JP5630375B2 - 絶縁基板、その製造方法、半導体モジュールおよび半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性基材の面上に絶縁層が形成された絶縁基板、その製造方法、この絶縁基板を用いた半導体モジュール、および半導体装置に関する。

（イ）近年、大容量、高電圧環境下でも動作可能なＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）やＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などのパワーモジュールが、民生用機器や産業用機器に広範に使用されている。これらの半導体素子を用いる各種のモジュール（以下、「半導体モジュール」という）の中には、扱う電力が大きい場合、回路の集積度が高い場合、または回路の動作周波数が高い場合などのさまざまな理由から、搭載している半導体素子によって生成される熱を適切に放熱しなくてはならないものがある。
（ロ）図９は、特許文献１の内容を示す図である。図９に示すパワー半導体モジュールは、セラミック基板５３の両面にそれぞれ導体層である表回路板５７および裏回路板５８が形成されたセラミック絶縁基板５１を備えている。セラミック絶縁基板５１における、表回路板５７上には、はんだ層５６を介してパワー半導体チップ５５が接合されている。また、セラミック絶縁基板５１における、パワー半導体チップ５５との接合面とは反対の面の裏回路板５８上には、はんだ層５６を介して銅もしくは銅合金からなる金属ベース５４が接合されている。さらに、金属ベース５４におけるセラミック絶縁基板５３との接合面とは反対の面には、サーマルコンパウンドを介して、図示されない冷却体が接合される。
（ハ）このような従来のパワー半導体モジュールの構造では部材が複雑であり、製造にかかるトータルコストが高いことが問題であった。

そこで、例えば特許文献２に示されるような、導電性基材にセラミックス粉末を直接溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板（絶縁層付き導電性基材）を用いたパワー半導体モジュールが考案されている。

特開２００２−２０３９４２号公報 特開２００７−３０５７７２号公報

（イ）特許文献２で示されるような導電性基材の面上にセラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板を適用して例えば図１０に示されるような半導体モジュールを構成することができるが、このような半導体モジュールにヒートシンクを取付けて半導体装置を構成した場合、絶縁基板における端面の絶縁性を確保する上で問題が有る。
（ロ）図１０は、従来技術による半導体モジュールの異なる構成例を示す断面図であって、上述の絶縁基板を適用した半導体モジュールの構成を示している。図１０（ａ）に示す半導体モジュール２１には、第１面１ａおよび第２面１ｂを有する導電性基材１の第１面１ａ上に，セラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層７を備えた絶縁基板１１が設けられている。導電性基材１の第２面１ｂには、例えばＩＧＢＴなどのパワー半導体素子である半導体回路素子２，２が、例えばはんだによって接合され、直接的または間接的に導電性基材１の第２面１ｂに接するようにして搭載されている。半導体回路素子２，２の（図示されない）接続用端子は、例えば１２５〜５００μｍの線径のアルミワイヤーからなるボンデイングワイヤー４によりリードフレーム６に電気的に接続されている。そして、上述の各要素、すなわち、絶縁基板１１、半導体回路素子２，２、リードフレーム６、およびボンデイングワイヤー４が、例えばエポキシ樹脂に無機フィラーを混入させたものからなる封止用の成形樹脂５によって封止されて、半導体モジュール２１を構成している。

このように構成される半導体モジュール２１は、絶縁材料である成形樹脂５によって、導電性基材１の第１面１ａ以外のすべての面が半導体回路素子２，２とともに覆われることにより封止されている。このため、半導体モジュール２１の表面には、電気的な接続のためのリードフレーム６の端部６２を除き、成形樹脂５及び第１面１ａに形成した絶縁層７のみが外界と接している。すなわち、半導体モジュール２１の表面は導電性基材１を外界から絶縁する絶縁表面となっている。そして、半導体モジュール２１はヒートシンク８に密着して取付けられて、半導体装置３１が構成される。
（ハ）図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＣ部の拡大断面図であり、半導体モジュール２１をヒートシンク８に密着して取付けた状態における絶縁基板１１の側面部端面近傍の絶縁構造を示している。図１０（ｂ）の絶縁構造では、導電性基材１とヒートシンク８との間の絶縁沿面距離は絶縁層７の厚さｄと同じとなっている。そして、半導体装置３１に要求される絶縁仕様によっては、導電性基材１とヒートシンク８との間の絶縁沿面距離を大きくし、絶縁基板１１における側面部端面の絶縁性を高めることが必要となる。

この点に関し、絶縁基板１１における側面部端面の絶縁性を高める対策として、例えば、導電性部材１の第１面１ａに形成される絶縁層７の厚さｄを大きくすることにより、上記絶縁沿面距離を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合、絶縁層７の厚さｄの増大に伴い、絶縁基板１からヒートシンク８への伝熱経路における伝熱抵抗も増大するので、絶縁層７の熱伝導率にもよるが、絶縁層７の厚さｄを大きくして側面部端面の絶縁性を高めることには制約が有る。
（ニ）本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、導電性基材の一方面にセラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板における側面部端面の絶縁性を簡単な構造かつ低コストでもって向上させるとともに、上記絶縁基板の製造方法、上記絶縁基板を用いた半導体モジュールおよび半導体装置を提供することを目的とする。

上述の問題を解決するために、本発明者は、溶射原料としてセラミックスの粉末を例えばプラズマ溶射法などによって高温，高速で基材に衝突させることにより密着性が良好なセラミックス溶射膜を絶縁層として導電性基材の一方面に形成した絶縁基板（絶縁層付き導電性基材）について、その側面部端面の絶縁構造を検討し、本発明を完成するに至った。

上記目的を達成するため、本発明によれば、半導体モジュールに用いられる絶縁基板の構成として、第１面および第２面を有する導電性基材の第１面上に、セラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板であって、前記導電性基材の第２面に直接的または間接的に接して少なくとも1つ以上の半導体回路素子を搭載するとともに前記絶縁層の面に金属部材を密着して取り付けることにより半導体装置を構成するのに用いられる絶縁基板において、前記絶縁基板の側面部の構造を、前記絶縁層の面に前記金属部材を密着させて取り付けた状態における前記導電性基材と前記金属部材との絶縁沿面距離が前記絶縁層の厚さよりも大きくなるような構造とするとともに、前記導電性基材は、第１面側の角部に切り欠き部を有し、この切り欠き部にも、セラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を第１面上の絶縁層と連続するようにして備えてなることを特徴とする絶縁基板を製造するための製造方法であって、第１面および第２面を有する導電性板状部材の第１面に、前記導電性板状部材を複数の導電性基材に分離する分離線に沿って切り欠き溝を形成する切り欠き溝加工工程と、前記切り欠き溝加工工程の後、セラミックス粉末を溶射することにより導電性板状部材の第１面上および切り欠き溝に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層形成工程の後、前記絶縁層を研削して、第１面上の絶縁層と切り欠き溝の絶縁層との面を揃えて、絶縁層付き導電性板状部材を形成する研削工程と、前記研削工程の後、絶縁層付き導電性板状部材を前記分離線に沿って切断し、複数の前記絶縁基板に分離する分離工程とを備える構成とする（請求項１の発明）。

上記請求項１に記載の発明によれば、絶縁層の面に金属部材を密着させて取り付けた状態における「導電性基材と金属部材との絶縁沿面距離」が「絶縁層の厚さ」よりも大きくなるような構造としている。半導体装置において絶縁基板から例えばヒートシンクなどの金属部材への伝熱経路における伝熱抵抗を低く抑える上で絶縁層を厚くするには限界が有るが、上記構造を適用した本発明では、絶縁層の厚さに制約されることなく上記絶縁沿面距離を大きくして絶縁基板における側面部端面の絶縁性を向上させることができ、この絶縁基板を用いた半導体モジュールに例えばヒートシンクなどの金属部材を取付けて構成される半導体装置の絶縁性をより高めることができる。そして、このような絶縁基板を用いることにより、良好な絶縁性を保持し、且つ部材の低コスト化が可能な半導体モジュールおよび半導体装置を実現することができる。
また、上記請求項１に記載の発明によれば、「導電性基材と金属部材との絶縁沿面距離」を「切り欠き部における第１面からの切り欠き深さ長」（図６（ｂ）におけるｄＣ１）だけ延長させて「絶縁層の厚さ」よりも十分に大きい沿面距離とすることができるので、絶縁基板における側面部端面の絶縁性を十分に向上させることができる。

