JP2012015557A - 絶縁シートおよび半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無機充填材が充填され高熱伝導性を有するとともに、耐電圧の低下などが防止され絶縁特性に優れた絶縁シートを得ること。
【解決手段】高熱伝導性を得るため、粒径の大きい第１の無機充填材とこの第１の無機充填材より粒径が小さい第２の無機充填材との混合無機充填材を用い、熱硬化性樹脂中に無機充填材を高充填した絶縁シートであって、粒径の大きい第１の無機充填材が絶縁シートの厚さ方向における中央部に配置され、粒径の小さい第２の無機充填材が絶縁シートにおけるシート表面の近傍部に分布したものである。
【選択図】図３

Description

この発明は、高熱伝導性を有する絶縁シートと、この絶縁シートを用いた半導体装置に関するものであり、特に、高熱伝導性であるとともに優れた絶縁特性を有する絶縁シートと、この絶縁シートを用いた半導体装置に関するものである。

従来、発熱体を有する半導体装置には、半導体装置の発熱体とヒートシンク部材との間に絶縁性を有する熱伝導シートを設け、発熱体からの熱をヒートシンク部材に伝達して放熱させている。
しかし、最近は、電力用半導体素子であるＳｉＣチップの大電流化などによる半導体装置の大容量化、あるいは半導体装置の小型化、高集積化、高周波動作にともない、半導体装置は、高放熱性が要求されている。そのため、半導体装置の発熱体とヒートシンク部材との間に設けられる絶縁性を有する熱伝導シート（この後、絶縁シートと記す）には、熱伝導性の向上が不可欠となっている。
絶縁シートは、発熱体あるいはヒートシンク部材に接着あるいは密着させるため、高い熱伝導性を有する無機粉末を充填材に用いた樹脂で構成されており、その熱伝導性の向上は、充填材の充填率を高くすることにより実現している。
このようなものとして、平均粒径の大きな球状の高熱伝導性無機粉末と平均粒径の小さな球状の高熱伝導性無機粉末との混合物を充填材として用い、充填材である高熱伝導性無機粉末の充填率を高め、熱伝導性を向上させた樹脂組成物が開示されている（例えば特許文献１参照）。
すなわち、上記樹脂組成物は、平均粒径の大きな球状高熱伝導性無機粉末を充填材として用いることにより、樹脂中の無機粉末の充填率を高くしている。そして、このような樹脂組成物より形成される絶縁シートは高い熱伝導性を有しており、この絶縁シートを用いた半導体装置は優れた放熱性を有している。

特開２００３−１３７６２７号公報（第３頁、表６）

半導体装置の高電圧化、小型・高集積化にともない、絶縁シートには高い熱伝導性とともに高い絶縁特性も要求されている。
しかし、高熱伝導性の絶縁シートは、球形の粒径が大きな無機粉末の充填材（この後、無機充填材と記す）を用いることにより、無機充填材の充填率を高くして、高い熱伝導性を得ているので、この絶縁シートに電圧がかかると無機充填材近傍に電界が集中し、絶縁シートの耐電圧が低下するなど絶縁特性に問題があった。
そして、この絶縁シートを用いた半導体装置では、絶縁シートの絶縁特性が低いので、高電圧化、小型化、高集積化が制限されるとの問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、無機充填材が充填され高熱伝導性を有するとともに、耐電圧の低下などが防止され絶縁特性に優れた絶縁シートと、この絶縁シートを用いた小型化、高集積化、高電圧化が可能な半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の絶縁シートは、熱硬化性樹脂中に、第１の無機充填材と、この第１の無機充填材より粒径の小さい第２の無機充填材とを含有した絶縁シートであって、第１の無機充填材が絶縁シートの厚さ方向における中央部のみに配置され、第２の無機充填材のみが絶縁シートの厚さ方向に対し略垂直な表面（この後、シート表面と記す）の近傍部に分布しており、第１の無機充填材に対する表面側樹脂層の厚さＬを２５μｍ〜５０μｍとしており、第２の無機充填材の比誘電率が、第１の無機充填材の比誘電率以下ものである。

