半導体装置の製造方法
【課題】放熱性が高い封止樹脂の構造を低コストで実現する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法では、モールド金型４０に、複数のキャビティ４６Ａ−４６Ｃが連通領域４８Ａ、４８Ｂを介して連通している。そして、熱伝導性に優れた樹脂シート５２を、キャビティ４６Ａ−４６Ｃおよび連通領域４８Ａ、４８Ｂに渡るように配置し、この樹脂シート５２によりアイランド１２の下面を被覆している。従って、単一の樹脂シート５２により、複数のユニット５６Ａ−５６Ｃが備えるアイランド１２の下面が被覆されるので、簡素化された工程により放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法では、モールド金型４０に、複数のキャビティ４６Ａ−４６Ｃが連通領域４８Ａ、４８Ｂを介して連通している。そして、熱伝導性に優れた樹脂シート５２を、キャビティ４６Ａ−４６Ｃおよび連通領域４８Ａ、４８Ｂに渡るように配置し、この樹脂シート５２によりアイランド１２の下面を被覆している。従って、単一の樹脂シート５２により、複数のユニット５６Ａ−５６Ｃが備えるアイランド１２の下面が被覆されるので、簡素化された工程により放熱性に優れた半導体装置を製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体素子が樹脂封止されるリードフレーム型の半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源回路等を構成する半導体素子を樹脂封止した半導体装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７を参照して、この種の半導体装置１００の構成を説明する。図７（Ａ）は半導体装置１００の平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図である。
【０００４】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照して、半導体装置１００は、半導体素子１０４と、半導体素子１０４が実装されるアイランド１０２と、半導体素子１０４と接続されて一部が外部に導出するリード１１０と、これらを一体に被覆する封止樹脂１０８とを備えた構成と成っている。
【０００５】
半導体素子１０４は、例えばディスクリートのＭＯＳＦＥＴであり、裏面のドレイン電極がアイランド１０２に接続され、表面のゲート電極が金属細線１０６を介してリード１１０Ａと接続され、表面のソース電極が金属細線１０６を経由してリード１１０Ｃと接続されている。
【０００６】
また、封止樹脂１０８の側面からは、リード１１０Ａ〜１１０Ｃが導出しており、これらのリードを実装基板に挿入することにより、半導体装置１００は差込実装される。
【０００７】
半導体素子１０４として大電流のスイッチングを行うパワー素子が採用されると、半導体素子１０４から多量の熱が放出される。この熱による半導体装置１００の過熱を防止するために、図７（Ｂ）に示す封止樹脂１０８の裏面はヒートシンクに当接される。
【０００８】
上記した構成の製造方法は次の通りである。先ず、図７（Ａ）に示すアイランド１０２およびリード１１０を備えるリードフレームを用意する。そして、アイランド１０２に半導体素子１０４を固着した後に、半導体素子１０４の上面の電極とリード１１０Ａ、１１０Ｃとを金属細線１０６を経由して接続する。その後に、モールド金型を使用したトランスファーモールドにより、アイランド１０２、半導体素子１０４、金属細線１０６を樹脂封止する。
【０００９】
しかしながら、上記構成の半導体装置１００では、熱伝導性を向上しづらい問題があった。具体的には、図７（Ｂ）を参照して、半導体素子１０４が動作中に発する熱を良好に外部に放出させるためには、アイランド１０２を被覆する封止樹脂１０８の厚みを薄くすることが有効である。更にまた、封止樹脂１０８に含有されるフィラーの割合を増加させると、封止樹脂１０８の熱抵抗が低減されるので、装置全体の放熱性を向上させることができる。しかしながら、このようにすると、トランスファーモールドにより封止樹脂１０８を形成する工程にて、アイランド１０２の下方の領域が狭くなってしまう。この結果、アイランド１０２の下方に封止樹脂１０８が充填されずにボイドが発生する恐れがある。
【００１０】
この問題を回避するために、シート状の樹脂材料をアイランドの下面に配置する構造が開発されている（下記特許文献２）。この文献の図２およびその説明箇所を参照すると、半導体チップが収納される本体部２を外被体４で被覆し、更に本体部２の下面を熱伝導性薄膜シート５で被覆している。熱伝導性薄膜シート５として熱伝導性に優れる材料を採用することにより、装置全体の放熱性を向上している。
【００１１】
更に、封止材としてシート状の樹脂材料を用いるものとして、下記特許文献３に開示された技術がある。この文献の図１およびその説明箇所を参照すると、半導体ペレット２の上面および側面を樹脂封止体６により被覆し、半導体ペレット２の下面を絶縁性樹脂テープ４により被覆している。この様な構成により、樹脂封止体６と絶縁性樹脂テープ４は同等の樹脂材料からなるので、両者の間にクラックが生じづらい、という効果が奏されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−３２０００９号公報
【特許文献２】特開平１０−２８９９７０号公報
【特許文献３】特開平６−３３４１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献２に開示された技術では、図５およびの説明箇所からも明らかなように、各電子部品毎にモールド用の金型および熱伝導薄膜シート１２を用意しているので、工程数が増加し複雑なものと成り、製造コストが高くなる恐れがあった。
【００１４】
更に、上記特許文献３に記載された技術では、図２およびその説明箇所から明らかなように、各半導体装置毎に絶縁性樹脂テープ４をリードフレームに貼着する必要がある。従って、絶縁性樹脂テープ４を個別に貼り付ける工程が必要とされることにより製造コストが高くなる恐れがあった。
【００１５】
本発明は上述した問題を鑑みて成されたものである。本発明の主な目的は、放熱性が高い封止樹脂の構造を低コストで実現する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法は、複数のキャビティと、各々の前記キャビティに設けられたゲートおよびエアベントと、前記キャビティ同士を連通する連通領域とを有するモールド金型を用意する第１工程と、複数の前記キャビティおよび前記連通領域に渡り樹脂シートを配置し、半導体素子が実装されたアイランドおよび前記半導体素子と接続されたリードから成るユニットを前記キャビティに収納し、前記アイランドを前記樹脂シートに載置する第２工程と、前記各キャビティにて、前記樹脂シートを溶融させて第１封止樹脂とし、液状または半固形状の第２封止樹脂を前記ゲートから注入し、前記第１封止樹脂および前記第２封止樹脂からなる樹脂封止体で、前記各アイランドおよび前記半導体素子を樹脂封止する第３工程と、樹脂封止された前記ユニットを前記各キャビティから取り出した後に、前記連通領域で硬化した前記樹脂シートから成る残余部分を切除し、各ユニットを個別に分離する第４工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、放熱性が高い一枚の樹脂シートを用いて複数の半導体装置を製造することができるので、封止樹脂を介した放熱性の高い半導体装置を低コストで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の製造方法で製造される半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は側方から半導体装置を見た図である。
