(57)【要約】【課題】半導体素子がリードフレームから剥離することを抑制すること。【解決手段】本発明の半導体モジュール製造方法は、リードフレーム１１の表面に溝１１１を設ける溝形成工程と、リードフレーム１１に接合材料１２を塗布する塗布工程と、接合材料１２に半導体素子１３を密着させる密着工程と、リードフレーム１１、接合材料１２及び半導体素子１３を加熱する加熱工程と、を備え、溝１１１形成工程において、接合材料１２は、リードフレーム１１が接合した半導体素子１３の外側に形成され、半導体素子１３の端部がリードフレーム１１から離れるように反る場合、溝１１１は、半導体１３及び接合材料１２側のリードフレーム１１の表面１１２に溝１１１を形成し、半導体素子１３の中央部がリードフレーム１１から離れるように反る場合、溝１１１は、半導体１３及び接合材料１２側と反対側のリードフレーム１１の表面１１３に溝１１１を形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームの表面に溝を設ける溝形成工程と、
前記リードフレームに接合材料を塗布する塗布工程と、
前記接合材料に半導体素子を密着させる密着工程と、
前記リードフレーム、前記接合材料及び前記半導体素子を加熱する加熱工程と、を備え、
溝形成工程において、前記溝は、前記リードフレームが接合した前記半導体素子の外側に形成され、
前記半導体素子の端部が前記リードフレームから離れるように反る場合、前記溝は、前記半導体及び前記接合材料側の前記リードフレームの表面に溝を形成し、
前記半導体素子の中央部が前記リードフレームから離れるように反る場合、前記溝は、前記半導体及び前記接合材料側と反対側の前記リードフレームの表面に溝を形成する、
半導体モジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体モジュール製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置の組立用部材としてリードフレームが用いられている。リードフレームは、半導体モジュールの内部配線として使われる薄板の金属である。このリードフレームは、半導体素子と外部の配線との橋渡しの役目を果たすものである。
【０００３】
特許文献１には、リードフレームに溝を設けて、ワイヤーボンディング時の加熱等による回路基板の反りや変形を小さくするリードフレームに半導体が搭載される構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４４３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の製造方法では、リードフレームと半導体素子を接合する時の温度上昇により、半導体素子に反りが発生する。しかし、リードフレームの反りが半導体素子の反りに追従していないため、リードフレームと半導体素子を接合する際、半導体素子には接合材料への残留応力が発生し、半導体素子がリードフレームから剥離するという問題があった。また、接合材料として、はんだ等を用いた場合でも、はんだ等では溶融温度まで上げることが必要であるので、同様の問題があった。また、接合材料の溶媒を乾燥、接合材料の焼結反応させるためにも温度上昇が必要であるので同様の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態の半導体モジュール製造方法によれば、半導体素子の反りの発生方向とリードフレームの反りの発生方向を同じ方向となるようにリードフレームに溝を形成し、加熱時にリードフレームの変形を半導体素子の挙動に追従させるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の半導体モジュール製造方法によれば、半導体素子に接合材料への残留応力が発生し、半導体素子がリードフレームから剥離することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体素子の温度変化に伴う反り量の変化を示すグラフである。
【図２】実施の形態１にかかる半導体モジュールの一例を示す上面図である。
【図３】実施の形態１の半導体モジュール製造方法と従来の半導体モジュール製造方法との比較を示す断面図である。
【図４】実施の形態１の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
【図５】実施の形態１の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
【図６】実施の形態１の半導体モジュールの一例を示す上面図である。
【図７】実施の形態１の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
