に突出する突出部を含む、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

側面視で、前記放熱ベースの前記対向領域の平面方向の両端部の第３端部は、前記導電層の前記平面方向の両端部の第２端部よりも内側に設けられている、
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記導電層の前記第２裏面と前記放熱ベースの前記上面の前記対向領域との少なくとも一方の前記突出部は、前記絶縁層に向かって湾曲する湾曲面状の頂点を含む山型を成している、
請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記突出部が少なくとも前記放熱ベースの前記対向領域に含まれており、
前記対向領域に含まれる前記突出部の外周面は、前記第３端部で前記対向領域に接続され、前記上面に対して所定の立ち上がり角度で立ち上がっている、
請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記立ち上がり角度の最大値は、
側面視で、前記導電層の前記第２端部を中心として前記第２厚さを半径とする円の前記絶縁層内の円周部分に対して前記突出部の前記外周面が接する際の角度である、
請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第１厚さは、前記導電層の前記第２裏面と前記放熱ベースの前記上面の前記対向領域との少なくとも一方の前記突出部の前記頂点と前記頂点から前記導電層の前記第２裏面または前記放熱ベースの前記対向領域への最短距離である、
請求項４に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第１厚さは、前記第２厚さの０．５倍以上、１．０倍未満である、
請求項７に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第１厚さは、前記第２厚さの０．８倍以上である、
請求項８に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第２厚さは、０．１２ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である、
請求項９に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記第２厚さは、０．１５ｍｍ以下である、
請求項１０に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記導電層は、前記第２裏面の反対側の第２おもて面を含み、
前記導電層の前記第２おもて面に配置される回路部品をさらに含む、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記回路部品は、半導体チップ、または、接続端子である、
請求項１２に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記絶縁層は、樹脂を主成分として構成されている、
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記絶縁層は、フィラーを含んでいる、
請求項１４に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置は、ベース基板とベース基板上に設けられた樹脂層と樹脂層上に形成された複数の回路導電層とを含んでいる。半導体装置は、さらに、複数の回路導電層に含まれる所定の回路導電層に半導体チップが設けられている（例えば、特許文献１）。

【0003】

また、半導体装置は、ベース基板とベース基板上に設けられた樹脂層と樹脂層上に内端部側が接合され、外端部が外部に延伸する外部接続端子とを含んでいる（例えば、特許文献２）。半導体装置は、さらに、外部接続端子の内端部側の上に半導体チップが設けられている（例えば、特許文献３，４）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１３２０８０号公報

【特許文献2】国際公開第２００５／０９４１４４号

【特許文献3】特開２０２２－０３７７３９号公報

【特許文献4】特開２０１８－０８８５５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、絶縁性が維持され、放熱性が向上された半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によれば、上面を含む放熱ベースと、配置領域が設定された第１おもて面と前記第１おもて面の反対側の第１裏面とを含み、前記第１裏面が前記放熱ベースの前記上面に配置される絶縁層と、第２裏面を含み、前記第２裏面が前記絶縁層の前記配置領域に配置される導電層と、を含み、前記絶縁層の前記配置領域における第１厚さが、前記絶縁層の前記配置領域以外の部分の第２厚さより薄い、半導体装置を提供する。

【0007】

また、前記導電層の前記第２裏面と前記放熱ベースの前記上面の前記配置領域に対向する対向領域との少なくとも一方が前記絶縁層に向かって凸状に突出する突出部を含んでよい。

【0008】

また、側面視で、前記放熱ベースの前記対向領域の平面方向の両端部の第３端部は、前記導電層の前記平面方向の両端部の第２端部よりも内側に設けられてよい。
また、前記導電層の前記第２裏面と前記放熱ベースの前記上面の前記対向領域との少なくとも一方の前記突出部は、前記絶縁層に向かって湾曲する湾曲面状の頂点を含む山型を成してよい。

【0009】

また、前記突出部が少なくとも前記放熱ベースの前記対向領域に含まれており、前記対向領域に含まれる前記突出部の外周面は、前記第３端部で前記対向領域に接続され、前記上面に対して所定の立ち上がり角度で立ち上がってよい。

【0010】

また、前記立ち上がり角度の最大値は、側面視で、前記導電層の前記第２端部を中心として前記第２厚さを半径とする円の前記絶縁層内の円周部分に対して前記突出部の前記外周面が接する際の角度であってよい。

【0011】

また、前記第１厚さは、前記導電層の前記第２裏面と前記放熱ベースの前記上面の前記対向領域との少なくとも一方の前記突出部の前記頂点と前記頂点から前記導電層の前記第２裏面または前記放熱ベースの前記対向領域への最短距離であってよい。

【0012】

また、前記第１厚さは、前記第２厚さの０．５倍以上、１．０倍未満であってよい。
また、前記第１厚さは、前記第２厚さの０．８倍以上であってよい。
また、前記第２厚さは、０．１２ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であってよい。

【0013】

また、前記第２厚さは、０．１５ｍｍ以下であってよい。
また、前記導電層は、前記第２裏面の反対側の第２おもて面を含み、前記導電層の前記第２おもて面に配置される回路部品をさらに含んでよい。

【0014】

また、前記回路部品は、半導体チップ、または、接続端子であってよい。
また、前記絶縁層は、樹脂を主成分として構成されてよい。
また、前記絶縁層は、フィラーを含んでよい。