また、上記請求項１に記載の絶縁基板の製造方法において、前記絶縁基板は、前記導電性基材における前記切り欠き部の前記第２面側には前記第１面と平行な底面が形成されている構成とすることができる（請求項２の発明）。

また、さらに、上記請求項１または２に記載の絶縁基板において、前記セラミックス粉末として酸化アルミニウムの粉末を用いるものであって、前記絶縁層は、前記酸化アルミニウムの粉末を溶射して形成され、熱処理によって熱伝導率が高められている絶縁層である構成とすることができる（請求項３の発明）。

上記請求項１または２に記載の発明では、上述のように、絶縁基板における絶縁層の厚さは小さく抑えたまま側面部端面の絶縁性を向上させることができるので、半導体装置において絶縁基板から例えばヒートシンクなどの金属部材への伝熱経路における伝熱抵抗を低く抑えることができる。そして、さらに、上記請求項３に記載の発明によれば、前記絶縁層は熱伝導率がより高められたものとなるので、上記伝熱抵抗をより低く抑えることが可能になり、より良好な放熱性を備えた半導体装置を実現することができるようになる。

また、さらに、上記請求項１または２に記載の絶縁基板において、前記セラミックス粉末として酸化アルミニウムの粉末を用いるものであって、前記絶縁層は、前記酸化アルミニウムの粉末を溶射して形成され、六方晶系の結晶構造を有する絶縁層である構成とすることができる（請求項４の発明）。

上記請求項１または２に記載の発明では、上述のように、絶縁基板における絶縁層の厚さは小さく抑えたまま側面部端面の絶縁性を向上させることができるので、半導体装置において絶縁基板から例えばヒートシンクなどの金属部材への伝熱経路における伝熱抵抗を低く抑えることができる。そして、さらに、上記請求項４に記載の発明によれば、前記絶縁層は熱伝導率がより高められたものとなるので、上記伝熱抵抗をより低く抑えることが可能になり、より良好な放熱性を備えた半導体装置を実現することができるようになる。

上記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の絶縁基板において、前記絶縁層の厚さは、８０μｍ〜３００μｍである構成とするとよい（請求項５の発明）。

また、さらに、上記請求項１に記載の絶縁基板の製造方法において、前記セラミックス粉末として酸化アルミニウムの粉末を用いるものであって、前記絶縁層形成工程の後に、前記絶縁層を熱処理することによって前記絶縁層の熱伝導率を上昇させる工程を備える構成とすることができる（請求項６の発明）。

また、さらに、上記請求項１に記載の絶縁基板の製造方法において、前記セラミックス粉末として酸化アルミニウムの粉末を用いるものであって、前記絶縁層形成工程の後に、絶縁層の結晶構造を六方晶系にする工程を備える構成とすることができる（請求項７の発明）。

本発明によれば、導電性基材の一方面にセラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板の側面部端面において絶縁層の厚さに制約されることなく絶縁沿面距離を大きくして絶縁性を向上させることができ、この絶縁基板を用いて、良好な絶縁性を保持し、且つ部材の低コスト化が可能な半導体モジュールおよび半導体装置を実現することができる。

本発明の第１の参考形態による絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の構成例を示す図である。 本発明の第１の参考形態による絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の製造方法の構成例を示す図である。 本発明の第１の参考形態による絶縁基板の絶縁破壊特性の評価試験方法を示す図である。 本発明の第２の参考形態による絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の構成例を示す図である。 本発明の第２の参考形態による絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の製造方法の構成例を示す図である。 本発明の実施形態による絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の構成例を示す図である。 本発明の実施形態による絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の製造方法の構成例を示す図である。 本発明の実施形態による絶縁基板の製造方法の異なる構成例を示す図である。 従来技術による半導体モジュールの構成例を示す図である。 従来技術による半導体モジュールの異なる構成例を示す図である。

次に、本発明の実施形態および参考形態について図１〜図８に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。また、以下の説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分または要素には、共通する参照符号が付されている。また、図中、実施形態および各参考形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されていない。
［本発明の実施形態］
＜第１の参考形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の参考形態について説明する。

（ａ）絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の構成例：
図１は、第１の参考形態による絶縁基板１１Ａ、半導体モジュール２１Ａおよび半導体装置３１Ａの構成を示す断面図であって、図１（ａ）は全体構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＣ１部の拡大断面図である。

図１に示すように、導電性基材１Ａの第１面１ａ（図における下面）上に、絶縁層７Ａａが形成されている。これに対し、導電性基材１Ａの第２面１ｂ（図における上面）には、直接的または間接的に接するように半導体回路素子２，２が搭載されている。

より具体的には、第１の参考形態においては、この導電性基材１Ａは銅板により作製される。導電性基材１Ａの形状は、例えば、概ね１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有する平板状であり、その平面視において正方形または長方形である。絶縁層７Ａａは、酸化アルミニウム（アルミナ）の粉末７１を溶射法により堆積させて形成された層または膜（以下、総称して、単に「層」ともいう）である。そして、絶縁層７Ａａは、導電性基材１Ａの第１面１ａ上に酸化アルミニウムの粉末７１を溶射することによって８０〜３００μｍの厚みを有するように形成される。絶縁層の厚みとしては上記の８０〜３００μｍが好適であり、この範囲の厚みとすれば、絶縁層自体（バルク）の耐電圧特性が十分なものとなるとともに、絶縁層の伝熱抵抗が十分に低くなるようにすることができる。

導電性基材１Ａは、第１面１ａ側の角部にテーパ面１Ａｃを有し、このテーパ面１Ａｃ上にも，セラミックス粉末７１の溶射による絶縁層７Ａｂが第１面１ａ上の絶縁層７Ａａと連続するようにして形成されている。そして、導電性基材１Ａの第１面１ａ側に，絶縁層７Ａａおよび絶縁層７Ａｂからなる絶縁層７Ａを備えた絶縁層付き導電性基材として絶縁基板１１Ａが構成される。ここで、図１（ｂ）に示しているように、テーパ面１Ａｃの傾斜角、すなわち、テーパ面１Ａｃと、導電性基材１Ａの底面に対する垂直方向とのなす角度をθとする。

なお、後述するように、上記絶縁層７Ａが形成された後に『熱処理』を施して絶縁層の熱伝導率を高めるようにすることが好ましい。この『熱処理』を施した後の絶縁層の結晶構造をＸ線回折装置によって分析すると、酸化アルミニウムの六方晶系の回折ピークを確認することができる。

導電性基材１Ａの第２面１ｂには、例えばＩＧＢＴなどのパワー半導体素子である半導体回路素子２，２が、例えばはんだによって接合され、直接的または間接的に導電性基材１の第２面１ｂに接するようにして搭載されている。半導体回路素子２，２の（図示されない）接続用端子は、例えば１２５〜５００μｍの線径のアルミワイヤーからなるボンデイングワイヤー４によりリードフレーム６に電気的に接続されている。そして、上述の各要素、すなわち、絶縁基板１１Ａ、半導体回路素子２，２、リードフレーム６、およびボンデイングワイヤー４が、例えばエポキシ樹脂に無機フィラーを混入させたものからなる封止用の成形樹脂５によって封止されて、半導体モジュール２１Ａが構成される。

このように構成される半導体モジュール２１Ａは、絶縁材料である成形樹脂５によって、導電性基材１Ａの第１面１ａ以外のすべての面が半導体回路素子２，２とともに覆われることにより封止されている。このため、半導体モジュール２１Ａの表面では、電気的な接続のためのリードフレーム６の端部６２を除き、成形樹脂５及び第１面１ａに形成した絶縁層７Ａａのみが外界と接している。すなわち、半導体モジュール２１Ａの表面は導電性基材１Ａを外界から絶縁する絶縁表面となっている。