【図８】実施の形態２の半導体モジュールの一例を示す上面図である。
【図９】実施の形態２の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
【図１０】実施の形態２の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、従来の半導体モジュール製造方法の問題点を具体的に説明した後に、本発明により改善した点を説明する。
【００１０】
図１は、半導体素子の温度変化に伴う反り量の変化を示すグラフである。図１において、横軸は温度を示し、縦軸は反り量を示す。また、乾燥温度は常温より高く、焼成温度は乾燥温度より高い。図１に示すように、常温における半導体素子の反り量は少ない。そして、乾燥温度における半導体素子の反り量は、常温における半導体素子の反り量より大きい。更に焼成温度における半導体素子の反り量は、乾燥温度における半導体素子の反り量より大きい。したがって、接合材料を介して半導体素子をリードフレームに接合する工程では、乾燥工程、焼成工程を経るに従い、半導体素子の反り量が大きくなる。一方、従来の半導体モジュール製造方法においては、温度上昇による半導体素子の反り方向とリードフレームの反り方向は、必ずしも一致するものではない。また、リードフレームの反り量は、半導体素子の反り量と同じではない。
【００１１】
そこで、本発明では、加熱により半導体素子が反る方向と、加熱によりリードフレームが反る方向とを同じくするようにした。具体例を以下に示す。
【００１２】
図２は、実施の形態１にかかる半導体モジュールの一例を示す上面図である。図２において、半導体モジュール１０は、リードフレーム１１と、接合材料１２と、半導体素子１３とを備える。
【００１３】
リードフレーム１１は、半導体素子と外部の配線との橋渡しをする構成である。例えば、リードフレーム１１は、導電性を有する薄板形状のものである。具体的にはリードフレーム１１は、薄板の金属が好ましい。また、リードフレーム１１は、半導体素子１３を接合した状態で、半導体素子１３の周囲の領域に溝１１１が設けられている。溝１１１は、リードフレーム１１の、半導体素子１３を接合した面または反対側の面に形成される。どちらの面に溝１１１を形成するかについては後述する。
【００１４】
接合材料１２は、リードフレーム１１と半導体素子１３を固着する材料である。例えば、接合材料１２は、はんだ、金属ペースト（焼結材）、導電性接着剤のいずれかが好適である。
【００１５】
半導体素子１３は、半導体に電子回路を載せた素子である。半導体素子１３には、トランジスタ、集積回路、抵抗、コンデンサ等が内蔵され、所定の電子回路を構成している。例えば、半導体素子１３は、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等の材料にドーピングを行い、ｎ型またはｐ型の半導体としたものである。
【００１６】
そして、実施の形態１では、半導体モジュール製造方法では、リードフレーム１１に環状の溝１１１を形成する。そして、環状の溝１１１より内側の領域でリードフレーム１１に接合材料１２を塗布する。その後、接合材料１２が塗布された面に半導体素子１３を載せ、加熱する。加熱により接合材料は、リードフレーム１１及び半導体素子１３に固着する。
【００１７】
この加熱工程において、半導体素子１３は反りが発生する。この反りの発生により、リードフレーム１１と半導体素子１３とが剥離することを防ぐために溝１１１が設けられている。この溝１１１の機能について図３を用いて説明する。
【００１８】
図３は、実施の形態１の半導体モジュール製造方法と従来の半導体モジュール製造方法との比較を示す断面図である。図３に示すように従来の半導体モジュール製造方法では、リードフレーム１に溝が設けられていない。
【００１９】
従来の半導体モジュール製造方法では、半導体素子３は接合材料２を介してリードフレーム１に積層され、積層後にリードフレーム１、接合材料２及び半導体素子３が加熱される。同様に実施の形態１の半導体モジュール製造方法も、半導体素子１３は接合材料１２を介してリードフレーム１１に積層され、積層後にリードフレーム１１、接合材料１２及び半導体素子１３が加熱される。
【００２０】
従来の半導体モジュール製造方法では、半導体素子３は加熱炉１４の加熱により湾曲するが、リードフレーム１及び接合材料２は湾曲しない（または湾曲しても反り量が少ない）。したがって、半導体素子３の端部がリードフレーム１及び接合材料２から剥離してしまう。
【００２１】