【図２】本発明の製造方法で製造される半導体装置が適用される半導体モジュールを示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は拡大された断面図であり、（Ｄ）はリードフレームを上方から見た平面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図７】背景技術の半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、本形態の製造方法により製造される半導体装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は半導体装置１０を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図であり、（Ｃ）は図１（Ａ）に示す半導体装置１０を矢印の方向から見た側面図である。
【００２０】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、半導体装置１０は、アイランド１２と、アイランド１２の上面に実装された半導体素子２０と、外部接続端子として機能するリード１４と、これらを一体的に被覆して機械的に支持する樹脂封止体１５とを主要に備えている。本形態では、樹脂封止体１５は第１封止樹脂１６と第２封止樹脂１８とから成る。第１封止樹脂１６はアイランド１２の下面を被覆する樹脂材料であり放熱性の高い材料からなる。第２封止樹脂１８は通常の樹脂封止に用いられる安価な樹脂材料から成る。
【００２１】
アイランド１２は、厚みが０．６ｍｍ程度の銅等の金属から成る導電材料を、エッチング加工やパンチング加工により所定形状に成形したものである。アイランド１２は、例えば縦×横＝１２．０ｍｍ×１４．０ｍｍ程度の矩形であり、実装される半導体素子２０よりも平面視で大きく形成される。
【００２２】
図１（Ａ）を参照して、アイランド１２の紙面上に於ける下側の側辺の中央部からは、外部に連続してリード１４Ｂが延在している。また、図１（Ｂ）を参照すると、アイランド１２を外部と絶縁させるために、アイランド１２の下面は第１封止樹脂１６により被覆されている。アイランド１２の裏面を被覆する第１封止樹脂１６の厚み（Ｌ１）は例えば０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下と非常に薄いので、半導体素子２０が動作することにより発生する熱は、アイランド１２および第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出される。この厚みＬ１を０．４ｍｍ未満とすると樹脂封止時に微小なボイド（ピンホール）が出現して耐圧性が劣化する恐れがあり、厚みＬ１を１．０ｍｍよりも長くすると放熱性が低下する恐れがある。また、この図に示す第１封止樹脂１６の厚みＬ１は、この部位の材料と成る樹脂シートの厚み（図４（Ｂ）に示すＬ２）よりも短い。この事項は、図４（Ｂ）を参照して後述する。
【００２３】
リード１４は、内蔵された半導体素子２０と電気的に接続され、一部が外部に露出して外部接続端子として機能している。具体的には、図１（Ａ）を参照して、リード１４は、リード１４Ａ−１４Ｃから成る。リード１４Ａ、１４Ｃは、金属細線３４を経由して半導体素子２０の上面に形成された電極と接続される。一方、中央のリード１４Ｂは、アイランド１２と一体的に連続している。リード１４Ｂは中間部が曲折加工されており、両端に位置するリード１４Ａ、１４Ｃは、曲折加工されていない平坦な形状である。そして、リード１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの外部に導出する部分は、同一平面上に位置している。また、リード１４Ａ〜１４Ｃを実装基板等の実装面に挿入することにより、半導体装置１０は差込実装される。
【００２４】
半導体素子２０は裏面に主電極を備えた半導体素子であり、具体的には、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が採用される。本実施の形態では、半導体素子２０としては、例えば１Ａ以上の大電流のスイッチングを行うパワー系の半導体素子（パワー素子）が採用される。
【００２５】
一例として、ＭＯＳＦＥＴが半導体素子２０として採用されると、下面のドレイン電極が導電性固着材を介してアイランド１２の上面に接続され、上面のゲート電極は金属細線３４を経由してリード１４Ａと接続され、上面のソース電極は金属細線３４を経由してリード１４Ｃと接続される。そして、半導体素子２０は、リード１４Ａから供給される制御信号に基づいて、リード１４Ｂおよびリード１４Ｃを通過する大電流のスイッチング動作を行う。
【００２６】
本形態では、アイランド１２および半導体素子２０を単一の樹脂材料により樹脂封止するのではなく、２種類の樹脂（第１封止樹脂１６および第２封止樹脂１８）により樹脂封止している。具体的には、第１封止樹脂１６はアイランド１２の下面を被覆している。一方、第２封止樹脂１８は、アイランド１２の残りの表面、半導体素子２０、金属細線３４およびリード１４の端部を被覆している。
【００２７】
第１封止樹脂１６は、フィラーが添加された樹脂材料から成る。ここで、樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ビフェニル系またはクレノボ系の樹脂等の熱硬化性樹脂が採用される。フィラーとしてはシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはこれらの混合物が採用される。第１封止樹脂１６にフィラーが含まれる割合は、例えば、８０重量％以上８５重量％以下である。この割合を８０重量％以上とすることにより、第１封止樹脂１６の熱抵抗を低減して、半導体素子２０が動作時に発生する熱を第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出できる。第１封止樹脂に採用されるフィラーとしては、アルミナまたはシリカが採用可能であるが、アルミナを採用することにより放熱性が向上する。また、フィラーの形状としては、破砕した形状、溶融した形状またはこれらを混合したものが採用される。この様な構成の第１封止樹脂１６の熱抵抗は、例えば０．１℃／Ｗと低いので、半導体素子２０が動作時に発する熱は、アイランド１２および第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出される。
【００２８】
更に、アイランド１２の下面全域が第１封止樹脂１６により被覆されてもよいが、本形態では、アイランド１２の下面の一部を第１封止樹脂１６により被覆し、他の下面は第２封止樹脂１８で被覆している。これにより、放熱性は高いが高価な第１封止樹脂１６の使用料が削減される。
【００２９】
具体的には、図１（Ｂ）を参照して、アイランド１２の中間部分には段差部が設けられており、紙面上にて段差部よりも左側の領域には半導体素子２０が実装され、段差部よりも右側の領域は高い部位に配置されている。
【００３０】
そして、第１封止樹脂１６は、少なくとも半導体素子２０が載置された部分のアイランド１２の下面を被覆している。実際は、半導体素子２０が実装される領域よりも若干広い部分のアイランド１２の下面を第１封止樹脂１６が被覆している。これにより、第１封止樹脂１６が形成される場所や、半導体素子２０が載置される場所に誤差が発生したとしても、半導体素子２０と第１封止樹脂１６とが平面的に重畳され、良好な放熱性が確保される。
【００３１】
第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６により被覆される部分以外のアイランド１２の表面、半導体素子２０、金属細線３４およびリード１４Ａ−１４Ｃの先端部分を被覆している。耐湿性等の信頼性に優れる第２封止樹脂１８によりリード１４を被覆することで、装置全体の信頼性が被覆される。また、第１封止樹脂１６の下面と、第２封止樹脂１８の下面とは、同一平面上に配置されている。
【００３２】
第２封止樹脂１８の材料は、第１封止樹脂１６と同様に、フィラーが添加された熱硬化性樹脂から成るが、含有されるフィラーの種類が異なる。第２封止樹脂１８に含まれるフィラーとしては、シリカまたはアルミが採用可能であるが、安価なシリカを採用することでコストが低減される。第２封止樹脂１８のフィラーの含有率は８０重量％以上８５重量％以下であり、第１封止樹脂１６と同等で良い。更に、第２封止樹脂１８に含まれるフィラーの形状も第１封止樹脂１６と同様で良い。ここで、第１封止樹脂１６および第２封止樹脂に含まれるフィラーが、共にシリカとアルミナとの混合物から成る場合、第１封止樹脂１６にアルミナが含まれる割合を第２封止樹脂１８よりも多くしても良い。
【００３３】
