模塑树脂封装型功率半导体装置及其制造方法

专利名称：模塑树脂封装型功率半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明是涉及用模塑树脂封装而成的功率半导体装置及其制造方法。更具体地说，本发明的功率半导体装置是包含由绝缘树脂层和金属层的复合体构成的绝缘层的半导体装置。
背景技术：
在日本专利申请特开2000-138343号公报(日本专利文献1)中，公开了模塑树脂封装型功率半导体装置的先有技术1(prior art1)。在该先有技术装置中，功率芯片通过焊料焊接固定在第一支架上，功率芯片的表面电极通过导线与设置在第二支架的电极布线连接。而且，第一和第二支架一起被模塑树脂整个覆盖。
在日本专利申请特开2001-156253号公报(日本专利文献2)中，公开了模塑树脂封装型功率半导体装置的先有技术2(prior art2)。在该先有技术装置中，支架上表面固定有功率芯片，支架下表面直接与Al2O3、AlN或BeO等导热性优良的绝缘基片201接触或固定，而且，支架、功率芯片和绝缘基片被模塑树脂封装。
在日本专利申请特开2002-76204号公报(日本专利文献3)中，公开了模塑树脂封装型功率半导体装置的先有技术3(prior art3)。在该先有技术装置中，下表面露出于外部的金属散热板上表面，固定有由片状热固性树脂构成的绝缘树脂层，其后，在绝缘树脂层上形成未固化的粘接层，在该粘接层上，进一步配置、粘接装载了功率半导体元件的支架，然后，整个由模塑树脂加以封装。
在日本专利申请特开平10-125826号公报(日本专利文献4)中，公开了模塑树脂封装型功率半导体装置的先有技术4(prior art4)。在该先有技术装置中，引线支架和散热片之间插入绝缘粘接层，在模塑树脂封装的同时由绝缘粘接层粘接引线支架和散热片。
日本专利申请特开2000-138343号公报(图6)[日本专利文献2]日本专利申请特开2001-156253号公报(图1、图3)[日本专利文献3]日本专利申请特开2002-76204号公报(图1、图2)[日本专利文献4]日本专利申请特开平10-125826号公报(图2)[日本专利文献5]日本专利申请特开2002-184907号公报(图1、图2)[日本专利文献6]日本专利申请特开2002-128993号公报[日本专利文献7]日本专利申请特开2002-53642号公报[日本专利文献8]日本专利申请特开平10-261744号公报(图1)[日本专利文献9]日本专利申请特开2000-58575号公报(图1)《先有技术1中的问题》作为模塑树脂的材料，例如可以采用其中混有无机填充物的环氧树脂。无机填充物的含有比率增大的模塑树脂具有更高的导热性，能够把功率半导体芯片所发出的热更有效率地向组件的背面散热。但是，一味地追求散热性而增加无机填充物的含有比率，那么树脂的粘度就增大，例如无机填充物的体积含有比率超过80％，就有很难成形模塑树脂本身的问题。作为无机填充物材料，一般采用二氧化硅，但也可采用例如氧化铝、氮化铝、氮化硅或氮化硼等，从而能使模塑树脂的导热性达到5W/mK以上。但是，由于这样的无机填充物的价格昂贵，因此，在构成整个组件的模塑树脂里，以高比率地含有如此高成本的填充物是极不经济的，而且，绝不能说是一种实用的技术。
因而，如本先有技术的结构例所示，在使模塑树脂迂回地进入支架的下表面侧的形态中，对热阻的抑制是受限的。也就是说，通过增大填充物的含有比率能够提高模塑树脂的导热性，但是，如果过分提高填充物的含有比率，模塑树脂的粘度就会变得太大，从而，存在模塑树脂不能迂回地进入到支架下表面侧的问题。
另外，如把无机填充物的材料变更为导热性比一般二氧化硅还要高的氧化铝和氮化硼及氮化铝等，无机填充物的成本变高，而且，由于模塑树脂构成整个组件，无机填充物的需要量庞大，因此，如此变更是很不经济的。
因此，在使用了绝缘树脂的本先有技术的功率半导体中，难以增大电流容量，也就是很难处理大量的发热。
另外，把本先有技术的半导体装置用螺丝固定在散热片上时，如果在散热片表面和本半导体装置的主面之间，例如有树脂毛刺等异物夹杂，就会出现模塑树脂的绝缘层被破坏的问题。
还有，在把本先有技术的半导体装置安装在散热片上时，必须注意其绝缘层不被边角等损伤。
再者，在氧气的气氛中，如果本先有技术的半导体装置长时间保存在例如接近200℃的高温下，就存在模塑树脂因氧化而品质恶化的问题。
《先有技术2中的问题》在本先有技术例的半导体装置中，露出了构成外壳主面一部分的陶瓷基片，但是陶瓷基片是脆性材料，而且，基于本半导体装置侧的翘曲和安装该半导体装置的散热片的翘曲之间的凹凸匹配情况，在陶瓷基片上会产生较大的应力，从而可能使陶瓷基片破损。因此，一定要严格控制尺寸。
在半导体装置不设本先有技术例中的被露出的陶瓷基片的场合，通过调整填充物的成分或其含有比率，可以抑制翘曲，以便模塑树脂的线膨张系数约接近于金属支架的线膨张系数值。但是，一般金属支架的线膨张系数与陶瓷的线膨张系数相差很大，例如，铜的线膨张系数为17×10-6/K，而Al2O3的线膨张系数为5×10-6/K，因此，将产生翘曲的问题。对这一点将进行进一步的说明。
在如本先有技术例那样采用陶瓷基片的场合，存在由于与模塑树脂之间的线膨张系数差和在使用组件时的温度变化而产生翘曲的问题。
也就是说，铜的线膨张系数约17×10-6/K，而陶瓷材料的线膨张系数为约5×10-6/K，两者之间存在较大的差异。这里，作为本发明目标的大电流控制用半导体装置中，发热是不可避免的，因此，由于该线膨张系数差和使用时的温度变化，在铜和陶瓷材料之间的接合界面上会有较大的热应力，而这些就是发生翘曲或裂缝的原因。
这样，在装置的背面侧露出陶瓷基片的场合，存在由于大的线膨张系数差异而产生热应力、随着温度变化而发生翘曲或者生成陶瓷基片或/和模塑树脂裂缝等问题；对于不可避免的陶瓷的刚性高但脆性大的特性，处理时不可不加以重视，很不方便。
加之，由模塑树脂构成的外壳通过在多个金属模之间形成的空腔内注入液态树脂而成形，但此时在金属模之间的分界面上不可避免地发生毛刺。如果采用与模塑树脂不同的绝缘树脂的场合，在成形后取出工件时，有可能脱落毛刺留在金属模表面。因而，有可能发生陶瓷基片直接压制毛刺而被破损的情况。
《先有技术3中的问题》在本先有技术例中，需要采用绝缘树脂层和粘接层两种树脂层，其热阻必然大。尤其是粘接层，需要具有能够收容粘接时产生的构件的翘曲或/和凹凸部分的厚度，如果粘接层不设定在约100μm或大于100μm的厚度，就有可能存在粘接不足的部分、且热阻必定变大的严重问题。
而且，在本先有技术例中，支架直接粘接在粘接层，即使在配置于粘接面内的支架的一部分上施加来自绝缘树脂层的压力，由于以与外部电极连接的支架的其他部分为支点支架发生倾斜，也很难均衡地进行粘接，从而产生粘接不足的部分。
另外，绝缘树脂层和金属板的复合体，在金属板上涂敷上述绝缘树脂层后，经过一定时间的在加热情况下向上述绝缘树脂层施加压力来实现；但是在存在一些为了防止空隙而必须采取真空处理等装置上的限制，由此需要采用真空压力装置进行分批处理的工艺。为了降低成本，可以采用夹入脱模纸等，在一次加压下同时粘接多个金属板与绝缘树脂层的工艺，但是，由于金属板的厚度较厚，因此，一次加压所能加工的金属板处理面积有限，很难达到低成本化。
况且，如果在通过上述的方法制作的绝缘树脂层与金属板上层叠粘接层，会非常烦杂。
《先有技术4中的问题》本先有技术例中，高导热率的绝缘层由于适用性的问题而很难采用，而且，需要将绝缘粘接层和支架之间、绝缘粘接层和散热片之间这两个界面同时进行粘接，因此，空隙很容易进入到粘接层，从而使耐压特性和散热性上容易产生问题。
《问题汇总》如以上所述，在传统的电力用半导体装置中，绝缘树脂层(先有技术1)或者陶瓷基片(先有技术2)具有在背面露出的结构，因此，存在由于处理绝缘层容易破损的问题。加之，在先有技术1中，如果在氧气气氛中高温暴露，就产生模塑树脂品质恶化的问题。而且，由于树脂成形上的限制，因此，很难用高导热性的树脂形成薄绝缘层，并且不能使热阻变小。另外，在使用外壳时，如果把绝缘层放在与突起或/和异物接触的地方，绝缘层容易破损，在适用性方面的存在大问题。
另外，在先有技术3的电力用半导体装置中，把粘接层层叠在绝缘树脂层以外的金属板上，因此，存在热阻大的问题。另外，在先有技术3的电力用半导体装置的将金属板和绝缘树脂层层叠的工序中，由于金属板厚度大，由此产生生产率下降，成本提高的问题。
另外，在先有技术4的电力用半导体装置中，绝缘粘接层的粘接工序中，存在空隙容易进入到界面之间的问题。

发明内容