一方、実施の形態１の半導体モジュール製造方法では、リードフレーム１１の表面に溝１１１を設ける溝形成工程と、リードフレーム１１に接合材料１２を塗布する塗布工程と、接合材料１２に半導体素子１３を密着させる密着工程と、リードフレーム１１、接合材料１２及び半導体素子１３を加熱する加熱工程と、を備えるようにしている。リードフレーム１１に溝が設けられていることにより、加熱炉１４の加熱によりリードフレーム１１及び半導体素子１３が同じ方向に湾曲する。また、接合材料１２は加熱工程の途中では流動性を有しているので、リードフレーム１１及び半導体素子１３の湾曲に沿った形状となる。
【００２２】
このように、実施の形態１の半導体モジュール製造方法によれば、半導体素子１３が反る方向とリードフレーム１１が反る方向が同じくなるように、リードフレーム１１に溝１１１を形成することにより、半導体素子１３の端部がリードフレーム１１及び接合材料１２から剥離することを防ぐことができる。
【００２３】
半導体素子１３が反る方向と、リードフレーム１１が反る方向が同じくなるようにするためには、半導体素子１３の反る方向に対応してリードフレーム１１のどの面に溝１１１を設けるかを決定する必要がある。半導体素子１３の反る方向は、半導体素子１３を構成する各材料の熱膨張率の違いにより知ることができる。
【００２４】
図４は、実施の形態１の半導体モジュールの一例を示す断面図である。図４に示すように、半導体素子１３は、加熱によりリードフレーム１１からみて半導体素子１３方向に湾曲する。この場合、リードフレーム１１に設けられる溝１１１は、リードフレーム１１の表面１１２に設けられる。表面１１２は、リードフレーム１１からみて半導体素子１３が積層される側の表面である。溝１１１の部分にはリードフレーム１１の熱膨張がないので、表面１１２側の熱膨張は、表面１１３側の熱膨張より小さい。
【００２５】
したがって、リードフレーム１１は、半導体素子１３と同様にリードフレーム１１からみて半導体素子１３方向に湾曲する。図４に示すように、半導体素子１３の端部が、加熱前の平板形状のリードフレーム１１から離れるように反る場合、溝１１１は、半導体素子１３及び接合材料１２側のリードフレーム１１の表面１１２に溝１１１を形成する。
【００２６】
図５は、実施の形態１の半導体モジュールの一例を示す断面図である。図５に示すように、半導体素子１３は、加熱により半導体素子１３からみてリードフレーム１１方向に湾曲する。この場合、リードフレーム１１に設けられる溝１１１は、リードフレーム１１の表面１１３に設けられる。表面１１３は、リードフレーム１１からみて半導体素子１３が積層される側の反対側の表面である。溝１１１の部分にはリードフレーム１１の熱膨張がないので、表面１１３側の熱膨張は、表面１１２側の熱膨張より小さい。
【００２７】
したがって、リードフレーム１１は、半導体素子１３と同様に半導体素子１３からみてリードフレーム１１方向に湾曲する。半導体素子１３の中央部が加熱前の平板形状のリードフレーム１１から離れるように反る場合、溝１１１は、半導体１３及び接合材料１２側と反対側のリードフレーム１１の表面１１３に溝１１１を形成する。
【００２８】
以上、図４及び図５で説明したように、半導体素子１３の反る方向に合わせてリードフレーム１１に溝１１１を形成する。次に、リードフレーム１１の表面において、溝１１１を設ける位置について説明する。
【００２９】
溝１１１を設ける位置は、半導体素子１３の外側に隣接していることが望ましい。図６は、実施の形態１の半導体モジュールの一例を示す上面図である。図６に示すように、溝１１１は半導体素子１３の外側に隣接して形成されることが望ましい。具体的には半導体素子１３の外側の端と、溝１１１の内側の端との距離は１ｍｍ以内が望ましい。
【００３０】
リードフレーム１１に溝がない従来技術において、ペースト状の接合材料をリードフレームに塗布し、塗布した接合材料の上に半導体素子をマウントする。この際、接合材料が半導体素子の端部からはみだし、半導体素子の端面（側面とも言う）を這い上がってしまうことで絶縁不良が発生する虞がある。また、加熱により溶融した接合材料に半導体素子を接合する場合でも、接合材料が溶融した時に、余剰の接合材料が半導体素子の端面を這い上がり絶縁不良を起こす虞がある。
【００３１】
この絶縁不良を防ぐ機能について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態１の半導体モジュールの一例を示す断面図である。図７に示すように、溝１１１が半導体素子１３の外側に隣接して形成される場合、接合材料１２が積層の端面からはみ出した場合に、はみ出した接合材料が溝１１１に落ちる。この結果、接合材料が半導体素子端面を這い上がることを防ぐことができる。そして、接合材料が半導体素子端面を這い上がることに起因する絶縁不良を防ぐことができる。
【００３２】
