JP6635034B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置に関する。

半導体チップと、半導体チップを封止したモールド樹脂と、を有する半導体装置としては、半導体チップを金属板の一方の面に搭載し、且つ、金属板の他方の面に絶縁樹脂層を設けたタイプのものがある。

例えば、特許文献１には、半導体チップを金属板（同文献のリードフレーム）の一方の面に搭載し、金属板の他方の面に絶縁樹脂層を設け、絶縁樹脂層における金属板側とは反対側の面に金属層（同文献のヒートシンク）を設けた半導体装置が記載されている。そして、同文献の絶縁樹脂層は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子が等方的に凝集してなる二次凝集粒子を含んで構成されている。

特開２０１０−１５７５６３号公報

本発明者の検討によれば、絶縁樹脂層が含有する鱗片状窒化ホウ素の二次凝集粒子の平均粒子径が、絶縁樹脂層の膜厚に比して大きすぎる場合、絶縁樹脂層の膜厚が面内で安定せず、絶縁樹脂層の絶縁性が悪化する可能性がある。半導体装置のパッケージがある程度よりも小さい場合にはそのような絶縁性の悪化が問題として顕在化しなくても、半導体装置のパッケージが大面積となるほど、絶縁樹脂層の面内で電界が最も集中する箇所での電界が強くなる。このため、絶縁樹脂層の僅かな膜厚の変動による絶縁性の悪化も、問題として顕在化する可能性があると考えられる。
また、二次凝集粒子の平均粒子径が絶縁樹脂層の膜厚に比して大きすぎる場合には、絶縁樹脂層内にボイドが存在する可能性も高まる。
一方、二次凝集粒子の平均粒子径が絶縁樹脂層の膜厚に比して小さすぎる場合、絶縁樹脂層の熱抵抗が悪化（熱伝導率が悪化）する。

本発明は、以上の点に課題に鑑みなされたものであり、膜厚が良好に均一化されているとともにボイドの発生が抑制され、且つ、熱伝導率が良好な絶縁樹脂層を有する半導体装置を提供することを目的とする。

金属板と、
前記金属板の第１面側に設けられた半導体チップと、
前記金属板の前記第１面とは反対側の第２面に接合された絶縁樹脂層と、
前記半導体チップおよび前記金属板を封止しているモールド樹脂と、
を備え、
前記絶縁樹脂層は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子が等方的に凝集してなる二次凝集粒子を含み、
前記二次凝集粒子の含有量が、前記絶縁樹脂層全体に対して６５質量％以上９０質量％以下であり、
前記絶縁樹脂層の厚みをＤ、前記二次凝集粒子の平均粒子径をｄとすると、
ｄ／Ｄが、０．０５以上０．８以下である半導体装置を提供する。

本発明によれば、ｄ／Ｄが０．０５以上であるので、絶縁樹脂層を、熱伝導率が良好な構造のものとすることができる。さらに、ｄ／Ｄが０．８以下であるので、絶縁樹脂層を、膜厚が良好に均一化されて良好な絶縁性を有するとともにボイドの発生が抑制された構造のものとすることができる。

本発明によれば、膜厚が良好に均一化されているとともにボイドの発生が抑制され、且つ、熱伝導率が良好な絶縁樹脂層を有する半導体装置を提供することができる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

第１の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る半導体装置の絶縁樹脂層の模式的な断面図である。 第２の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。 第３の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。 第４の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。 第５の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。 第６の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る半導体装置１００の模式的な断面図である。図２は第１の実施形態に係る半導体装置１００の絶縁樹脂層１４０の模式的な断面図である。

以下においては、説明を簡単にするため、半導体装置１００の各構成要素の位置関係（上下関係等）が各図に示す関係であるものとして説明を行う場合がある。ただし、この説明における位置関係は、半導体装置１００の使用時や製造時の位置関係とは無関係である。

本実施形態では、金属板がヒートシンクである例を説明する。本実施形態に係る半導体装置１００は、ヒートシンク１３０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１側に設けられた半導体チップ１１０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１とは反対側の第２面１３２に接合された絶縁樹脂層１４０と、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０を封止しているモールド樹脂１８０と、を備えている。絶縁樹脂層１４０は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４３が等方的に凝集してなる二次凝集粒子１４４を含んでいる。絶縁樹脂層１４０の厚みをＤ、二次凝集粒子１４４の平均粒子径をｄとすると、ｄ／Ｄが、０．０５以上０．８以下である。
以下、詳細に説明する。

半導体装置１００は、例えば、上記の構成の他に、導電層１２０、電極端子部１３５、金属層１５０、リード１６０およびワイヤ（金属配線）１７０を有する。

半導体チップ１１０の上面１１１には図示しない電極パターンが形成され、半導体チップ１１０の下面１１２には図示しない導電パターンが形成されている。半導体チップ１１０の下面１１２は、銀ペースト等の導電層１２０を介してヒートシンク１３０の第１面１３１に接合されている。半導体チップ１１０の上面１１１の電極パターンは、ワイヤ１７０を介してリード１６０の電極１６１に対して電気的に接続されている。

モールド樹脂１８０は、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０の他に、ワイヤ１７０と、導電層１２０と、リード１６０の一部分ずつと、を内部に封止して筐体を構成している。各リード１６０の他の一部分ずつは、モールド樹脂１８０の側面より、該モールド樹脂１８０の外部に突出している。本実施形態の場合、例えば、モールド樹脂１８０の下面１８２とヒートシンク１３０の第２面１３２とが互いに同一平面上に位置している。

電極端子部１３５の一端部はモールド樹脂１８０内に位置しているとともにヒートシンク１３０に電気的に接続され、他端部はモールド樹脂１８０の外部に突出している。このため、ヒートシンク１３０は、外部からの電力供給を受ける電極としての役割を担う。

ヒートシンク１３０は、金属により構成されている。本実施形態の場合、電極端子部１３５は、ヒートシンク１３０と一体に形成されている。すなわち、電極端子部１３５はヒートシンク１３０の一部分である。この場合、電極端子部１３５は、自ずとヒートシンク１３０に電気的に接続された状態となっている。
ただし、電極端子部１３５はヒートシンク１３０とは別体に形成されていても良い。この場合、電極端子部１３５の一端部は、図示しない導電層を介して、例えばヒートシンク１３０の第１面１３１に対して電気的に接続されている。