本発明の絶縁シートは、熱硬化性樹脂中に、第１の無機充填材と、この第１の無機充填材より粒径の小さい第２の無機充填材とを含有した絶縁シートであって、第１の無機充填材が絶縁シートの厚さ方向における中央部のみに配置され、第２の無機充填材のみが絶縁シートのシート表面近傍部に分布しており、第１の無機充填材に対する表面側樹脂層の厚さＬを２５μｍ〜５０μｍとしており、第２の無機充填材の比誘電率が、第１の無機充填材の比誘電率以下ものであるので、高熱伝導性と優れた絶縁特性を有している。

本発明の実施の形態１に係る絶縁シートの断面模式図である。 絶縁シートにおける樹脂中に充填された無機充填材の粒径と電界増倍率との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る絶縁シートの断面模式図である。 絶縁シートの厚さ方向における表面側樹脂層の厚さＬと、樹脂層中の無機充填材の電界増倍率との関係を示す図である。 絶縁シートの厚さ方向における表面側樹脂層の厚さＬを説明する図である。 本発明の実施の形態５に係る絶縁シートの断面模式図である。 本発明の実施の形態５に係る絶縁シートの電界緩和効果を説明する図である。 本発明の実施の形態６に係る絶縁シートの断面模式図である。 本発明の実施の形態７に係るトランスファーモールド型半導体装置の断面模式図である。 本発明の実施の形態７に係るケース型半導体装置の断面模式図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る絶縁シートの断面模式図である。
図１に示すように、本実施の形態の絶縁シート４０は、熱硬化性樹脂１５中に粒径の大きい無機充填材２１が充填されている。そして、本実施の形態の絶縁シート４０では、粒径の大きい無機充填材２１は、絶縁シート４０の厚さ方向における中央部に配置されている。
本実施の形態の絶縁シート４０に用いられる熱硬化性樹脂１５としては、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。また、本実施の形態の絶縁シート４０に用いられる、粒径の大きい無機充填材２１には、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素および炭化ケイ素などが挙げられる。
本実施の形態では、絶縁シート４０に用いる粒径の大きい無機充填材２１の粒径Ｄは、絶縁シート４０の厚さの１／３〜２／３の範囲である。粒径の大きい無機充填材２１の粒径Ｄが、絶縁シート４０の厚さの１／３より小さいと、熱硬化性樹脂層の厚さが厚くなり、絶縁シート４０の熱伝導率が低下する。粒径の大きい無機充填材２１の粒径Ｄが、絶縁シート４０の厚さの２／３より大きいと、粒径の大きい無機充填材２１が、絶縁シート４０表面近傍に存在することとなり、絶縁シート４０の耐電圧特性を低下さす。

本実施の形態の絶縁シート４０の製造方法について説明する。
第１の方法は、熱硬化性樹脂に粒径の大きい無機充填材２１を加え混練して、粒径の大きい無機充填材２１を含有した樹脂組成物を調製する。次に、この樹脂組成物を加工し、粒径の大きい無機充填材２１を含有した樹脂シートを形成する。次に、熱硬化性樹脂のみの樹脂シートを形成する。
次に、熱硬化性樹脂のみの樹脂シート、粒径の大きい無機充填材２１を含有した樹脂シート、熱硬化性樹脂のみの樹脂シートの順に各樹脂シートを積層し接着することにより、両シート表面部が熱硬化性樹脂のみの層で中央部が粒径の大きい無機充填材２１を含有した層の積層樹脂シートが作製される。
すなわち、表面近傍の所定の厚さの部分が熱硬化性樹脂のみの層で、中央部に粒径の大きい無機充填材２１が配置された絶縁シート４０が得られる。

また、第２の方法は、熱硬化性樹脂に粒径の大きい無機充填材２１を加え混練して、粒径の大きい無機充填材２１を含有した樹脂組成物を調製する。次に、この樹脂組成物を加工し、粒径の大きい無機充填材２１を含有した樹脂シートを形成する。
次に、粒径が大きく重量が重い充填材が樹脂中で沈降しやすい事を利用し、粒径の大きい無機充填材２１を含有した樹脂シートを加熱し、樹脂の粘度を低下させることにより、樹脂シートの厚さ方向に対し略垂直な一面側に粒径の大きい無機充填材２１を沈降させて集める。次に、樹脂の加熱を継続して、樹脂をＢステージ化し、一面側の粒径の大きい無機充填材２１を含有する層を固定して、一面側に粒径の大きい無機充填材２１を含有する層が存在する樹脂シートを形成する。
次に、この樹脂シートの２枚を用いて、各樹脂シートの一面側どうしを融着することにより、表面近傍の所定の厚さの部分が熱硬化性樹脂のみの層で、中央部に粒径の大きい無機充填材２１が配置された絶縁シート４０が得られる。