【0015】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となりうる。

【発明の効果】

【0016】

開示の技術によれば、絶縁性を維持して、放熱性を向上して、信頼性の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態の半導体装置の断面図である。

【図2】実施の形態の半導体装置の平面図である。

【図3】実施の形態の半導体装置の要部の断面図である。

【図4】実施の形態の半導体装置の要部の平面図である。

【図5】実施の形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図6】実施の形態の半導体装置に含まれる放熱ベースの放熱突出部を説明するための図である。

【図7】実施の形態（変形例１）の半導体装置の要部の第１断面図である。

【図8】実施の形態（変形例１）の半導体装置の要部の第２断面図である。

【図9】実施の形態（変形例２）の半導体装置の断面図である。

【図10】実施の形態（変形例２）の半導体装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、「おもて面」及び「上面」とは、図の半導体装置１において、上側（＋Ｚ方向）を向いたＸ－Ｙ面を表す。同様に、「上」とは、図の半導体装置１において、上側（＋Ｚ方向）の方向を表す。「裏面」及び「下面」とは、図の半導体装置１において、下側（－Ｚ方向）を向いたＸ－Ｙ面を表す。同様に、「下」とは、図の半導体装置１において、下側（－Ｚ方向）の方向を表す。必要に応じて他の図面でも同様の方向性を意味する。「おもて面」、「上面」、「上」、「裏面」、「下面」、「下」、「側面」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。また、以下の説明において「主成分」とは、８０ｖｏｌ％以上含む場合を表す。また、「略同一」とは、±１０％以内の範囲であればよい。また、「垂直」、「平行」とは、±１０°以内の範囲であればよい。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。また、以下の説明において「主成分」とは、８０ｖｏｌ％以上含む場合を表す。

【0019】

［実施の形態］
実施の形態の半導体装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態の半導体装置の断面図であり、図２は、実施の形態の半導体装置の平面図である。なお、図１は、図２の一点鎖線Ｙ－Ｙのおける断面図である。一点鎖線Ｙ－Ｙは半導体装置１の長手方向に平行であって、対向する一対の短辺の中心を通る。また、図２は、半導体装置１の封止部材５３を除いた平面図である。

【0020】

半導体装置１は、半導体ユニット３と、半導体ユニット３を収納するケース３０と、を含んでいる。また、半導体装置１は、ケース３０内に収納されている半導体ユニット３のおもて面側を封止する封止部材５３を含んでいる。

【0021】

半導体ユニット３は、回路基板２と回路基板２に設けられた半導体チップ４０とを含んでいる。回路基板２は、回路導電層２０，２１ａ，２１ｂと絶縁層２２と放熱ベース２３とを有している。

【0022】

回路導電層２０，２１ａ，２１ｂは、絶縁層２２のおもて面２２ｂ（図３を参照）に形成されている。このような回路導電層２０，２１ａ，２１ｂは、導電性に優れた金属により構成されている。金属は、例えば、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの１種を含む合金により構成されてよい。回路導電層２０，２１ａ，２１ｂは、例えば、絶縁層２２のおもて面２２ｂに形成された導電層をエッチングして形成されてよい。または、予め導電層から形成された回路導電層２０，２１ａ，２１ｂを絶縁層２２のおもて面２２ｂに貼り合わせてよい。回路導電層２０には半導体チップ４０が接合部材５２を介して接合される。回路導電層２０，２１ａ，２１ｂは所定の回路の一部を構成する。なお、図１及び図２に示す回路導電層２０，２１ａ，２１ｂはあくまで一例である。回路導電層の個数、形状、形成位置は所望の機能に応じて適宜選択されてよい。なお、回路導電層２０，２１ａ，２１ｂの厚さは、半導体装置１の電流容量によるものの、例えば、０．１ｍｍ以上であって、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

【0023】

なお、接合部材５２は、例えば、はんだまたは金属焼結体が用いられてよい。はんだは、鉛フリーはんだが用いられる。鉛フリーはんだは、例えば、錫、銀、銅、亜鉛、アンチモン、インジウム、ビスマスの少なくとも２つを含む合金を主成分とする。さらに、はんだには、添加物が含まれてよい。添加物は、例えば、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコンである。はんだは、添加物が含まれることで、濡れ性、光沢、結合強度が向上し、信頼性の向上を図ることができる。金属焼結体で用いられる焼結材は、例えば、銀、鉄、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タングステン、モリブデンまたはこれらのいずれかを含む合金の粉末である。

【0024】

絶縁層２２のおもて面２２ｂの所定領域に回路導電層２０，２１ａ，２１ｂが形成されている。絶縁層２２は、例えば、シート状を成し、熱抵抗が低く、絶縁性が高い樹脂により構成されてよい。このような樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂である。これらの樹脂には、熱伝導性フィラーが含有されていてよい。熱伝導性フィラーを含むことで、絶縁層２２の熱抵抗をより低減でき、放熱ベース２３との熱膨張係数の差が小さくなる。このような熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、マレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂のうちの少なくとも１種が用いられる。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂のうちの少なくとも１種が用いられる。熱伝導性フィラーは、例えば、酸化物、窒化物のうち少なくとも１種が用いられてよい。酸化物は、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウムが挙げられる。窒化物は、例えば、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素が挙げられる。窒化物は、六方晶窒化ホウ素でもよい。