絶縁樹脂層１４０は、放熱性を有する熱伝導材である。このような熱伝導材を形成する材料として、窒化ホウ素やアルミナ等の熱伝導性フィラー（充填材）を含む熱伝導性シート（放熱樹脂シート）が挙げられる。

絶縁樹脂層１４０の上面１４１は、ヒートシンク１３０の第２面１３２と、モールド樹脂１８０の下面１８２と、に対して接合されている。つまり、モールド樹脂１８０は、ヒートシンク１３０の周囲において絶縁樹脂層１４０のヒートシンク１３０側の面（上面１４１）に接している。

絶縁樹脂層１４０の下面１４２には、金属層１５０の上面１５１が接合されている。すなわち、金属層１５０の一方の面（上面１５１）は、絶縁樹脂層１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）に対して接合されている。

平面視において、金属層１５０の上面１５１の外形線と、絶縁樹脂層１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）の外形線と、が重なっていることが好ましい。

また、金属層１５０は、その一方の面（上面１５１）に対する反対側の面（下面１５２）の全面がモールド樹脂１８０から露出している。なお、本実施形態の場合、上記のように、絶縁樹脂層１４０は、その上面１４１が、ヒートシンク１３０の第２面１３２およびモールド樹脂１８０の下面１８２に接合されているため、絶縁樹脂層１４０は、その上面１４１を除き、モールド樹脂１８０の外部に露出している。そして、金属層１５０は、その全体がモールド樹脂１８０の外部に露出している。

なお、ヒートシンク１３０の第２面１３２および第１面１３１は、例えば、それぞれ平坦に形成されている。

半導体装置１００の実装床面積は、特に限定されないが、一例として、１０×１０ｍｍ以上１００×１００ｍｍ以下とすることができる。ここで、半導体装置１００の実装床面積とは、金属層１５０の下面１５２の面積である。すなわち、金属層１５０の平面形状は、一辺の長さが１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の矩形状とすることができ、その下面１５２は、一辺の長さが１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の矩形状とすることができる。

また、一のヒートシンク１３０に搭載された半導体チップ１１０の数は、特に限定されない。１つであっても良いし、複数であっても良い。例えば、３個以上（６個等）とすることもできる。すなわち、一例として、一のヒートシンク１３０の第１面１３１側に３個以上の半導体チップ１１０が設けられ、モールド樹脂１８０はこれら３個以上の半導体チップ１１０を一括して封止している。

半導体装置１００は、例えば、パワー半導体装置である。すなわち、半導体チップ１１０は、例えばパワー半導体チップである。

この半導体装置１００は、例えば、モールド樹脂１８０内に２個の半導体チップ１１０が封止された２ｉｎ１、モールド樹脂１８０内に６個の半導体チップ１１０が封止された６ｉｎ１またはモールド樹脂１８０内に７個の半導体チップ１１０が封止された７ｉｎ１の構成とすることができる。

図２に示すように、絶縁樹脂層１４０は、熱硬化性樹脂１４５中に充填材を含んでなる。

絶縁樹脂層１４０の膜厚は、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下である。

絶縁樹脂層１４０を構成する材料のうち、熱硬化性樹脂１４５としては、たとえば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、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、ビスマレイミド樹脂、アクリル樹脂、シアネート樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂１４５として、これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。熱硬化性樹脂１４５としては、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂を使用することで、ガラス転移温度を高くするとともに、絶縁樹脂層１４０の熱伝導性を向上させることができる。また、シアネート樹脂を使用することにより、ガラス転移温度を高めることができるので、絶縁樹脂層１４０の耐熱性を向上させることができる。

エポキシ樹脂としては、たとえば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂（４，４'−（１，３−フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂（４，４'−（１，４−フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂（４，４'−シクロヘキシジエンビスフェノール型エポキシ樹脂）等のビスフェノール型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂，縮合環芳香族炭化水素構造を有するノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂；キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂等のアリールアルキレン型エポキシ樹脂；ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、２官能ないし４官能エポキシ型ナフタレン樹脂、ビナフチル型エポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル型エポキシ樹脂等のナフタレン型エポキシ樹脂；アントラセン型エポキシ樹脂；フェノキシ型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂；ノルボルネン型エポキシ樹脂；アダマンタン型エポキシ樹脂；フルオレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。

エポキシ樹脂として、これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。

エポキシ樹脂の中でも、得られる絶縁樹脂層１４０の耐熱性および絶縁信頼性をより一層向上できる観点から、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、アリールアルキレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種または二種以上が好ましい。

本実施形態において、シアネート樹脂としては、特に限定されないが、例えば、分子内に−ＯＣＮ基を有する化合物であり、加熱により−ＯＣＮ基が反応することで３次元的網目構造を形成し、硬化する樹脂である。具体的に例示すると、１，３−ジシアナトベンゼン、１，４−ジシアナトベンゼン、１，３，５−トリシアナトベンゼン、１，３−ジシアナトナフタレン、１，４−ジシアナトナフタレン、１，６−ジシアナトナフタレン、１，８−ジシアナトナフタレン、２，６−ジシアナトナフタレン、２，７−ジシアナトナフタレン、１，３，６−トリシアナトナフタレン、４，４'−ジシアナトビフェニル、ビス（４−シアナトフェニル）メタン、ビス（３，５−ジメチル−４−シアナトフェニル）メタン、２，２−ビス（４−シアナトフェニル）プロパン、２，２−ビス（３，５−ジブロモ−４−シアナトフェニル）プロパン、ビス（４−シアナトフェニル）エーテル、ビス（４−シアナトフェニル）チオエーテル、ビス（４−シアナトフェニル）スルホン、トリス（４−シアナトフェニル）ホスファイト、トリス（４−シアナトフェニル）ホスフェート、及びノボラック樹脂とハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などが挙げられ、これらの多官能シアネート樹脂のシアネート基を三量化することによって形成されるトリアジン環を有するプレポリマーも使用できる。このプレポリマーは、上記の多官能シアネート樹脂モノマーを、例えば、鉱酸、ルイス酸などの酸、ナトリウムアルコラート、第三級アミン類などの塩基、炭酸ナトリウムなどの塩類を触媒として重合させることにより得られる。
本実施形態において、熱硬化性樹脂としてシアネート樹脂（特にノボラック型シアネート樹脂）を用いる場合、エポキシ樹脂を併用してもよい。