そして、半導体モジュール２１Ａはヒートシンク８に絶縁層７Ａａの露出面が密着するようにして取付けられて、半導体装置３１Ａが構成される。
（ｂ）絶縁基板における側面部端面の絶縁性：
図１（ｂ）に示す絶縁基板１１Ａにおける側面部端面の絶縁構造では、例えば「テーパ面１Ａｃ上の絶縁層７Ａｂにおける絶縁基板１１Ａに垂直な方向での厚さｄＡ２」が「第１面１ａ上の絶縁層７Ａａの厚さｄ」と等しい場合、「導電性基材１Ａとヒートシンク８との絶縁沿面距離ｄＡ＝ｄＡ１＋ｄＡ２」は「テーパ面１Ａｃ上の絶縁層７Ａｂにおける沿面長ｄＡ１」の分だけ「第１面１ａ上の絶縁層７Ａａの厚さｄ」より大きい沿面距離となる。

このように、第１の参考形態では、導電性基材１Ａとヒートシンク８との絶縁沿面距離を絶縁層７Ａａの厚さよりも大きくして、絶縁基板１１Ａにおける側面部端面の絶縁性を向上させることができる。そして、このような絶縁基板１１Ａを用いた半導体モジュール２１Ａに例えばヒートシンクなどの金属部材８を取付けて構成される半導体装置３１Ａは、より優れた絶縁性を備えたものとなる。

また、絶縁基板１１Ａにおける側面部端面の絶縁性は、上述の絶縁沿面距離だけでなく、テーパ面１Ａｃの傾斜角（テーパ角）θにも依存する。そして、本発明におけるテーパ面１Ａｃの傾斜角θは、３０°〜８０°であることが好ましく、さらには５０°〜７０°であることが特に好ましい。そして、上記傾斜角θを５０°〜７０°とすれば、絶縁基板１１Ａの端面での絶縁破壊のない十分に安定した絶縁破壊特性が得られるとともに、この絶縁基板１１Ａを用いた半導体モジュールにおける樹脂封止性も十分に良好なものとすることができる。

（ｃ）絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の製造方法の構成例：
図２は、第１の参考形態による絶縁基板１１Ａ、半導体モジュール２１Ａおよび半導体装置３１Ａの製造方法の構成例を工程順に示す断面図である。なお、図２（ｄ）、図２（ｅ）では、半導体モジュール２１Ａの構成要素のうち、ボンデイングワイヤー４、リードフレーム６の図示は省略している。

（ｃ１）まず、概ね１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有する銅板などの平板状導電性部材を、例えばプレス加工により打ち抜いて、導電性基材として必要な形状に成形し、さらに、必要な形状に成形された導電性基材の第１面１ａ側の角部の全周にテーパ加工工程として図２（ａ）に示すようにテーパ加工を施し、テーパ面１Ａｃを備えた導電性基材１Ａを形成する。

（ｃ２）次に、絶縁層形成工程として、導電性基材１Ａの第１面１ａ上およびテーパ面１Ａｃ上に絶縁層７Ａを形成する。絶縁層７Ａは、図２（ｂ）に示すように、酸化アルミニウム（アルミナ）の粉末７１を溶射法を用いて堆積させることにより形成される。具体的には、大気もしくは減圧下の雰囲気において、マスクＭによって不要な部位への付着を防止しつつ、導電性基材１Ａに向けて一方向から原料粉末７１が溶射される。この際の原料粉末７１としては、代表的には、α−アルミナ粉末すなわちコランダム（例えば99.7％の純度のアルミナ粉）が用いられる。このようにして、図２（ｃ）に示すように、導電性基材１Ａの第１面１ａ上に絶縁層７Ａａが形成されるとともにテーパ面１Ａｃ上に絶縁層７Ａｂが形成された絶縁基板１Ａが作製される。この処理に用いられる溶射法としては絶縁材料の溶射に適するプラズマ溶射方法が採用されることが望ましいが、他の溶射法を用いることもできる。絶縁層７Ａの厚みは、溶射処理の条件のうち、原料粉末の供給速度と溶射時間とによって適宜調整され得る。

（ｃ３）次に、絶縁基板１１Ａを用いた半導体モジュール２１Ａの製造工程として、図２（ｄ）に示すように、封止用の成形樹脂５を用いて、絶縁基板１１Ａにおける絶縁層７Ａａの面が露出するようにして、導電性基材１Ａの第２面１ｂおよび側面を樹脂封止して、半導体モジュール２１Ａを形成する。

なお、この半導体モジュール２１Ａの製造工程は、より具体的には例えば次のように行なうことができる（図１（ａ）参照）。
まず、導電性基材１Ａの第２面１ｂ上に半導体回路素子２，２が搭載される。ここで、半導体回路素子２，２は、導電性基材１Ａの第２面１ｂにはんだ付けにより接合させる。このはんだ付けは、ペレット状のはんだを用いて水素還元が可能な炉において行なわれる。水素還元が可能な炉を使う理由は、水素還元によって導電性基材１Ａの第２面１ｂの酸化膜を除去して表面を活性化することにより、はんだとの濡れ性を向上させるためである。はんだ材料として、例えば、ＳｎＰｂＡｇからなる高温はんだ、ＳｎＡｇＣｕ系やＳｎＣｕＮｉ系からなる鉛フリーはんだが用いられる。はんだ付けの温度は、接合工程に用いられるはんだの融点に応じて適宜設定される。また、この接合のはんだ層にボイド（気泡）が残留すると熱抵抗が高くなる。そこで、本参考形態では、ボイドが生成されないように、はんだが溶融している状態で到達真空度が１０Ｔｏｒｒすなわち約１３３０Ｐａ以下となるように減圧し、そのまま温度を下げてはんだを固化させて接合を完了する。

次に、ボンデイングワイヤー４により半導体回路素子２，２とリードフレーム６との接続を行なう。このボンデイングワイヤー４による接続処理は、リードフレーム６および半導体回路素子２，２それぞれの接続パッド（図示しない）を公知の超音波接合法によって接続して行なわれる。

最後に、トランスファー成型方式によって樹脂による封止処理を行う。この封止処理は、まず、回路部品を（図示しない）金型の内部に配置する。この際、金型の温度を予め１７０〜１８０℃程度にしておく。次いで、適切な温度に予熱しておいた成型用樹脂をプランジャーにてその金型内に流し込む。この成型樹脂の材料は公知の任意の樹脂材料を用いることができる。本参考形態では、エポキシ樹脂に無機フィラーを混入させたものが採用される。なお、この成型樹脂の材料は、成型前にはタブレット状の外観になっている。無機フィラーとしては、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素からなる群の１種類以上の材質の粒子または粉体が適用可能である。成型樹脂の材質としては、他の要求性能を満たす限り熱伝導率が高いものほど望ましい。その一例としては、熱伝導率が０．５〜５Ｗ／ｍ・Ｋの材質が好適な材料として挙げられる。成型用樹脂を流し込んだ数十秒後には成型樹脂の硬化が開始する。この直後に成型樹脂によって封止された回路部品を金型から取り外した上で、後硬化（ボストキュア）処理が行われる。この後硬化処理は、成型樹脂によって封止された回路部品を恒温槽によって加熱することによって行なわれる。以上のようにして、封止処理が完了し、半導体モジュール２１Ａの製造工程が完了する。

（ｃ４）次に、半導体装置３１Ａの製造工程として、図２（ｅ）に示すように、半導体モジュール２１Ａを、ヒートシンク（金属部材）８に、絶縁層７Ａａの露出面がヒートシンク（金属部材）８に密着するようにして取り付けて、半導体装置３１Ａを形成する。

本発明の第１の参考形態による絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置における、絶縁層端面の傾斜角、すなわち導電性基材１Ａのテーパ面１Ａｃの傾斜角（テーパ角）θの違いが絶縁特性に及ぼす影響を調べるため、以下の通り、絶縁層端面の傾斜角の異なる絶縁構造の試料を作成し、それぞれの絶縁破壊特性を評価した。