【0025】

このような絶縁層２２の厚さは、半導体装置１の定格電圧に依存する。すなわち、半導体装置１の定格電圧が高いほど、絶縁層２２の厚さを増加させて絶縁性を高めることが望まれる。一方で、絶縁層２２をできる限り薄くして、熱抵抗を下げることも望まれる。このような絶縁層２２の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。好ましくは、０．１２ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であって、さらに、好ましくは、０．１５ｍｍ以下である。

【0026】

放熱ベース２３は下面２３ａと上面２３ｂとを含み、上面２３ｂの全面に絶縁層２２が形成されている。放熱ベース２３は、熱伝導性に優れた金属により構成されている。金属は、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの１種を含む合金である。合金の例として、金属複合材が挙げられる。金属複合材は、例えば、アルミニウム－窒化珪素（Ａｌ－ＳｉＣ）、マグネシウム－窒化珪素（Ｍｇ－ＳｉＣ）が挙げられる。なお、放熱ベース２３の厚さは、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である。

【0027】

なお、回路基板２の詳細については後述する。また、回路基板２を含むケース３０の裏面に冷却ユニット（図示を省略）を接合部材を介して取り付けることができる。これにより、半導体装置１の放熱性を向上させることができる。ここで用いられる接合部材は、例えば、ろう材、サーマルインターフェースマテリアルであってよい。ろう材は、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、マグネシウム合金、ジルコニウム合金、シリコン合金の少なくともいずれかを主成分とする。サーマルインターフェースマテリアルは、接着剤である。接着剤は、例えば、エラストマーシート、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）ゴム、ゲル、フェイズチェンジ材を含む。また、冷却ユニットは、例えば、熱伝導性に優れた金属により構成される。金属は、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの１種を含む合金である。また、冷却ユニットは、例えば、１以上のフィンを備えるヒートシンクまたは水冷による冷却装置が挙げられる。

【0028】

半導体チップ４０は、シリコンから構成されるパワーデバイス素子を含んでいる。パワーデバイス素子は、例えば、ＲＣ（Reverse-Conducting）－ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ＲＣ－ＩＧＢＴは、スイッチング素子であるＩＧＢＴとダイオード素子であるＦＷＤ（Free Wheeling Diode）との機能を合わせ持つ。このような半導体チップ４０のおもて面には制御電極（ゲート電極）及び主電極である出力電極（エミッタ電極）を備えている。半導体チップ４０の裏面には主電極である入力電極（コレクタ電極）を備えている。なお、制御電極は、例えば、半導体チップ４０のおもて面の一辺側に沿って（または一辺側の中央部に）設けられてよい。出力電極は、半導体チップ４０のおもて面の中央部に設けられてよい。入力電極は、半導体チップ４０の裏面の中央部を含んで設けられてよい。

【0029】

また、半導体チップ４０は、ＲＣ－ＩＧＢＴに代わり、一組のスイッチング素子を含む半導体チップ及びダイオード素子を含む半導体チップを用いてよい。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。このような半導体チップは、例えば、裏面に主電極として入力電極（ドレイン電極、または、コレクタ電極）を、おもて面に、制御電極（ゲート電極）及び主電極である出力電極（ソース電極、または、エミッタ電極）をそれぞれ備えている。ダイオード素子は、例えば、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＰｉＮ（Ｐ-intrinsic-Ｎ）ダイオードであって、これらがＦＷＤとして用いられる。このような半導体チップは、裏面に主電極として出力電極（カソード電極）を、おもて面に主電極として入力電極（アノード電極）をそれぞれ備えている。

【0030】

また、半導体チップは４０、スイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴを含んでよい。この半導体チップ４０では、パワーＭＯＳＦＥＴのボディダイオードが、ＲＣ－ＩＧＢＴのＦＷＤと同様の機能を果たしてよい。このような半導体チップ４０は、おもて面に、制御電極（ゲート電極）、及び、主電極である出力電極（ソース電極）をそれぞれ備えている。半導体チップは、裏面に主電極である入力電極（ドレイン電極）を備えている。このような半導体チップ４０は、好ましくは炭化シリコンで構成されていてよい。

【0031】

半導体チップ４０の裏面が絶縁層２２の所定の回路導電層２０に接合部材５２により接合される。回路導電層２０は回路導電層２１ａにワイヤ３５ｂにより接続されてよい。半導体チップ４０のおもて面の出力電極は回路導電層２１ａにワイヤ３５ｃにより接続されてよい。

【0032】

なお、ワイヤ３５ｂ，３５ｃ（並びに後述するワイヤ３５ａ，３５ｄ）は、導電性に優れた金属により構成されている。金属は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの１種を含む合金により構成されてよい。

【0033】

なお、図１及び図２に示す回路基板２上に１つの半導体チップ４０を配置した場合を例示している。この一例の場合に限らずに、適宜設計により複数の半導体チップ４０を配置してもよい。また、ワイヤ３５ｂ，３５ｃ（並びに後述するワイヤ３５ａ，３５ｄ）に代わって、リードフレーム、リボンでもよい。