絶縁樹脂層１４０に含まれる熱硬化性樹脂１４５の含有量は、その目的に応じて適宜調整されればよく特に限定されないが、当該絶縁樹脂層１００質量％に対し、１質量％以上３０質量％以下が好ましく、５質量％以上２０質量％以下がより好ましい。熱硬化性樹脂１４５の含有量が上記下限値以上であると、ハンドリング性が向上し、絶縁樹脂層１４０を形成するのが容易となる。熱硬化性樹脂１４５の含有量が上記上限値以下であると、絶縁樹脂層１４０の強度や難燃性がより一層向上したり、絶縁樹脂層１４０の熱伝導性がより一層向上したりする。

絶縁樹脂層１４０は、熱硬化性樹脂１４５としてエポキシ樹脂を用いる場合、さらに硬化剤を含むのが好ましい。
硬化剤としては、硬化触媒およびフェノール系硬化剤から選択される１種以上を用いることができる。
硬化触媒としては、たとえばナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩ）、トリスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩＩ）等の有機金属塩；トリエチルアミン、トリブチルアミン、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン等の３級アミン類；２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２，４−ジエチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール類；トリフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、１，２−ビス−（ジフェニルホスフィノ）エタン等の有機リン化合物；フェノール、ビスフェノールＡ、ノニルフェノール等のフェノール化合物；酢酸、安息香酸、サリチル酸、ｐ−トルエンスルホン酸等の有機酸；等、またはこの混合物が挙げられる。硬化触媒（Ｃ−１）として、これらの中の誘導体も含めて１種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて２種類以上を併用したりすることもできる。
絶縁樹脂層１４０中に含まれる硬化触媒の含有量は、特に限定されないが、絶縁樹脂層１００質量％に対し、０．００１質量％以上１質量％以下が好ましい。

また、フェノール系硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、アミノトリアジンノボラック樹脂、ノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物；レゾール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
これらの中でも、ガラス転移温度の向上及び線膨張係数の低減の観点から、フェノール系硬化剤がノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂が好ましい。
フェノール系硬化剤の含有量は、特に限定されないが、絶縁樹脂層１００質量％に対し、１質量％以上３０質量％以下が好ましく、５質量％以上１５質量％以下がより好ましい。

絶縁樹脂層１４０を構成する材料のうち、充填材としては、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４３が等方的に（つまりランダムな向きに配向された状態で）凝集してなる二次凝集粒子１４４が含まれる。すなわち、絶縁樹脂層１４０は、例えば、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４３が等方的に凝集してなる二次凝集粒子１４４を含んでいる。一次粒子１４３とは、凝集していない個々の粒子を意味する。二次凝集粒子１４４の形状は、例えば、球状などである。
絶縁樹脂層１４０は、充填材として、二次凝集粒子１４４の他に、等方的に（すなわちランダムな向きに）配置された一次粒子１４３を熱硬化性樹脂１４５中に含んでいても良いし、含んでいなくても良い。
また、充填材としては、たとえばシリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等のうちの１種以上を含んでいても良い。

二次凝集粒子１４４は、たとえば鱗片状窒化ホウ素をスプレードライ法等を用いて凝集させたあと、これを焼成することにより形成することができる。焼成温度は、たとえば１２００〜２５００℃である。
このように、鱗片状窒化ホウ素を焼結させて得られる二次凝集粒子１４４を用いる場合には、熱硬化性樹脂中における充填材の分散性を向上させる観点から、熱硬化性樹脂としてジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂またはノボラック型エポキシ樹脂を用いることがとくに好ましい。

二次凝集粒子１４４の平均粒径は、たとえば５μｍ以上１８０μｍ以下であることが好ましい。これにより、熱伝導性と電気絶縁性のバランスに優れた絶縁樹脂層１４０を実現することができる。

絶縁樹脂層１４０全体に対する充填材の含有量は、たとえば６５質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、７０質量％以上８５質量％以下であることがより好ましい。充填材の含有量を上記下限値以上とすることにより、絶縁樹脂層１４０における熱伝導性や機械的強度の向上をより効果的に図ることができる。一方で、充填材の含有量を上記上限値以下とすることにより、樹脂組成物の成膜性や作業性を向上させ、絶縁樹脂層１４０の膜厚における均一性を良好なものとすることができる。

上記のように、絶縁樹脂層１４０の厚みをＤ、二次凝集粒子１４４の平均粒子径をｄとすると、ｄ／Ｄが、０．０５以上０．８以下である。ここで、絶縁樹脂層１４０の厚みＤは、例えば、複数箇所（５箇所、１０箇所等）の厚みの平均値とすることができる。また、二次凝集粒子１４４の平均粒子径ｄは、絶縁樹脂層１４０内の複数個（５個、１０個等）の二次凝集粒子１４４の粒子径の平均値とすることができる。例えば、１０個の二次凝集粒子１４４の粒子径がそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、ｄ９およびｄ１０である場合、平均粒子径ｄは、粒子径ｄ１〜ｄ１０の平均値とすることができる。ｄ／Ｄは、０．５未満であることが好ましい。

絶縁樹脂層１４０の厚み方向における熱伝導率は、６Ｗ／ｍ・Ｋ以上５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好ましく、７Ｗ／ｍ・Ｋ以上５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下がより好ましく、８Ｗ／ｍ・Ｋ以上５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下がさらに好ましく、９Ｗ／ｍ・Ｋ以上５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下が一層好ましい。こうすることで、より一層熱抵抗という観点において良好な特性を示す絶縁樹脂層１４０とすることができる。なお、絶縁樹脂層１４０の厚み方向における熱伝導率は、たとえばレーザーフラッシュ法により測定することが可能である。

次に、本実施形態に係る半導体装置１００を製造する方法の一例を説明する。

先ず、ヒートシンク１３０および半導体チップ１１０を準備し、銀ペースト等の導電層１２０を介して、半導体チップ１１０の下面１１２をヒートシンク１３０の第１面１３１に接合する。

次に、リード１６０を含むリードフレーム（全体図示略）を準備し、半導体チップ１１０の上面の電極パターンとリード１６０の電極１６１とをワイヤ１７０を介して相互に電気的に接続する。