まず、次のようにして絶縁構造の試料を作成した。すなわち、銅材（銅板）よりなる導電性基材１Ａの第１面１ａ側（図２参照）に酸化アルミニウム（アルミナ）の粉末７１を溶射することにより絶縁層７Ａを形成して絶縁基板１１Ａ（アルミナ溶射絶縁層付銅ブロック）を形成し、この絶縁基板１１Ａの側面部の沿面をエポキシ系の封止剤（成形樹脂）５で封止した後、この部材を硬化させて、図３に示す絶縁構造の試料を作成した。ここで、アルミナの溶射による絶縁層７Ａの膜厚は０．１２ｍｍとした。また、導電性基材１Ａのテーパ面１Ａｃの傾斜角θ（図１（ｂ）参照）については、４５°、６０°、７５°としたものをそれぞれ３個ずつ作成し、それぞれ試料Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３とした（表１参照）。

なお、試料Ａ１〜Ａ３（θ＝４５°）、Ｂ１〜Ｂ３（θ＝６０°）、Ｃ１〜Ｃ３（θ＝７５°）を構成する導電性基材１Ａとしては、いずれも、全体形状の大きさが同じもの、すなわち図２（ａ）における厚さ寸法Ｌ１、幅寸法Ｌ２および図示されない奥行き寸法がそれぞれ同じものを用いた。そして、試料Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３において絶縁基板１１Ａのヒートシンク（金属部材）８との接触面積が各試料とも同じになるように、図２（ａ）における導電性基材１Ａの第１面１ａでのテーパ加工後の残部の幅寸法Ｌ２ａおよび図示されない奥行き寸法がそれぞれ同じとなる条件でテーパ加工を行なった。

また、上記封止剤５としては、熱変形温度が１７５℃以上であり、熱膨張係数が１．５×１０^−５／℃〜１．８×１０^−５／℃であり、接着強さが１０〜３０MPaであるエポキシ樹脂を使用した。

上記のようにして作成した試料Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３について、絶縁破壊試験装置を用いて絶縁破壊試験を行なった。絶縁破壊試験では、各試料について、図３に示すように、銅粘着テープからなる電極２０１Ａおよび２０１Ｂをそれぞれ導電性基材１Ａの銅基板表面および絶縁層７Ａの表面に貼り付けて絶縁破壊試験を行ない、絶縁破壊特性として絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）を測定するとともに絶縁破壊箇所を目視にて確認した。なお、図３において２０２Ａ，２０２Ｂは絶縁破壊試験装置の電極を示している。

上記各試料について絶縁破壊特性を評価した結果を表１に示す。表１に示されるように、端面の傾斜角θが６０°以上の場合は、端面での絶縁破壊がなく、端面の傾斜角θが４５°の場合に比べて、より安定した絶縁破壊特性が得られた。この評価結果より、絶縁基板１１Ａ（アルミナ溶射絶縁層付銅ブロック）の側面部端面の傾斜角、すなわち、導電性基材１Ａ（銅ブロック）のテーパ面１Ａｃと、導電性基材１Ａの底面に対する垂直方向とのなす角度θとしては６０°〜７５°で特に良好な絶縁破壊特性が得られることが確認された。

なお、絶縁破壊特性に関する上述の評価結果に関し、絶縁基板１１Ａの側面部端面の傾斜角θが小さくなるほど（すなわち図２（ｅ）におけるヒートシンク（金属部材）８の面に対して側面部端面（傾斜面）が垂直に近くなるほど）、ヒートシンク８の面に接する絶縁基板１１Ａの角部（すなわち図２（ｅ）における丸枠Ｐ１内の部分）での電界集中がより起こり易くなるとともに、側面部端面（傾斜面）の絶縁性がより低いものになると考えられる。

また、試料Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３においてアルミナの溶射により導電性基材１Ａのテーパ面１Ａｃに形成された絶縁層７Ａｂの膜質としては、テーパ面１Ａｃの傾斜角θが４５°である試料Ａ１〜Ａ３で膜質の低下が確認されている。

一方、絶縁基板１１Ａの側面部端面の傾斜角θが大きくなるほど（すなわち図２（ｅ）におけるヒートシンク８の面に対して側面部端面（傾斜面）が平行に近くなるほど）、絶縁基板１１Ａを用いた半導体モジュールにおける成形樹脂５による樹脂封止性が低下する。

このため、絶縁基板の端面での絶縁破壊のない十分に安定した絶縁破壊特性が得られるとともに、この絶縁基板を用いた半導体モジュールにおける樹脂封止性も十分に良好なものとなるような傾斜角θの範囲としては、５０°〜７０°が特に好適と考えられる。
＜第２の参考形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の第２の参考形態について説明する。

（ａ）絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の構成例：
図４は、第２の参考形態による絶縁基板１１Ｂ、半導体モジュール２１Ｂおよび半導体装置３１Ｂの構成を示す断面図であって、図４（ａ）は全体構成を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＣ２部の拡大断面図である。

図４に示すように、導電性基材１Ｂの第１面１ａ（図における下面）上に、絶縁層７Ｂが形成されている。これに対し、導電性基材１Ｂの第２面１ｂ（図における上面）には、直接的または間接的に接するように半導体回路素子２，２が搭載されている。

より具体的には、第２の参考形態においては、この導電性基材１Ｂは銅板により作製される。導電性基材１Ｂの形状は、例えば、概ね１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有する平板状であり、その平面視において正方形または長方形である。絶縁層７Ｂは、酸化アルミニウム（アルミナ）の粉末７１を溶射法により堆積させて形成された層または膜（以下、総称して、単に「層」ともいう）である。そして、絶縁層７Ｂは、導電性基材１Ｂの第１面１ａ上に酸化アルミニウムの粉末７１を溶射することによって８０〜３００μｍの厚みを有するように形成される。絶縁層の厚みとしては上記の８０〜３００μｍが好適であり、この範囲の厚みとすれば、絶縁層自体（バルク）の耐電圧特性が十分なものとなるとともに、絶縁層の伝熱抵抗が十分に低くなるようにすることができる。

導電性基材１Ｂは、第１面１ａ側の角部に切り欠き部１Ｂｃを有し、第１面１ａ上の絶縁層７Ｂは、導電性基材１Ｂと接する部位よりも外側に延在してなるように構成されている。そして、導電性基材１Ｂの第１面１ａ側に，絶縁層７Ｂを備えた絶縁層付き導電性基材として絶縁基板１１Ｂが構成される。

なお、後述するように、上記絶縁層７Ｂが形成された後に『熱処理』を施して絶縁層の熱伝導率を高めるようにすることが好ましい。この『熱処理』を施した後の絶縁層の結晶構造をＸ線回折装置によって分析すると、酸化アルミニウムの六方晶系の回折ピークを確認することができる。

絶縁基板１１Ｂ、半導体回路素子２，２、リードフレーム６、およびボンデイングワイヤー４が成形樹脂５によって封止されてなる半導体モジュール２１Ｂの構成は、上述の第１の参考形態において半導体モジュール２１Ａについて説明した構成と同様である。

そして、半導体モジュール２１Ｂはヒートシンク８に絶縁層７Ｂの露出面が密着するようにして取付けられて、半導体装置３１Ｂが構成される。
（ｂ）絶縁基板における側面部端面の絶縁性：
図４（ｂ）に示す絶縁基板１１Ｂにおける側面部端面の絶縁構造では、「絶縁層７Ｂの導電性基材１Ｂと接する部位よりも外側に延在している部分の厚さｄＢ２」が「第１面１ａ上の絶縁層７Ｂの厚さｄ」と等しい場合、「導電性基材１Ｂとヒートシンク８との間の絶縁沿面距離ｄＢ＝ｄＢ１＋ｄＢ２」は、「導電性基材１Ｂと接する部位よりも外側に延在している絶縁層７Ｂの延在長ｄＢ１」の分だけ「第１面１ａ上の絶縁層７Ｂの厚さｄ」より大きい沿面距離となる。

このように、第２の参考形態では、上述の第１の参考形態と同様に、導電性基材１Ｂとヒートシンク８との絶縁沿面距離を絶縁層７Ｂの厚さよりも大きくして、絶縁基板１１Ｂにおける側面部端面の絶縁性を向上させることができる。そして、このような絶縁基板１１Ｂを用いた半導体モジュール２１Ｂに例えばヒートシンクなどの金属部材８を取付けて構成される半導体装置３１Ｂは、より優れた絶縁性を備えたものとなる。