【0034】

ケース３０は、枠部３１と枠部３１内に一体的に設けられた外部接続端子３４ａ，３４ｂとを有している。ケース３０は、熱可塑性樹脂を用いた出射成形により外部接続端子３３，３４を一体的に含んだ枠部３１が構成されている。なお、ここで用いられる樹脂は、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリアミド樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂が挙げられる。

【0035】

枠部３１は、平面視で、矩形状を成して四方を取り囲む側壁３１ａ～３１ｄを含む。なお、側壁３１ａ，３１ｃは枠部３１の長辺に対応して長手方向に平行を成し、側壁３１ｂ，３１ｄは枠部３１の短辺に対向して短手方向に平行を成す。

【0036】

枠部３１は上面に上部開口部３３ａが形成されている。側壁３１ａ～３１ｄの内側の＋Ｚ方向側に内壁３１ｅ～３１ｇを含んでいる。上部開口部３３ａの四方が内壁３１ｅ～３１ｇにより順に囲まれている。

【0037】

さらに、内壁３１ｆ，３１ｇには、段差部３２がそれぞれ形成されている。内壁３１ｆに形成されている段差部３２は段差面３２ａと段差裏面３２ｂと最内壁３１ｉを含んでいる。段差面３２ａはＸ－Ｙ面に平行であって、内壁３１ｅ，３１ｇを接続し、内壁３１ｆから内壁３１ｇに向かって突出している。最内壁３１ｉは、段差部３２の先端部に位置して内壁３１ｈに平行を成して段差面３２ａに接続されている。段差裏面３２ｂは、段差面３２ａの反対側であって、最内壁３１ｉに接続されている。内壁３１ｆに形成されている段差部３２は段差面３２ａと段差裏面３２ｂと最内壁３１ｉを含んでいる。段差面３２ａ及び段差裏面３２ｂは既述の通りである。最内壁３１ｉは、段差部３２の先端部に位置して内壁３１ｆに平行を成して段差面３２ａに接続されている。

【0038】

枠部３１は下面に下部開口部３３ｂが形成されている。下部開口部３３ｂは、段差部３２の最内壁３１ｉと内壁３１ｅ，３１ｇとで囲まれる領域を通じて上部開口部３３ａに接続している。

【0039】

外部接続端子３４ａ，３４ｂは、側面視でＬ字状を成し、枠部３１に一体成形されている。外部接続端子３４ａ，３４ｂの内端部は、段差部３２の段差面３２ａに表出されている。外部接続端子３４ａ，３４ｂの外端部は、側壁３１ａ，３１ｃに平行を成して、枠部３１のおもて面から鉛直上方に延伸している。このような外部接続端子３４ａ，３４ｂは、導電性に優れた金属により構成されている。金属は、例えば、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの１種を含む合金により構成されてよい。

【0040】

このようなケース３０（枠部３１）の下部開口部３３ｂに回路基板２が取り付けられている。回路基板２は、絶縁層２２のおもて面２２ｂが段差部３２の段差裏面３２ｂに当接するように下部開口部３３ｂに取り付けられている。回路基板２は、下部開口部３３ｂに接着剤５１により接合される。回路基板２は、枠部３１の段差部３２の最内壁３１ｉと内壁３１ｅ，３１ｇとで囲まれる領域から絶縁層２２の一部と回路導電層２０，２１ａ，２１ｂと半導体チップ４０とが表出される。なお、接着剤５１は、耐熱性及び吸水率が低い材質を主成分として構成されている。このような材質は、例えば、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられる。

【0041】

また、回路導電層２１ａと外部接続端子３４ａとがワイヤ３５ａにより電気的に接続されている。回路導電層２１ｂと外部接続端子３４ｂとがワイヤ３５ｄにより電気的に接続されている。

【0042】

ケース３０（枠部３１）の上部開口部３３ａに封止部材５３が充填されている。これにより、上部開口部３３ａ内の絶縁層２２、回路導電層２０，２１ａ，２１ｂ、半導体チップ４０、ワイヤ３５ａ～３５ｄが封止部材５３により封止されている。封止部材５３は、熱硬化性樹脂と当該熱硬化性樹脂に含有されている無機物フィラーとを含んでいる。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂を含む群から選択される少なくとも１種を主成分とする。好ましくは、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂を主成分とする。また、無機物フィラーには、酸化珪素を主成分とする無機物が用いられる。また、ハロゲン系、アンチモン系、水酸化金属系等の難燃剤を配合することなく、高い難燃性を保つことができる。無機物フィラーは、封止原料全体の７０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以下である。

【0043】

次に、回路基板２の詳細について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、実施の形態の半導体装置の要部の断面図であり、図４は、実施の形態の半導体装置の要部の平面図である。なお、図３は、図１の破線で囲んだ範囲Ａを拡大して示している。図４は、図１の破線で囲んだ範囲Ａを－Ｚ方向に見た場合を拡大して示している。また、図３及び図４は、封止部材５３の図示を省略している。