本发明为解决上述问题而提出，并且，以提供一种低成本的包括具有优良的适用性，而且具有低热阻和高可靠性的绝缘树脂层的模塑树脂封装型功率半导体装置为主要目的。
本发明的模塑树脂封装型功率半导体装置的特征在于设有绝缘层，该绝缘层由绝缘树脂层和金属层相层叠而构成，它被粘接固定在作为散热片的其上装载了功率半导体芯片的金属板的底面。
本发明的模塑树脂封装型功率半导体装置的制造方法的特征在于，其中包括如下各工序(A)在模塑金属模内的规定位置上，配置由金属层和在所述金属层的上表面上层叠、粘接的未硬化的绝缘树脂层构成的复合体即绝缘层，使所述金属层的下表面与所述模塑金属模的空腔底面形成面接触；(B)在所述模塑金属模内，在所述绝缘层的表面上，配置作为散热片的、有装载功率半导体芯片的主面和在其厚度方向与所述主面相对的底面的金属板，使所述金属板的所述底面和所述未硬化的绝缘树脂层的上表面相互面接触；(C)从所述金属板对所述绝缘层施加压力，同时向所述模塑金属模的空腔内注入模塑树脂；以及(D)在所述空腔完全被所述模塑树脂填充后，停止施加所述压力，使所述模塑树脂和所述未硬化的绝缘树脂层硬化。


图1是表示第一实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。
图2是表示第一变更例的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。
图3是表示第二实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。
图4是表示第二实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置制造工序的纵向截面图。
图5是表示第二实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置制造工序的纵向截面图。
图6是表示第二实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置制造工序的纵向截面图。
图7是表示第二实施例的绝缘树脂层结构的纵向截面图。
图8给出第二实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置的实验结果。
图9是表示第二实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置中各种试制品结构的耐压特性测量结果的示图。
图10给出第二实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置的实验结果。
图11是表示第三变更例的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。
图12是表示第三变更例的模塑树脂封装型功率半导体装置的部分制造工序的纵向截面图。
图13是表示第四变更例的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。
具体实施例方式图1是表示本实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。图1中所示装置的特征在于在将其上表面装有功率半导体芯片的散热片的金属板(该金属板的底面露出于外部)与上述功率半导体芯片一起通过模塑树脂封装而成的外壳的底面(即金属板的底面)上，粘接固定由金属层和绝缘树脂层的层叠结构(复合体)构成的绝缘层。以下，参照图1对该特征进行详细说明。
图1中，块状的金属板8是一种散热片，其中包括顶面即主面8T，在其厚度方向与主面8T相对且具有与主面8T相同形状和尺寸的底面8B，以及夹在主面8T与底面8B之间的侧面8SS。
另外，作为多个支架之一的第一引线支架1A中设有弯曲成L字型的第一内引线部1AIL和与第一内引线部1AIL连接并笔直延伸的第一外引线部1AOL。其中，第一内引线部1AIL的前端部1AE，直接粘接固定在金属板8的主面8T的边缘部8TP上，从而，该第一引线支架1A和金属板8相互电连接。另外，整个第一外引线部1AOL从后述的外壳10的侧面5SS向外部突出。同样地，作为多个支架之一的第二引线支架1B中设有弯曲成L字型的第二内引线部1BIL和与第二内引线部1BIL连接并笔直延伸的第二外引线部1BOL，在第二内引线部1BIL的前端部1BE设有电极，而且，整个第二外引线部1BOL从外壳10的侧面5SS向外部突出。两个引线支架1A、1B，例如可以是一种厚度为0.8mm的铜支架。这里，从抑制热阻观点来考虑，作为有关外壳10厚度方向的两个引线支架1A、1B的前端部1AE、1BE的位置关系，采用阶梯结构。
另外，功率半导体芯片(例如IGBT和功率MOSFET芯片)2的下表面2LS上，形成有图中未示的导电图形，经由该导电图形，下表面2LS通过导电层3粘接固定在金属板8的主面8T大致中间的部位上。这里，例如导电层3采用焊料层，因此，功率半导体芯片2被焊接在金属板8的主面8T上。而且，在功率半导体芯片2的厚度方向与下表面2LS相对的上表面2US上形成有电极图形(未图示)，上表面2US的上述电极图形，经由金属布线4与第二内引线部前端1BE的上述电极电连接。这里，金属布线4例如可采用直径为400μm的铝线。另外，功率半导体芯片2含有夹在上表面2US和下表面2LS之间的侧面2SS。
还有，绝缘树脂层6的上表面6US，与金属板8的整个底面8B和后述的外壳10或模塑树脂5的底面5B的一部分接触，并粘接固定在两个底面8B和5B上。此例中，绝缘树脂层6在被加热情况下，通过外加压力，粘接固定在成为外壳底面5B的一部分的金属板底面8B上。此时，虽然与绝缘树脂层上表面6US和金属层底面8B之间的粘接强度相比，其粘接强度较弱，但是在金属板底面8B附近的外围模塑树脂底面5B与绝缘树脂层上表面6US的边缘部分之间也存在粘接作用。另外，绝缘树脂层6含有在其厚度方向与上表面6US相对的相同形状和相同尺寸的下表面6LS；以及夹在两个面6US、6LS之间的侧面6SS。这里，绝缘树脂层6例如可采用无机填充物即氮化硼粉末的质量百分比为50％的混合环氧树脂。另外，绝缘树脂层6的厚度设定在100μm～500μm值范围内。
另外，金属层7的上表面7US与绝缘树脂层下表面6LS接触，并粘接固定于该下表面6LS。而且，金属层7还包括在其厚度方向与上表面7US相对的整个面露出于外部的下表面7LS和夹在两个面7US、7LS之间的侧面7SS。金属层7具有与绝缘树脂层6相同的形状，并且，金属层上表面7US和金属层下表面7LS都与绝缘树脂层下表面6LS具有相同尺寸。因此，由金属层7和层叠于其上的绝缘树脂层6构成的绝缘层，其侧面由金属层侧面7SS和绝缘树脂层侧面6SS构成。金属层7的下表面7LS露出本半导体装置的表面，作为一种与外部的散热片(未图示)接触的接触面。这里，金属层7例如可采用厚度约100μm的铜箔。
再者，模塑树脂5只是完全覆盖第一和第二内引线部1AIL和1BIL、金属布线4、功率半导体芯片2的上表面2US和侧面2SS、导电层3、金属板8的主面8T和侧面8SS、外壳底面5B和绝缘树脂层上表面6US之间的界面6USIF，使金属板底面8B露出，由此形成其内部包括上述构成元件1AIL、1BIL、2、3、4、8的外壳10。这里，模塑树脂5例如可采用填充物即二氧化硅的质量百分比约为70％的环氧树脂。
如上所述，图1中所示的模塑树脂封装型功率半导体装置中，金属板底面8B成为外壳底面5B的一部分，在纵向截面图中的绝缘树脂层上表面6US的长方向尺寸6L比金属板底面8B的长方向尺寸8L还大，而且，绝缘树脂层上表面6US完全包括了绝缘树脂层6和金属板8之间的界面8B。因而，绝缘树脂层侧面6SS和金属层7的侧面7SS和下表面7LS，一起完全露出于外部。
而且，由于金属层7覆盖了绝缘树脂层6的表面，因此，增强了绝缘树脂层6的强度，并显著地改善了绝缘树脂层6的适用性。
另外，一般来说，模塑树脂封装型功率半导体装置的热阻，是由从模塑树脂内的功率半导体芯片至在模塑树脂底面的散热面之间存在的所有构件的热阻决定，尤其是其间存在绝缘层时，由于该绝缘层的导热性比金属的导热性差，因此，该绝缘层的存在就对整个装置的热阻产生很大的影响。但是，在本半导体装置中，构成复合体绝缘层的绝缘树脂层6，则从模塑树脂外壳5的外侧固定在外壳底面5B上。因此，假设绝缘树脂层设置在模塑树脂内，封装模塑时，就受到为了降低绝缘树脂的粘度而不得不减少包括在绝缘树脂层的无机填充物的填充比率的限制，但本装置就具有如下优点在本装置中，完全没有哪种填充物填充比率的限制，因此，在使包括在绝缘树脂层的无机填充物的填充比率设成相对较高的情况下，也能够很容易实现和使用高导热性绝缘树脂层6。反过来说，不增加很多包括在绝缘树脂层的无机填充物的填充量，就能够容易实现具有比较高的导热性的绝缘树脂层6。而且，构成模塑树脂5的混合在环氧树脂的二氧化硅是一种成本较低的材料，因此，即使增加外装的绝缘层的那部分模塑树脂量，对其成本的影响也很小。从而，依据本实施例，能够以最小的成本实现具有低热阻的功率组件(powermodule)。