次に、半導体チップ１１０と、導電層１２０と、ヒートシンク１３０と、ワイヤ１７０と、リード１６０の一部分ずつと、をモールド樹脂１８０により一括して封止する。

次に、絶縁樹脂層１４０の材料となる熱伝導性シートを準備し、この熱伝導性シートの一方の面を、ヒートシンク１３０の第２面１３２と、モールド樹脂１８０の下面１８２と、に対して貼り付ける。この段階で、熱伝導性シートを構成する熱硬化性樹脂はＢステージである。更に、金属層１５０の一方の面（上面１５１）を、絶縁樹脂層１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）に対して貼り付ける。そして、熱伝導性シートを構成する熱硬化性樹脂を熱硬化させてＣステージとすることにより、熱伝導性シートが絶縁樹脂層１４０となるとともに、ヒートシンク１３０の第２面１３２と、モールド樹脂１８０の下面１８２と、に対して、絶縁樹脂層１４０を介して金属層１５０の上面１５１が接合された状態となる。

次に、各リード１６０をリードフレームの枠体（図示略）から切断する。こうして、図１に示すような構造の半導体装置１００が得られる。

以上のような第１の実施形態によれば、半導体装置１００は、ヒートシンク１３０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１側に設けられた半導体チップ１１０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１とは反対側の第２面１３２に接合された絶縁樹脂層１４０と、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０を封止しているモールド樹脂１８０と、を備えている。絶縁樹脂層１４０は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４３が等方的に凝集してなる二次凝集粒子１４４を含んでいる。そして、絶縁樹脂層１４０の厚みをＤ、二次凝集粒子１４４の平均粒子径をｄとすると、ｄ／Ｄが、０．０５以上０．８以下である。
ｄ／Ｄが０．０５以上であるので、絶縁樹脂層１４０を、熱伝導率が良好な構造のものとすることができる。さらに、ｄ／Ｄが０．８以下であるので、絶縁樹脂層１４０を、膜厚が良好に均一化されて良好な絶縁性を有するとともにボイドの発生が抑制された構造のものとすることができる。また、絶縁樹脂層１４０の膜厚が良好に均一化されることにより、絶縁樹脂層１４０の熱抵抗が局所的に増大してしまうことを抑制することができる。

また、ｄ／Ｄを０．５未満とすることによって、二次凝集粒子１４４を含有する絶縁樹脂層１４０を容易且つ安定的に作製することができる。

上述のように、半導体装置のパッケージがある程度よりも小さい場合には絶縁樹脂層の絶縁性の悪化が問題として顕在化しなくても、半導体装置のパッケージが大面積となるほど、絶縁樹脂層の面内で電界が最も集中する箇所での電界が強くなる。このため、絶縁樹脂層の僅かな膜厚の変動による絶縁性の悪化も、問題として顕在化する可能性があると考えられる。
これに対し、本実施形態に係る半導体装置１００は、例えば、その実装床面積が１０×１０ｍｍ以上１００×１００ｍｍ以下の大型のパッケージであったとしても、上記の構造の絶縁樹脂層１４０を備えることにより、十分な絶縁耐圧を得ることが期待できる。

また、本実施形態に係る半導体装置１００は、例えば、一のヒートシンク１３０の第１面１３１側に３個以上の半導体チップ１１０が設けられ、これら３個以上の半導体チップをモールド樹脂１８０が一括して封止している構造のものであったとしても、すなわち、半導体装置１００が大型のパッケージであったとしても、上記の構造の絶縁樹脂層１４０を備えることにより、十分な絶縁耐圧を得ることが期待できる。

また、絶縁樹脂層１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）に対して一方の面（上面１５１）が接合された金属層１５０を半導体装置１００が更に備える場合、この金属層１５０によって好適に放熱することができるため、半導体装置１００の放熱性が向上する。

また、金属層１５０の上面１５１が絶縁樹脂層１４０の下面１４２よりも小さいと、絶縁樹脂層１４０の下面１４２が外部に露出し、異物などの突起物により絶縁樹脂層１４０にクラックが発生する懸念が生じる。一方、金属層１５０の上面１５１が絶縁樹脂層１４０の下面１４２よりも大きいと金属層１５０の端部が宙に浮いたような構造になり、製造工程での取り扱いの際などにおいて、金属層１５０が剥がれてしまう可能性がある。
これに対し、平面視において、金属層１５０の上面１５１の外形線と、絶縁樹脂層１４０の下面１４２の外形線と、が重なっている構造とすることにより、絶縁樹脂層１４０におけるクラックの発生および金属層１５０の剥離を抑制することができる。

また、金属層１５０の下面１５２の全面がモールド樹脂１８０から露出しているので、金属層１５０の下面１５２の全面での放熱が可能となり、半導体装置１００の高い放熱性が得られる。

（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態に係る半導体装置１００の模式的な断面図である。本実施形態に係る半導体装置１００は、以下に説明する点で、上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００と相違し、その他の点では、上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様に構成されている。

本実施形態に係る半導体装置１００は、上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００の構成に加えて、第２ヒートシンク２３０と、第２絶縁樹脂層２４０と、を備えている。第２絶縁樹脂層２４０は絶縁樹脂層１４０と同様のものである。

第２ヒートシンク２３０は、金属により構成されている。第２ヒートシンク２３０は、半導体チップ１１０を間に挟んでヒートシンク１３０と対向して配置されている。半導体チップ１１０が第２ヒートシンク２３０の一方の面（下面２３２）側に設けられて、ヒートシンク１３０と第２ヒートシンク２３０とにより半導体チップ１１０が挟持されている。また、第２絶縁樹脂層２４０は、第２ヒートシンク２３０における半導体チップ１１０側とは反対側の面（上面２３１）に接合されている。モールド樹脂１８０は、第２ヒートシンク２３０を封止しているとともに、第２ヒートシンク２３０の周囲において第２絶縁樹脂層２４０の第２ヒートシンク２３０側の面（下面２４２）に接している。本実施形態の場合、例えば、モールド樹脂１８０の上面１８１と第２ヒートシンク２３０の上面２３１とが互いに同一平面上に位置している。

本実施形態に係る半導体装置１００は、更に、第２絶縁樹脂層２４０における第２ヒートシンク２３０側とは反対側の面（上面２４１）に対して一方の面（下面２５２）が接合された第２金属層２５０を更に備えている。そして、第２金属層２５０の一方の面（下面２５２）に対する反対側の面（上面２５１）の全面がモールド樹脂１８０から露出している。
また、平面視において、第２金属層２５０の下面２５２の外形線と、第２絶縁樹脂層２４０の上面２４１の外形線と、が重なっていることが好ましい。