【0044】

図３及び図４に示される範囲Ａは、半導体チップ４０と半導体チップ４０が配置されている回路導電層２０と絶縁層２２と放熱ベース２３とを含んでいる。なお、放熱ベース２３は、上面２３ｂを含んでいる。絶縁層２２は、裏面２２ａとおもて面２２ｂとを含んでいる。絶縁層２２の裏面２２ａは放熱ベース２３の上面２３ｂに配置される。回路導電層２０は、裏面２０ａとおもて面２０ｂとを含んでいる。回路導電層２０の裏面２０ａが絶縁層２２のおもて面２２ｂに配置されている。回路導電層２０のおもて面２０ｂに半導体チップ４０が接合部材５２を介して接合されている。

【0045】

また、絶縁層２２のおもて面２２ｂにおいて、回路導電層２０が配置される領域を配置領域２２ｂ１、配置領域２２ｂ１の外側の領域を外側領域２２ｂ２，２２ｂ３とする。さらに、回路導電層２０の配置領域２２ｂ１と外側領域２２ｂ２，２２ｂ３との境界点を端部ｂ１，ｂ２とする。すなわち、端部ｂ１，ｂ２の間の長さＬｂは、回路導電層２０の±Ｘ方向の幅に対応する。回路導電層２０の平面視の形状は矩形状を成している。

【0046】

また、放熱ベース２３の上面２３ｂにおいて、回路導電層２０を挟んで半導体チップ４０が対向する領域を対向領域２３ｂ１とする。さらに、放熱ベース２３の上面２３ｂの対向領域２３ｂ１の両端を端部ａ１，ａ２とする。すなわち、端部ａ１，ａ２の間の長さＬａは、半導体チップ４０の±Ｘ方向の幅に対応する。なお、回路基板２は、側面視で、放熱ベース２３の対向領域２３ｂ１の±Ｘ方向（平面方向）の両端部の端部ａ１，ａ２は、回路導電層２０の同方向の両端部の端部ｂ１，ｂ２よりも内側に設けられている。すなわち、長さＬａは長さＬｂよりも短い。

【0047】

このような回路基板２では、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１における第１厚さＨ１が、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３の第２厚さＨ２より薄くなっている。つまり、絶縁層２２は、半導体チップ４０に対応する配置領域２２ｂ１の厚さが薄くなることで半導体チップ４０からの熱が伝わりやすくなる。さらに、絶縁層２２は、配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３に対応する部分の厚さは一定に保たれているため、絶縁性が維持される。

【0048】

特に、ここでは、回路導電層２０の裏面２０ａと、放熱ベース２３の上面２３ｂの配置領域２２ｂ１に対向する対向領域２３ｂ１とは、絶縁層２２に向かって凸状にそれぞれ突出する導電突出部２０ｃ及び放熱突出部２３ｃが形成されている。

【0049】

導電突出部２０ｃ及び放熱突出部２３ｃは、絶縁層２２に向かって湾曲する湾曲面状の頂点ｂ３，ａ３を含む山型を成している。言い換えると、導電突出部２０ｃ及び放熱突出部２３ｃの外形は頂点ｂ３，ａ３を頂点とするボウル型を成している。この際の導電突出部２０ｃ及び放熱突出部２３ｃの最も近接する頂点ｂ３，ａ３の±Ｚ方向の最短距離が第１厚さＨ１である。

【0050】

第１厚さＨ１は、回路導電層２０の裏面２０ａに形成された導電突出部２０ｃの頂点ｂ３から裏面２０ａに対向する放熱ベース２３の対向領域２３ｂ１までの最短距離である。また、第１厚さＨ１は、放熱ベース２３の対向領域２３ｂ１に形成された放熱突出部２３ｃの頂点ａ３から対向領域２３ｂ１に対向する回路導電層２０の配置領域２２ｂ１までの最短距離である。

【0051】

図３では導電突出部２０ｃの頂点ｂ３と放熱突出部２３ｃの頂点ａ３とが±Ｚ方向に平行な直線上にある（対向している）場合を示している。このため、導電突出部２０ｃの頂点ｂ３と放熱突出部２３ｃの頂点ａ３との距離が第１厚さＨ１である。第１厚さＨ１は、第２厚さＨ２の０．５倍以上、好ましくは、０．８倍以上であって、１．０倍未満である。絶縁層２２の第１厚さＨ１がこのような厚さの範囲である場合に、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１における絶縁性を維持しつつ、熱抵抗を低下させることができる。

【0052】

なお、第１厚さＨ１が第２厚さＨ２の０．５倍未満である場合、絶縁層２２の第１厚さＨ１の部分に十分な量のフィラーが包含されにくくなる。これを解決するためには、絶縁層２２に含有されるフィラー全体の量を制限しなくてはならない。フィラーの量が制限された絶縁層２２は熱伝導性が低下してしまう。絶縁層２２の第１厚さＨ１の部分は一定の熱伝導性が維持されるものの、第２厚さＨ２の部分の熱抵抗が上昇してしまう。このため、第１厚さＨ１が第２厚さＨ２の０．５倍以上であることを要する。

【0053】

なお、導電突出部２０ｃの頂点ｂ３と放熱突出部２３ｃの頂点ａ３とが対向していない場合は、導電突出部２０ｃの頂点ｂ３から放熱ベース２３の対向領域２３ｂ１に対する最短距離と、放熱突出部２３ｃの頂点ａ３から回路導電層２０の裏面２０ａに対する最短距離との短い方を第１厚さＨ１とする。