如上所述，在本实施例中，由绝缘树脂层6和金属层7以层叠形态复合构成的绝缘层，作为特殊构件被采用。因而，在以下说明中，对该绝缘层的制造方法和该制造方法所具有的优点进行详细的说明，由此来解释本实施例采用上述绝缘层的理由。
《绝缘层的制造》绝缘树脂层6和金属层7之间的复合化处理，通过以下各工序执行。首先，在经由一定间隔的相向布置的两个滚轮上，缠绕例如由铜箔构成的带状金属层，卷成圆筒状。然后，驱动两个滚轮，使卷成圆筒状的带状金属层的各部分顺序地在两个滚轮之间平行移动，并在两个滚轮之间传送过程中向金属层上表面预先涂上由预定的无机填充物、预定的溶剂与环氧树脂成分混合而成的绝缘树脂原料，并通过挤压和滚动被涂的绝缘树脂原料，使金属层上的绝缘树脂原料调整成预定的厚度。然后，为了使无机填充物能够充分地混合在环氧树脂内，并取出预先加入的溶剂成分，使涂有绝缘树脂原料的板状金属层部分进行干燥化。而且，通过连续进行如此一连串的处理，在整个带状金属层的上表面，形成具有预定厚度的绝缘树脂原料，同时将整个涂有绝缘树脂原料的金属层缠绕到后侧的滚轮上。其后，从后侧的滚轮取出带状的涂有绝缘树脂原料的金属层，并把该带状涂有绝缘树脂原料的金属层切割成适当尺寸的片。然后，把被切割后的片叠成几十层，并在各片之间夹入脱模纸，接着对堆积的片预加压数十分钟，使绝缘树脂层预硬化，以免未硬化状态的绝缘树脂层的反应完全结束。接着，用压机对堆积板进行加压，冲切出多个预定尺寸的小片状板。由该冲压工序所得到的各小片，对应于图1中所示各绝缘层(6+7)的未硬化状态(粘接固定前的状态)。由于绝缘树脂层6原来很脆弱(比如说，绝缘树脂层6只有犹如炸土豆片程度的强度)，因此，在如上述的加压工序时，进行预先加热使绝缘树脂层硬化到某种程度。
这样，前阶段的绝缘树脂的涂敷工序等是连续的，但由于后阶段的加热同时进行加压的工序需要一定的处理时间，因此，进行分批处理。
本实施例中，作为金属层7材料，例如可采用厚度约100μm的铜箔，但只要是从75μm到小于200μm范围内的厚度的铜箔，都可以作为金属层7材料采用。只要铜箔的厚度在该范围内，在搬运时就能将带状金属层7卷起来以圆筒状进行处理，因此，提高了生产率。相比之下，如果铜箔的厚度小于50μm，就容易产生铜箔破裂，或者在铜箔上产生皱纹等新的工艺问题。相反地，如果铜箔的厚度大于等于200μm，就很难将铜箔以圆筒状进行处理，需要以片状进行传送，因此会产生成本增加的问题。
另外，在本实施例中，把预定的无机填充物以预定的比率混合在未硬化的环氧树脂上制作未硬化的绝缘树脂层原料，然后在此基础上采用上述的制造方法，由此形成层叠在铜箔的金属层7上的未硬化的绝缘树脂层6。这里，作为绝缘树脂层6的材料，例如可采用在环氧树脂中混合例如大概为40％到60％质量百分比的无机填充物，该无机填充物是由氧化铝粉末、氮化硅粉末、氮化铝粉末、氮化硼粉末中的任意一种，或者从这些当中的至少两种粉末构成的混合体。另外，绝缘树脂层6的厚度最好是从100μm到500μm范围内的值。如果绝缘树脂层6的厚度大于这个范围内的厚度，反而不能平稳地进行挤压，相反地，如果绝缘树脂层6的厚度小于这个范围内的厚度，就不能进行挤压。本发明者例如把绝缘树脂层6的厚度设定为约200μm。
由于绝缘树脂层6极度脆弱，因此在单独使用时很难进行处理，但如以上所述，如果绝缘树脂层6是由金属层7和绝缘树脂层6的复合绝缘层构成，绝缘树脂层6原来的脆弱性或其强度就通过金属层7得到加强，因此，绝缘层的处理就变得格外容易。而且，在构成复合体绝缘层片时，通过上述金属层7的加强，可完全防止复合体的掉角现象。而且，由于采用如上述的制造方法，因此，可以显著地增加通过一次处理就能制成的复合体绝缘层片的数量。从这个角度，可以说该复合体绝缘层片具有能提供使生产率提高的制造方法的结构。
与此形成对照，在厚度大的散热片即金属板上表面直接形成绝缘树脂层的先有技术中，作为粘接绝缘树脂层和金属板的工序，必须通过由压机加压并保持该状态一段时间，来完全硬化绝缘树脂层。因而，由该先有技术能够作成的绝缘树脂层和金属板(散热片)的复合体数量，就比本复合体绝缘层的场合少很多。从这一点来说，采用了上述本复合体绝缘层及其制造方法的本实施例(后述的第二实施例也同样)，与先有技术相比，能够减少约五倍的成本。
如以上所述，在本实施例中，能够得到一种把不能单独使用的脆弱的绝缘树脂层6，改良成与适用性良好的金属层7之间的复合状态、并能显著降低所需的复合成本的绝缘树脂层6。
另外，作为金属层7的材料举了铜箔为例，但也可以用其他材料构成金属层7。例如，可采用铝箔作为金属层7材料。该场合，即使小于金属层7的厚度大小的异物进入金属层7表面和外部的散热片(未图示)之间，金属层7也只是局部变形，该异物对金属层7表面和散热片之间的粘接度不会产生多大影响，而且，也不会对金属层7和绝缘树脂层6之间的粘接固定产生影响。由此，增强了复合绝缘层(7+6)的可靠性。
制造图1所示结构的本发明装置的工序概述如下在金属板的上表面8T的中央，例如通过焊料3焊接固定功率半导体芯片2，在金属板上表面8T的片侧边缘部8TP上例如通过粘接固定第一内引线部1AIL前端部1AE，同时在芯片表面2US的电极和设置在第二内引线部1BIL前端部1BE的电极之间，用铝线4布线。
接着，把所有的引线支架1A、1B、...、功率半导体芯片2、焊料层3、铝线4和金属板(散热片)8构成的复合体，布置在模塑金属模(未图示)内。然后，把液体模塑树脂5填充到模塑金属模的空腔内，保持其状态使模塑树脂5硬化(凝结为胶体)，用模塑树脂将上述复合体密封。
最后，在模塑后的外壳10的露出底面8B上，重叠地配置由金属层7和绝缘树脂层6一体复合形成的绝缘层，并在加热下施加压力，使该绝缘层的表面6US粘接固定在外壳10的面8B、6USIF上。如此，使金属板8的散热面8B被绝缘树脂层6覆盖，并且，实现了绝缘树脂层6由金属层7全面保护的结构。
另外，为了使气泡难以进入到粘接固定绝缘树脂层6的界面，在模塑工序后有金属板底面8B露出的外壳10的底面5B最好是平坦的面，而且，为了进一步抑制空隙的发生，上述的绝缘层和外壳10之间的粘接固定工序最好是在真空中进行。
另外，图1中所示的距离X，左右可以不对称(在后述的第二实施例及其他所有的变更例中也如此)。
另外，在本实施例中，引线支架都是弯曲的形状，但也可以采用虽然外形尺寸变大，但不与金属板8接触地配置的平面状的第二引线支架1B。采用图1中所示的弯曲形状的引线支架的场合，具有能够使外部引线和外壳底面之间容易确保绝缘距离的优点。相比之下，采用平面型支架的场合，具有能够使支架成本比前者降低的优点。当然，后者的改变(平面型第二引线支架)也可以适用于后述的变更例1、2和第二实施例及其变更例3、4。
图2是表示第一实施例的变更例的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。图2中的本变更例装置与图1中的装置不同之处在于采用第一引线支架1C取代图1中的金属板8。其他方面与第一实施例相同。因此，图2中凡与图1中相同的构成元件均用相同的参照符号表示。例如，由金属层7和绝缘树脂层6构成的复合绝缘层是图1和图2共同的构成构件。但是，本变更例的复合绝缘层，粘接固定在从外壳底面5B露出的第一引线支架1C的底面1CB上。该场合，与第一实施例的场合相同，两者6US、1CB之间的外形尺寸大小关系是6L＞1CBL。图2中的半导体装置结构，说明如下。
功率半导体芯片2，例如通过焊料层3，焊接固定在例如厚度为0.8mm的铜支架即第一引线支架1C的前端部1CE或焊盘上。另外，设置在同样厚度的0.8mm的铜支架即第二引线支架1D的前端部1DE上的电极(未图示)和功率半导体芯片2的电极(未图示)之间的布线，例如通过直径为400μm的铝线4实现。而且，两个引线支架1C和1D、功率半导体芯片2、焊料层3和铝线4中，只有第一引线支架1C的底面1CB露出于外部，并通过例如在环氧树脂内含约70％的二氧化硅填充物的模塑树脂5进行封装，模塑树脂5形成本装置的外壳10。另外，在第一引线支架1C的底面1CB上，例如以面接触的状态配置了环氧树脂包括50％的无机填充物即氧化铝粉末的绝缘树脂层6，且与该引线支架1C直接粘接固定。还有，在绝缘树脂层6的反面，例如以面接触形式粘接固定了由厚度为约100μm的铜箔构成的金属层7。因此，在本装置中，金属层7充当了与外部的散热片(未图示)进行面接触的功率半导体装置的表面。