本実施の形態の絶縁シート４０の絶縁特性が優れている機構を説明する。
高熱伝導性を得るために絶縁シートに充填される充填材は無機充填材であり、その比誘電率は絶縁シートに用いられる熱硬化性樹脂の比誘電率より高い。そのため、樹脂シートに電圧を印加すると、無機充填材の近傍に電界が集中する。
図２に、樹脂中に充填した無機充填材の粒径と電界増倍率との関係を示す。電界増倍率とは、絶縁シートの無機充填材近傍部の局所電界を絶縁シートの平均電界で除した値である。図２に示すように、粒径の大きい無機充填材ほど電界増倍率は大きくなっており、無機充填材近傍の電界集中が大きくなる。

従来、高熱伝導性の絶縁シートは、無機充填材を高充填しており、そのため、粒径の大きい無機充填材が用いられる。そして、この粒径の大きい無機充填材が、熱硬化性樹脂中に一様に分布しており、絶縁シートのシート表面部にも粒径の大きい無機充填材が存在する。
このような絶縁シートに電圧が印加された場合、絶縁シートのシート表面部にある粒径の大きい無機充填材に高い電界集中がおこり、絶縁シートが半導体やヒートシンク部材と接する界面での耐電圧特性や耐部分放電特性などが低下し、絶縁シートの絶縁特性が低下する。
しかし、本実施の形態の絶縁シート４０は、無機充填材が高充填され高熱伝導性であるとともに、シート表面近傍部には粒径の大きい無機充填材２１が存在しないので、絶縁シート４０のシート表面近傍での電界集中が小さく、絶縁特性が優れている。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る絶縁シートの断面模式図である。
図３に示すように、本実施の形態の絶縁シート５０は、熱硬化性樹脂１５中に粒径の大きい第１の無機充填材１１と第１の無機充填材に比べて粒径が小さい第２の無機充填材１２とが充填されている。そして、本実施の形態の絶縁シート５０では、第２の無機充填材１２は、主に絶縁シート５０のシート表面近傍部に分布しているが、第１の無機充填材１１は、絶縁シート５０の厚さ方向における中央部に配置されている。
本実施の形態の絶縁シート５０に用いられる熱硬化性樹脂１５としては、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。また、本実施の形態の絶縁シート５０に用いられる、第１の無機充填材１１および第２の無機充填材１２には、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素および炭化ケイ素などが挙げられる。
本実施の形態では、絶縁シート５０に用いる第１の無機充填材１１の粒径Ｄ１は、実施の形態１の粒径の大きい無機充填材の粒径と同様である。
そして、第１の無機充填材１１の粒径Ｄ１と第２の無機充填材１２の粒径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２は、１より大きく１００より小さい範囲である。Ｄ１／Ｄ２が１以下であると、絶縁シートの表面部の無機充填材の粒径も大きくなり、絶縁性が低下する。Ｄ１／Ｄ２が１００以上であると、かなり粒径の大きい第１の無機充填材を用いることとなり、絶縁シートが厚くなりすぎて、熱伝導性が低下する。
また、無機充填材に窒化アルミニウムを用いた場合は、Ｄ１／Ｄ２の範囲は３〜１０が絶縁特性上好ましい。

本実施の形態の絶縁シート５０の製造方法について説明する。
第１の方法は、熱硬化性樹脂に第１の無機充填材１１を加え混練して、第１の無機充填材１１を含有した樹脂組成物を調製する。次に、この樹脂組成物を加工し、第１の無機充填材１１を含有した樹脂シートを形成する。
次に、第１の無機充填材１１を含有した樹脂シートの形成方法と同様にして、第２の無機充填材１２を含有した樹脂シートを形成する。
次に、第２の無機充填材１２を含有した樹脂シート、第１の無機充填材１１を含有した樹脂シート、第２の無機充填材１２を含有した樹脂シートの順に各樹脂シートを積層し接着することにより、両シート表面部が第２の無機充填材１２を含有した層で中央部が第１の無機充填材１１を含有した層の積層樹脂シートが作製される。
すなわち、シート表面近傍部に粒径の小さい第２の無機充填材１２が分布し、中央部に粒径の大きい第１の無機充填材１１が配置された絶縁シート５０が得られる。