【0054】

また、導電突出部２０ｃは、平面視で、例えば、回路導電層２０に対応する矩形状を成してよい。放熱突出部２３ｃは、平面視で、例えば、半導体チップ４０の外形に内接するような円形状（または、楕円形状）であってよい。これらの平面視の形状は一例である。平面視で、導電突出部２０ｃが放熱突出部２３ｃを取り囲むようなサイズであれば、導電突出部２０ｃは円形状（または、楕円形状）であってもよく、また、放熱突出部２３ｃは矩形状であってもよい。

【0055】

次に、半導体装置１の製造方法について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。まず、半導体装置１の構成部品を用意する用意工程（ステップＳ１）を行う。ここで用意される構成部品は、例えば、半導体チップ４０、ケース３０、回路導電層２０，２１ａ，２１ｂ用の導電層、絶縁層２２、放熱ベース２３用のベース板、封止部材５３の原料が挙げられる。ここに挙げる構成部品以外でも必要なものが用意される。また、半導体装置１の製造に用いられる製造装置も用意してよい。製造装置とは、例えば、ボンディング装置、封止部材の封止装置が挙げられる。

【0056】

次いで、回路基板２を製造するにあたり、まず、回路導電層２０並びに放熱ベース２３に含まれることになる導電突出部２０ｃ及び放熱突出部２３ｃを形成する突出部形成工程（ステップＳ２）を行う。導電層及びベース板に対してプレス金型をそれぞれ用いて凸部をそれぞれ形成する。この際、導電層に対して回路導電層２０となりえる複数の箇所にそれぞれ凸部を形成する。また、ベース板に対して放熱ベース２３となりえる複数の箇所にそれぞれ凸部を形成する。

【0057】

続けて、回路基板２を製造するに当たり、ステップＳ２で導電突出部、放熱突出部がそれぞれ形成された導電層、ベース板に絶縁層を介して積層する積層工程（ステップＳ３）を行う。この際、ベース板は、放熱突出部２３ｃが形成された面を上に向けて、その上に絶縁層を配置する。導電層は、導電突出部２０ｃが形成された面を下に向けて、それを絶縁層上に配置する。このように積層したものに対して加熱並びに積層方向に加圧することでそれぞれを圧着させる。このような圧着は、活性化ガス雰囲気中または真空中で行われる。

【0058】

続けて、回路基板２を製造するに当たり、ステップＳ３で積層させたものに対して、導電層を加工して回路導電層２０，２１ａ，２１ｂを形成し、個片化する加工工程（ステップＳ４）を行う。ステップＳ３で積層させた最上層の導電層を所定のパターンに合わせて、感光性レジストマスクでマスキングを行い、エッチングによりパターンを形成し、感光性レジストマスクを除去する。これにより、複数組の回路導電層２０，２１ａ，２１ｂが形成される。そして、複数組の回路導電層２０，２１ａ，２１ｂごとに個片化することで、複数の回路基板２が得られる。

【0059】

次いで、回路基板２の回路導電層２０に半導体チップ４０を接合する半導体チップ接合工程（ステップＳ５）を行う。回路基板２の回路導電層２０に、例えば、接合部材５２としてはんだを塗布する。加熱してはんだを溶融し、溶融したはんだ上に半導体チップ４０を配置する。溶融したはんだを硬化すると、回路基板２の回路導電層２０にはんだを介して半導体チップ４０が接合する。以上により、半導体チップ４０が回路基板２に接合された半導体ユニット３が得られる。

【0060】

次いで、ケース３０の下部開口部３３ｂに半導体ユニット３を取り付けて、ケース３０に半導体ユニット３を収納する収納工程（ステップＳ６）を行う。ケース３０（枠部３１）の下部開口部３３ｂに接着剤５１を介して半導体ユニット３の回路基板２を取り付ける。

【0061】

次いで、ケース３０に収納された半導体ユニット３に対して配線を行って、半導体ユニット３を封止する封止工程（ステップＳ７）を行う。ケース３０の上部開口部３３ａから表出される外部接続端子３４ａの内端部と回路導電層２１ａとをワイヤ３５ａで接続し、回路導電層２１ａ，２０をワイヤ３５ｂで接続する。さらに、半導体チップ４０の出力電極と回路導電層２１ｂとをワイヤ３５ｄで接続し、回路導電層２１ｂと外部接続端子３４ｂの内端部とをワイヤ３５ｄで接続する。ケース３０の上部開口部３３ａに封止部材５３を充填して、上部開口部３３ａ内を封止する。以上により、図１及び図２に示した半導体装置１が得られる。

【0062】

ここで、放熱ベース２３に形成された放熱突出部２３ｃと回路導電層２０に形成された導電突出部２０ｃとの詳細について図６を用いて説明する。図６は、実施の形態の半導体装置に含まれる放熱ベースの放熱突出部を説明するための図である。なお、図６は、図３の端部ｂ１，ａ１の近傍を拡大して示している。

【0063】

回路基板２は、既述の通り、導電突出部２０ｃを含む回路導電層２０と絶縁層２２と放熱突出部２３ｃを含む放熱ベース２３とを有している。導電突出部２０ｃは、回路導電層２０の配置領域２２ｂ１に対向する箇所に設けられ、裏面２０ａが突出している部分である。放熱突出部２３ｃは、放熱ベース２３の上面２３ｂの対向領域２３ｂ１に設けられている。