図１（Ｃ）を参照して、図１（Ａ）に示す矢印の方向から見たら、第１封止樹脂１６は、樹脂封止体１５の左端から右端に到るまで連続して配置されており、アイランド１２の下面全域を被覆している。更に、左右両端部では、第１封止樹脂１６の端部は側面に沿って上方に這い上がる構造を呈している。この理由は、板状の樹脂シートから第１封止樹脂１６を形成する際に、キャビティの側面下面に沿って樹脂シートを配置するからである。この事項は図４（Ｂ）を参照して後述する。
【００３４】
図２の断面図を参照して、次に、上記した構成の半導体装置１０が組み込まれた半導体モジュール１０Ａの構成を説明する。
【００３５】
この図に示す半導体モジュール１０Ａは、半導体装置１０と、半導体装置１０の下面に当接するヒートシンク２６とを備えている。ここで、半導体装置１０は、図示せぬビス等の固定手段を用いてヒートシンク２６の上面に固定される。この場合、ビスは半導体装置１０の樹脂封止体１５を貫通する。
【００３６】
ヒートシンク２６は、銅やアルミニウム等の金属から成り、半導体装置１０と面的に接触するために上面は平坦面であり、放熱性を向上させるために下部は異形形状とされている。尚、ヒートシンク２６に替えて、金属から構成されるセットの筐体を放熱手段として採用することも可能である。
【００３７】
本形態では、放熱性に優れる第１封止樹脂１６が半導体装置１０の下面に露出し、ヒートシンク２６の上面に当接している。従って、半導体素子２０が動作時に発生する熱は、アイランド１２、第１封止樹脂１６を経由して良好にヒートシンク２６に伝導した後に外部に放出される。
【００３８】
図３から図６を参照して、次に、上記した構成の半導体装置の製造方法を説明する。
【００３９】
先ず、図３の平面図を参照して、所定形状のリードフレーム５０を用意する。リードフレーム５０は、板状の導電材料に対してエッチング加工またはプレス加工を施すことにより形成される。リードフレーム５０は、１つの半導体装置となるユニットが複数個連結された状態となっている。ここでは、ユニット５６Ａ−５６Ｃの３つのユニットが示され、個々のユニットは、アイランド１２と、アイランドに一端が接近するリード１４Ａ、１４Ｃと、アイランド１２から一体的に連続するリード１４Ｂとから構成されている。また、各ユニットのリードの中間部と端部は、タイバー５８により連結されている。
【００４０】
更に、各ユニットには半導体素子が接続されている。ユニット５６Ａを参照すると、アイランド１２の上面に半導体素子２０が実装されている。半導体素子２０としては、バイポーラ・トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のディスクリートのトランジスタが採用される。半導体素子２０の裏面電極は、半田等の導電性の固着材を用いた接続または共晶結合により、アイランド１２の上面に接続される。半導体素子２０の上面の電極は、金属細線３４を経由してリード１４Ａおよびリード１４Ｃに接続される。
【００４１】
図４および図５を参照して、上記した各ユニットを個別に樹脂封止する工程を説明する。図４（Ａ）は本工程で用いるモールド金型４０を示す断面図であり、図４（Ｂ）は金型に樹脂シートおよび各ユニットを収納した状態を示す断面図であり、図４（Ｃ）はキャビティ４６Ｂを示す断面図であり、図４（Ｄ）は本工程を上方から見た図であり、図５は、本工程の射出成形を示す断面図である。
【００４２】
図４（Ａ）を参照して、本工程ではモールド金型４０を用いたトランスファーモールドにより、図３に示す各ユニット５６を樹脂封止する。モールド金型４０は、上金型４２および下金型４４から成り、両者を当接させた時の空隙としてキャビティ４６Ａ−４６Ｃが形成される。また、同様に、キャビティ同士を互いに連通させる連通領域４８Ａ、４８Ｂが設けられており、この領域は樹脂封止に用いられる樹脂シートを収納するための領域である。連通領域４８Ａによりキャビティ４６Ａとキャビティ４６Ｂとが連通し、連通領域４８Ｂによりキャビティ４６Ｂとキャビティ４６Ｃとが連通する。
【００４３】
また、連通領域４８Ａ、４８Ｂの下金型４４の下方の内壁は、キャビティ４６Ａ−４６Ｃの下方の内壁よりも上方に配置されている。これにより、下記するように、キャビティ４６Ａ−４６Ｃに充填された封止樹脂体と、連通領域４８Ａ、４８Ｂに充填された樹脂材料との連結部分が、樹脂材料の端部から外して配置される。この事項は、図６を参照して説明する。また、連通領域４８Ａ、４８Ｂは、紙面上左右方向の方向に沿って細長く、下金型４４の上面に溝状に設けられている。
【００４４】
また、ここでは不図示であるが、各キャビティ４６Ａ−４６Ｃの紙面上奥行き側の側面に、封止樹脂を注入するためのゲートが配置される。更に、各キャビティ４６Ａ−４６Ｃの紙面上手前側の側面に、封止樹脂に伴い空気を外部に逃がすためのエアベントが設けられる。この構造は図５を参照して後述する。
【００４５】
図４（Ｂ）を参照して、先ず本工程では、下金型４４の上面に樹脂シート５２を載置する。ここで、樹脂シート５２とは、アルミナ等のフィラーが充填されたエポキシ樹脂等から成る封止材を粉状に粉砕した後に打錠加工で板状に成形したものである。樹脂シート５２は、図１（Ａ）を参照して、樹脂封止体１５の一部である第１封止樹脂１６の材料であり、その組成は第１封止樹脂１６と同様である。即ち、キャビティに注入される材料よりも熱抵抗が低い組成を備えている。なお、本工程で使用される樹脂シート５２の厚み（Ｌ２）は例えば０．５ｍｍ以上であり、この樹脂シート５２から形成される第１封止樹脂１６（図１（Ｃ）参照）よりも厚い。
【００４６】
樹脂シート５２は、複数個のキャビティ４６Ａ−４６Ｃおよび連通領域４８Ａ、４８Ｃに渡るように下金型４４に載置される。具体的には、紙面上左側から、キャビティ４６Ａ、連通領域４８Ａ、キャビティ４６Ｂ、連通領域４８Ｂ、キャビティ４６Ｃに渡って、一枚の樹脂シート５２が配置される。
【００４７】
下金型４４に載置される前の樹脂シート５２は平坦であるが、下金型４４に載置された樹脂シート５２は、高温（例えば１７０度以上）な状態の下金型４４により加熱されて軟化する。この結果、下金型４４の上面の形状に追従して変形する。
【００４８】
図４（Ｃ）を参照して、変形後の樹脂シート５２は、下金型４４に設けられたキャビティ４６Ｂおよび連通領域４８Ａ、４８Ｂの形状に則して変形している。具体的には、連通領域４８Ｂの下面は、キャビティ４６Ｂの下面よりも上方に配置されており、両者が離間する距離Ｌ３は例えば０．４ｍｍ以上である。これにより、連通領域４８Ｂに充填される樹脂材料と、キャビティ４６Ｂに充填される樹脂封止体との接続部位が、樹脂封止体の端部から離して配置される。この事項は図６を参照して後述する。
【００４９】
樹脂シート５２が下金型４４に載置された後は、図４（Ｂ）を参照して、各キャビティ４６Ａ−４６Ｃに、リードフレームで連結された状態の各ユニット５６Ａ−５６Ｃを配置する。各ユニット５６Ａ−５６Ｃのアイランド１２は、樹脂シート５２の上面に配置される。
【００５０】
次に、上金型４２と下金型４４とを当接させることにより、両者の間隙として形成されるキャビティ４６Ａ−４６Ｃに、ユニット５６Ａ−５６Ｃを収納する。これにより、図４（Ｃ）を参照して、リード１４Ａ−１４Ｃが上金型４２及び下金型４４で挟持されるので、キャビティ４６Ｂの内部に於けるユニット（アイランド１２およびリード１４Ａ−１４Ｃ）の位置が固定される。ここで、本工程での樹脂シート５２の厚みは、完成品でアイランド１２の下面を被覆する第１封止樹脂１６（図１（Ｃ）参照）よりも厚い。従って、樹脂シート５２はアイランド１２により下方に押圧されることになり、その後軟化した樹脂シート５２が支持力を失うと樹脂シート５２が沈み込み、アイランド１２の下面を被覆する樹脂を５２が所定の厚みとなる。これにより、半導体素子２０が実装されるアイランド１２の下方の領域には、放熱性に優れた樹脂シート５２のみが存在し、ボイドやキャビティ４６Ｂに対して後に注入される樹脂は、この領域には存在しないことに成る。
【００５１】
図４（Ｄ）を参照して、樹脂シート５２の幅（紙面上で縦方向の長さ）は、アイランド１２に実装される半導体素子２０の幅よりも長く設定されている。これにより、熱伝導性に優れた樹脂シート５２から成る樹脂材料が、熱源である半導体素子２０の下方に確実に配置される。
【００５２】