また、第２の方法は、熱硬化性樹脂に第１の無機充填材１１と第２の無機充填材１２とを加え混練して、第１の無機充填材１１と第２の無機充填材１２を含有した樹脂組成物を調製する。次に、この樹脂組成物を加工し、第１の無機充填材１１と第２の無機充填材１２とを含有した樹脂シートを形成する。
次に、粒径が大きく重量が重い充填材が樹脂中で沈降しやすい事を利用し、第１の無機充填材１１と第２の無機充填材１２とを含有した樹脂シートを加熱し、樹脂の粘度を低下させることにより、樹脂シートの厚さ方向に対し略垂直な一面側に粒径の大きい第１の無機充填材１１を沈降させて集める。すなわち、樹脂シートの一面側に粒径の大きい第１の無機充填材１１を含有する層を形成させ、樹脂シートの一面側に対向する他面側に第２の無機充填材１２のみを含有する層を形成する。さらに、樹脂の加熱を継続して、樹脂をＢステージ化し、一面側の第１の無機充填材１１を含有する層と他面側の第２の無機充填材１２のみを含有する層とを固定する。
このようにして、一面側に第１の無機充填材１１を含有する層と、一面側と対向する他面側に第２の無機充填材１２を含有する層とが存在する樹脂シートを形成する。
次に、この樹脂シートの２枚を用いて、各樹脂シートの一面側どうしを融着することにより、両シート表面部が第２の無機充填材１２を含有した層で中央部が第１の無機充填材１１を含有した層の積層樹脂シートが作製される。
すなわち、シート表面近傍部に粒径が小さい第２の無機充填材１２が分布し、中央部に粒径が大きい第１の無機充填材１１が配置された絶縁シートが得られる。

本実施の形態の絶縁シート５０は、無機充填材が高充填され高熱伝導性であるとともに、粒径の大きい第１の無機充填材１１は、絶縁シート５０の厚さ方向における中央部に配置されており、絶縁シート５０のシート表面近傍部には粒径の小さい第２の無機充填材１２のみが分布しているので、絶縁シート５０のシート表面近傍での電界集中が小さく、絶縁特性が優れている。

実施の形態３．
本実施の形態の絶縁シートは、実施の形態２の絶縁シート５０において、第１の無機充填材１１と第２の無機充填材１２とに異なる種類の無機充填材を用い、粒径の小さい第２の無機充填材１２の比誘電率を、粒径の大きい第１の無機充填材１１の比誘電率より小さくしたものである。
本実施の形態の絶縁シートに用いられる無機充填材には、例えば、比誘電率が８〜９の窒化アルミニウム、比誘電率が６〜９の酸化アルミニウム、比誘電率が４〜６の窒化ホウ素および比誘電率が９〜１０の炭化ケイ素などが挙げられ、第２の無機充填材１２の比誘電率が第１の無機充填材１１の比誘電率より小さくなるような組み合わせで用いられる。

第２の無機充填材１２に比誘電率が約４．５の窒化ホウ素を用い、第１の無機充填材１１に比誘電率が約８．５の窒化アルミニウムを用いた場合について説明する。
絶縁シートの熱硬化性樹脂１５に用いられるエポキシ樹脂の比誘電率が約４であるので、このエポキシ樹脂との比誘電率の差は、第２の無機充填材１２の窒化ホウ素では約０．５となり、第１の無機充填材１１の窒化アルミニウムでは約４．５となる。
熱硬化性樹脂１５との比誘電率の差が、第１の無機充填材１１より第２の無機充填材１２のほうが小さいため、絶縁シートのシート表面近傍部にある第２の無機充填材１２近傍の局所電界が、第１の無機充填材１１近傍の局所電界より小さくなる。
すなわち、本実施の形態の絶縁シートは、高熱伝導性であるとともに、表面近傍部に、第１の無機充填材１１に比べ粒径も比誘電率も小さい第２の無機充填材１２が分布しているので、電圧が印加された場合の絶縁シートの表面近傍での電界集中がさらに小さくなり、耐電圧と耐部分放電特性との低下が少なく、絶縁特性がさらに優れている。