より具体的には、半導体装置１００は、例えば、半導体チップ１１０と第２ヒートシンク２３０との間に配置された金属ブロック２２０を更に備えている。金属ブロック２２０の下面２２２は、銀ペーストなどの導電層２１１を介して、半導体チップ１１０の上面１１１の一部領域に対して接合されている。半導体チップ１１０の当該一部領域には、図示しない導電パターンが形成されている。金属ブロック２２０の上面２２１には、銀ペーストなどの導電層２１２を介して、第２ヒートシンク２３０の下面２３２が接合されている。

以上のような第２の実施形態によれば、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる他に、以下の効果が得られる。

本実施形態に係る半導体装置１００は、半導体チップ１１０を間に挟んでヒートシンク１３０と対向して配置された第２ヒートシンク２３０と、第２絶縁樹脂層２４０と、を更に備えている。そして、半導体チップ１１０が第２ヒートシンク２３０の一方の面（下面２３２）側に設けられて、ヒートシンク１３０と第２ヒートシンク２３０とにより半導体チップ１１０が挟持されている。また、第２絶縁樹脂層２４０は、第２ヒートシンク２３０における半導体チップ１１０側とは反対側の面（上面２３１）に接合されている。モールド樹脂１８０は、第２ヒートシンク２３０を封止している。
よって、半導体チップ１１０の両面にヒートシンク（ヒートシンク１３０および第２ヒートシンク２３０）が設けられているので、半導体チップ１１０の両面から放熱を行うことができ、半導体装置１００を優れた放熱性のものとすることができる。

また、第２絶縁樹脂層２４０における第２ヒートシンク２３０側とは反対側の面（上面２４１）に対して一方の面（下面２５２）が接合された第２金属層２５０を半導体装置１００が更に備える場合、この第２金属層２５０によって好適に放熱することができるため、半導体装置１００の放熱性が向上する。

また、第２金属層２５０の下面２５２が第２絶縁樹脂層２４０の上面２４１よりも小さいと、第２絶縁樹脂層２４０の上面２４１が外部に露出し、異物などの突起物により第２絶縁樹脂層２４０にクラックが発生する懸念が生じる。一方、第２金属層１５０の下面２５２が第２絶縁樹脂層２４０の上面２４１よりも大きいと第２金属層１５０の端部が宙に浮いたような構造になり、製造工程での取り扱いの際などにおいて、第２金属層２５０が剥がれてしまう可能性がある。
これに対し、平面視において、第２金属層２５０の下面２５２の外形線と、第２絶縁樹脂層２４０の上面２４１の外形線と、が重なっている構造とすることにより、第２絶縁樹脂層２４０におけるクラックの発生および第２金属層２５０の剥離を抑制することができる。

また、第２金属層２５０の上面２５１の全面がモールド樹脂１８０から露出しているので、第２金属層２５０の上面２５１の全面での放熱が可能となり、半導体装置１００の高い放熱性が得られる。

（第３の実施形態）
図４は第３の実施形態に係る半導体装置１００の模式的な断面図である。本実施形態に係る半導体装置１００は、以下に説明する点で、上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００と相違し、その他の点では、上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様に構成されている。

本実施形態の場合、半導体装置１００は、金属層１５０の下面１５２に形成された放熱グリース層３１０と、放熱グリース層３１０を介して金属層１５０の下面１５２に固定された冷却フィン３２０と、を更に備えている。

冷却フィン３２０は、例えば金属により構成されている。冷却フィン３２０は、例えば平板状の本体部と、この本体部の下面側より下方に向けて突出する多数の突起と、を備えて構成されている。

以上のような第３の実施形態によれば、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる他に、以下の効果が得られる。

本実施形態に係る半導体装置１００は、金属層１５０の一方の面（上面１５１）とは反対側の面（下面１５２）に形成された放熱グリース層３１０と、放熱グリース層３１０を介して金属層１５０の反対側の面（下面１５２）に固定された冷却フィン３２０と、を備えている。よって、冷却フィン３２０によって高い放熱効率で放熱を行うことができるので、半導体装置１００の放熱性が向上する。

（第４の実施形態）
図５は第４の実施形態に係る半導体装置１００の模式的な断面図である。本実施形態に係る半導体装置１００は、以下に説明する点で、上記の第２の実施形態に係る半導体装置１００と相違し、その他の点では、上記の第２の実施形態に係る半導体装置１００と同様に構成されている。

本実施形態の場合、半導体装置１００は、金属層１５０の下面１５２に形成された放熱グリース層３１０と、放熱グリース層３１０を介して金属層１５０の下面１５２に固定された冷却フィン３２０と、第２金属層２５０の上面２５１に形成された第２放熱グリース層４１０と、第２放熱グリース層４１０を介して第２金属層２５０の上面２５１に固定された第２冷却フィン４２０と、を更に備えている。

第２冷却フィン４２０は、上記の第３の実施形態で説明した冷却フィン３２０と同様のものであり、冷却フィン３２０とは上下反転して配置されている。

ここで、金属層１５０、第２金属層２５０、冷却フィン３２０および第２冷却フィン４２０は、例えば互いに同種の金属により構成されている。より具体的には、例えば、金属層１５０、第２金属層２５０、冷却フィン３２０および第２冷却フィン４２０は、それぞれアルミニウムにより構成されている。

以上のような第４の実施形態によれば、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる他に、以下の効果が得られる。

本実施形態に係る半導体装置１００は、金属層１５０の一方の面（上面１５１）とは反対側の面（下面１５２）に形成された放熱グリース層３１０と、放熱グリース層３１０を介して金属層１５０の反対側の面（下面１５２）に固定された冷却フィン３２０と、を更に備えている。よって、冷却フィン３２０によって高い放熱効率で放熱を行うことができるので、半導体装置１００の放熱性が向上する。
同様に、第２金属層２５０の一方の面（下面２５２）とは反対側の面（上面２５１）に形成された第２放熱グリース層４１０と、第２放熱グリース層４１０を介して第２金属層２５０の反対側の面（上面２５１）に固定された第２冷却フィン４２０と、を更に備えている。よって、第２冷却フィン４２０によって高い放熱効率で放熱を行うことができるので、半導体装置１００の放熱性が向上する。

また、金属層１５０、第２金属層２５０、冷却フィン３２０および第２冷却フィン４２０が同種の金属により構成されているので、金属層１５０と冷却フィン３２０との電位差、ならびに、第２金属層２５０と第２冷却フィン４２０との電位差に起因する腐食劣化を抑制することができる。