本变更例的功率半导体装置结构的制造方法，如以下所述。首先，在第一引线支架1C的焊盘上，例如通过焊料层3焊接固定功率半导体芯片2，在功率半导体芯片表面2US的电极和设置在第二引线支架1D的电极之间用铝线4进行布线。接着，在预定的模塑金属模(未图示)内，布置第一和第二引线支架1C和1D、功率半导体芯片2以及由焊料层3和铝线4构成的复合体，并在模塑金属模内填充模塑树脂5，然后，在保证只有第一引线支架1C的底面1CB露出于外部的情况下，用模塑树脂进行封装。此时，为了抑制热阻，两个引线支架1C和1D具有如图2中所示的阶梯结构。另外，为了抑制热阻，最好使第一引线支架1C的背面完全从模塑树脂5露出。接着，将由金属层7和绝缘树脂层6复合形成的绝缘层，在模塑后的第一引线支架1C的露出底面1CB上重叠布置，然后，在此基础上进行加热并加压，使该绝缘层粘接固定在露出底面1CB和界面6USIF上。
如此，通过绝缘树脂层6覆盖第一引线支架1C的散热面1CB，并且，实现了绝缘树脂层6完全由金属层7保护的结构。
另外，为了使气泡难以进入粘接固定绝缘树脂层6的界面，模塑工序后的外壳10的主面或底面5B，最好是平坦的面，而且，为了进一步抑制空隙的发生，上述的绝缘层的粘接固定工序最好在真空状态下进行。
当然，本变更例中，也可以得到第一实施例中所述的优点。
图1中所示的模塑树脂封装型功率半导体装置中，也可以变更绝缘层的外形尺寸，使之满足6L≤8L的关系式。也就是说，绝缘树脂层上表面6US只与金属层底面8B粘接固定。在本变更例中，也能够基本得到第一实施例的优点，但相反也具有如下的缺点。即，与在本变更例中的沿面绝缘距离(该距离是提供确保散热片8和外部散热片之间的绝缘性的指标的参数)为距离y相比，图1中的装置的沿面绝缘距离(x+y)更长，因此，在本变更例中，与图1中的装置相比，其耐压特性必然降低。如果忽略这一点，则本变更例不失为一种有效的实施例。
同样，本变更例的要点也可适用于变更例1的图2所示的装置(沿面绝缘距离x1+y；x2+y)。该场合的大小关系为6L≤1CBL。
图3是表示本实施例的模塑树脂封装型功率半导体装置的结构的纵向截面图。图3中的本实施例装置与图1中所示的第一实施例装置相比，结构上的不同点在于所述的复合绝缘层(在金属层7上层叠绝缘树脂层6后二者合为一体构成的层)除了其底面(金属层7的下表面7LS)露出以外，其余都包含在外壳10内。其他的结构基本相同。因此，图3中，与图1中的构件相同的构件用相同的参照符号表示(有关相同参照符号的构件的详细信息，参见与之对应的第一实施例中所述内容)。例如，由金属层7和绝缘树脂层6构成的复合体即绝缘层，基本上采用图1所示的制造方法制造(因此，可参见第一实施例的绝缘层制造方法)。但是，如后所述，本实施例的绝缘层的绝缘树脂层6内的无机填充物的结构方面，也具有显著特点。
图3中所示的本半导体装置的特性或特征如以下所述。
i)如用铜箔等金属层7加强来提高其适用性的绝缘树脂层6，设置在散热片8的底面8B侧。
ii)用模塑成形法形成外壳时，在金属模的空腔内注入的并且一直填充完整个空腔的液体状模塑树脂5，在直到凝为胶体再硬化为止的期间(例如在180℃的加热状态下其硬化时间为约2～3分钟)，主动利用在硬化途中从该模塑树脂5自身施加的压力，与模塑树脂5的硬化几乎同步地进行未硬化的绝缘树脂层6和散热片底面8B之间的粘接固定和未硬化的绝缘树脂层6的硬化。这时，由于基于金属板8自身重量而从金属体8向界面8B正下方的绝缘树脂层部分6P1施加的压力，与位于金属体主面8T正上方的硬化途中的模塑树脂5经由金属体8向绝缘树脂层部分6P1施加的压力相比较，可以忽略，因此，位于金属体主面8T正上方的硬化途中的模塑树脂5经由金属体8向绝缘树脂层部分6P1施加的压力，与位于界面8B外侧的绝缘树脂层部分6P2正上方的硬化途中的模塑树脂5向绝缘树脂层部分6P2施加的压力几乎相等。也就是说，在相同硬化途中的绝缘树脂层6，在从完全填充空腔内的硬化途中的模塑树脂5受均衡的压力的同时被硬化。接受该均衡压力的结果，在该绝缘树脂层6整个被硬化为止的时间内，残存在绝缘树脂层6内的空隙在硬化途中被释放到模塑树脂5内，从而增加了绝缘树脂层6的绝缘性，并且也增大了本半导体装置的耐压值。例如，从液体状模塑树脂5开始向金属模空腔内注入时，到该树脂5填充整个空腔，然后，液体状模塑树脂5接受加热处理而被硬化为止的期间内，向金属模空腔内连续施加的模塑树脂注入压力值为9.8×106pa。绝缘树脂层6在均匀地接受该模塑树脂注入压力，硬化时与未硬化时相比均匀地变薄(减小了绝缘树脂层6的热阻)。
iii)通过改善混合在绝缘树脂原料内的无机填充物颗粒形状，使绝缘树脂层6具备在较低压力下不呈现流动性，而在较高压力下呈现流动性的所谓“触变性”的物理性质。也就是说，绝缘树脂层6中包括，鳞片形的无机填充物、针形的无机填充物以及不大于1μm外径的超精细颗粒无机填充物中的至少一种颗粒形状的无机填充物。因而，在较低压力状态下与散热片底面8B粘接固定时，在确保绝缘树脂层6的润湿性的同时，防止其流动性。而且，由于采用了鳞片形等无机填充物，因此与采用一般的球形或粉碎形无机填充物的场合(该场合，填充物之间接触接近于点对点接触)相比，其填充物之间的接触接近于面接触，结果能够使接触面积增大，从而，不用使填充物的填充比率提高得太多，就能容易地减小接触热阻，换言之，能够有效地提高绝缘树脂层6的导热性。
iv)设定绝缘树脂层6的上表面6US的尺寸6L大于金属板8的底面8B的尺寸8L(6L＞8L)，使绝缘树脂层上表面6US完全包含绝缘树脂层6和金属板8之间的界面(8B)，而且，金属层7的上表面尺寸和绝缘树脂层6的下表面尺寸6L设定得相等。由此，较长地设定沿表面放电距离(x+y)，使耐压特性提高，并且，周围的模塑树脂5有效地抑制如下情况的发生达到较高压力状态的绝缘树脂层上表面6US和散热片底面8B之间粘接固定时，由于绝缘树脂层6流动而在该层6内发生鼓起部分。
以下，参照图3，对本模塑树脂封装型功率半导体装置进行详细的说明。
如图3所示，第一引线支架1A的前端部1AE被粘接固定在金属板(或散热片)8的主面边缘部8TP上，功率半导体芯片2例如用焊料层3焊接固定在金属板主面8T的大致中央的部位。另外，第二引线支架1B的前端部1BE上的电极(未图示)和功率半导体芯片2的上表面2US的电极(未图示)之间，例如用直径为400μm的铝线4来布线。绝缘树脂层6与金属板8的底面8B相接合地配置，金属层7布置在绝缘树脂层6的下表面6LS上。而且，模塑树脂5完全覆盖了第一和第二内引线部1AIL和1BIL、金属布线4、功率半导体芯片2的上表面2US和侧面2SS、导电层3、金属板8的主面8T和8SS侧面、绝缘树脂层的上表面6US内的绝缘树脂层6和金属板8之间的上述界面外的外侧部分6USIF、绝缘树脂层侧面6SS以及金属层侧面8SS，由此形成本装置的外壳10。因此，在本装置中，金属层下表面7LS完全露出于外部，并成为外壳10的底面5B的一部分。
通过图4-图6的纵向截面图(工序图)所示的一例制造方法，确保绝缘树脂层6和金属板8之间的密接性。以下，就图3中所示装置的制造方法的一例进行说明。
工序1)把绝缘层(7+6)设置在模塑金属模内的预定位置，使金属层7的下表面7LS与上述模塑金属模的空腔底面成面接触。详细说明如下。
如图4中所示，模塑金属模100由下模101和上模102构成，由模塑压机(未图示)夹住两者101、102时所形成的空腔100CA(参照图5)的外形，确定图3中外壳10的外形。首先，预先通过第一实施例中所述制造方法，形成处在未硬化状态的绝缘树脂层6和金属层7复合成一体的上述绝缘层。然后，例如一边使用吸附位置确定装置103将该绝缘层真空吸附在该装置103上，并维持其吸附状态，一边使吸附位置确定装置103移动到设置在下模101的凹槽100G内的预定位置，接着，使该吸附位置确定装置103下降，使该绝缘层配置在凹槽100G内的预定位置，以使金属层下表面7LS与凹槽100G的底面100GB成面接触。其后，把吸附位置确定装置103移到金属模100的外面。
工序2)在模塑金属模100内，在绝缘层表面上布置作为散热片的金属板8，使金属板底面8B与未硬化的绝缘树脂层6的上表面6US面接触。该金属板包括主面8T和在其厚度方向与主面8T相对的底面8B，主面8T上装有功率半导体芯片2。详细情况如下。