実施の形態４．
図４に、絶縁シートの表面側樹脂層の厚さＬと、樹脂層中の無機充填材の電界増倍率との関係を示す。
絶縁シートの表面側樹脂層の厚さＬとは、図５の模式図に示すように、絶縁シート２０のシート表面から、このシート表面と対向する無機充填材２２の部分までの距離である。
図４に示すように、Ｌが２５μｍより小さい範囲では、Ｌの増加にともない電界増倍率は大きく低下するが、Ｌが２５μｍ以上になると、電界増倍率の低下は、少なくなり、飽和する。

本実施の形態の絶縁シートは、実施の形態２の絶縁シート５０において、第１の無機充填材１１に対するＬを２５μｍ〜５０μｍ、好ましくは２５μｍ〜３０μｍとしたものである。
本実施の形態の絶縁シートは、第１の無機充填材１１に対するＬを２５μｍ以上としたので、第１の無機充填材１１近傍の電界集中も低くでき、耐電圧と耐部分放電特性との低下を小さくできる。また、Ｌを大きくすると絶縁シートが厚くなりすぎ、絶縁シートの熱伝導性が低下するが、本実施の形態の絶縁シートでは、第１の無機充填材１１に対するＬを５０μｍ以下としたので、熱伝導特性の低下が少ない。
すなわち、本実施の形態の絶縁シートは、第１の無機充填材１１に対するＬを２５μｍ〜５０μｍとしたので、絶縁特性と熱伝導性とに優れている。

実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係る絶縁シートの断面模式図である。
図６に示すように、本実施の形態の絶縁シート６０は、絶縁シート６０の両シート表面部側に設けられた第２の熱硬化性樹脂１７中に粒径の小さい第２の無機充填材１２を含有した層と、絶縁シート６０の厚さ方向における中央部に設けられた第１の熱硬化性樹脂１６中に粒径の大きい第１の無機充填材１１を含有した層とで構成されている。
そして、第２の熱硬化性樹脂１７は、その比誘電率が第１の無機充填材１１および第２の無機充填材１２の比誘電率より小さいものであり、第１の熱硬化性樹脂１６は、その比誘電率が第２の熱硬化性樹脂１７の比誘電率より大きく第１の無機充填材１１の比誘電率より小さいものである。
すなわち、第１の無機充填材１１が、第２の熱硬化性樹脂１７より大きい比誘電率の第１の熱硬化性樹脂１６中にあるので、第１の無機充填材１１と第１の熱硬化性樹脂１６との比誘電率の差が、第１の無機充填材１１と第２の熱硬化性樹脂１７との比誘電率の差より小さくなり、第１の熱硬化性樹脂１６が、電界緩和層として作用し、第１の無機充填材１１に対する電界集中を抑制し、絶縁シートの耐電圧と耐部分放電特性との低下が防止できる。

電界緩和層として作用する第１の熱硬化性樹脂１６は、例えば、第２の熱硬化性樹脂１７とは異なる化学構造のエポキシ樹脂を用いるか、あるいは、異なる化学構造のエポキシ樹脂硬化剤を用いることによって実現できる。
また、電界緩和層として作用する第１の熱硬化性樹脂１６は、第２の熱硬化性樹脂１７に、第１の無機充填材１１より比誘電率が小さい第３の無機充填材１３を含有させたものでも良い。

図７は、本実施の形態の絶縁シートの電界緩和効果を説明する図である。
第１〜第３の絶縁シートのサンプルを調製した。第１のサンプルは、エポキシ樹脂に、第１の無機充填材１１としての窒化アルミニウムと、第３の無機充填材１３としての窒化アルミニウムより比誘電率が小さい窒化ホウ素と酸化アルミニウムとの混合物を充填したものである。第２のサンプルは、エポキシ樹脂に、第１の無機充填材１１としての窒化アルミニウムと、第３の無機充填材１３としての窒化アルミニウムより比誘電率が小さい窒化ホウ素を充填したものである。第３のサンプルは、エポキシ樹脂に、第１の無機充填材１１としての窒化アルミニウムのみを充填したものである。
図７に、各サンプルの電界緩和の比率を示した。電界緩和の比率とは、第３のサンプルの電界集中率とエポキシ樹脂層中に第１の無機充填材１１より比誘電率が低い第３の無機充填材１３を充填し、エポキシ樹脂層の比誘電率をエポキシ樹脂単体より高くしたサンプルの電界集中率との比率である。
図７に示すように、第３のサンプルに比べ第１および第２のサンプルは、電界集中率が小さく電界緩和効果が優れている。すなわち、第２の熱硬化性樹脂１７に、第１の無機充填材１１より小さい第３の無機充填材１３を含有させて第２の熱硬化性樹脂１７より比誘電率を大きくした第１の熱硬化性樹脂１６が、電界緩和層として有効に作用することを示している。