（ｃ）絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の製造方法の構成例：
図５は、第２の参考形態による絶縁基板１１Ｂ、半導体モジュール２１Ｂおよび半導体装置３１Ｂの製造方法の構成例を工程順に示す断面図である。なお、図５（ｄ）、図５（ｅ）では、半導体モジュール２１Ｂの構成要素のうち、ボンデイングワイヤー４、リードフレーム６の図示は省略している。

（ｃ１）まず、概ね１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有する銅板などの平板状導電性部材を、例えばプレス加工により打ち抜いて、導電性基材として必要な形状に成形し、導電性基材１を得る。

（ｃ２）次に、絶縁層形成工程として、導電性基材１の第１面１ａ上に絶縁層７Ｂを形成する。絶縁層７Ｂは、図５（ａ）に示すように、酸化アルミニウム（アルミナ）の粉末７１を溶射法を用いて堆積させることにより形成される。具体的には、大気もしくは減圧下の雰囲気において、マスクＭによって不要な部位への付着を防止しつつ、導電性基材１Ａに向けて一方向から原料粉末７１が溶射される。この際の原料粉末７１としては、代表的には、α−アルミナ粉末すなわちコランダム（例えば99.7％の純度のアルミナ粉）が用いられる。このようにして、図５（ｂ）に示すように、導電性基材１の第１面１ａ上に絶縁層７Ｂが形成される。この処理に用いられる溶射法としては絶縁材料の溶射に適するプラズマ溶射方法が採用されることが望ましいが、他の溶射法を用いることもできる。絶縁層７Ｂの厚みは、溶射処理の条件のうち、原料粉末の供給速度と溶射時間とによって適宜調整され得る。

（ｃ３）次に、切り欠き加工工程として、図５（ｃ）に示すように、導電性基材１の第１面１ａ側の角部の全周に凹状の切り欠き部１Ｂｃを形成する。この切り欠き部１Ｂｃを形成する加工は、機械的な切削加工、エッチング加工のどちらでも良い。

この切り欠き加工によって、導電性基材１は、第１面１ａ側の角部に切り欠き部１Ｂｃを有する導電性基材１Ｂとなる。そして、導電性基材１Ｂの第１面１ａ側に，導電性基材１Ｂと接する部位よりも外側に延在してなる絶縁層７Ｂを備えた絶縁層付き導電性基材として絶縁基板１１Ｂが構成される。

（ｃ４）次に、絶縁基板１１Ｂを用いた半導体モジュール２１Ｂの製造工程として、図５（ｄ）に示すように、封止用の成形樹脂５を用いて、絶縁基板１１Ｂにおける絶縁層７Ｂの面が露出するようにして、導電性基材１Ｂの第２面１ｂおよび側面を樹脂封止して、半導体モジュール２Ｂを形成する。

なお、この半導体モジュール２１Ｂの製造工程のより具体的な構成は、上述の第１の参考形態において半導体モジュール２１Ａの製造工程について説明した具体的な構成と同様である。

（ｃ５）次に、半導体装置３１Ｂの製造工程として、図５（ｅ）に示すように、半導体モジュール２１Ｂを、ヒートシンク（金属部材）８に、絶縁層７Ｂの露出面がヒートシンク（金属部材）８に密着するようにして取り付けて、半導体装置３１Ｂを形成する。
＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（ａ）絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の構成例：
図６は、実施形態による絶縁基板１１Ｃ、半導体モジュール２１Ｃおよび半導体装置３１Ｃの構成を示す断面図であって、図６（ａ）は全体構成を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＣ３部の拡大断面図である。

図６に示すように、導電性基材１Ｃの第１面１ａ（図における下面）上に、絶縁層７Ｃａが形成されている。これに対し、導電性基材１Ｃの第２面１ｂ（図における上面）には、直接的または間接的に接するように半導体回路素子２，２が搭載されている。

より具体的には、実施形態においては、この導電性基材１Ｃは銅板により作製される。導電性基材１Ｃの形状は、例えば、概ね１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有する平板状であり、その平面視において正方形または長方形である。絶縁層７Ｃａは、酸化アルミニウム（アルミナ）の粉末７１を溶射法により堆積させて形成された層または膜（以下、総称して、単に「層」ともいう）である。そして、絶縁層７Ｃａは、導電性基材１Ｃの第１面１ａ上に酸化アルミニウムの粉末７１を溶射することによって８０〜３００μｍの厚みを有するように形成される。絶縁層の厚みとしては上記の８０〜３００μｍが好適であり、この範囲の厚みとすれば、絶縁層自体（バルク）の耐電圧特性が十分なものとなるとともに、絶縁層の伝熱抵抗が十分に低くなるようにすることができる。

導電性基材１Ｃは、第１面１ａ側の角部に切り欠き部１Ｃｃを有し、この切り欠き部１Ｃｃ上にも，セラミックス粉末７１の溶射による絶縁層７Ｃｂが第１面１ａ上の絶縁層７Ｃａと連続するようにして形成されている。そして、導電性基材１Ｃの第１面１ａ側に，絶縁層７Ｃａおよび絶縁層７Ｃｂからなる絶縁層７Ｃを備えた絶縁層付き導電性基材として絶縁基板１１Ｃが構成される。ここで、導電性基材１Ｃにおける切り欠き部１Ｃｃの底面は、第１面１ａと平行な面として形成しておくことが好ましい。

なお、後述するように、上記絶縁層７Ｃが形成された後に『熱処理』を施して絶縁層の熱伝導率を高めるようにすることが好ましい。この『熱処理』を施した後の絶縁層の結晶構造をＸ線回折装置によって分析すると、酸化アルミニウムの六方晶系の回折ピークを確認することができる。

絶縁基板１１Ｃ、半導体回路素子２，２、リードフレーム６、およびボンデイングワイヤー４が成形樹脂５によって封止されてなる半導体モジュール２１Ｃの構成は、上述の第１の参考形態において半導体モジュール２１Ａについて説明した構成と同様である。

そして、半導体モジュール２１Ｃはヒートシンク８に絶縁層７Ｃの露出面が密着するようにして取付けられて、半導体装置３１Ｃが構成される。
（ｂ）絶縁基板における側面部端面の絶縁性：
図６（ｂ）に示す絶縁基板１１Ｃにおける側面部端面の絶縁構造では、「導電性基材１Ｃとヒートシンク８との間の絶縁沿面距離ｄＣ＝ｄＣ１＋ｄＣ２」は、「切り欠き部１Ｃｃにおける第１面１ａからの切り欠き深さ長ｄＣ１」の分だけ「絶縁層７Ｃａの厚さｄ（＝ｄＣ２）」よりも大きい沿面距離となる。

このように、実施形態では、上述の第１の参考形態と同様に、導電性基材１Ｃとヒートシンク８との絶縁沿面距離を絶縁層７Ｃａの厚さよりも大きくして、絶縁基板１１Ｃにおける側面部端面の絶縁性を向上させることができる。そして、このような絶縁基板１１Ｃを用いた半導体モジュール２１Ｃに例えばヒートシンクなどの金属部材８を取付けて構成される半導体装置３１Ｃは、より優れた絶縁性を備えたものとなる。

（ｃ）絶縁基板、半導体モジュールおよび半導体装置の製造方法の構成例：
図７は、実施形態による絶縁基板１１Ｃ、半導体モジュール２１Ｃおよび半導体装置３１Ｃの製造方法の構成例を工程順に示す断面図である。なお、図７（ｅ）、図７（ｆ）では、半導体モジュール２１Ｃの構成要素のうち、ボンデイングワイヤー４、リードフレーム６の図示は省略している。

（ｃ１）まず、概ね１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有する銅板などの平板状導電性部材を、例えばプレス加工により打ち抜いて、導電性基材として必要な形状に成形し、さらに、必要な形状に成形された導電性基材の第１面１ａ側の角部の全周に切り欠き部１Ｃｃを形成し、導電性基材１Ｃを得る。この切り欠き部１Ｃｃを形成する加工は、機械的な切削加工、エッチング加工のどちらでも良い。