支架搬运位置确定装置104将金属板8、被焊接的功率半导体芯片2、两个引线支架1A和1B、铝线4构成的内部结构如图4所示地加以保持后，将该支架搬运位置确定装置104送往下模101，然后，将上述内部结构放到下模凹槽100G内的预定位置。由此，在下模凹槽100G内，金属板底面8B重叠在未硬化的绝缘树脂层6的上表面6US上，并形成面接触。也就是说，内部结构被配置到绝缘层上(参照图5)。其后，把支架搬运位置确定装置104移到金属模的外面。
工序3)从金属板8向绝缘层施加一定的压力，同时在预定的温度下，把液体状的模塑树脂5以一定的注入压力注入到模塑金属模100的空腔100CA内。详细情况如下。
通过模塑压机把上模102移动到下模101所处的位置，然后，使上模102的突出部表面102PS与下模101的突出部表面101PS，在其间夹入第一和第二外引线部1AOL、1BOL地相互重合。由此，两个凹槽100G和102G形成包含绝缘层和金属板8等的空腔100CA。接着，如图5所示，在上模的贯通孔上插入了上下可自由移动的压紧销钉105，而且，使该压紧销钉105的前端在空腔100CA内向下方移动，使之接触到其上未装载任何东西的金属板8表面的主面边缘部(相当于在主面8T内功率半导体芯片2的装载面的周围部分)8TP。在该状态下，通过加压机构(未图示)对压紧销钉105施加压力。此时候，压紧销钉105的施加压力值，例如可为约4.9×105Pa。借此，压紧销钉105的前端沿着金属板8的厚度方向对金属板8施加压力，其结果，金属板底面8B通过在其正下方的接触的上表面(界面)6US，对处在未硬化状态的绝缘树脂层6施加压力。接着，在保持上述压紧销钉105的加压状态(预定的施加压力)下，并通过加热处理使金属模100持续保持预定的温度(例如180℃)，同时连续地向空腔100CA内注入液体状态的模塑树脂5(参照图5)。此时可施加的模塑树脂注入压力，依赖于确定一个金属模能生产出的外壳数量的金属模100的自身能力，但在本发明者等所实施的一例中，模塑树脂注入压力约为9.8×106Pa。通过该注入工序，并借由从压紧销钉105施加的第一施加压力(该阶段中的主要施加压力)和从被注入的液体状模塑树脂5新添加的第二施加压力(但在该阶段中，被注入的模塑树脂5依然为液体状态，因此该第二施加压力的值几可忽略)，金属板8经由绝缘树脂层6和金属板7构成的绝缘层，按压在空腔100CA的壁面(下模101的凹槽底面)100GB。此时，为了防止发生空隙，可用真空泵排出空腔100CA内的空气。··工序4)当空腔100CA完全被模塑树脂5填充后，停止压紧销钉105的第一施加压力，然后，通过加热处理(预定的温度(例如为180℃))并保持一段时间(例如约2～3分钟)，使未硬化的模塑树脂5和未硬化的绝缘树脂层6同时硬化。详细说明如下。
在整个空腔100CA几乎完全被液状模塑树脂5填充后，在停止注入模塑树脂5的同时(但一直到模塑树脂5硬化结束，依然继续在空腔100CA施加例如为9.8×106Pa左右的模塑树脂注入压力)，将压紧销钉105的前端大约提升到上模102中空腔的上表面102GB处的高度(参照图6)。此时，拔出压紧销钉105的时机为直到模塑树脂5凝为胶体时(模塑树脂5硬化过程中的某一时刻)。如在该凝为胶体时间时拔出压紧销钉105，将能够有效防止模塑树脂5侵入到金属板底面8B和绝缘树脂层上表面6US之间，因此，提高了两个面8B、6US之间的密接性。而且，在模塑树脂5的硬化过程中适时地拔出上述销钉105，可有利于防止发生金属板8的局部(例如主面8T)被露出的可能，同时防止模塑树脂5上出现局部较薄的部分，因此，具有能使硬化后的模塑树脂5的厚度达到均衡的优点。其结果，提高了装置的绝缘可靠性。在压紧销钉105被拔出以后，继续对模塑金属模100进行加热，使其温度继续保持在预定的温度(例如180℃)；从而在此时，在没有来自压紧销钉105的第一施加压力的状态下，由来自例如接受约9.8×106pa注入压力的硬化过程中的模塑树脂5的第二施加压力，在该模塑树脂被硬化为止的期间，继续向绝缘树脂层6均匀施加压力。在整个绝缘树脂层6上均匀接受该均匀的第二施加压力，使在硬化过程中的绝缘树脂层6的厚度稍微变薄，而此时，残存在绝缘树脂层6内的空隙被释放到模塑树脂5内。因此，提高了绝缘树脂层6本身的绝缘性，并改善了装置的耐压特性。而且，在预定温度下，继续对绝缘树脂层6施加来自该模塑树脂5的第二施加压力，使模塑树脂层5和绝缘树脂层6几乎同时被硬化，其结果，同时完成外壳10的形成和金属板底面8B与绝缘树脂层上表面6US之间的粘接固定。
在关闭模塑金属模100形成空腔100CA以后，最好用真空泵等排出空腔100CA内的空气，借此能够抑制残存在粘接固定界面和模塑树脂5中的气泡，从而改善本装置的耐压特性。
这里，对其次的优点进行特别说明。即，由于绝缘树脂层的导热性越高无机填充物含有比率就越高，结果，绝缘树脂层就越脆弱，因此，一般在该树脂层内不产生鼓起的情况下，使导热性高的绝缘树脂层粘接固定在金属板是极其困难的。但是，在本实施例的装置制造方法中，绝缘树脂层6和金属板8之间的粘接固定与模塑树脂层5的硬化同时进行(参照图6)，而且，与金属板底面8B之间的粘接固定面周围的绝缘树脂层上表面部分6USIF，被模塑树脂5覆盖，因此，通过未硬化的液体状态的模塑树脂5，向绝缘树脂层表面6US传递模塑树脂5的注入压力。因而，处在加压状态下的绝缘树脂层6即使要沿着其纵方向鼓起，由于其上面被模塑树脂5覆盖，所以要鼓起的部位被压制，从而不会发生绝缘树脂层6的鼓起或者浮起。其结果，施加在绝缘树脂层6上的应力，只是沿着横方向或纵方向释放。这样，模塑树脂5的绝缘树脂层6的周围渐渐硬化，同时也使绝缘树脂层6自身同样渐渐硬化，从而，在完成模塑树脂5的硬化的同时也能够同时完成绝缘树脂层6和金属板8之间的粘接固定，因此，不会使绝缘树脂层6产生碎片，而且，起到能够防止绝缘树脂层6鼓起的作用，从而能够确保装置的绝缘可靠性。
接着，就本实施例所采用的绝缘树脂层6所具有的所谓触变性的物理性质进行详细说明。
图7是表示本实施例所采用的绝缘树脂层6内部结构的纵向截面图。如图7所示，环氧树脂中包括了鳞片形的细长的无机填充物9。以下，就采用此例的鳞片形无机填充物9的理由进行说明。
在使绝缘树脂层6粘接固定在金属板8上时，在加热环境下施加压力，此时，有必要把卷入粘接界面的气泡或存在于绝缘树脂层6内的气体迅速地排出。因此，为了确保绝缘树脂层6和金属板底面8B之间的粘接可靠性高，有必要使绝缘树脂层6在与金属板底面8B之间的界面上充分润湿并扩展。这时，绝缘树脂层6的粘度越低，绝缘树脂层6就越容易在与金属板底面8B之间的界面上润湿并扩展，因此，绝缘树脂层6的粘度最好比较低。
一般，填充在绝缘树脂层的无机填充物的颗粒为粉碎状或球形。采用这些众所周知的颗粒形状的无机填充物，在确保绝缘树脂层的润湿性的时候，只要降低无机填充物的填充率即可。通过该填充比率的下降，绝缘树脂的粘度也就变低。但是，如果树脂粘度太低，在粘接固定时绝缘树脂由于加压而流动，不能充分实现原来的目的即形成绝缘树脂层本身，因此，就陷入了两难的境地。也就是说，通过对无机填充物填充比率的控制，把树脂粘度设定在太低水平，就不能得到实用性高的具有导热性和耐压特性的绝缘树脂层。
相反地，在控制粉碎状或球形的无机填充物的填充比率而使其过高时，树脂粘度过度增大，就不能有效地排出卷入绝缘树脂内的气泡和/或存在于绝缘树脂内的气体，况且，在与金属板8之间的界面上的绝缘树脂的润湿性变得很差，因此，就很难确保充分的密接性。
因此，为了不引起该两种情况，就需要严格选择适当的树脂粘度。但是，事实上精确地选择这种树脂粘度是很困难的，所以在采用传统的球形或者粉碎状的无机填充物的绝缘树脂层中，在不使绝缘树脂流出的情况下要想得到充分的密接性是不可能的，其结果，必然会限制半导体装置所能处理的电压、功率和发热量。
对此，如图7所示，通过使绝缘树脂层6中包含鳞片形的无机填充物9，绝缘树脂层6能够显现出“在比较低的压力下不呈现流动性，而在比较高的压力下呈现流动性的触变性”的物理性质。也就是说，通过使绝缘树脂层6具有触变性，能够使无机填充物的填充比率提高，同时使绝缘树脂的润湿性也提高。
因而，在利用该触变性的时候，a)在用比较低的注入压力的液状模塑树脂5填充模塑金属模空腔101CA内的注入初期阶段，不会使绝缘树脂层6流动，在保持绝缘树脂层6原来膜厚和形状的同时继续对绝缘树脂层6施加压力，b)其后，在没有空隙等的情况下，模塑树脂5填满空腔101CA的阶段中，在绝缘树脂层6上施加比较高的压力(相当于模塑树脂注入压力)，因此，如在加热下保持该状态达预定时间，绝缘树脂层6就呈现出流动性，绝缘树脂层6在排出绝缘树脂层6内的气泡等同时，一边沿着与金属板底面8B之间的界面润湿并扩展，一边逐渐被硬化。此时，如上所述，由于从与金属板底面8B之间的界面突出的绝缘树脂层6的周围存在模塑树脂5，而且，模塑树脂5继续对绝缘树脂层的突出部施加压力，因此，在转移到硬化状态的期间内，绝缘树脂层6不会被流出，只是有利于排出卷入绝缘树脂层6内的气泡或/和存在于绝缘树脂层6内的气体，而且，有利于确保在与金属板8之间界面上的树脂的润湿性。