図５を参照して、上金型４２の内壁には、下方に突出する押圧部７４が設けられており、この押圧部７４の下端がアイランド１２の端部の上面を上方から押圧することにより、アイランド１２の厚み方向（上下方向）の位置が固定される。ここで、押圧部７４に対応する箇所で、下金型４４の内壁から上方に突出する押圧部でアイランド１２の下面を押圧しても良い。また、押圧部７４は、固定式でもよいし可動式でも良い。可動式の場合は、第２封止樹脂１８の注入に伴い押圧部７４は徐々に上昇するので、押圧部７４が押圧する部分のアイランド１２の上面も第２封止樹脂１８により覆われて外部に露出しない。
【００５３】
ここでは、リード１４Ｂに対向した位置に配置されたゲート７０から、液状または半固形状の第２封止樹脂１８をキャビティ４６Ａに注入している。また、ゲート７０は、アイランド１２の側方に設けられている。この図では、注入された第２封止樹脂１８が流動する経路を太い実践で示している。注入された第２封止樹脂１８の大部分はアイランド１２よりも上方の領域に流動し、紙面上でアイランドの左側端部の下面まで行き渡る。一方、ゲートから供給される第２封止樹脂１８の一部は、紙面上でアイランド１２の右端から下方に流動する。第２封止樹脂１８の注入に伴い、キャビティ４６Ａの内部の空気は、エアベント７２を経由して外部に放出される。
【００５４】
また、アイランド１２の下方に配置された樹脂シート５２は、加熱された下金型４４と面的に接触することで溶融されて第１封止樹脂１６となる。この第１封止樹脂１６によりアイランド１２の下面が被覆される。
【００５５】
ここで、アイランド１２の下面と下金型４４の内壁との距離Ｌ４は、製造される半導体装置１０の第１封止樹脂１６の厚みＬ１（図１（Ｂ）参照）と同様であり、例えば０．４ｍｍ程度と非常に狭い。しかしながら、本工程では、この部分に既に樹脂シート５２が配置されているので、樹脂封止の未充填領域（ボイド）が発生するおそれが小さい。
【００５６】
上記工程が終了すると、第１封止樹脂１６によりアイランド１２の下面の中心部分が被覆される。一方、第２封止樹脂１８により、アイランド１２の周辺部の下面を含む表面、半導体素子２０、金属細線３４およびリード１４Ｂ等の先端部付近が樹脂封止される。
【００５７】
また、本工程に於いては、第１封止樹脂１６および第２封止樹脂１８の両方が液状に溶融されるので、両者は界面で混合されて一体化した樹脂封止体１５（図１（Ｂ）参照）となる。
【００５８】
第２封止樹脂１８の充填が終了したら、充填された封止樹脂を加熱硬化した後に、上金型４２と下金型４４とを離型し、樹脂封止されたユニット５６Ａ−５６Ｃを外部に取り出す。
【００５９】
本工程の利点は、先ず、一枚の樹脂シート５２で複数のユニット５６Ａ−５６Ｃのアイランド１２の下面を被覆できるので、工程が簡略化される。更に、１枚の樹脂シート５２を連通領域４８Ａ、４８Ｂに配置して位置合わせを行うことにより、複数のユニット５６Ａ−５６Ｃに対して所定の位置に樹脂シート５２が配置されるので、誤配置の恐れが小さくなる。更に、各ユニット５６Ａ−５６Ｃの内部において、樹脂シート５２の端部を、ユニットの隅部から外して配置しているので、後述するように、樹脂シート５２の残余部を除去する際の樹脂封止体の欠けが防止される。
【００６０】
図６を参照して、次に、各ユニット５６Ａ−５６Ｃを分離する。図６（Ａ）は樹脂封止工程を経たリードフレーム５０を示す平面図であり、図６（Ｂ）はその断面図である。
【００６１】
樹脂封止工程を経ることで、各ユニット５６Ａ−５６Ｃは、樹脂封止体１５により樹脂封止されている。また、図４（Ｂ）に示した連通領域４８Ａ等に配置された樹脂シート５２も上記工程で同時に加熱硬化される結果、図６（Ａ）に示す残余部分５４となる。即ち、ユニット５６Ａ−５６Ｃの樹脂封止体は、残余部分５４により互いに連結されている。
【００６２】
本工程では、この残余部分５４と樹脂封止体１５とを、両者の接続箇所で分離する。この分離は、金型を用いたプレス加工、研削加工またはレーザー照射で行うことができる。図６（Ｂ）では分離する部分を点線で示している。
【００６３】
図４（Ｃ）に示す連通領域４８Ａ等で成形される残余部分５４と樹脂封止体１５と残余部分５４との連結部分は、樹脂封止体１５の隅部よりも上方の側面に位置している。従って、プレス加工等の機械的衝撃を伴う分離方法により、残余部分５４を樹脂封止体１５との連結部分から分離しても、この衝撃により樹脂封止体１５へのクラックの発生等が防止される。
【００６４】
仮に、上記した連結部分を樹脂封止体１５の下端に配置すると、プレス加工の衝撃により、樹脂封止体１５の角部が残余部分５４と共に欠けてしまう虞がある。本形態では、これを防止するために、残余部分５４と樹脂封止体１５との連結部分を、隅部から離間した樹脂封止体１５の側面に配置している。
【００６５】
更に本工程では、図６（Ａ）を参照して、リードフレーム５０のタイバー５８をプレス加工することにより、各ユニット５６Ａ−５６Ｃのリードを個別に分離する。
【００６６】
上記した樹脂封止が終了した後は、メッキ膜によりリードを被覆する工程、各ユニットをリードフレーム５０から分離する工程（図３参照）、各ユニットの電気的特性を測定する工程、等を経て、図１に構造を示すような半導体装置１０が製造される。また、図２に示す半導体モジュールを製造する場合は、半導体装置の主面をヒートシンクに当接させて両者を熱的に結合させる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 半導体装置
１０Ａ 半導体モジュール
１２ アイランド
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃリード
１５ 樹脂封止体
１６ 第１封止樹脂
１８ 第２封止樹脂
２０ 半導体素子
２６ ヒートシンク
３４ 金属細線
４０ 金型
４２ 上金型
４４ 下金型
４６、４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃキャビティ
４８、４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ連通領域
５０ リードフレーム
５２ 樹脂シート
５４ 残余部分
５６、５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃユニット
５８ タイバー
７０ ゲート
７２ エアベント
７４ 押圧部
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体素子が樹脂封止されるリードフレーム型の半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源回路等を構成する半導体素子を樹脂封止した半導体装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７を参照して、この種の半導体装置１００の構成を説明する。図７（Ａ）は半導体装置１００の平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図である。
【０００４】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照して、半導体装置１００は、半導体素子１０４と、半導体素子１０４が実装されるアイランド１０２と、半導体素子１０４と接続されて一部が外部に導出するリード１１０と、これらを一体に被覆する封止樹脂１０８とを備えた構成と成っている。
【０００５】
半導体素子１０４は、例えばディスクリートのＭＯＳＦＥＴであり、裏面のドレイン電極がアイランド１０２に接続され、表面のゲート電極が金属細線１０６を介してリード１１０Ａと接続され、表面のソース電極が金属細線１０６を経由してリード１１０Ｃと接続されている。
【０００６】
また、封止樹脂１０８の側面からは、リード１１０Ａ〜１１０Ｃが導出しており、これらのリードを実装基板に挿入することにより、半導体装置１００は差込実装される。
【０００７】
半導体素子１０４として大電流のスイッチングを行うパワー素子が採用されると、半導体素子１０４から多量の熱が放出される。この熱による半導体装置１００の過熱を防止するために、図７（Ｂ）に示す封止樹脂１０８の裏面はヒートシンクに当接される。
【０００８】