実施の形態６．
図８は、本発明の実施の形態６に係る絶縁シートの断面模式図である。
図８に示すように、本実施の形態の絶縁シート７０は、実施の形態５の絶縁シートにおいて、比誘電率が第２の熱硬化性樹脂１７の比誘電率より大きく第１の無機充填材１１の比誘電率より小さい第１の熱硬化性樹脂１６でなる層を、第１の無機充填材１１における絶縁シートのシート表面と対向する部分に設けたものである。
具体的には、第１の無機充填材１１のシート表面と対向する部分において、第１の無機充填材１１の断面における樹脂シート厚さ方向の直径の多くとも２０％が覆われるように、第１の熱硬化性樹脂１６の層が設けられている。
すなわち、本実施の形態の絶縁シートは、比誘電率が第２の熱硬化性樹脂１７の比誘電率より大きく第１の無機充填材１１の比誘電率より小さい第１の熱硬化性樹脂１６の層が、第１の無機充填材１１のシート表面と対向する部分に設けられているので、この層が電界緩和層として作用し、第１の無機充填材１１に対する電界集中が抑制され、絶縁特性が優れている。それと、電界緩和層が少なくて済むので安価である。

実施の形態７．
図９は、本発明の実施の形態７に係るトランスファーモールド型半導体装置の断面模式図である。
図９に示すように、本実施の形態のトランスファーモールド型半導体装置１００は、発熱体である電力用半導体素子１と制御用半導体素子７とを搭載したリードフレーム２と、電力用半導体素子１と制御用半導体素子７との電気的接続および電力用半導体素子１とリードフレーム２に形成された外部端子との電気的接続に用いられた金属ワイヤ５と、リードフレーム２の電力用半導体素子１が搭載された部分の面と対向した面、すなわちリードフレーム２の高温部に接合された絶縁シート４と、絶縁シート４におけるリードフレーム２の高温部に接合された面と対向する面に設けられた放熱部材であるヒートシンク部材３と、電力用半導体素子１と制御用半導体素子７とリードフレーム２と金属ワイヤ５と絶縁シート４とヒートシンク部材３とをトランスファーモールド法により封止するモールド樹脂６とで構成されている。しかし、本実施の形態の半導体装置１００では、リードフレーム２の外部端子となる部分と、ヒートシンク部材３の絶縁シート４が接合された面と対向する面とが、モールド樹脂６から露出している。
そして、本実施の形態のトランスファーモールド型半導体装置１００では、絶縁シート４に実施の形態１ないし６のいずれかの絶縁シートが用いられている。
本実施の形態のトランスファーモールド型半導体装置１００は、絶縁シート４に実施の形態１ないし６のいずれかの絶縁シートが用いられているので、高い放熱性と優れた絶縁特性を有し、小型化、高集積化、高電圧化が可能である。

図９では、トランスファーモールド型電力半導体装置１００が例示されたが、ケース型半導体装置においても、実施の形態１ないし６のいずれかの絶縁シートを用いることができる。
図１０は、実施の形態１ないし６のいずれかの絶縁シートが用いられたケース型半導体装置の断面模式図である。
図１０に示すように、このケース型半導体装置２００は、発熱体である電力用半導体素子１を回路形成面に搭載した回路基板８と、回路基板８の回路形成面と対向する面に接合されたヒートシンク部材３と、ヒートシンク部材３の外周部に接合されたケース９と、ケース９の内側側面に設けられた外部端子９１と、外部端子９１と電力用半導体素子１とを電気的に接続する金属ワイヤ５と、ケース９とヒートシンク部材３とで形成された凹部に注入され電力用半導体素子１と回路基板８と金属ワイヤ５とを封止するモールド樹脂６と、ヒートシンク３の回路基板８が接合された面と対向する面、すなわちケース型半導体装置２００の高温部に接合された絶縁シート４と、絶縁シート４におけるヒートシンク部材３と接合された面と対向する面に設けられた放熱部材であるヒートスプッレダ１０とで構成されている。
このケース型半導体装置２００も、絶縁シート４に実施の形態１ないし６のいずれかの絶縁シートが用いられているので、トランスファーモールド型半導体装置１００と同様な効果を得ることができる。