能够显现出这种触变性，是因为无机填充物的比面积(即无机填充物的每单位体积的表面积)大。也就是说，由于比面积大，所以填充物与树脂之间的相互作用变大，从而提高了整个绝缘树脂层的粘度。但是，因为该相互作用容易被大的外力切断，因此，在施加比较大的压力时，上述相互作用被切断，绝缘树脂层就呈现出其流动性。
本实施例的至此为止的叙述，公开了含鳞片形颗粒的填充物的绝缘树脂层6的情况，但在绝缘树脂层6中能使触变性得以起作用的无机填充物不只限于此一例。例如，本发明者等已确认在采用针形颗粒的无机填充物的场合，绝缘树脂层6能够发挥同样的触变性。另外，一般在具有球形或粉碎状颗粒的无机填充物中，混合使用具有上述鳞片形状或/和针形状颗粒的无机填充物，此时绝缘树脂层6同样也能够发挥其触变性。经过本发明者等确认，除了这些例子以外，在上述一般的填充物中，采用平均颗粒直径不大于1μm(颗粒直径越小越好)的超微细填充物，并以数十个质量百分比的比率进行混合，绝缘树脂层6也能够发挥其触变性。尤其是，在如图7中所示的那样，经本发明者等确认，在鳞片形无机填充物9与绝缘树脂层6的主面平行布置的结构中，对应施加压力的绝缘树脂层6的变形较小，而且，提高了气体成分的排出作用，因此，图7中的结构是最好的结构。而且，图7中的平行配置结构，可以在金属层6上涂上混合了无机填充物9的绝缘树脂层原料后，通过挤压方法来调整绝缘树脂层原料加以实现。
另外，预先使无机填充物9的颗粒形成上述的鳞片形或者针形，可通过结晶成长时的控制来实现。
在把预先形成鳞片形或针形颗粒的无机填充物9粉末混合在绝缘树脂层原料中之后，如第一实施例的绝缘层制造方法中所述的那样，将包括这些无机填充物9的上述原料涂敷在两个滚轮间跨越缠绕的金属板7的表面7US上，然后进行挤压，使绝缘树脂层原料伸展成片状。通过这种挤压，在绝缘树脂层原料内的无机填充物9的相互之间，以几乎接近于面接触的状态相互接触，这时的无机填充物9之间的接触面积，明显大于一般颗粒形状的无机填充物之间的接触面积。因此，与一般的只包括颗粒形状的无机填充物的绝缘树脂层相比较，包括鳞片形或者针形等无机填充物9的绝缘树脂层6，具有高导热率的优点。
这里，作为鳞片形无机填充物9的成分，例如可采用氮化硼，这时可得到具有约60W/mK导热率的绝缘树脂层6。但是，即使把由氮化硼构成的鳞片形无机填充物9的含有比率或填充比率的值设定在不损及生产率的程度即40％至60％的范围内，也能够得到导热率为约10W/mK的绝缘树脂层6。因此，即使鳞片形无机填充物9的含有比率设定在上述的40％～60％那样的稍低的水平，这样的设定仍可评价为值得实际应用的理想实例。在以上的例中，鳞片形无机填充物9的成分为氮化硼，但是，即使在无机填充物9的成分由其他材料，即鳞片形、针形或平均颗粒直径不大于1μm的超精细颗粒构成的场合，只要该材料能够发挥上述触变性，同样能够同时确保耐压和生产率。例如，可采用氮化硅、氮化铝或氧化铝作为无机填充物9的成分。
另外，对于无机填充物9的含有比率来说，例如其质量百分比为约10％时，绝缘树脂层6的导热率很难提高，但是，越提高无机填充物9的含有比率，绝缘树脂层6的导热率就越高。但是，将无机填充物9的质量百分比提高到超过90％的比率程度时，就产生不能形成绝缘树脂层6的不利情况。当然，作为不使绝缘树脂层6的生产率受到障碍的无机填充物9的含有率值，并不特别限定在如上述一例的40％～60％质量百分比的范围。
与上述相同，通过把绝缘树脂层6中的无机填充物的颗粒形状作成(1)鳞片形、(2)针形、(3)或把无机填充物9作成平均颗粒直径不大于1μm的超精细颗粒，或者采用混合上述(1)、(2)、(3)中的至少两种的混合体，能改善粘接固定时的绝缘树脂层6的密接性，而且，也能够改善绝缘树脂层6的耐压特性和热阻。
下面，就散热片即金属板8的厚度展开讨论。也就是说，金属板8的厚度比较薄时，由于压紧销钉105施加的压力(参照图5)，金属板8产生挠度，其结果，金属板8和绝缘树脂层6之间的粘接固定面上产生间隙。图8表示了发生这些不利情况的实验结果。从图8中容易得知，如果金属板8为铜材料，当金属板厚度为0.8mm时两个构件6、8之间产生不良粘接。当金属板厚度为2mm时，也同样产生假定的不利情况，结果判定为粘接不良。但是，金属板厚度分别设定在3mm和4mm的场合，就不产生不良粘接情况，能够得到良好界面8B。由这些实验结果可判定金属板8的厚度须不小于3mm的值。
另外，从热阻的观点，对金属板8的适当厚度值进行考察。根据本愿发明者所进行的实验结果，例如在绝缘树脂层6的导热率为约10W/mK，功率半导体芯片2的尺寸为15mm见方时，如果把金属板8的厚度设定在比引线支架1A、1B的厚度大的值，热阻就显示出变小的趋势，而且，金属板8的厚度处在约3mm～4mm范围内时，热阻值变成最小值，之后热阻随着金属板8厚度的增大而增大。
鉴于上述实验结果，在判断适当金属板厚度值时，首先只从热阻的角度来讲，最好把金属板8的厚度设定在至少大于引线支架1A、1B的厚度(0.5mm～1mm)的值。但是，考虑到当金属板8的厚度约达到5mm，使金属板8自身的热阻增大到实际使用时不能再忽视的程度的情况和图8中的结果，实际使用时金属板厚度的适当值可以取3mm～5mm的范围内的值。
接着，根据实验结果，就以下设置的理由进行说明。即为什么绝缘树脂层6的外形尺寸6L设定在比金属板8的外形尺寸8L大的值，而且，绝缘树脂层6对金属板8进行布置时使绝缘树脂层6的上表面6US完全包含它与金属板底面8B之间的界面。
在绝缘树脂层6的大小6L和金属板8的大小8L之间的关系分别为(A)绝缘树脂层6包含金属板8内、(B)绝缘树脂层6和金属板8大小相同以及(C)金属板8包括在绝缘树脂层6内的场合，对金属板8和本半导体装置里面的金属板7之间的耐压特性进行了测量。其测量结果在图9中表示。由图9可知，在(C)金属板8包含在绝缘树脂层6内的结构中(6L＞8L)，耐压特性能够显著改善。也就是说，从金属板8到金属板7的绝缘性来说，沿着绝缘树脂层6的侧面6SS和绝缘树脂层6与模塑树脂5的界面6USIF生成的沿表面放电则变成耐压破坏的路径。由此，在如上述的(A)或者(B)的场合，为了只通过绝缘树脂层6的比较薄厚度y得到必要的耐压特性，必须将绝缘树脂层6的厚度y设定在沿表面绝缘距离以上。与此形成对比，在上述(C)的场合，如把绝缘树脂层上表面6US的面积设定在比金属层底面8的面积大，那么由于从粘接固定面伸出的绝缘树脂层6部分的长度x和绝缘树脂层厚度y之间的和变成沿表面绝缘距离，因此，就不需要将绝缘树脂层厚度y设定得很大，也能获得预定的耐压特性。
另外，在把绝缘树脂层上表面6US的面积设定在比金属层底面8B的面积大的值的场合，绝缘树脂层6和金属板8之间粘接固定时，第二施加压力足以使绝缘树脂层6的厚度y产生变化，而且，从开始注入至结束硬化为止的期间内，由例如比约9.8×106Pa还大的模塑树脂注入压力继续进行施加，因此，绝缘树脂层6的厚度y进一步被均匀缩小，绝缘树脂层6的热阻变小，同时改善了绝缘树脂层6的绝缘性和耐压特性，而且，与被注入的液状模塑树脂5的硬化过程同时进行上述粘接固定过程，因此，能够防止粘接固定面(8B)周围的绝缘树脂层部分的鼓起或者损坏。对于这一点，以下基于实验数据进行详细说明。
如以上所述，在生产绝缘树脂层原料时，为了能够在环氧树脂中容易混合无机填充物，在该环氧树脂中混合预定的溶剂成分使绝缘树脂层原料的粘度下降。但是，对绝缘层来说，溶剂成分没有什么作用。由此，通过绝缘层成形时的干燥工序的加热处理，使绝缘树脂层6中的溶剂成分挥发，从而从绝缘树脂层6中除去该溶剂成分。但是，通过该干燥工序(溶剂成分除去工序)挥发掉了溶剂成分，结果，却有许多海绵状空隙分散在绝缘树脂层6中。这些许多空隙，将成为绝缘树脂层6自身的绝缘性或者耐压性下降的原因。由此，如以上所述，通过从处在硬化途中的模塑树脂5对整个未硬化的绝缘树脂层6均匀施加第二施加压力(也就是施加在金属模100的模塑树脂注入压力)使绝缘树脂层6的厚度y均匀变小，使存在于未硬化的绝缘树脂6中的气体成分(空隙)排出到周围的模塑树脂5中。通过本发明者的实验证实，这时随着第二施加压力即模塑树脂注入压力的增加，绝缘树脂层6的均匀厚度进一步减小，同时也改善了其耐压特性。