上記した構成の製造方法は次の通りである。先ず、図７（Ａ）に示すアイランド１０２およびリード１１０を備えるリードフレームを用意する。そして、アイランド１０２に半導体素子１０４を固着した後に、半導体素子１０４の上面の電極とリード１１０Ａ、１１０Ｃとを金属細線１０６を経由して接続する。その後に、モールド金型を使用したトランスファーモールドにより、アイランド１０２、半導体素子１０４、金属細線１０６を樹脂封止する。
【０００９】
しかしながら、上記構成の半導体装置１００では、熱伝導性を向上しづらい問題があった。具体的には、図７（Ｂ）を参照して、半導体素子１０４が動作中に発する熱を良好に外部に放出させるためには、アイランド１０２を被覆する封止樹脂１０８の厚みを薄くすることが有効である。更にまた、封止樹脂１０８に含有されるフィラーの割合を増加させると、封止樹脂１０８の熱抵抗が低減されるので、装置全体の放熱性を向上させることができる。しかしながら、このようにすると、トランスファーモールドにより封止樹脂１０８を形成する工程にて、アイランド１０２の下方の領域が狭くなってしまう。この結果、アイランド１０２の下方に封止樹脂１０８が充填されずにボイドが発生する恐れがある。
【００１０】
この問題を回避するために、シート状の樹脂材料をアイランドの下面に配置する構造が開発されている（下記特許文献２）。この文献の図２およびその説明箇所を参照すると、半導体チップが収納される本体部２を外被体４で被覆し、更に本体部２の下面を熱伝導性薄膜シート５で被覆している。熱伝導性薄膜シート５として熱伝導性に優れる材料を採用することにより、装置全体の放熱性を向上している。
【００１１】
更に、封止材としてシート状の樹脂材料を用いるものとして、下記特許文献３に開示された技術がある。この文献の図１およびその説明箇所を参照すると、半導体ペレット２の上面および側面を樹脂封止体６により被覆し、半導体ペレット２の下面を絶縁性樹脂テープ４により被覆している。この様な構成により、樹脂封止体６と絶縁性樹脂テープ４は同等の樹脂材料からなるので、両者の間にクラックが生じづらい、という効果が奏されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−３２０００９号公報
【特許文献２】特開平１０−２８９９７０号公報
【特許文献３】特開平６−３３４１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献２に開示された技術では、図５およびの説明箇所からも明らかなように、各電子部品毎にモールド用の金型および熱伝導薄膜シート１２を用意しているので、工程数が増加し複雑なものと成り、製造コストが高くなる恐れがあった。
【００１４】
更に、上記特許文献３に記載された技術では、図２およびその説明箇所から明らかなように、各半導体装置毎に絶縁性樹脂テープ４をリードフレームに貼着する必要がある。従って、絶縁性樹脂テープ４を個別に貼り付ける工程が必要とされることにより製造コストが高くなる恐れがあった。
【００１５】
本発明は上述した問題を鑑みて成されたものである。本発明の主な目的は、放熱性が高い封止樹脂の構造を低コストで実現する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法は、複数のキャビティと、各々の前記キャビティに設けられたゲートおよびエアベントと、前記キャビティ同士を連通する連通領域とを有するモールド金型を用意する第１工程と、複数の前記キャビティおよび前記連通領域に渡り樹脂シートを配置し、半導体素子が実装されたアイランドおよび前記半導体素子と接続されたリードから成るユニットを前記キャビティに収納し、前記アイランドを前記樹脂シートに載置する第２工程と、前記各キャビティにて、前記樹脂シートを溶融させて第１封止樹脂とし、液状または半固形状の第２封止樹脂を前記ゲートから注入し、前記第１封止樹脂および前記第２封止樹脂からなる樹脂封止体で、前記各アイランドおよび前記半導体素子を樹脂封止する第３工程と、樹脂封止された前記ユニットを前記各キャビティから取り出した後に、前記連通領域で硬化した前記樹脂シートから成る残余部分を切除し、各ユニットを個別に分離する第４工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、放熱性が高い一枚の樹脂シートを用いて複数の半導体装置を製造することができるので、封止樹脂を介した放熱性の高い半導体装置を低コストで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の製造方法で製造される半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は側方から半導体装置を見た図である。
【図２】本発明の製造方法で製造される半導体装置が適用される半導体モジュールを示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は拡大された断面図であり、（Ｄ）はリードフレームを上方から見た平面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図７】背景技術の半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、本形態の製造方法により製造される半導体装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は半導体装置１０を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図であり、（Ｃ）は図１（Ａ）に示す半導体装置１０を矢印の方向から見た側面図である。
【００２０】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、半導体装置１０は、アイランド１２と、アイランド１２の上面に実装された半導体素子２０と、外部接続端子として機能するリード１４と、これらを一体的に被覆して機械的に支持する樹脂封止体１５とを主要に備えている。本形態では、樹脂封止体１５は第１封止樹脂１６と第２封止樹脂１８とから成る。第１封止樹脂１６はアイランド１２の下面を被覆する樹脂材料であり放熱性の高い材料からなる。第２封止樹脂１８は通常の樹脂封止に用いられる安価な樹脂材料から成る。
【００２１】
アイランド１２は、厚みが０．６ｍｍ程度の銅等の金属から成る導電材料を、エッチング加工やパンチング加工により所定形状に成形したものである。アイランド１２は、例えば縦×横＝１２．０ｍｍ×１４．０ｍｍ程度の矩形であり、実装される半導体素子２０よりも平面視で大きく形成される。
【００２２】
図１（Ａ）を参照して、アイランド１２の紙面上に於ける下側の側辺の中央部からは、外部に連続してリード１４Ｂが延在している。また、図１（Ｂ）を参照すると、アイランド１２を外部と絶縁させるために、アイランド１２の下面は第１封止樹脂１６により被覆されている。アイランド１２の裏面を被覆する第１封止樹脂１６の厚み（Ｌ１）は例えば０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下と非常に薄いので、半導体素子２０が動作することにより発生する熱は、アイランド１２および第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出される。この厚みＬ１を０．４ｍｍ未満とすると樹脂封止時に微小なボイド（ピンホール）が出現して耐圧性が劣化する恐れがあり、厚みＬ１を１．０ｍｍよりも長くすると放熱性が低下する恐れがある。また、この図に示す第１封止樹脂１６の厚みＬ１は、この部位の材料と成る樹脂シートの厚み（図４（Ｂ）に示すＬ２）よりも短い。この事項は、図４（Ｂ）を参照して後述する。
【００２３】
リード１４は、内蔵された半導体素子２０と電気的に接続され、一部が外部に露出して外部接続端子として機能している。具体的には、図１（Ａ）を参照して、リード１４は、リード１４Ａ−１４Ｃから成る。リード１４Ａ、１４Ｃは、金属細線３４を経由して半導体素子２０の上面に形成された電極と接続される。一方、中央のリード１４Ｂは、アイランド１２と一体的に連続している。リード１４Ｂは中間部が曲折加工されており、両端に位置するリード１４Ａ、１４Ｃは、曲折加工されていない平坦な形状である。そして、リード１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの外部に導出する部分は、同一平面上に位置している。また、リード１４Ａ〜１４Ｃを実装基板等の実装面に挿入することにより、半導体装置１０は差込実装される。