（ｃ２）次に、絶縁層形成工程として、導電性基材１Ｃの第１面１ａ上および切り欠き部１Ｃｃ上に絶縁層（溶射層）７Ｃ１を形成する。絶縁層（溶射層７Ｃ１）は、図７（ｂ）に示すように、酸化アルミニウム（アルミナ）の粉末７１を溶射法を用いて堆積させることにより形成される。具体的には、大気もしくは減圧下の雰囲気において、マスクＭによって不要な部位への付着を防止しつつ、導電性基材１Ｃに向けて一方向から原料粉末７１が溶射される。この際の原料粉末７１としては、代表的には、α−アルミナ粉末すなわちコランダム（例えば99.7％の純度のアルミナ粉）が用いられる。このようにして、図７（ｃ）に示すように、導電性基材１Ｃの第１面１ａ上に絶縁層（溶射層）７Ｃ１ａが形成されるとともに切り欠き部１Ｃｃ上に絶縁層（溶射層）７Ｃ１ｂが形成される。この処理に用いられる溶射法としては絶縁材料の溶射に適するプラズマ溶射方法が採用されることが望ましいが、他の溶射法を用いることもできる。絶縁層（溶射層）７Ｃ１の厚みは、溶射処理の条件のうち、原料粉末の供給速度と溶射時間とによって適宜調整され得る。

（ｃ３）次に、研削工程として、図７（ｃ）におけるＤ１−Ｄ１線で示すレベルまで、第１面１ａ上に形成された絶縁層（溶射層）７Ｃ１ａを研削して、第１面１ａ上の絶縁層７Ｃａと切り欠き部１Ｃｃ上の絶縁層７Ｃｂとの面を揃える。このようにして、図７（ｄ）に示すように、導電性基材１Ｃの第１面１ａ側に，絶縁層７Ｃａおよび絶縁層７Ｃｂからなる絶縁層７Ｃを備えた絶縁基板１１Ｃが作製される。

（ｃ４）次に、絶縁基板１１Ｃを用いた半導体モジュール２１Ｃの製造工程として、図７（ｅ）に示すように、封止用の成形樹脂５を用いて、絶縁基板１１Ｃにおける絶縁層７Ｃの面が露出するようにして、導電性基材１Ｃの第２面１ｂおよび側面を樹脂封止して、半導体モジュール２１Ｃを形成する。

なお、この半導体モジュール２１Ｃの製造工程のより具体的な構成は、上述の第１の参考形態において半導体モジュール２１Ａの製造工程について説明した具体的な構成と同様である。

（ｃ５）次に、半導体装置３１Ｃの製造工程として、図７（ｆ）に示すように、半導体モジュール２Ｃを、ヒートシンク（金属部材）８に、絶縁層７Ｃの露出面がヒートシンク（金属部材）８に密着するようにして取り付けて、半導体装置３１Ｃを形成する。

（ｄ）絶縁基板の製造方法の異なる構成例：
図８は、実施形態による絶縁基板１Ｃの製造方法の異なる構成例を工程順に示す断面図である。

（ｄ１）まず、概ね１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有する銅板などからなり,第１面１０１ａおよび第２面１０１ｂを有する導電性板状部材１０１Ｃの第１面１０１ａに対する切り欠き溝形成工程として、図８（ａ）に示すように、導電性板状部材１０１Ｃを複数の導電性基材に分離する（図８（ａ）では図示されない）分離線に沿って、この分離線を中心線とした切り欠き溝１０１Ｃｃを形成する。

（ｄ２）次に、絶縁層形成工程として、図８（ｂ）に示すように例えばプラズマ溶射方法によってセラミックス粉末７１を溶射することにより、図８（ｃ）に示すように、導電性板状部材１０１Ｃの第１面１０１ａ上および切り欠き溝１０１Ｃｃ上に絶縁層（溶射層）１０７Ｃ１を形成する。この絶縁層形成工程における溶射方法の具体的構成は、図７（ｂ）で説明した具体的構成と同様であるが、個別の導電性基材１Ｃに対する溶射処理ではなく、複数の導電性基材１Ｃに分離する前の導電性板状部材１０１Ｃに対する溶射処理である点が異なっている。

（ｄ３）次に，研削工程として、図８（ｃ）におけるＤ２−Ｄ２線で示すレベルまで絶縁層（溶射層）１０７Ｃ１を研削して、第１面１０１ａ上の絶縁層１０７Ｃａと切り欠き溝１０７Ｃｃ上の絶縁層１０７Ｃｂとの面を揃えて，絶縁層付き導電性板状部材１１１Ｃを形成する。

（ｄ４）次に、分離工程として、図８（ｄ）における白抜き矢印線Ｓで示すように、絶縁層付き導電性板状部材１１１Ｃを上記分離線に沿って切断し、図８（ｅ）に示す複数の絶縁基板１１Ｃに分離する。

図８に示す上記の製造方法は、複数の導電性基材に対する溶射を１回の処理で行なうことができるので、絶縁層形成工程での省力化を考慮した場合、絶縁板１１Ｃをより低コストで製造可能とする上で好適である。
［本発明の実施形態の構成と他の構成例との対比］
（イ）本発明による絶縁基板（絶縁層付き導電性基材）の具体的構成を第１、第２の参考形態および実施形態に示したが、第１、第２の参考形態および実施形態とは異なる他の構成例として、例えば、図１０（ｂ）に示すように、導電性基材１における側面部の端面の一部にも破線で示すような絶縁層７ｂを絶縁層７と連続するようにして形成することにより、導電性基材１とヒートシンク８との間の絶縁沿面距離を大きくした構成の絶縁基板を適用することもできる。
（ロ）しかしながら、図１０（ｂ）において、導電性基材１の第１面１ａに加えて側面部の端面にまでセラミックス粉末を溶射して絶縁層を形成する場合、導電性基材１の第１面１ａに正対する方向に原料粉末を溶射させるだけでは、側面部の端面に溶射膜を形成することはできない。このため、導電性基材１の第１面１ａに正対する方向に対して直交する方向あるいは斜め方向に沿って原料粉末を溶射して側面部の端面に溶射膜を形成することになるが、このような溶射を行なうには、複数方向の溶射ノズルを組合せた複雑な構成の溶射装置が必要となる。

この点において、第１、第２の参考形態および実施形態に示した絶縁基板の構成は、いずれも、導電性基材の第１面１ａに正対する方向に原料粉末を溶射させるだけで必要な溶射膜の形成が可能であるため、図１０（ｂ）に示す上記構成に比べてより簡素な構成の溶射装置でもって製造することができ、この点でより好適である。
（ハ）また、実施形態による絶縁基板１１Ｃは、例えば図８に示すように、複数の導電性基材に分離する前の状態にある導電性板状部材に対してその第１面１０１ａに正対する方向に沿ってセラミックス粉末を溶射することにより絶縁層を形成した後に、個別の導電性基材に切断，分離する製造方法も適用可能である。一方、図１０（ｂ）に示す上記構成は、導電性基材１の第１面１ａに正対する方向に対して直交する方向あるいは斜めの方向に沿ってセラミックス粉末を溶射して側面部の端面に溶射膜を形成する構成であるため、その製造方法として、複数の導電性基材に分離する前の状態にある導電性板状部材に対してセラミックス粉末を溶射することにより絶縁層を形成した後に、個別の導電性基材に切断，分離する製造方法は適用し難い。この点に関し、溶射による絶縁層形成工程での省力化を考慮した場合、実施形態の構成は、絶縁基板（絶縁層付き導電性基材）をより低コストで製造可能とする上で好適である。

[本発明の実施形態における絶縁層の構成例]
（イ）上述の第１、第２の参考形態および実施形態では、セラミックス粉末として特に酸化アルミニウムの粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板（絶縁層付き導電性基材）について説明したが、このような絶縁基板を備えた半導体モジュールにヒートシンクを取り付けて半導体装置を構成する場合、この絶縁層には高い熱伝導率と高い絶縁性とが必要となる。