图10给出了例如采用具有200μm的厚度y的未硬化绝缘树脂层6，对绝缘层的金属板8进行粘接固定时的各种情形的耐压测量结果。图10中，情形A是在由预先为厚度200μm的绝缘树脂层6和金属层7构成的绝缘层通过施加压力粘接固定在金属板8的底面8B的基础上，把该带有绝缘层的金属板8设置在金属模空腔100CA内，并由模塑树脂注入压力9.8×106Pa模塑成形的情形。与此形成对比，情形B-D是通过本实施例的制造方法模塑成形外壳10的情形，而且在每个情形B-D中的模塑树脂注入压力不同。根据图10中的测量结果容易得知，A中的耐压值约为2KV属于不良值。而且，在情形A中，模塑成形时发生绝缘树脂层6的鼓起。对此，在通过本实施例的制造方法制造的装置(情形B-D)中，就能够得到以下良好效果即使模塑树脂注入压力值比情形A的模塑树脂注入压力值小，但也能够得到比情形A大的耐压(5KV)(情形B)，而且，随着模塑树脂注入压力的增大，耐压特性也增大(情形C与D)。在该测量结果中，从考虑到生产率而通常采用的金属模性能来看，最好采用情形C，在情形C中，硬化后的绝缘树脂层6的厚度y比硬化前的厚度薄了约10μm。如果那样，按照使用的金属模的强度，一边向金属模施加较大的模塑树脂注入压力(例如约1.274×107Pa的模塑树脂注入压力)，一边使模塑树脂5硬化的情形中，与模塑树脂5的硬化几乎相同的时间硬化的绝缘树脂层6的厚度y的平均减少量大于10μm，而且，从绝缘性、耐压性、热阻和原材料成本的角度来看，最终能形成更理想的绝缘树脂层6。
另外，在如上所述的情形A中，绝缘树脂层对金属板进行粘接固定时，由于施加了大的压力，粘接固定面正下方的绝缘树脂层部分6P1向粘接固定面周围移动，其结果，绝缘树脂层部分6P2就以隆起的状态硬化。情形A中，由于以该状态进行模塑成形工序，在绝缘树脂层部分6P2内会有产生了上述隆起的部分，因此绝缘树脂层就会部分地破裂，从而不能确保金属板周围部分的绝缘性。
与此形成对比，在上述情形B-D中的任何一种情形中，都不会产生如此不利情况。也就是说，在本实施例中，通过主动利用从注入在空腔100CA内的模塑树脂5接受的第二施加压力(模塑树脂注入压力)，硬化、粘接固定包括面积比金属板8大的上表面6US和下表面6LS的绝缘树脂层6，由此，把绝缘树脂层6的厚度y控制在最小值(绝缘树脂层6的热阻能够随厚度y变薄相应地变小)，同时改善贯通绝缘特性(through insulating characteristics)，并且，能够确保沿表面放电距离(x+y)的必要量。因此，能够将本半导体装置的热阻抑制在最小值，同时能够得到预定的耐绝缘特性。
如上所述，在绝缘树脂层6和金属板8之间的粘接固定与模塑成形同时进行、且绝缘树脂层6的外形尺寸比金属板8大的场合，可以获得改善绝缘性(耐压性)的结果。
另外，在本装置中，需要一定的处理时间来完全硬化未硬化的绝缘树脂层6，但与分别地进行绝缘树脂层与金属板之间的粘接固定及绝缘树脂层的硬化和模塑树脂5(形成外壳)的硬化的情况相比，其处理时间相对较短；尤其是在本装置中，为硬化绝缘树脂层6而提供的温度随时间的变化只在注入、粘接固定模塑树脂5期间产生，因此，与传统技术相比能够进一步提高生产率。
另外，金属层7的厚度越薄，在与绝缘树脂层6层叠时其成本就越低，但是，如果其厚度为50μm以下，在实际使用当中就会产生被破裂等不利情况，因此，厚度最好为100μm左右。
如上所述，在本装置中，将金属板8和比金属板8尺寸大的绝缘树脂层6粘接固定跟模塑封装同时进行，而且，混合在绝缘树脂层6内的无机填充物9的形状为鳞片形、针形或超精细颗粒，或是由这些的混合体构成的颗粒，从而，在使绝缘树脂层6具有所谓触变性的物理性质的同时，进一步改善了绝缘树脂层6的导热率。而且，本来性质极其脆弱的绝缘树脂层6，通过与金属层7一体化形成，强度得到改善。通过这些改善措施，在不损坏绝缘树脂层6的绝缘性的情况下，能够将片状的绝缘树脂层6沿着金属模底面布置在预定的位置上。并且，由于能够改善耐压特性，同时控制绝缘树脂层6的厚度使之变小，因此，有利于降低装置的成本，且有利于提高生产率。
另外，如变更例2中所述，尽管在耐压特性上存在一些缺点，但在图3装置中，也可以把绝缘树脂层6和金属板8的尺寸设定成满足6L≤8L的关系。
如果采用本实施例中所提出的具有触变性的绝缘树脂层6，那么在把该绝缘树脂层6粘接固定在金属板8的工序中，能够抑制绝缘树脂层6的变形，而且，即使施加充分的压力，也不会使绝缘树脂层6品质恶化，并能够进一步改善绝缘树脂层6的耐压特性。
图11是表示本变更例的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。本变更例的装置与第二实施例的装置之间的不同点在于“设定绝缘树脂层6和金属板8之间的界面(8B)正下方的绝缘树脂层6的第一部分6P1，比在绝缘树脂层上表面6US内绝缘树脂层6和金属板8之间的上述界面(8B)外的外侧部分6USIF正下方的绝缘树脂层6的第二部分6P2薄”。也就是说，粘接固定面8B正下方的第一部分6P1的厚度，比粘接固定面8B外侧的第二部分6P2的厚度小。图11中的其他构成构件，与第二实施例的装置的对应构件相同，因此，用与图3中的对应构件相同的参照符号表示。
另外，图12是表示制造图11所示结构的制造工序之一部分的纵向截面图，图12的工序相当于在图5和图6之间补充插入的工序。也就是说，在整个空腔100CA被液状模塑树脂5填满时，不是立刻拔出压紧销钉105，而在拔出该压紧销钉105之前，通过与压紧销钉105连接的加压机构(未图示)，对压紧销钉105施加例如比当前的模塑树脂注入压力(例如9.8×106Pa)还大的压力即1.47×107Pa～1.96×107Pa的压力。借此，比当前模塑树脂注入压力(例如9.8×106Pa)还大的压力瞬间局部地施加在绝缘树脂层6上，即施加在界面8B正下方的第一部分6P1上，其结果，第一部分6P1比第二部分6P2变薄的量对应于施加的压力。其后，立刻中止该施加压力，并从开始硬化的模塑树脂5中拔出压紧销钉105。拔出压紧销钉105时的状态，与图6中相同。而且，其后的硬化工序，也与第二实施例的相同。
如上所述，在本变更例中，在绝缘树脂层6和模塑树脂5开始硬化时或这之前，通过向绝缘树脂层6的第一部分6P1施加比当前模塑树脂注入压力还大的施加压力，使粘接固定面8B正下方的第一部分6P1的厚度比粘接固定面周围部分6P2的厚度薄。因而，根据本变更例，与第二实施例相比较，具有能够使存在于未硬化的绝缘树脂层6中的气泡含有量进一步减少，并由此进一步改善耐压特性的优点。
另外，依据本变更例的结构，具有由粘接固定面周围的绝缘树脂层6的隆起(第二部分6P2)，进一步改善(提高)绝缘树脂层表面6USIF和模塑树脂5表面之间的密接性的优点。
如以上所述，在同步进行绝缘树脂层6和金属板8之间的粘接固定和模塑封装时，通过局部地向绝缘树脂层部分6P1施加压力至粘接固定面正下方的绝缘树脂层部分6P1厚度比粘接固定面周围的绝缘树脂层部分6P2厚度小，就不必加厚绝缘树脂层6，而且，进一步改善了绝缘树脂层6的耐压特性和密接性。
图13是表示变更例4的模塑树脂封装型功率半导体装置结构的纵向截面图。本变更例与第二实施例和变更例3之间的不同点在于“与绝缘树脂层6的第二部分端部6P2E和第二部分6P2一体粘接固定的金属层边缘部7P2的端部7P2E，朝模塑树脂5的内部弯曲，而且，在金属层下表面7LS中，除了边缘部端部7P2E所具有的被弯曲下表面部分7LSE外，包括位于绝缘树脂层6和金属板8之间的界面正下方的中央部分的底面部分7LSC露出于外部”。其他方面与变更例3的结构相同。
另外，也可以整个第二部分6P2和整个边缘部分7P2，向模塑树脂5内部弯曲(即距离d＝0)，这样，只有位于绝缘树脂层6和金属板8之间的界面正下方的中央部分的下表面部分露出于外部。
并且，图13表示了将本变更例的特点用于变更例3装置时的一个例子，但是，当然也可以把本变更例用于作为第二实施例之一例的图3所示的装置。
另外，由于绝缘树脂层6和模塑树脂5之间的粘接力比金属板8和模塑树脂5之间的粘接力弱，因此，就存在制品的长期可靠性取决于模塑树脂5和绝缘树脂层6之间的界面粘接强度的问题。但是，本变更例中，绝缘树脂层6的端部6P2E弯折到其周围的模塑树脂5中，因此，通过所谓的锚固效应(anchor effect)，使模塑树脂5和绝缘树脂层6之间的密接性大于在图3和图11中所示的装置，其结果，本装置的可靠性能够得到进一步延长。
而且，在本装置中，绝缘树脂层6及其正下方的金属层7的刚性，比两个端部6P2E和7P2E平坦时的刚性大，因而，能够进一步改善绝缘层的适用性。