特に、金属層１５０、第２金属層２５０、冷却フィン３２０および第２冷却フィン４２０をアルミニウムにより構成することによって、これらの構成を、安価で、加工性および放熱性に優れたものとすることができる。

（第５の実施形態）
図６は第５の実施形態に係る半導体装置１００の模式的な断面図である。本実施形態に係る半導体装置１００は、以下に説明する点で、上記の第２の実施形態に係る半導体装置１００と相違し、その他の点では、上記の第２の実施形態に係る半導体装置１００と同様に構成されている。

本実施形態の場合、金属層１５０の周縁部および第２金属層２５０の周縁部が、それぞれモールド樹脂１８０側へ向けて湾曲している。なお、金属層１５０の周囲には、樹脂がはみ出したフィレットなどが形成されていても良い。同様に、第２金属層２５０の周囲にもフィレットなどが形成されていても良い。

本実施形態に係る半導体装置１００は、例えば、上記の第２の実施形態に係る半導体装置１００（図３）を上下方向から均等に加圧プレスすることによって得ることができる。

以上のような第５の実施形態によれば、金属層１５０の周縁部および第２金属層２５０の周縁部が、それぞれモールド樹脂１８０側へ向けて湾曲しているので、物が引っ掛かることによる金属層１５０および第２金属層２５０の剥離を抑制することができる。その結果、絶縁樹脂層１４０および第２絶縁樹脂層２４０が直接外気や水分と触れにくくなり、半導体装置１００の長期信頼性が安定する。

なお、上記の第５の実施形態では、上記の第２の実施形態に係る半導体装置１００の金属層１５０の周縁部および第２金属層２５０の周縁部が、それぞれモールド樹脂１８０側へ向けて湾曲している例を説明したが、上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００の金属層１５０の周縁部がモールド樹脂１８０側へ向けて湾曲していても良い。

（第６の実施形態）
図７は第６の実施形態に係る半導体装置１００の模式的な断面図である。本実施形態に係る半導体装置１００は、以下に説明する点で、上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００と相違し、その他の点では、上記の第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様に構成されている。

本実施形態の場合、絶縁樹脂層１４０は、モールド樹脂１８０内に封止されている。また、金属層１５０も、その下面１５２を除き、モールド樹脂１８０内に封止されている。そして、金属層１５０の下面１５２と、モールド樹脂１８０の下面１８２とが互いに同一平面上に位置している。

なお、図７には、ヒートシンク１３０の第１面１３１に少なくとも２個以上の半導体チップ１１０が搭載されている例が示されている。これら半導体チップ１１０の上面１１１の電極パターンどうしが、ワイヤ６１０を介して相互に電気的に接続されている。第１面１３１には、例えば、合計６個の半導体チップ１１０が搭載されている。すなわち、例えば、２個ずつの半導体チップ１１０が、図７の奥行き方向において３列に配置されている。

以上のような第６の実施形態によっても、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記の各実施形態に係る半導体装置１００を基板（図示略）上に搭載することにより、基板と、半導体装置１００と、を備えるパワーモジュールが得られる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

例えば、上記においては、金属板がヒートシンクである例を説明したが、金属板は、ディプレスされたリード、または放熱板であっても良い。
また、上記の第２、第４および第５の実施形態では、筐体の上面１８１が第２ヒートシンク２３０の上面２３１と同一平面上に配置されている例を説明したが、筐体の上面１８１は、第２金属層２５０の上面２５１と同一平面上に配置されていても良い。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 金属板と、
前記金属板の第１面側に設けられた半導体チップと、
前記金属板の前記第１面とは反対側の第２面に接合された絶縁樹脂層と、
前記半導体チップおよび前記金属板を封止しているモールド樹脂と、
を備え、
前記絶縁樹脂層は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子が等方的に凝集してなる二次凝集粒子を含み、
前記絶縁樹脂層の厚みをＤ、前記二次凝集粒子の平均粒子径をｄとすると、
ｄ／Ｄが、０．０５以上０．８以下である半導体装置。
２． ｄ／Ｄが、０．５未満である１．に記載の半導体装置。
３． 当該半導体装置の実装床面積が１０×１０ｍｍ以上１００×１００ｍｍ以下である１．又は２．に記載の半導体装置。
４． 一の前記金属板の前記第１面側に３個以上の半導体チップが設けられ、
前記モールド樹脂は前記３個以上の半導体チップを一括して封止している１．乃至３．の何れか一つに記載の半導体装置。
５． 前記絶縁樹脂層における前記金属板側とは反対側の面に対して、一方の面が接合された金属層を更に備える１．乃至４．の何れか一つに記載の半導体装置。
６． 平面視において、前記金属層の前記一方の面の外形線と、前記絶縁樹脂層における前記金属板側とは反対側の面の外形線と、が重なっている５．に記載の半導体装置。
７． 前記金属層の前記一方の面に対する反対側の面の全面が前記モールド樹脂から露出している５．または６．に記載の半導体装置。
８． 前記金属層の前記一方の面とは反対側の面に形成された放熱グリース層と、
前記放熱グリース層を介して前記金属層の前記反対側の面に固定された冷却フィンと、
を更に備える５．または６．に記載の半導体装置。
９． 前記半導体チップを間に挟んで前記金属板と対向して配置された第２金属板と、
第２絶縁樹脂層と、
を更に備え、
前記半導体チップが前記第２金属板の一方の面側に設けられて、前記金属板と前記第２金属板とにより前記半導体チップが挟持されており、
前記第２絶縁樹脂層は、前記第２金属板における前記半導体チップ側とは反対側の面に接合されており、
前記モールド樹脂は、前記第２金属板を封止している、１．乃至８．の何れか一つに記載の半導体装置。
１０． 前記第２絶縁樹脂層における前記第２金属板側とは反対側の面に対して一方の面が接合された第２金属層を更に備える９．に記載の半導体装置。
１１． 前記第２金属層の前記一方の面に対する反対側の面の全面が前記モールド樹脂から露出している１０．に記載の半導体装置。
１２． 前記第２金属層の前記一方の面とは反対側の面に形成された第２放熱グリース層と、
前記第２放熱グリース層を介して前記第２金属層の前記反対側の面に固定された第２冷却フィンと、
を更に備える１０．または１１．に記載の半導体装置。
１３． 前記半導体チップを間に挟んで前記金属板と対向して配置された第２金属板と、
第２絶縁樹脂層と、
を更に備え、
前記半導体チップが前記第２金属板の一方の面側に設けられて、前記金属板と前記第２金属板とにより前記半導体チップが挟持されており、
前記第２絶縁樹脂層は、前記第２金属板における前記半導体チップ側とは反対側の面に接合されており、
前記モールド樹脂は、前記第２金属板を封止しており、
当該半導体装置は、
前記第２絶縁樹脂層における前記第２金属板側とは反対側の面に対して、一方の面が接合された第２金属層と、
前記第２金属層の前記一方の面とは反対側の面に形成された第２放熱グリース層と、
前記第２放熱グリース層を介して前記第２金属層の前記反対側の面に固定された第２冷却フィンと、
を更に備え、
前記金属層、前記第２金属層、前記冷却フィンおよび前記第２冷却フィンが同種の金属により構成されている８．に記載の半導体装置。
１４． 前記半導体チップを間に挟んで前記金属板と対向して配置された第２金属板と、
第２絶縁樹脂層と、
を更に備え、
前記半導体チップが前記第２金属板の一方の面側に設けられて、前記金属板と前記第２金属板とにより前記半導体チップが挟持されており、
前記第２絶縁樹脂層は、前記第２金属板における前記半導体チップ側とは反対側の面に接合されており、
前記モールド樹脂は、前記第２金属板を封止しており、
当該半導体装置は、
前記第２絶縁樹脂層における前記第２金属板側とは反対側の面に対して、一方の面が接合された第２金属層と、
前記第２金属層の前記一方の面とは反対側の面に形成された第２放熱グリース層と、
前記第２放熱グリース層を介して前記第２金属層の前記反対側の面に固定された第２冷却フィンと、
を更に備え、
前記金属層、前記第２金属層、前記冷却フィンおよび前記第２冷却フィンがアルミニウムにより構成されている８．に記載の半導体装置。

