(57)【要約】      （修正有）【課題】樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】半導体チップ７２、７３を一対のエミッタ面ＤＣＢ基板７４及びコレクタ面ＤＣＢ基板７５で挟み、これらを樹脂７６で封止した半導体モジュール７１を製造する半導体製造装置１において、一対のエミッタ面ＤＣＢ基板７４及びコレクタ面ＤＣＢ基板７５の間に半導体チップ７２、７３を非接合状態で配置したワークが配置され樹脂７６を充填するキャビティ３３が形成された開閉可能な一対の上型９及び下型１１と、上型９及び下型１１の一方にキャビティ３３内に進入してワークを押圧する可動コア３９と、を備え、可動コア３９でワークを押圧してエミッタ面ＤＣＢ基板７４とコレクタ面ＤＣＢ基板７５のそれぞれと半導体チップ７２、７３を圧接しつつキャビティ３３に樹脂７６を注入して封止する構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを一対の基板で挟み、これらを樹脂で封止した半導体装置を製造する半導体装置の製造装置において、
前記一対の基板の間に前記半導体チップを非接合状態で配置したワークが配置され樹脂を充填するキャビティが形成された開閉可能な一対の金型と、
前記金型の一方から前記キャビティ内に進入して前記ワークを押圧する可動部材と、を備え、
前記可動部材で前記ワークを押圧して前記基板のそれぞれと前記半導体チップを圧接しつつ前記キャビティに樹脂を注入して封止することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記可動部材は、前記基板の放熱面に接触して押圧する押圧面を備え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装置。
【請求項３】
前記キャビティへの樹脂注入の間、前記可動部材の押圧力を一定に維持する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
半導体チップを一対の基板で挟み、これらを樹脂で封止した半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
開閉可能な一対の金型に形成したキャビティに、前記一対の基板の間に前記半導体チップを非接合状態で配置したワークを配置し、前記金型で型締めし、
前記金型の一方から前記キャビティ内に進入可能に設けた可動部材で前記ワークを押圧して前記基板のそれぞれと前記半導体チップを圧接しつつ前記キャビティに樹脂を注入して封止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの樹脂封止技術に係り、特に、半導体チップの両面を一対の基板で挟んで圧接した圧接型の半導体装置を樹脂で封止して製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップの絶縁を図り、また、水分や埃から半導体チップを守るために該半導体チップを樹脂で封止した半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図６は、半導体装置１００の製造工程を示す図である。なお、同図では、２種の半導体チップ１０３、１０４を備えた半導体装置を例示している。
一般に、半導体装置１００は、これら半導体チップ１０３、１０４の両面を一対の基板１０１で挟み、各基板１０１の表面に設けた銅板の放熱面１０２が露出するように樹脂１０６で封止して構成される。
このとき半導体装置１００の半導体チップ１０３、１０４は、半田や導電性接着剤などの各種導電性接合部材を介して基板１０１に予め挟み付けられている。また、樹脂１０６の内部にて半導体チップ１０３、１０４の周囲にはリードフレーム１０５が配置され、半導体チップ１０３、１０４が、リードフレーム１０５に対してワイヤや半田を介して予め電気的に接続されている。
【０００３】
このような半導体装置１００を樹脂で封止して製造する際には、図６に示すように、半導体チップ１０３、１０４、一対の基板１０１及びリードフレーム１０５の各々を予め接合したものをワークとして上金型１１０及び下金型１１１の間に配置し（（１）部材配置工程）、これら上金型１１０及び下金型１１１を型締めする（（２）型締工程）。そして、キャビティ１１３に樹脂１０６を注入し（（３）樹脂注入工程）、キャビティ１１３に樹脂１０６を充填して硬化させた後、型開きする（（４）型開工程）。
このとき、（２）型締工程に示すように、ワークの厚みＨに生じる公差等により、上金型１１０の内面１１０Ａとワークの放熱面１０２の間にクリアランスＫを設ける必要がある。このため、樹脂注入時に、クリアランスＫに樹脂１０６が流れ込むため、型開後には放熱面１０２が樹脂１０６にて覆われた状態となる。このため、（４）型開工程の後に、ワークの表裏を研削して樹脂１０６を除去することで放熱面１０２を露出させる（（５）表裏研削工程）。以上の工程を経て、完成形態の半導体装置１００が製造される。