【0064】

また、側面視で、放熱ベース２３の対向領域２３ｂ１の±Ｘ方向（平面方向）の端部ａ１，ａ２は、回路導電層２０の同方向の端部ｂ１，ｂ２よりも内側に設けられている。すなわち、長さＬｂは長さＬａよりも長い。なお、図６では、端部ａ１，ｂ１のみを示している。

【0065】

放熱突出部２３ｃの外周面２３ｃ１は対向領域２３ｂ１の端部ａ１から所定の立ち上がり角度αで立ち上がっている。放熱突出部２３ｃの外周面２３ｃ１は、頂点ａ３まで上がり、頂点ａ３を超えると、対向領域２３ｂ１の端部ａ２に向かって傾斜して下る（図３を参照）。放熱突出部２３ｃの外周面２３ｃ１は、対向領域２３ｂ１の端部ａ２には立ち上がり角度αで接続する。放熱突出部２３ｃには、端部ａ１から、放熱突出部２３ｃの外周面２３ｃ１に接して延伸する接線Ｔが設定されている。なお、図示を省略するものの、放熱突出部２３ｃには、端部ａ２からも、放熱突出部２３ｃの外周面２３ｃ１に接して延伸する接線Ｔが設定されている。

【0066】

導電突出部２０ｃは、回路導電層２０の裏面２０ａの端部ｂ１から所定の角度で下がっている。導電突出部２０ｃは、図３に示されるように、頂点ｂ３まで下がり、頂点ｂ３を超えると、裏面２０ａの端部ｂ２に向かって傾斜して上る。導電突出部２０ｃは、裏面２０ａの端部ｂ２には所定の角度で接続する。なお、導電突出部２０ｃと放熱突出部２３ｃとは接しないような高さである。

【0067】

特に、放熱突出部２３ｃの接線Ｔの立ち上がり角度αの最大値は、側面視で、回路導電層２０の端部ｂ１（三重点Ｐ）を中心として第２厚さＨ２を半径Ｄとする円の絶縁層２２内の円周部分Ｃに対して放熱突出部２３ｃの外周面２３ｃ１が接する際の角度である。

【0068】

例えば、図６に示す角度αｍが放熱突出部２３ｃの外周面２３ｃ１が円周部分Ｃに接する際の角度である。接線Ｔの立ち上がり角度αが角度αｍよりも大きい場合、回路導電層２０の端部ｂ１（三重点Ｐ）から放熱突出部２３ｃまでの距離が第２厚さＨ２よりも短くなってしまう。

【0069】

ところで、三重点Ｐは、回路導電層２０と絶縁層２２と封止部材５３（図１を参照）とが集まる点であり、電界が集中しやすい箇所である。このため、放熱突出部２３ｃは、三重点Ｐから沿面絶縁距離を取っておく必要がある。本実施の形態では、絶縁沿面距離は、第２厚さＨ２である。

【0070】

接線Ｔの立ち上がり角度αが角度αｍよりも大きい場合には、回路導電層２０の端部ｂ１（三重点Ｐ）から放熱突出部２３ｃまでの距離が第２厚さＨ２よりも短くなり、絶縁沿面距離が維持されない。

【0071】

このため、放熱突出部２３ｃの接線Ｔの立ち上がり角度αは、側面視で、回路導電層２０の端部ｂ１を中心として第２厚さＨ２を半径Ｄとする円の絶縁層２２内の円周部分Ｃに接しない範囲であることを要する。

【0072】

また、導電突出部２０ｃ及び放熱突出部２３ｃは、山型に限らない。導電突出部２０ｃ及び放熱突出部２３ｃは、三重点Ｐ等からの沿面絶遠距離が維持できれば、例えば、箱型であってもよい。但し、箱型である場合には、角部を含まず、Ｒ面取りされていることを要する。角部には、電界が集中しやすく、絶縁破壊の原因となることがある。

【0073】

したがって、上記半導体装置１は、上面２３ｂを含む放熱ベース２３と、配置領域２２ｂ１が設定されたおもて面２２ｂとおもて面２２ｂの反対側の裏面２２ａとを含み、裏面２２ａが放熱ベース２３の上面２３ｂに配置される絶縁層２２と、裏面２０ａを含み、裏面２０ａが絶縁層２２の配置領域２２ｂ１に配置される回路導電層２０と、を含む回路基板２を含んでいる。この際、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１における第１厚さＨ１が、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３の第２厚さＨ２より薄い。絶縁層２２は、半導体チップ４０に対応する配置領域２２ｂ１の厚さが薄くなることで半導体チップ４０からの熱が伝わりやすくなる。さらに、絶縁層２２は、配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３に対応する部分の厚さは一定に保たれているため、絶縁性が維持される。このような回路基板２を含む半導体装置１は、絶縁性が維持されて、放熱性が向上して、信頼性の低下が抑制される。

【0074】

なお、本実施の形態では、上記のような回路基板２の回路導電層２０に半導体チップ４０を配置した半導体装置１を例に挙げて説明している。回路基板２の回路導電層２０には半導体チップ４０に限らず、発熱するような回路部品が配置されてよい。回路部品は、例えば、配線部材、電子部品であってよい。配線部材は、例えば、外部接続端子、リードフレーム、コンタクト部品が挙げられる。電子部品は、例えば、キャパシタ、制御ＩＣ（Integrated Circuit）が挙げられる。