本実施の形態の半導体装置において、電気的接続手段に金属ワイヤが用いられているが、球電極やインターポーザやプリント配線基板やダイレクトリード方式を用いても良い。
また、半導体素子に、Ｓｉチップ、ＳｉＣチップ、ダイオード、ＩＧＢＴ、その他トランジスタやＩＣ等を用いた半導体装置においても、実施の形態１ないし６のいずれかの絶縁シートを用いることができ、同様な効果が得られる。
また、電極と半導体素子や絶縁基板等とを半田などで電気的に接続した接合型、電極と半導体素子や絶縁基板等とを電極外側方向から内側方向に向けて弾性体やボルト締めなどにより加圧し、電気的に接続した圧接型、これらの複合型のいずれかの半導体装置においても、実施の形態１ないし６のいずれかの絶縁シートを用いることができ、同様な効果が得られる。
また、ヒートシンク一体型および分離型いずれの半導体装置においても、実施の形態１ないし６のいずれかの絶縁シートを用いることができ、同様な効果が得られる。

本発明に係る絶縁シートは、高放熱性と優れた絶縁特性が必要な半導体装置に有効に利用できる。それと、この絶縁シートを用いた半導体装置は、小型化、高集積化、高電圧化が必要な半導体装置として有効に利用できる。

１ 電力用半導体素子、２ リードフレーム、３ ヒートシンク部材、
４ 絶縁シート、５ 金属ワイヤ、６ モールド樹脂、７ 制御用半導体素子、
８ 回路基板、９ ケース、１０ ヒートスプッレダ、１１ 第１の無機充填材、
１２ 第２の無機充填材、１３ 第３の無機充填材、１５ 熱硬化性樹脂、
１６ 第１の熱硬化性樹脂、１７ 第２の熱硬化性樹脂、２１，２２ 無機充填材、
２０，４０，５０，６０，７０ 絶縁シート、９１ 外部端子、
１００ トランスファーモールド型半導体装置、２００ ケース型半導体装置。

Claims (6)

1. 熱硬化性樹脂中に、第１の無機充填材と、この第１の無機充填材より粒径の小さい第２の無機充填材とを含有した絶縁シートであって、上記第１の無機充填材が上記絶縁シートの厚さ方向における中央部のみに配置され、上記第２の無機充填材のみが上記絶縁シートにおけるシート表面の近傍部に分布しており、
   上記第１の無機充填材に対する表面側樹脂層の厚さＬを２５μｍ〜５０μｍとしており、上記第２の無機充填材の比誘電率が、上記第１の無機充填材の比誘電率以下であることを特徴とする絶縁シート。
2. 第１の無機充填材の粒径Ｄ１と第２の無機充填材の粒径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１より大きく１００未満であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁シート。
3. 第２の無機充填材の比誘電率を、第１の無機充填材の比誘電率より小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の絶縁シート。
4. 上記熱硬化性樹脂が、第２の熱硬化性樹脂と、この第２の熱硬化性樹脂の非誘電率より大きく第１の無機充填材の非誘電率より小さい比誘電率を有する第１の熱硬化性樹脂とで形成されており、
   上記第１の無機充填材が配置されている上記絶縁シートの厚さ方向における中央部が、上記第１の熱硬化性樹脂の層で形成されており、
   第２の無機充填材のみが分布している上記絶縁シートの両シート表面部側が、上記第２の熱硬化性樹脂の層で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の絶縁シート。
5. 上記熱硬化性樹脂が、第２の熱硬化性樹脂と、この第２の熱硬化性樹脂の非誘電率より大きく第１の無機充填材の非誘電率より小さい比誘電率を有する第１の熱硬化性樹脂とで形成されており、
   上記第１の無機充填材の、絶縁シートの各シート表面と対向する部分であって、上記第１の無機充填材の、絶縁シート厚さ方向における直径の多くとも２０％を覆う部分が、第１の熱硬化性樹脂の層で形成され、この第１の熱硬化性樹脂の層以外の絶縁シートにおける熱硬化性樹脂の部分が、第２の熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の絶縁シート。
6. 発熱体である半導体素子と熱的につながった高温部に絶縁シートを介して放熱部材が設けられた半導体装置であって、上記絶縁シートに請求項１〜５のいずれか1項に記載の絶縁シートを用いたことを特徴とする半導体装置。

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