【００２４】
半導体素子２０は裏面に主電極を備えた半導体素子であり、具体的には、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が採用される。本実施の形態では、半導体素子２０としては、例えば１Ａ以上の大電流のスイッチングを行うパワー系の半導体素子（パワー素子）が採用される。
【００２５】
一例として、ＭＯＳＦＥＴが半導体素子２０として採用されると、下面のドレイン電極が導電性固着材を介してアイランド１２の上面に接続され、上面のゲート電極は金属細線３４を経由してリード１４Ａと接続され、上面のソース電極は金属細線３４を経由してリード１４Ｃと接続される。そして、半導体素子２０は、リード１４Ａから供給される制御信号に基づいて、リード１４Ｂおよびリード１４Ｃを通過する大電流のスイッチング動作を行う。
【００２６】
本形態では、アイランド１２および半導体素子２０を単一の樹脂材料により樹脂封止するのではなく、２種類の樹脂（第１封止樹脂１６および第２封止樹脂１８）により樹脂封止している。具体的には、第１封止樹脂１６はアイランド１２の下面を被覆している。一方、第２封止樹脂１８は、アイランド１２の残りの表面、半導体素子２０、金属細線３４およびリード１４の端部を被覆している。
【００２７】
第１封止樹脂１６は、フィラーが添加された樹脂材料から成る。ここで、樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ビフェニル系またはクレノボ系の樹脂等の熱硬化性樹脂が採用される。フィラーとしてはシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはこれらの混合物が採用される。第１封止樹脂１６にフィラーが含まれる割合は、例えば、８０重量％以上８５重量％以下である。この割合を８０重量％以上とすることにより、第１封止樹脂１６の熱抵抗を低減して、半導体素子２０が動作時に発生する熱を第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出できる。第１封止樹脂に採用されるフィラーとしては、アルミナまたはシリカが採用可能であるが、アルミナを採用することにより放熱性が向上する。また、フィラーの形状としては、破砕した形状、溶融した形状またはこれらを混合したものが採用される。この様な構成の第１封止樹脂１６の熱抵抗は、例えば０．１℃／Ｗと低いので、半導体素子２０が動作時に発する熱は、アイランド１２および第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出される。
【００２８】
更に、アイランド１２の下面全域が第１封止樹脂１６により被覆されてもよいが、本形態では、アイランド１２の下面の一部を第１封止樹脂１６により被覆し、他の下面は第２封止樹脂１８で被覆している。これにより、放熱性は高いが高価な第１封止樹脂１６の使用料が削減される。
【００２９】
具体的には、図１（Ｂ）を参照して、アイランド１２の中間部分には段差部が設けられており、紙面上にて段差部よりも左側の領域には半導体素子２０が実装され、段差部よりも右側の領域は高い部位に配置されている。
【００３０】
そして、第１封止樹脂１６は、少なくとも半導体素子２０が載置された部分のアイランド１２の下面を被覆している。実際は、半導体素子２０が実装される領域よりも若干広い部分のアイランド１２の下面を第１封止樹脂１６が被覆している。これにより、第１封止樹脂１６が形成される場所や、半導体素子２０が載置される場所に誤差が発生したとしても、半導体素子２０と第１封止樹脂１６とが平面的に重畳され、良好な放熱性が確保される。
【００３１】
第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６により被覆される部分以外のアイランド１２の表面、半導体素子２０、金属細線３４およびリード１４Ａ−１４Ｃの先端部分を被覆している。耐湿性等の信頼性に優れる第２封止樹脂１８によりリード１４を被覆することで、装置全体の信頼性が被覆される。また、第１封止樹脂１６の下面と、第２封止樹脂１８の下面とは、同一平面上に配置されている。
【００３２】
第２封止樹脂１８の材料は、第１封止樹脂１６と同様に、フィラーが添加された熱硬化性樹脂から成るが、含有されるフィラーの種類が異なる。第２封止樹脂１８に含まれるフィラーとしては、シリカまたはアルミが採用可能であるが、安価なシリカを採用することでコストが低減される。第２封止樹脂１８のフィラーの含有率は８０重量％以上８５重量％以下であり、第１封止樹脂１６と同等で良い。更に、第２封止樹脂１８に含まれるフィラーの形状も第１封止樹脂１６と同様で良い。ここで、第１封止樹脂１６および第２封止樹脂に含まれるフィラーが、共にシリカとアルミナとの混合物から成る場合、第１封止樹脂１６にアルミナが含まれる割合を第２封止樹脂１８よりも多くしても良い。
【００３３】
図１（Ｃ）を参照して、図１（Ａ）に示す矢印の方向から見たら、第１封止樹脂１６は、樹脂封止体１５の左端から右端に到るまで連続して配置されており、アイランド１２の下面全域を被覆している。更に、左右両端部では、第１封止樹脂１６の端部は側面に沿って上方に這い上がる構造を呈している。この理由は、板状の樹脂シートから第１封止樹脂１６を形成する際に、キャビティの側面下面に沿って樹脂シートを配置するからである。この事項は図４（Ｂ）を参照して後述する。
【００３４】
図２の断面図を参照して、次に、上記した構成の半導体装置１０が組み込まれた半導体モジュール１０Ａの構成を説明する。
【００３５】
この図に示す半導体モジュール１０Ａは、半導体装置１０と、半導体装置１０の下面に当接するヒートシンク２６とを備えている。ここで、半導体装置１０は、図示せぬビス等の固定手段を用いてヒートシンク２６の上面に固定される。この場合、ビスは半導体装置１０の樹脂封止体１５を貫通する。
【００３６】
ヒートシンク２６は、銅やアルミニウム等の金属から成り、半導体装置１０と面的に接触するために上面は平坦面であり、放熱性を向上させるために下部は異形形状とされている。尚、ヒートシンク２６に替えて、金属から構成されるセットの筐体を放熱手段として採用することも可能である。
【００３７】
本形態では、放熱性に優れる第１封止樹脂１６が半導体装置１０の下面に露出し、ヒートシンク２６の上面に当接している。従って、半導体素子２０が動作時に発生する熱は、アイランド１２、第１封止樹脂１６を経由して良好にヒートシンク２６に伝導した後に外部に放出される。
【００３８】
図３から図６を参照して、次に、上記した構成の半導体装置の製造方法を説明する。
【００３９】
先ず、図３の平面図を参照して、所定形状のリードフレーム５０を用意する。リードフレーム５０は、板状の導電材料に対してエッチング加工またはプレス加工を施すことにより形成される。リードフレーム５０は、１つの半導体装置となるユニットが複数個連結された状態となっている。ここでは、ユニット５６Ａ−５６Ｃの３つのユニットが示され、個々のユニットは、アイランド１２と、アイランドに一端が接近するリード１４Ａ、１４Ｃと、アイランド１２から一体的に連続するリード１４Ｂとから構成されている。また、各ユニットのリードの中間部と端部は、タイバー５８により連結されている。
【００４０】
更に、各ユニットには半導体素子が接続されている。ユニット５６Ａを参照すると、アイランド１２の上面に半導体素子２０が実装されている。半導体素子２０としては、バイポーラ・トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のディスクリートのトランジスタが採用される。半導体素子２０の裏面電極は、半田等の導電性の固着材を用いた接続または共晶結合により、アイランド１２の上面に接続される。半導体素子２０の上面の電極は、金属細線３４を経由してリード１４Ａおよびリード１４Ｃに接続される。
【００４１】
図４および図５を参照して、上記した各ユニットを個別に樹脂封止する工程を説明する。図４（Ａ）は本工程で用いるモールド金型４０を示す断面図であり、図４（Ｂ）は金型に樹脂シートおよび各ユニットを収納した状態を示す断面図であり、図４（Ｃ）はキャビティ４６Ｂを示す断面図であり、図４（Ｄ）は本工程を上方から見た図であり、図５は、本工程の射出成形を示す断面図である。