【特許文献１】特開２００６−３３２２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半導体チップ１０３、１０４及び一対の基板１０１を、半田や導電性接着剤などの各種導電性接合部材を用いることなく、圧接により電気的に接続する圧接型の半導体装置を、従来の半導体製造方法を用いて製造すると、次のような問題が生じる。
【０００５】
すなわち、圧接型の半導体装置は、モジュールとして使用される際に、所望の圧力をかけた状態で使用されるため、これを製造する際にも圧力をかけた状態で製造する必要がある。そこで、圧接型の半導体装置の製造工程においては、半導体チップ１０３、１０４や一対の基板１０１、リードフレーム１０５等の構成部品を非接合状態で金型に配置した後、これら構成部品を上金型１１０と下金型１１１の型締めに伴って圧接することとなる。
このとき、各構成部品の公差により、ワークの厚みＨが大きすぎた場合には、型締め時に、上金型１１０と下金型１１１の間に隙間が生じ余分なバリが発生する。さらに、この状態で上記の所望の圧力を加えると半導体チップ１０３、１０４に荷重がかかり過ぎて破損させる虞がある。
【０００６】
これとは逆にワークの厚みＨが小さすぎた場合には、放熱面１０２の上のクリアランスＫに樹脂１０６が流れ込む量が多くなり、無駄な樹脂１０６が増えるばかりか上記（５）表裏研削工程での研削作業が大変になる。さらに、構成部品界面に樹脂１０６が入り込み構成部品間の電気・熱の伝導性が悪くなることもあり、また、キャビティ１１３への樹脂注入時に樹脂注入圧によって構成部品同士が位置ズレを生じる虞もある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体チップを一対の基板で挟み、これらを樹脂で封止した半導体装置を製造する半導体装置の製造装置において、前記一対の基板の間に前記半導体チップを非接合状態で配置したワークが配置され樹脂を充填するキャビティが形成された開閉可能な一対の金型と、前記金型の一方から前記キャビティ内に進入して前記ワークを押圧する可動部材と、を備え、前記可動部材で前記ワークを押圧して前記基板のそれぞれと前記半導体チップを圧接しつつ前記キャビティに樹脂を注入して封止することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、キャビティにワークを配置した後、可動部材でワークを押圧して基板のそれぞれと半導体チップを圧接しつつキャビティに樹脂を注入して封止する。このため、半導体チップ等などの構成部品に公差がありワークの厚みにバラツキが生じていても可動部材で加圧されるため、その公差のバラツキが吸収される。すなわち、ワークが厚い場合でも、型締時に金型に隙間が生じることがない。また、ワークが薄い場合であっても、構成部品同士が可動部材で押圧されているため、樹脂注入に伴って位置ズレが発生することがなく、さらに構成部品界面に樹脂が入り込むこともない。これにより、樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる。
【００１０】
また上記発明において、前記可動部材は、前記基板の放熱面に接触して押圧する押圧面を備えても良い。
これによれば、樹脂注入時には、可動部材の接触面が基板の放熱面に接触しているから、放熱面の表面に樹脂が入り込むことがなく、樹脂封止後に放熱面を覆う樹脂を取り除く研削作業が不要となる。
【００１１】
また上記発明において、前記キャビティへの樹脂注入の間、前記可動部材の押圧力を一定に維持する手段を備えても良い。
これによれば、樹脂注入の間、可動部材の押圧力が一定に維持されるため、樹脂注入圧により可動部材が押し戻されることがない。これにより、樹脂注入に伴う構成部品間の位置ズレや構成部品界面への樹脂の入り込みを確実に防止することができる。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体チップを一対の基板で挟み、これらを樹脂で封止した半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、開閉可能な一対の金型に形成したキャビティに、前記一対の基板の間に前記半導体チップを非接合状態で配置したワークを配置し、前記金型で型締めし、前記金型の一方から前記キャビティ内に進入可能に設けた可動部材で前記ワークを押圧して前記基板のそれぞれと前記半導体チップを圧接しつつ前記キャビティに樹脂を注入して封止することを特徴とする。
本発明によれば、上述の本発明に係る半導体装置の製造装置と同様に、ワークが厚い場合でも、型締時に金型に隙間が生じることがない。またワークが薄い場合であっても、樹脂注入に伴って位置ズレが発生することがなく、さらに構成部品界面に樹脂が入り込むこともない。これにより、樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、キャビティにワークを配置した後、可動部材でワークを押圧して基板のそれぞれと半導体チップを圧接しつつキャビティに樹脂を注入して封止するため、半導体チップ等などの構成部品に公差がありワークの厚みにバラツキが生じていても、その公差のバラツキが可動部材の押圧により吸収される。これにより樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる。