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例では、それぞれの厚みは平均膜厚で表わされている。

＜実施例１＞
（鱗片状窒化ホウ素の一次粒子により構成された二次凝集粒子の作製）
ホウ酸メラミン（ホウ酸：メラミン＝２：１（モル比））と鱗片状窒化ホウ素粉末（平均長径：８μｍ）を混合して得られた混合物（ホウ酸メラミン：鱗片状窒化ホウ素粉末＝１０：１（質量比））を、３．０質量％のポリアクリル酸アンモニウム水溶液へ添加し、２時間混合して噴霧用スラリーを調製した（ポリアクリル酸アンモニウム水溶液：混合物＝１００：３０（質量比））。次いで、このスラリーを噴霧造粒機に供給し、アトマイザーの回転数１５０００ｒｐｍ、温度２００℃、スラリー供給量５ｍｌ／ｍｉｎの条件で噴霧することにより、複合粒子を作製した。次いで、得られた複合粒子を、窒素雰囲気下、２０００℃、１０時間の条件で焼成することにより、平均粒径ｄが７０μｍの凝集窒化ホウ素（充填材１）を得た。
ここで、凝集窒化ホウ素の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製、ＬＡ−５００）により、粒子の粒度分布を体積基準で測定し、そのメディアン径（Ｄ_５０）とした。

（絶縁樹脂層の作製）
まず、表１に示す配合に従い、熱硬化性樹脂と、硬化剤とを溶媒であるメチルエチルケトンに添加し、これを撹拌して熱硬化性樹脂組成物の溶液を得た。次いで、この溶液に無機充填材を入れて予備混合した後、三本ロールにて混練し、無機充填材を均一に分散させた樹脂組成物を得た。次いで、得られた樹脂組成物に対し、６０℃、１５時間の条件によりエージングを行った。次いで、樹脂組成物を、銅箔上にドクターブレード法を用いて塗布した後、これを１００℃、３０分間の熱処理により乾燥して、樹脂シートを作製した。次いで、上記樹脂シートを二本のロール間に通して圧縮することにより、樹脂シート内の気泡を除去し、膜厚Ｄが１７５μｍであるＢステージ状の絶縁樹脂層を得た。

（半導体装置の作製）
得られた絶縁樹脂層を用いて図１に示す半導体装置を作製した。なお、半導体装置の実装床面積は３０×４０ｍｍとした。

＜比較例１＞
ポリアクリル酸アンモニウム水溶液の濃度を２．０質量％、アトマイザーの回転数１００００ｒｐｍに変更した以外は実施例１と同様の方法により作製された平均粒径ｄが２０μｍの凝集窒化ホウ素（充填材２）を用いた点、膜厚Ｄが５００μｍとなるようにＢステージ状の絶縁樹脂層を作製した点以外は、実施例１と同様の方法で半導体装置を作製した。

＜比較例２＞
膜厚Ｄが８０μｍとなるようにＢステージ状の絶縁樹脂層を作製した点以外は、実施例１と同様の方法で半導体装置を作製した。

なお、表１中における各成分の詳細は下記のとおりである。

（熱硬化性樹脂）
エポキシ樹脂１：ビフェニル型エポキシ樹脂（ＹＬ６１２１、三菱化学（株）製）
エポキシ樹脂２：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＪＥＲ８２８、三菱化学（株）製）

（硬化剤および硬化触媒）
硬化剤：トリスフェノールメタン型ノボラック樹脂（ＭＥＨ−７５００、明和化成（株）製）
硬化触媒：２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（２ＰＨＺ−ＰＷ、四国化成社製）

（充填材）
上記作製例により作製された凝集窒化ホウ素

（絶縁樹脂層の硬化体の熱伝導率）
実施例１および比較例１〜２のそれぞれについて、半導体装置とは別に絶縁樹脂層の硬化体を作製し、その熱伝導率を次のように測定した。まず、得られた絶縁樹脂層を１８０℃、１時間の条件により硬化することにより、絶縁樹脂層の硬化体を得た。この絶縁樹脂層の硬化体について、密度を水中置換法により測定し、比熱をＤＳＣ（示差走査熱量測定）により測定し、さらに、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。
そして、実施例１および比較例１〜２で得られた絶縁樹脂層の各々について、厚み方向における熱伝導率を以下の式から算出した。
熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝密度（ｋｇ／ｍ^３）×比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）×熱拡散率（ｍ^２／Ｓ）×１０００