【００４２】
図４（Ａ）を参照して、本工程ではモールド金型４０を用いたトランスファーモールドにより、図３に示す各ユニット５６を樹脂封止する。モールド金型４０は、上金型４２および下金型４４から成り、両者を当接させた時の空隙としてキャビティ４６Ａ−４６Ｃが形成される。また、同様に、キャビティ同士を互いに連通させる連通領域４８Ａ、４８Ｂが設けられており、この領域は樹脂封止に用いられる樹脂シートを収納するための領域である。連通領域４８Ａによりキャビティ４６Ａとキャビティ４６Ｂとが連通し、連通領域４８Ｂによりキャビティ４６Ｂとキャビティ４６Ｃとが連通する。
【００４３】
また、連通領域４８Ａ、４８Ｂの下金型４４の下方の内壁は、キャビティ４６Ａ−４６Ｃの下方の内壁よりも上方に配置されている。これにより、下記するように、キャビティ４６Ａ−４６Ｃに充填された封止樹脂体と、連通領域４８Ａ、４８Ｂに充填された樹脂材料との連結部分が、樹脂材料の端部から外して配置される。この事項は、図６を参照して説明する。また、連通領域４８Ａ、４８Ｂは、紙面上左右方向の方向に沿って細長く、下金型４４の上面に溝状に設けられている。
【００４４】
また、ここでは不図示であるが、各キャビティ４６Ａ−４６Ｃの紙面上奥行き側の側面に、封止樹脂を注入するためのゲートが配置される。更に、各キャビティ４６Ａ−４６Ｃの紙面上手前側の側面に、封止樹脂に伴い空気を外部に逃がすためのエアベントが設けられる。この構造は図５を参照して後述する。
【００４５】
図４（Ｂ）を参照して、先ず本工程では、下金型４４の上面に樹脂シート５２を載置する。ここで、樹脂シート５２とは、アルミナ等のフィラーが充填されたエポキシ樹脂等から成る封止材を粉状に粉砕した後に打錠加工で板状に成形したものである。樹脂シート５２は、図１（Ａ）を参照して、樹脂封止体１５の一部である第１封止樹脂１６の材料であり、その組成は第１封止樹脂１６と同様である。即ち、キャビティに注入される材料よりも熱抵抗が低い組成を備えている。なお、本工程で使用される樹脂シート５２の厚み（Ｌ２）は例えば０．５ｍｍ以上であり、この樹脂シート５２から形成される第１封止樹脂１６（図１（Ｃ）参照）よりも厚い。
【００４６】
樹脂シート５２は、複数個のキャビティ４６Ａ−４６Ｃおよび連通領域４８Ａ、４８Ｃに渡るように下金型４４に載置される。具体的には、紙面上左側から、キャビティ４６Ａ、連通領域４８Ａ、キャビティ４６Ｂ、連通領域４８Ｂ、キャビティ４６Ｃに渡って、一枚の樹脂シート５２が配置される。
【００４７】
下金型４４に載置される前の樹脂シート５２は平坦であるが、下金型４４に載置された樹脂シート５２は、高温（例えば１７０度以上）な状態の下金型４４により加熱されて軟化する。この結果、下金型４４の上面の形状に追従して変形する。
【００４８】
図４（Ｃ）を参照して、変形後の樹脂シート５２は、下金型４４に設けられたキャビティ４６Ｂおよび連通領域４８Ａ、４８Ｂの形状に則して変形している。具体的には、連通領域４８Ｂの下面は、キャビティ４６Ｂの下面よりも上方に配置されており、両者が離間する距離Ｌ３は例えば０．４ｍｍ以上である。これにより、連通領域４８Ｂに充填される樹脂材料と、キャビティ４６Ｂに充填される樹脂封止体との接続部位が、樹脂封止体の端部から離して配置される。この事項は図６を参照して後述する。
【００４９】
樹脂シート５２が下金型４４に載置された後は、図４（Ｂ）を参照して、各キャビティ４６Ａ−４６Ｃに、リードフレームで連結された状態の各ユニット５６Ａ−５６Ｃを配置する。各ユニット５６Ａ−５６Ｃのアイランド１２は、樹脂シート５２の上面に配置される。
【００５０】
次に、上金型４２と下金型４４とを当接させることにより、両者の間隙として形成されるキャビティ４６Ａ−４６Ｃに、ユニット５６Ａ−５６Ｃを収納する。これにより、図４（Ｃ）を参照して、リード１４Ａ−１４Ｃが上金型４２及び下金型４４で挟持されるので、キャビティ４６Ｂの内部に於けるユニット（アイランド１２およびリード１４Ａ−１４Ｃ）の位置が固定される。ここで、本工程での樹脂シート５２の厚みは、完成品でアイランド１２の下面を被覆する第１封止樹脂１６（図１（Ｃ）参照）よりも厚い。従って、樹脂シート５２はアイランド１２により下方に押圧されることになり、その後軟化した樹脂シート５２が支持力を失うと樹脂シート５２が沈み込み、アイランド１２の下面を被覆する樹脂を５２が所定の厚みとなる。これにより、半導体素子２０が実装されるアイランド１２の下方の領域には、放熱性に優れた樹脂シート５２のみが存在し、ボイドやキャビティ４６Ｂに対して後に注入される樹脂は、この領域には存在しないことに成る。
【００５１】
図４（Ｄ）を参照して、樹脂シート５２の幅（紙面上で縦方向の長さ）は、アイランド１２に実装される半導体素子２０の幅よりも長く設定されている。これにより、熱伝導性に優れた樹脂シート５２から成る樹脂材料が、熱源である半導体素子２０の下方に確実に配置される。
【００５２】
図５を参照して、上金型４２の内壁には、下方に突出する押圧部７４が設けられており、この押圧部７４の下端がアイランド１２の端部の上面を上方から押圧することにより、アイランド１２の厚み方向（上下方向）の位置が固定される。ここで、押圧部７４に対応する箇所で、下金型４４の内壁から上方に突出する押圧部でアイランド１２の下面を押圧しても良い。また、押圧部７４は、固定式でもよいし可動式でも良い。可動式の場合は、第２封止樹脂１８の注入に伴い押圧部７４は徐々に上昇するので、押圧部７４が押圧する部分のアイランド１２の上面も第２封止樹脂１８により覆われて外部に露出しない。
【００５３】
ここでは、リード１４Ｂに対向した位置に配置されたゲート７０から、液状または半固形状の第２封止樹脂１８をキャビティ４６Ａに注入している。また、ゲート７０は、アイランド１２の側方に設けられている。この図では、注入された第２封止樹脂１８が流動する経路を太い実践で示している。注入された第２封止樹脂１８の大部分はアイランド１２よりも上方の領域に流動し、紙面上でアイランドの左側端部の下面まで行き渡る。一方、ゲートから供給される第２封止樹脂１８の一部は、紙面上でアイランド１２の右端から下方に流動する。第２封止樹脂１８の注入に伴い、キャビティ４６Ａの内部の空気は、エアベント７２を経由して外部に放出される。
【００５４】
また、アイランド１２の下方に配置された樹脂シート５２は、加熱された下金型４４と面的に接触することで溶融されて第１封止樹脂１６となる。この第１封止樹脂１６によりアイランド１２の下面が被覆される。
【００５５】
ここで、アイランド１２の下面と下金型４４の内壁との距離Ｌ４は、製造される半導体装置１０の第１封止樹脂１６の厚みＬ１（図１（Ｂ）参照）と同様であり、例えば０．４ｍｍ程度と非常に狭い。しかしながら、本工程では、この部分に既に樹脂シート５２が配置されているので、樹脂封止の未充填領域（ボイド）が発生するおそれが小さい。
【００５６】
上記工程が終了すると、第１封止樹脂１６によりアイランド１２の下面の中心部分が被覆される。一方、第２封止樹脂１８により、アイランド１２の周辺部の下面を含む表面、半導体素子２０、金属細線３４およびリード１４Ｂ等の先端部付近が樹脂封止される。
【００５７】
また、本工程に於いては、第１封止樹脂１６および第２封止樹脂１８の両方が液状に溶融されるので、両者は界面で混合されて一体化した樹脂封止体１５（図１（Ｂ）参照）となる。
【００５８】
第２封止樹脂１８の充填が終了したら、充填された封止樹脂を加熱硬化した後に、上金型４２と下金型４４とを離型し、樹脂封止されたユニット５６Ａ−５６Ｃを外部に取り出す。
【００５９】
本工程の利点は、先ず、一枚の樹脂シート５２で複数のユニット５６Ａ−５６Ｃのアイランド１２の下面を被覆できるので、工程が簡略化される。更に、１枚の樹脂シート５２を連通領域４８Ａ、４８Ｂに配置して位置合わせを行うことにより、複数のユニット５６Ａ−５６Ｃに対して所定の位置に樹脂シート５２が配置されるので、誤配置の恐れが小さくなる。更に、各ユニット５６Ａ−５６Ｃの内部において、樹脂シート５２の端部を、ユニットの隅部から外して配置しているので、後述するように、樹脂シート５２の残余部を除去する際の樹脂封止体の欠けが防止される。
【００６０】
図６を参照して、次に、各ユニット５６Ａ−５６Ｃを分離する。図６（Ａ）は樹脂封止工程を経たリードフレーム５０を示す平面図であり、図６（Ｂ）はその断面図である。