（ロ）本発明の出願人と同一の出願人による特許出願（特願２００９−２６６２６４号）に示されているように、まず、本発明者が、導電性基材に絶縁層を形成する手法として溶射法に着目したのは、層の形成コストが低廉であるばかりでなく、パターン形成も容易なためである。具体的には、本発明者は、まず、絶縁層に適する材料である酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）の粉末をプラズマ溶射法によって層状または膜状になるように導電性基材に形成した。その上で、その溶射された絶縁層を利用することにより、半導体モジュールとして望ましい絶縁性と熱伝導率とが確保され得るかどうかについて調査を行った。その結果、本発明者は、溶射によって形成した酸化アルミニウムの絶縁層を利用して最終的な半導体モジュールを作製した多くの場合に、絶縁層自体の熱伝導率が概ね３〜４Ｗ／ｍ・Ｋにとどまるという問題があることを見出した。ちなみに、溶射ではなく焼成によって作られるタイプの酸化アルミニウム（アルミナの焼結体）における熱伝導率は、通常約２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度となる。それにもかかわらず溶射されたままの絶縁層では、上述のように熱伝導率が３〜４Ｗ／ｍ・Ｋ、すなわちアルミナ焼結体の約１／５以下にとどまってしまう。従って、たとえ簡便かつ低コストな溶射法を用いたとしても、この程度の熱伝導率の絶縁層を利用して十分に小さい熱抵抗を実現することは難しい。というのは、絶縁層の厚みを薄くしなければならず、その結果、十分な絶縁性を確保し得ないからである。

（ハ）上述のような問題を生じさせるメカニズムを明らかにするために、本発明者は溶射によって形成された絶縁層の構造に着目してさらに調査と解析を行なった。まず、溶射によって生成された層には一般に気孔が多く含まれる点に注目した。気孔が含まれることは、原料粉末を加熱して溶融した原料粉末の噴流を形成し、その噴流を対象物に吹き付けるという溶射法の手法を採用する限り、避けがたい。ここで、このような気孔が上述の熱伝導率の低下の原因といえるなら、気孔率を小さくするような層の形成条件を採用することによって熱伝導率の低下は緩和されるはずである。ところが実際には、気孔率の増大が熱伝導率の低下にある程度関連はするものの、気孔だけでは上述のような大幅な熱伝導率の低下を説明できないことが判明した。すなわち、上述の熱伝導率低下の主たる原因は気孔の生成以外にあるようであった。

（ニ）この調査結果を受けて、本発明者は、溶射によって形成された絶縁層においては、材質そのものが何らかの影響を受けているとの考えに至った。特に、本発明者は、酸化アルミニウムの粉末が溶射の際に瞬間的に融解してそのまま基材に吹き付けられるために熱的および機械的なストレスを受けていて、これが絶縁層の材質の熱伝導率を低下させている原因であると推測している。
（ホ）さらに、本発明者は、絶縁層が溶射によって形成される際に受ける作用を考慮して、絶縁層の熱伝導率の値を高める手法を鋭意検討した。その結果、本発明者は、溶射によって形成した絶縁層に対して「熱処理またはアニール処理」（以下、単に『熱処理』ともいう）を施すことにより、その絶縁層の熱伝導率が上昇することを見出した。より具体的には、溶射によって熱伝導率が一旦３〜４Ｗ／ｍ・Ｋとなった絶縁層であっても、その後に『熱処理』を施すことにより、熱伝導率を約１０Ｗ／ｍ・Ｋにまで高めることができることを確認した。絶縁層に『熱処理』を施して熱伝導率を上昇させた絶縁層を用いれば、半導体モジュールの熱抵抗を容易に低減させることが可能となる。

このため、本発明における絶縁層としては、導電性基材の第１面上に酸化アルミニウムの粉末を溶射して形成され、『熱処理』によって熱伝導率が高められている絶縁層であることが好ましい。
（ヘ）なお、本発明者の推測によれば、熱伝導率が溶射によって低下し、『熱処理』によって上昇する現象には、以下のような機構が作用しているようである。まず、上述の溶射によって形成したままの酸化アルミニウムの層では、原料の粉末に比べて結晶構造が変化している。より詳しくは、酸化アルミニウムの原子配列が、もともとの溶射前の原料である酸化アルミニウムの粉末（すなわちコランダム）の構造である六方晶系から、溶射によってアモルファス状態または立方晶またはγ−アルミナへと変化している。この状態では、熱伝導率は小さい値となる。そして、その後の『熱処理』によって、溶射された絶縁層の結晶構造が六方晶系となる。この六方晶系になっている絶縁層では、熱伝導率が本来の値に近づき、その熱伝導率が高まる。なお、ここでは、絶縁層の結晶構造がすべて六方晶系となるとは限らず、原子配列をアモルファス状態や軸長の長い立方晶といった種類ごとに分類したときに、六方晶系となっている結晶構造の割合、特に、α−アルミナの割合が『熱処理』によって増加することによって熱伝導率が上昇している可能性もあると考えている。すなわち、本発明者は、絶縁層の結晶構造を六方晶系とするもしくはその割合を高めることによって、絶縁層を用いる半導体モジュールの熱抵抗が低減されることを見出した。

このため、本発明における絶縁層としては、導電性基材の第１面上に酸化アルミニウムの粉末を溶射して形成され、六方晶系の結晶構造を有する絶縁層であることが好ましい。
（ト）これらの態様により、酸化アルミニウムの絶縁層の熱伝導率は、溶射して形成したのみの場合（３〜４Ｗ／ｍ・Ｋ程度）に比べて高くなり、例えば１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となる。このような絶縁層を放熱経路に有する半導体モジュールにヒートシンクを取付けて半導体装置を構成した場合、良好な放熱性を実現することができる。
（チ）なお、上述の『熱処理』の具体的構成としては、酸化アルミニウムの粉末を溶射して導電性基材の一方の面（第１面）上に絶縁層が形成された絶縁基板を、炉または対流式オーブンによって加熱する『熱処理工程』を設ける。この『熱処理』は、大気または窒素を雰囲気として、５００℃以上１０８４℃（銅の融点）以下のいずれかの温度によって行なう。なお、前述の温度は、『熱処理』中に絶縁層が到達する温度である。この『熱処理』によって、絶縁層の原子配列が六方晶となり、その熱伝導率が高められた絶縁層が得られる。

そして、上述の第１、第２の参考形態および実施形態で説明した絶縁基板１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの製造方法において、酸化アルミニウムの粉末を溶射して導電性基材の一方の面（第１面）上に絶縁層が形成された後の処理工程として上記『熱処理工程』を設けるとよい。
［変形例］
以上に説明した本発明の第１、第２の参考形態および実施形態は、具体的な実施の態様に応じて種々の変形を行なうことができる。
（イ）本発明では、導電性基材の第１面にセラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板における側面部端面の絶縁性を向上させるための絶縁構造として、「導電性基材と金属部材との絶縁沿面距離」が重要であるが、絶縁層自体（バルク）の耐電圧特性も十分なものとしておく上で「絶縁層の厚み」も重要である。

導電性基材の第１面１ａに形成される絶縁層の厚みは、半導体モジュールおよび半導体装置の用途に依存して適宜調整される。例えば、パワー半導体の半導体モジュールでは、絶縁層の厚みの下限値として好ましい値は１０μｍである。また、絶縁層の厚みの上限値として好ましい値は、特に高電圧にて用いる半導体モジュールでは、例えば５００μｍであり、それ以外の場合には、例えば２００μｍである。より具体的には、絶縁層が厚み２００μｍとなるように形成されると、５ｋＶ以上の交流破壊電圧と、１２００Ｖの定格電圧とを共に実現するようなパワー素子の半導体モジュールを実現することができる。

（ロ）また、絶縁層の熱伝導率は、典型的には、『熱処理』の条件を変更することによって種々変更することができる。例えば、炉において『熱処理』を行なう場合に『熱処理』の温度を高めると、一般に、絶縁層の熱伝導率が高くなる。また、仮に同じ温度であっても、『熱処理』の時間を長くすると、その熱伝導率が高くなる。

この『熱処理』による絶縁層の到達温度は、例えば１０００℃とすることができる。それ以外にも、例えば１５００℃とすることができる。また、ここでの『熱処理』は、典型的には、導電性基材に絶縁層が溶射された後に行われるが、本発明の実施の形態は、そのような順序を限定するものではない。