加之，在图13所示的装置中，金属层周围部分7P2和绝缘树脂层周围部分6P2的弯曲区域，是在从金属板8的侧面8SS向外侧距离d(例如数mm左右的余量)处形成，因此，与在金属层侧面8SS的周围直接形成弯曲的场合(d＝0)相比，增大了将绝缘树脂层6和金属层7的复合绝缘层设置到模塑金属模100(图4)内时的位置偏差的余量，由此，进一步改善了复合绝缘层的适用性。如果考虑到该位置确定余量的增大，那么可以说最好采用图13中所示装置那样的、只有金属层端部7P2E和绝缘树脂层端部6P2E向模塑树脂5内弯曲的结构。
另外，在绝缘树脂层6P2和金属层7P2弯曲成倾斜形状折入到模塑树脂5内时，与绝缘树脂层6P2和金属层7P2都展开在水平方向时(图3和图11的一例)相比，爬电距离变长，绝缘性得到进一步改善。相反地，在把本装置的爬电距离与图3和图11中的例示装置的爬电距离相同设定时，与图3和图11的例示装置相比，本变更例的装置的外形尺寸可以减小。
另外，本变更例的装置具有如下的优点例如在湿度较高的环境下长期间使用本变更例的装置时，能够防止外部空气中的水分渗入到本装置内而导致功率半导体芯片2发生误动作。作为外部空气中的水分渗入本装置内后到达功率半导体芯片2的路径，包括经由因长期使用而产生的绝缘层和模塑树脂5之间的界面脱离部分渗入的路径；经由因长期使用而产生的第一引线支架1A和模塑树脂5之间的界面破裂部分渗入的路径。其中，防范后一路径的措施一般与传统措施相同，因此，其有效性是众所周知的。相对地，本变更例的结构提供一种防止前一渗入路径的有效措施。即由于本装置包括弯曲表面7LSE和模塑树脂5之间的界面；侧面7SS和模塑树脂5之间的界面；侧面6SS和模塑树脂5之间的界面；弯曲表面6USIF和模塑树脂5之间的界面；侧面8SS和模塑树脂5之间的界面；以及主面8T和模塑树脂5之间的界面等。因此，相对来说，渗入路径的距离较长。因而，在本变更例的结构中，从外部经由脱离部分渗入到本外壳10内的水分很难到达功率半导体芯片2。
如上所述，如采用本变更例，绝缘树脂层端部6P2E和金属层端部7P2E立体地弯曲折入模塑树脂5内，因此，随着密接性的改善而改善了耐压特性，提高了本半导体装置的长期可靠性使用，同时也不需要将绝缘树脂层6和金属层7的尺寸加大。
以上，对本发明的实施例作了详细的公开，但以上所述只是本发明所能适用的一部分示例而已，本发明不受此限定。也就是说，可在不脱离本发明的范围的情况下考虑对应于上述内容的各种修正或变更例。
在本发明的模塑树脂封装型功率半导体装置中，通过把与本半导体装置的外部散热片接触的底面作成绝缘树脂层下面的金属层，实现能保护绝缘树脂层的结构，而且，由于绝缘树脂层与金属层一体形成(层叠)，改善了绝缘树脂层的可靠性与适用性。
在本发明的模塑树脂封装型功率半导体装置的制造方法中，通过利用模塑树脂的注入和硬化工序来实现金属板和绝缘树脂板之间的粘接固定，因此，尤其是在绝缘树脂板的外形比金属板的外形大的场合，能够容易地抑制在粘接固定时容易产生的绝缘树脂板的变形，其结果，能够不损害耐压特性地粘接固定金属板和绝缘树脂板，而且，不必将绝缘树脂层变厚，由此能够降低绝缘树脂层的热阻。
权利要求
1.一种模塑树脂封装型功率半导体装置，其特征在于设有金属板、第一引线支架、第二引线支架、功率半导体芯片、绝缘树脂层、金属层以及模塑树脂；作为散热片的所述金属板包括主面、在其厚度方向与所述主面相对的底面以及夹在所述主面和所述底面之间的侧面；所述第一引线支架包括直接固定在所述金属板的所述主面的边缘部上的有前端部的第一内引线部，以及与所述第一内引线部延续连接的第一外引线部；所述第二引线支架包括设有含电极的前端部的第二内引线部，以及与所述第二内引线部延续连接的第二外引线部；所述功率半导体芯片包括具有经由导电层粘接固定在所述金属板的所述主面的中央部上的导电图形的下表面，具有在其厚度方向与所述下表面相对并经由金属布线与所述第二内引线部的所述电极电连接的电极图形的上表面，以及夹在所述上表面和所述下表面之间的侧面；所述绝缘树脂层包括与所述金属板的所述底面接触、同时粘接固定于所述底面的上表面、在其厚度方向与所述上表面相对的下表面，以及夹在所述上表面和所述下表面之间的侧面；所述金属层包括与所述绝缘树脂层的所述下表面接触、同时粘接固定于该下表面的上表面，在其厚度方向与所述上表面相对、同时至少露出于外部位于所述绝缘树脂层和所述金属板之间的界面正下方的部分的下表面，以及夹在所述上表面和所述露出的下表面之间的侧面；所述模塑树脂形成外壳，它至少覆盖所述第一与第二内引线部，所述金属布线，所述功率半导体芯片的所述上表面与所述侧面，所述导电层，以及所述金属板的所述主面与所述侧面。
2.如权利要求1所述的模塑树脂封装型功率半导体装置，其特征在于所述绝缘树脂层的所述上表面的尺寸比所述金属板的所述底面的尺寸大；所述绝缘树脂层的所述上表面完全包含所述绝缘树脂层与所述金属板之间的所述界面；所述金属层的所述上表面尺寸与所述绝缘树脂层的所述下表面尺寸相等；所述模塑树脂只完全覆盖所述第一和第二内引线部，所述金属布线，所述功率半导体芯片的所述上表面与所述侧面，所述导电层，所述金属板的所述主面与所述侧面，以及所述外壳的底面和所述绝缘树脂层的所述上表面之间的界面；所述金属板的所述底面构成所述外壳的所述底面的一部分；所述绝缘树脂层的所述侧面，以及所述金属层的所述侧面与所述下表面完全露出于外部。
3.如权利要求1所述的模塑树脂封装型功率半导体装置，其特征在于所述绝缘树脂层的所述上表面的尺寸比所述金属板的所述底面的尺寸大；所述绝缘树脂层的所述上表面完全包含所述绝缘树脂层与所述金属板之间的所述界面；所述金属层的所述上表面尺寸与所述绝缘树脂层的所述下表面尺寸相等；所述模塑树脂至少完全覆盖所述第一和第二内引线部，所述金属布线，所述功率半导体芯片的所述上表面和所述侧面，所述导电层，所述金属板的所述主面和所述侧面，所述绝缘树脂层的所述上表面内所述绝缘树脂层和所述金属板之间的所述界面外的外侧部分，所述绝缘树脂层的所述侧面，以及所述金属层的所述侧面；所述金属层的所述下表面中的所述露出部分构成所述外壳的所述底面一部分。
4.如权利要求3所述的模塑树脂封装型功率半导体装置，其特征在于所述绝缘树脂层，具有在较低压力下不呈现流动性、在较高压力下呈现流动性的所谓触变性的物理性质。
5.如权利要求4所述的模塑树脂封装型功率半导体装置，其特征在于所述绝缘树脂层中包含鳞片形无机填充物、针形无机填充物以及具有外径不大于1μm的超微细颗粒的无机填充物中的至少一种形状的无机填充物。
6.如权利要求3至5中任一项所述的模塑树脂封装型功率半导体装置，其特征在于所述绝缘树脂层和所述金属板之间的所述界面正下方的所述绝缘树脂层的第一部分，比在所述绝缘树脂层的所述上表面内所述绝缘树脂层和所述金属板之间的所述界面外的所述外侧部分正下方的所述绝缘树脂层的第二部分薄。
7.如权利要求6所述的模塑树脂封装型功率半导体装置，其特征在于所述绝缘树脂层的所述第二部分和与所述第二部分粘接固定的所述金属层的边缘部，向所述模塑树脂内部弯曲；在所述金属层的所述下表面内，只是除了所述边缘部中弯曲的下表面部分以外的部分露出于外部。
8.一种模塑树脂封装型功率半导体装置的制造方法，其特征在于包括在模塑金属模内的预定位置上配置由金属层和在所述金属层的上表面上层叠、粘固的未硬化的绝缘树脂层构成的复合体即绝缘层，使所述金属层的下表面和所述模塑金属模的空腔底面成面接触的工序；在所述模塑金属模内，在所述绝缘层的表面上放置作为散热片的、含有其上装载功率半导体芯片的主面和在其厚度方向与所述主面相对的底面的金属板，使所述金属板的所述底面和所述未硬化的绝缘树脂层的上表面成面接触的工序；一边从所述金属板对所述绝缘层施加压力，一边向所述模塑金属模的空腔内注入模塑树脂的工序；以及在所述空腔完全被所述模塑树脂填充后，停止施加所述压力，使所述模塑树脂和所述未硬化绝缘树脂层硬化的工序。
全文摘要
形成一种由金属层7和未硬化的绝缘树脂层6构成的模塑树脂封装型功率半导体装置用绝缘层。该绝缘树脂层6含有例如鳞片形颗粒的填充物并具有触变性，同时其外形尺寸6L比金属板底面8B大。将上述绝缘层配置在金属模空腔的底面，再将金属板8设置于树脂层的上表面6US。在金属板的主面8T上，装载与支架1A连接并经由导线4与支架1B连接的功率半导体芯片2。在此状态下，用液状模塑树脂5完全填充空腔。然后，与模塑树脂5的硬化同步地硬化绝缘树脂层6，从而将绝缘树脂层6和金属板8粘结固定。绝缘树脂层6和金属板8之间的界面包含在绝缘树脂层上表面6US内。由此，改善绝缘树脂层的适用性和可靠性。
文档编号H01L23/495GK1499619SQ0317871
公开日2004年5月26日 申请日期2003年7月14日 优先权日2002年11月11日
发明者中岛泰, 多田和弘, 弘, 敏, 鹿野武敏, 成, 日野泰成 申请人:三菱电机株式会社