【００６１】
樹脂封止工程を経ることで、各ユニット５６Ａ−５６Ｃは、樹脂封止体１５により樹脂封止されている。また、図４（Ｂ）に示した連通領域４８Ａ等に配置された樹脂シート５２も上記工程で同時に加熱硬化される結果、図６（Ａ）に示す残余部分５４となる。即ち、ユニット５６Ａ−５６Ｃの樹脂封止体は、残余部分５４により互いに連結されている。
【００６２】
本工程では、この残余部分５４と樹脂封止体１５とを、両者の接続箇所で分離する。この分離は、金型を用いたプレス加工、研削加工またはレーザー照射で行うことができる。図６（Ｂ）では分離する部分を点線で示している。
【００６３】
図４（Ｃ）に示す連通領域４８Ａ等で成形される残余部分５４と樹脂封止体１５と残余部分５４との連結部分は、樹脂封止体１５の隅部よりも上方の側面に位置している。従って、プレス加工等の機械的衝撃を伴う分離方法により、残余部分５４を樹脂封止体１５との連結部分から分離しても、この衝撃により樹脂封止体１５へのクラックの発生等が防止される。
【００６４】
仮に、上記した連結部分を樹脂封止体１５の下端に配置すると、プレス加工の衝撃により、樹脂封止体１５の角部が残余部分５４と共に欠けてしまう虞がある。本形態では、これを防止するために、残余部分５４と樹脂封止体１５との連結部分を、隅部から離間した樹脂封止体１５の側面に配置している。
【００６５】
更に本工程では、図６（Ａ）を参照して、リードフレーム５０のタイバー５８をプレス加工することにより、各ユニット５６Ａ−５６Ｃのリードを個別に分離する。
【００６６】
上記した樹脂封止が終了した後は、メッキ膜によりリードを被覆する工程、各ユニットをリードフレーム５０から分離する工程（図３参照）、各ユニットの電気的特性を測定する工程、等を経て、図１に構造を示すような半導体装置１０が製造される。また、図２に示す半導体モジュールを製造する場合は、半導体装置の主面をヒートシンクに当接させて両者を熱的に結合させる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 半導体装置
１０Ａ 半導体モジュール
１２ アイランド
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃリード
１５ 樹脂封止体
１６ 第１封止樹脂
１８ 第２封止樹脂
２０ 半導体素子
２６ ヒートシンク
３４ 金属細線
４０ 金型
４２ 上金型
４４ 下金型
４６、４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃキャビティ
４８、４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ連通領域
５０ リードフレーム
５２ 樹脂シート
５４ 残余部分
５６、５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃユニット
５８ タイバー
７０ ゲート
７２ エアベント
７４ 押圧部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャビティと、各々の前記キャビティに設けられたゲートおよびエアベントと、前記キャビティ同士を連通する連通領域とを有するモールド金型を用意する第１工程と、
複数の前記キャビティおよび前記連通領域に渡り樹脂シートを配置し、半導体素子が実装されたアイランドおよび前記半導体素子と接続されたリードから成るユニットを前記キャビティに収納し、前記アイランドを前記樹脂シートに載置する第２工程と、
前記各キャビティにて、前記樹脂シートを溶融させて第１封止樹脂とし、液状または半固形状の第２封止樹脂を前記ゲートから注入し、前記第１封止樹脂および前記第２封止樹脂からなる樹脂封止体で、前記各アイランドおよび前記半導体素子を樹脂封止する第３工程と、
樹脂封止された前記ユニットを前記各キャビティから取り出した後に、前記連通領域で硬化した前記樹脂シートから成る残余部分を切除し、各ユニットを個別に分離する第４工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂シートは、前記半導体素子が実装される部分の前記アイランドと重畳する位置で、前記キャビティに配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記モールド金型の前記連通領域の下側内壁を、前記キャビティの下側内壁よりも上方に配置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂封止体と前記残余部分との連続箇所は、前記樹脂封止体の端部から離間した側面に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１封止樹脂となる前記樹脂シートは、フィラーとしてアルミナが充填された樹脂材料から成り、
前記第２封止樹脂は、フィラーとしてシリカが充填された樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程で配置される前記樹脂シートの厚みは、前記アイランドの下面を被覆する前記第１封止樹脂よりも厚いことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
複数のキャビティと、各々の前記キャビティに設けられたゲートおよびエアベントと、前記キャビティ同士を連通する連通領域とを有するモールド金型を用意する第１工程と、
複数の前記キャビティおよび前記連通領域に渡り樹脂シートを配置し、半導体素子が実装されたアイランドおよび前記半導体素子と接続されたリードから成るユニットを前記キャビティに収納し、前記アイランドを前記樹脂シートに載置する第２工程と、
前記各キャビティにて、前記樹脂シートを溶融させて第１封止樹脂とし、液状または半固形状の第２封止樹脂を前記ゲートから注入し、前記第１封止樹脂および前記第２封止樹脂からなる樹脂封止体で、前記各アイランドおよび前記半導体素子を樹脂封止する第３工程と、
樹脂封止された前記ユニットを前記各キャビティから取り出した後に、前記連通領域で硬化した前記樹脂シートから成る残余部分を切除し、各ユニットを個別に分離する第４工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂シートは、前記半導体素子が実装される部分の前記アイランドと重畳する位置で、前記キャビティに配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記モールド金型の前記連通領域の下側内壁を、前記キャビティの下側内壁よりも上方に配置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂封止体と前記残余部分との連続箇所は、前記樹脂封止体の端部から離間した側面に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１封止樹脂となる前記樹脂シートは、フィラーとしてアルミナが充填された樹脂材料から成り、
前記第２封止樹脂は、フィラーとしてシリカが充填された樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程で配置される前記樹脂シートの厚みは、前記アイランドの下面を被覆する前記第１封止樹脂よりも厚いことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２０９９７（Ｐ２０１３−２０９９７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０５７１（Ｐ２０１１−１５０５７１）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（３０００５７２３０）セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (119)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（３０００５７２３０）セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (119)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]