このように実施の形態１の半導体モジュール製造方法によれば、半導体素子の外側に隣接する位置にリードフレームに溝を形成することにより、余剰の接合材料がはみ出し、半導体素子の端面に接合材料が這い上がることを防ぐことができる。この結果、実施の形態１の半導体モジュール製造方法によれば、接合材料が半導体素子端面を這い上がることに起因する絶縁不良を防ぐことができる。
【００３３】
特に半導体素子の外側の端と、リードフレームに形成される溝の内側の端との距離を１ｍｍ以内とすることが、半導体素子の端面に接合材料が這い上がるより先に接合材料が溝に容易に落ちる点で望ましい。
【００３４】
なお、上記実施の形態において、「隣接」とは、平成１６（行ケ）１０及び平成１４（行ケ）３４９に示されるように「外側に隣接」するとは、外側に接して配置されること及び外側に一定の間隔をもって配置されることを含む。
【００３５】
（実施の形態２）
図８は、実施の形態２の半導体モジュールの一例を示す上面図である。図８において、半導体モジュール２０は、リードフレーム２１と、接合材料１２と、半導体素子１３とを備える。図８において、図２と同一の構成については、同一の番号を付し、説明を省略する。
【００３６】
リードフレーム２１は、溝１１１と、溝２１１とを備える。
溝２１１は、溝１１１と接続し、溝１１１から半導体素子１３に向かって伸びる溝である。言い換えれば、溝２１１は、半導体素子１３に隣接する位置から、溝１１１に向かって放射状に形成された溝である。
【００３７】
また、図９は、実施の形態２の半導体モジュールの一例を示す断面図である。図９に示すように溝１１１が深い場合、溝１１１による熱伝達が阻害され、熱伝達可能なリードフレームの領域が減少する。具体的には図９に示すように、溝１１１より外側の領域は、溝１１１により半導体素子１３からの熱伝達が阻害されるので、冷却器に熱伝達できない領域ができてしまう。
【００３８】
そこで、溝２１１を設けることにより、溝１１１を半導体素子１３から離すと共に、余剰の接合材料を溝２１１の毛細管現象で溝１１１の方に誘導することができる。
【００３９】
このように実施の形態２の半導体モジュールによれば、余剰の接合材料を吸収するための溝１１１を半導体素子１３とリードフレーム１１の接合部分から離し、細い溝２１１で溝１１１につなぐことにより、余剰な接合材料を毛細管現象で吸収し、熱伝導の阻害を抑制できる。
【００４０】
なお、溝２１１は、溝１１１は半導体素子１３を接合する面とは反対側のリードフレーム１１の面に設けた場合にも適用できる。図１０は、実施の形態２の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
【００４１】
また、従来の半導体モジュールでは、めっきの工夫として、濡れ性の高い金めっきなどを実施していたが、毛細管現象を利用することでめっきの工夫が不要にもなる。
【００４２】
また、半導体モジュール製造工程内で、モールド封し工程後、冷却面との接触面出しのため平面切削工程があるため平面切削の加工代（かこうしろ）以内で溝を作ることで平面切削工程で溝をなくすことができ、冷却性能の悪化を緩和できる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、溝１１１は、半導体素子１３の周囲で円環形状に形成されているが、多角形環状形状であってもよい。また、溝１１１は、図６Ｆに示すように直線と曲線を組み合わせた環状形状であってもよい。また、溝１１１は、閉じた環状形状に限定されず、一部が開いた環状形状であってもよい。また、環状形状の溝１１１の一部に溝１１１が形成されていない箇所が複数ある、断続的に形成された環状形状の溝１１１であってもよい。
【００４４】
また、溝１１１及び溝２１１の断面形状も特に限定されない。例えば、溝１１１及び溝２１１の断面形状が、方形、半円形、三角形等の形状であってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０、２０  半導体モジュール
１１、２１  リードフレーム
１２  接合材料
１３  半導体素子
【図１】
2020102523.tif 000003
【図２】
2020102523.tif 000004
【図３】
2020102523.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2020102523.tif 000008
【図７】
2020102523.tif 000009
【図８】
2020102523.tif 000010
【図９】
2020102523.tif 000011
【図１０】
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