（ハ）導電性基材の材質、形状および製法は、半導体回路素子に流す電流量などの電気的要件、発熱量などの熱的要件、重量やサイズなどの形状的要件などに応じて変更することができる。この導電性基材の材質の決定には、上述の絶縁層の『熱処理』の温度を考慮することもできる。すなわち、上述の実施形態では銅板を用いる導電性基材を説明したが、導電性基材はこれに限定されない。典型的には、アルミニウム基板、鉄基板、モリブデン基板、銅の合金による基板、あるいは板状ではない基材が用いられ得る。これらの基材の材質は、熱伝導率や熱膨張率など作製時または動作時の熱物性観点など種々の条件を加味して選択される。

（ニ）また、上述の実施形態および各参考形態では、導電性基材は、板状で正方形または長方形の形状のものを用いて説明したが、導電性基材の形状がそれらの形状に限定されるものではない。板状でないものとしては、ブロック形状またはアングル形状の基材が用いられ得る。さらに、導電性基材の形状を板状のものに限ったとしても、その平面形状はさまざまな形状とすることができる。例示すれば、正方形の個別の領域を頂点部分で互いにつなげた形状、あるいは長方形の外形とくり貫いた開口部とを持つ形状を採用することも可能である。そして、このような基材は、上述のプレス加工を用いて形状が切り出されてもよいが、その加工方法も特に限定されない。また、導電性基材における第１面および第２面は、必ずしも板状基板の厚みを規定する二つの主面に限定されるものではない。

（ホ）上述の実施形態および各参考形態において、半導体回路素子を導電性基材に接合する態様は特段限定されない。上述のはんだペレットによる接合のほか、クリームはんだによる接合、銀ペーストなどのダイボンド樹脂材による接合、ダイボンドフィルムによる接合、導電性接着剤による接合などの任意の接合手法を用いることができる。

（ヘ）上述の実施形態および各参考形態は、半導体回路素子（チップまたはダイ）の種類を特段限定するものではない。例えば、半導体ウエハーからＩＧＢＴやＭＯＳ等のトランジスタ素子、またはダイオード素子といった回路要素を切り出すことにより、単一の回路要素を搭載する半導体モジュールを形成することができる。また、図１（ａ）に示す半導体モジュール２１Ａのように、複数の半導体回路素子が単一片の導電性基材に搭載されるときであっても、半導体回路素子の種類は任意に組み合わせることができる。例えば、同一種類の半導体を並列や直列またはそれらの組み合わせの形態によって接続して、電流容量をさまざまに設定することができる。種類の異なる半導体素子を用いる例として、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）とすることができる。すなわち、インバータ用途のＩＧＢＴと、そのＩＧＢＴとは別種の半導体回路素子である還流ダイオードまたはフリーホイーリングダイオードとを単一片の導電性基材に搭載する構成とすることができる。また、種類の異なる半導体素子を用いる別の例として、コンバータのためのダイオードとインバータのためのトランジスタとを同一の基材に搭載することにより、小型の半導体モジュールを実現することができる。

（ト）上述の実施形態および各参考形態において、成形樹脂による封止を説明したが、他の封止手法を用いるように実施することができる。具体的には、例えば、固化される樹脂のみならず、シリコーンゲルなどの流動性を有する封止剤を用いることができる。
（チ）上述の実施形態および各参考形態において、セラミックス粉末として特に酸化アルミニウムの粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板について説明したが、本発明は、酸化アルミニウム以外のセラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板にも適用可能である。

１,１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：導電性基材
１ａ：第１面
１ｂ：第２面
１Ａｃ：テーパ面
１Ｂｃ，１Ｃｃ：切り欠き部
２：半導体回路素子
４：ボンデイングワイヤー
５：封止剤（成形樹脂）
６：リードフレーム
７，７Ａ，７Ａａ，７Ａｂ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｃａ，７Ｃｂ：絶縁層
７Ｃ１，７Ｃ１ａ，７Ｃ１ｂ：絶縁層（溶射層）
８：金属部材（ヒートシンク）
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ：絶縁基板（絶縁層付き導電性基材）
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ：半導体モジュール
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ：半導体装置
５１：セラミック絶縁基板
５３：セラミック基板
５４：金属板
５５：パワー半導体チップ
５６：はんだ層
５７：表回路板
５８：裏回路板
７１：原料粉末（酸化アルミニウムの粉末）
１０１Ｃ：導電性板状部材
１０１ａ：第１面
１０１ｂ：第２面
１０１Ｃｃ：切り欠き溝
１０７Ｃ,１０７Ｃａ，１０７Ｃｂ：絶縁層
１０７Ｃ１，１０７Ｃ１ａ,１０７Ｃ１ｂ：絶縁層（溶射層）
１１１Ｃ：絶縁層付き導電性板状部材
２０１Ａ，２０１Ｂ：電極（銅粘着テープ）
２０２Ａ，２０２Ｂ：絶縁破壊試験装置の電極
Ｍ：マスク
θ：テーパ面１Ａｃの傾斜角（テーパ角）

Claims (7)

1. 第１面および第２面を有する導電性基材の第１面上に、セラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を備えた絶縁基板であって、
   前記導電性基材の第２面に直接的または間接的に接して少なくとも1つ以上の半導体回路素子を搭載するとともに前記絶縁層の面に金属部材を密着して取り付けることにより半導体装置を構成するのに用いられる絶縁基板において、
   前記絶縁基板の側面部の構造を、前記絶縁層の面に前記金属部材を密着させて取り付けた状態における前記導電性基材と前記金属部材との絶縁沿面距離が前記絶縁層の厚さよりも大きくなるような構造とするとともに、
   前記導電性基材は、第１面側の角部に切り欠き部を有し、
   この切り欠き部にも、セラミックス粉末を溶射して形成された絶縁層を第１面上の絶縁層と連続するようにして備えてなる
   ことを特徴とする絶縁基板を製造するための製造方法であって、
   第１面および第２面を有する導電性板状部材の第１面に、前記導電性板状部材を複数の導電性基材に分離する分離線に沿って切り欠き溝を形成する切り欠き溝加工工程と、
   前記切り欠き溝加工工程の後、セラミックス粉末を溶射することにより導電性板状部材の第１面上および切り欠き溝に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
   前記絶縁層形成工程の後、前記絶縁層を研削して、第１面上の絶縁層と切り欠き溝の絶縁層との面を揃えて、絶縁層付き導電性板状部材を形成する研削工程と、
   前記研削工程の後、絶縁層付き導電性板状部材を前記分離線に沿って切断し、複数の前記絶縁基板に分離する分離工程とを備える
   ことを特徴とする絶縁基板の製造方法。
2. 請求項１に記載の絶縁基板の製造方法において、
   前記絶縁基板は、前記導電性基材における前記切り欠き部の前記第２面側には前記第１面と平行な底面が形成されている
   ことを特徴とする絶縁基板の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の絶縁基板の製造方法において、
   前記絶縁基板は、前記セラミックス粉末として酸化アルミニウムの粉末を用いるものであって、
   前記絶縁層は、前記酸化アルミニウムの粉末を溶射して形成され、熱処理によって熱伝導率が高められている絶縁層である
   ことを特徴とする絶縁基板の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の絶縁基板の製造方法において、
   前記絶縁基板は、前記セラミックス粉末として酸化アルミニウムの粉末を用いるものであって、
   前記絶縁層は、前記酸化アルミニウムの粉末を溶射して形成され、六方晶系の結晶構造を有する絶縁層である
   ことを特徴とする絶縁基板の製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の絶縁基板の製造方法において、
   前記絶縁基板は、前記絶縁層の厚さは、８０μｍ〜３００μｍである
   ことを特徴とする絶縁基板の製造方法。
6. 請求項１に記載の絶縁基板の製造方法において、
   前記セラミックス粉末として酸化アルミニウムの粉末を用いるものであって、
   前記絶縁層形成工程の後に、前記絶縁層を熱処理することによって前記絶縁層の熱伝導率を上昇させる工程を備える
   ことを特徴とする絶縁基板の製造方法。
7. 請求項１に記載の絶縁基板の製造方法において、
   前記セラミックス粉末として酸化アルミニウムの粉末を用いるものであって、
   前記絶縁層形成工程の後に、絶縁層の結晶構造を六方晶系にする工程を備える
   ことを特徴とする絶縁基板の製造方法。