（ボイドの有無）
実施例１および比較例１〜２で得られた絶縁樹脂層の各々について、当該絶縁樹脂層内にボイドが存在しているか否かについては、走査型電子顕微鏡により観察した。具体的には、以下の手順で測定した。まず、絶縁樹脂層をミクロトームで切断し、断面を作製した。次いで、走査型電子顕微鏡により、数千倍に拡大した絶縁樹脂層の断面写真を撮影して、ボイドの有無を評価した。
○：ボイドなし
×：ボイドあり

（膜厚の均一さ）
実施例１および比較例１〜２で得られた各絶縁樹脂層について、膜厚を走査型電子顕微鏡により観察した。具体的には、以下の手順で測定した。まず、絶縁樹脂層をミクロトームで切断し、断面を作製した。次いで、走査型電子顕微鏡により、数千倍に拡大した絶縁樹脂層の断面写真を撮影して、絶縁樹脂層の膜厚が均一であるか否かを評価した。
○：膜厚が良好に均一化されている。
×：膜厚にバラつきが生じている。

実施例１の半導体装置を用いて温度８５℃、湿度８５％、交流印加電圧１．５ｋＶの条件で連続湿中絶縁抵抗を評価した場合、抵抗値が１０^６Ω以下となり故障するまでに、３００時間以上かかった。一方、比較例１および２の半導体装置を用いて上記連続湿中絶縁抵抗を評価した場合、実施例１の半導体装置と比べて大幅に短い時間で故障してしまった。つまり、実施例１の半導体装置は、絶縁信頼性という観点において優れたものであったのに対し、比較例１および２の半導体装置は、いずれも、絶縁信頼性という観点において要求水準を満たすものではなかった。

この出願は、２０１４年７月２日に出願された日本出願特願２０１４−１３７２３４号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (14)

1. 金属板と、
   前記金属板の第１面側に設けられた半導体チップと、
   前記金属板の前記第１面とは反対側の第２面に接合された絶縁樹脂層と、
   前記半導体チップおよび前記金属板を封止しているモールド樹脂と、
   を備え、
   前記絶縁樹脂層は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子が等方的に凝集してなる二次凝集粒子を含み、
   前記二次凝集粒子の含有量が、前記絶縁樹脂層全体に対して６５質量％以上９０質量％以下であり、
   前記絶縁樹脂層の厚みをＤ、前記二次凝集粒子の平均粒子径をｄとすると、
   ｄ／Ｄが、０．０５以上０．８以下である半導体装置。
2. ｄ／Ｄが、０．５未満である請求項１に記載の半導体装置。
3. 当該半導体装置の実装床面積が１０×１０ｍｍ以上１００×１００ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 一の前記金属板の前記第１面側に３個以上の半導体チップが設けられ、
   前記モールド樹脂は前記３個以上の半導体チップを一括して封止している請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置。
5. 前記絶縁樹脂層における前記金属板側とは反対側の面に対して、一方の面が接合された金属層を更に備える請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置。
6. 平面視において、前記金属層の前記一方の面の外形線と、前記絶縁樹脂層における前記金属板側とは反対側の面の外形線と、が重なっている請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記金属層の前記一方の面に対する反対側の面の全面が前記モールド樹脂から露出している請求項５または６に記載の半導体装置。
8. 前記金属層の前記一方の面とは反対側の面に形成された放熱グリース層と、
   前記放熱グリース層を介して前記金属層の前記反対側の面に固定された冷却フィンと、
   を更に備える請求項５または６に記載の半導体装置。
9. 前記半導体チップを間に挟んで前記金属板と対向して配置された第２金属板と、
   第２絶縁樹脂層と、
   を更に備え、
   前記半導体チップが前記第２金属板の一方の面側に設けられて、前記金属板と前記第２金属板とにより前記半導体チップが挟持されており、
   前記第２絶縁樹脂層は、前記第２金属板における前記半導体チップ側とは反対側の面に接合されており、
   前記モールド樹脂は、前記第２金属板を封止している、請求項１乃至８の何れか一項に記載の半導体装置。
10. 前記第２絶縁樹脂層における前記第２金属板側とは反対側の面に対して一方の面が接合された第２金属層を更に備える請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記第２金属層の前記一方の面に対する反対側の面の全面が前記モールド樹脂から露出している請求項１０に記載の半導体装置。
12. 前記第２金属層の前記一方の面とは反対側の面に形成された第２放熱グリース層と、
    前記第２放熱グリース層を介して前記第２金属層の前記反対側の面に固定された第２冷却フィンと、
    を更に備える請求項１０または１１に記載の半導体装置。
13. 前記半導体チップを間に挟んで前記金属板と対向して配置された第２金属板と、
    第２絶縁樹脂層と、
    を更に備え、
    前記半導体チップが前記第２金属板の一方の面側に設けられて、前記金属板と前記第２金属板とにより前記半導体チップが挟持されており、
    前記第２絶縁樹脂層は、前記第２金属板における前記半導体チップ側とは反対側の面に接合されており、
    前記モールド樹脂は、前記第２金属板を封止しており、
    当該半導体装置は、
    前記第２絶縁樹脂層における前記第２金属板側とは反対側の面に対して、一方の面が接合された第２金属層と、
    前記第２金属層の前記一方の面とは反対側の面に形成された第２放熱グリース層と、
    前記第２放熱グリース層を介して前記第２金属層の前記反対側の面に固定された第２冷却フィンと、
    を更に備え、
    前記金属層、前記第２金属層、前記冷却フィンおよび前記第２冷却フィンが同種の金属により構成されている請求項８に記載の半導体装置。
14. 前記半導体チップを間に挟んで前記金属板と対向して配置された第２金属板と、
    第２絶縁樹脂層と、
    を更に備え、
    前記半導体チップが前記第２金属板の一方の面側に設けられて、前記金属板と前記第２金属板とにより前記半導体チップが挟持されており、
    前記第２絶縁樹脂層は、前記第２金属板における前記半導体チップ側とは反対側の面に接合されており、
    前記モールド樹脂は、前記第２金属板を封止しており、
    当該半導体装置は、
    前記第２絶縁樹脂層における前記第２金属板側とは反対側の面に対して、一方の面が接合された第２金属層と、
    前記第２金属層の前記一方の面とは反対側の面に形成された第２放熱グリース層と、
    前記第２放熱グリース層を介して前記第２金属層の前記反対側の面に固定された第２冷却フィンと、
    を更に備え、
    前記金属層、前記第２金属層、前記冷却フィンおよび前記第２冷却フィンがアルミニウムにより構成されている請求項８に記載の半導体装置。

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