【0075】

（変形例１）
以下、回路基板２の様々な変形例について説明する。まず、変形例１の２種の回路基板について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、実施の形態（変形例１）の半導体装置の要部の第１断面図であり、図８は、実施の形態（変形例１）の半導体装置の要部の第２断面図である。なお、図７及び図８は、半導体装置１の図３の断面図に対応しており、回路基板２ａ，２ｂを示している。

【0076】

図３に示した回路基板２では、回路導電層２０に導電突出部２０ｃを、放熱ベース２３に放熱突出部２３ｃをそれぞれ形成した場合である。変形例１の回路基板２ａ，２ｂでは、放熱ベース２３のみに放熱突出部２３ｃを、または、回路導電層２０のみに導電突出部２０ｃをそれぞれ形成している。

【0077】

この回路基板２ａ，２ｂの場合でも、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１における第１厚さＨ１が、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３の第２厚さＨ２より薄くなる。絶縁層２２は、導電突出部２０ｃ及び放熱突出部２３ｃが無い場合と比較して、半導体チップ４０からの熱が伝わりやすくなる。さらに、絶縁層２２は、配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３に対応する部分の厚さは一定に保たれているため、絶縁性が維持される。このような回路基板２ａ，２ｂを含む半導体装置１は、絶縁性が維持されて、放熱性が向上して、信頼性の低下が抑制される。

【0078】

（変形例２）
変形例２では、回路導電層２０の導電突出部２０ｃが回路導電層２０の裏面２０ａの±Ｘ方向で内側に形成されている場合である。このような回路基板２ｃについて、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、実施の形態（変形例２）の半導体装置の断面図であり、図１０は、実施の形態（変形例２）の半導体装置の平面図である。なお、図９及び図１０は、半導体装置１の図３の断面図及び図４の平面図にそれぞれ対応している。

【0079】

回路基板２ｃは、回路導電層２０と絶縁層２２と放熱ベース２３とを含んでいる。絶縁層２２及び放熱ベース２３は第１の実施の形態と同様である。回路導電層２０の裏面２０ａには導電突出部２０ｃが形成されている。導電突出部２０ｃの端部ｂ１１，ｂ２１は、回路導電層２０の端部ｂ１，ｂ２よりも（±Ｘ方向の）内側であって、半導体チップ４０の端部ｂ１２，ｂ２２の（±Ｘ方向の）外側に位置する。

【0080】

導電突出部２０ｃの端部ｂ１１，ｂ２１が半導体チップ４０の端部ｂ１２，ｂ２２の（±Ｘ方向の）内側に位置する場合、平面視で、導電突出部２０ｃの端部ｂ１１，ｂ２１間の幅が半導体チップ４０の端部ｂ１２，ｂ２２間の幅よりも小さくなる。この結果、半導体チップ４０の放熱性が低下してしまう。このため、導電突出部２０ｃの端部ｂ１１，ｂ２１は、半導体チップ４０の端部ｂ１２，ｂ２２の（±Ｘ方向の）外側に位置することが望まれる。

【0081】

この回路基板２ｃの場合でも、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１における第１厚さＨ１が、絶縁層２２の配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３の第２厚さＨ２より薄くなる。絶縁層２２は、半導体チップ４０からの熱が伝わりやすくなる。さらに、絶縁層２２は、配置領域２２ｂ１以外の外側領域２２ｂ２，２２ｂ３に対応する部分の厚さは一定に保たれているため、絶縁性が維持される。このような回路基板２ｃを含む半導体装置１は、絶縁性が維持されて、放熱性が向上して、信頼性の低下が抑制される。

【符号の説明】

【0082】

１ 半導体装置
２ 回路基板
３ 半導体ユニット
２０，２１ａ，２１ｂ 回路導電層
２０ａ 裏面
２０ｂ おもて面
２０ｃ 導電突出部
２２ 絶縁層
２２ａ 裏面
２２ｂ おもて面
２２ｂ１ 配置領域
２２ｂ２，２２ｂ３ 外側領域
２３ 放熱ベース
２３ａ 下面
２３ｂ 上面
２３ｂ１ 対向領域
２３ｃ 放熱突出部
２３ｃ１ 外周面
３０ ケース
３１ 枠部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 側壁
３１ｅ，３１ｆ，３１ｇ，３１ｈ 内壁
３１ｉ 最内壁
３２ 段差部
３２ａ 段差面
３２ｂ 段差裏面
３３ａ 上部開口部
３３ｂ 下部開口部
３４ａ，３４ｂ 外部接続端子
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ ワイヤ
４０ 半導体チップ
５１ 接着剤
５２ 接合部材
５３ 封止部材
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｂ１１，ｂ１２，ｂ２１，ｂ２２ 端部
ａ３，ｂ３ 頂点
Ｈ１ 第１厚さ
Ｈ２ 第２厚さ
Ｌａ 幅
Ｌｂ 幅
Ｄ 絶縁距離
Ｃ 円周
α 立ち上がり角度
Ｔ 接線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】