また上記発明において、可動部材が基板の放熱面に接触して押圧する押圧面を備えることで、基板の放熱面の表面への樹脂に入り込みを防止し、樹脂封止後に放熱面を覆う樹脂を取り除く研削作業を不要とすることができる。
また上記発明において、キャビティへの樹脂注入の間、可動部材の押圧力を一定に維持する手段を備える構成とすることで、樹脂注入圧により可動部材が押し戻されることを防止し、樹脂注入に伴う構成部品間の位置ズレや構成部品界面への樹脂の入り込みを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体製造装置１の構成を示す図である。
この半導体製造装置１は、シリンダ駆動式トランスファー成型装置として構成され、トッププラテン３と、可動プラテン５とを備える。金型７は、上下一対の開閉可能な上型９及び下型１１を備え、上型９は、上型キャビティブロック１３及び上型スペースブロック１５を有し、上型ベースブロック１７を介してトッププラテン３に固定されている。下型１１は、下型キャビティブロック１９及び下型スペースブロック２１とを有し、下型ベースブロック２３を介して可動プラテン５に固定されている。可動プラテン５は、サーボモータ等の図示せぬ駆動機構により上下動されて金型７の型締め／型開きが行われる。
【００１５】
金型７にはポット２５が配され、このポット２５に対応してプランジャ２７が設けられている。プランジャ２７は、例えば油圧シリンダ等の駆動機構を備えるトランスファユニット２９により支持されてポット２５内を摺動可能に挿入される。上記ポット２５は連通路３１を介して金型７に形成したキャビティ３３（図２参照）に連通し、該連通路３１を通じて樹脂がキャビティ３３に注入される。
【００１６】
図２は、金型７のキャビティ３３を拡大して示す図である。
キャビティ３３には、半導体チップたるＩＧＢＴチップ７２等を含む半導体モジュール（半導体装置）７１の構成部品がワークとして配置される。さらに、上型キャビティブロック１３には、ワークたる半導体モジュール７１の真上に位置して可動コア配置口３７が開口し、この可動コア配置口３７には可動コア３９がキャビティ３３に進入自在に設けられている。この可動コア３９は、キャビティ３３への樹脂封入時にワークたる半導体モジュール７１を上側から所定の荷重で押圧するものであり、図１に示すように、可動コア駆動機構４１に接続されている。
【００１７】
可動コア駆動機構４１は、キャビティ３３内の半導体モジュール７１を所定の荷重で押圧するための油圧を可動コア３９に供給するための機構である。
具体的には、可動コア駆動機構４１は、加圧オイル貯留タンク４５、油圧ポンプ４７、油圧シリンダ４９を備える油圧システム５１と、この油圧シリンダ４９が出力する圧力を可動コア３９に伝達する駆動ロッド５３とを備えている。油圧システム５１は、キャビティ３３内の半導体モジュール７１への荷重を制御するために、キャビティ３３内の樹脂圧力を検出する樹脂圧力センサ５５と、油圧シリンダ４９の圧力を検出するための２つの圧力センサ５７Ａ、５７Ｂと、これらの圧力センサ５７Ａ、５７Ｂの信号を増幅する増幅器（圧力センサＡＭＰ）５９Ａ、５９Ｂと、樹脂圧力センサ５５及び圧力センサ５７Ａ、５７Ｂの検出値に基づいて、加圧荷重を所定値にフィードバック制御する油圧コントローラ６１とを備えている。
可動コア３９の荷重は、少なくとも圧接型の半導体モジュール７１を形成可能な荷重範囲とされる。なお、この荷重を例えば、該半導体モジュール７１の実使用時に加わり得る荷重よりも大きな値に設定した場合には、半導体モジュール７１の耐荷重試験に耐え得るモジュールが製造され歩留まりを高めることができる。
【００１８】
図３は、半導体製造装置１で製造する半導体モジュール７１の分解図である。
同図に示す半導体モジュール７１は、電動車両やハイブリット車両に搭載されたモータを駆動するパワーモジュールとして構成されており、半導体チップの一例たるＩＧＢＴチップ７２の他に、モータの負荷電流を転流するためのＦＷＤチップ７３（FWD : Free Wheel Diode）を備えている。
これらＩＧＢＴチップ７２及びＦＷＤチップ７３は、共に並置された状態でＩＧＢＴチップ７２のエミッタ面に接触するエミッタ面ＤＣＢ基板７４（DCB : Direct Copper Bonding）と、コレクタ面に接触するコレクタ面ＤＣＢ基板７５に挟み込まれ、樹脂７６で封止される。
【００１９】
エミッタ面ＤＣＢ基板７４及びコレクタ面ＤＣＢ基板７５は、高電気絶縁性のセラミック基板７７に高熱伝導性及び高導電性を有するエミッタ用銅回路基板７８（図２）及びコレクタ用銅回路基板７９をそれぞれ直接接合して構成されており、さらに、反対側の面には銅板８０が接合されている。樹脂封止後の半導体モジュール７１においては、表裏面から銅板８０の一部或いは全部が樹脂７６から露出して露出した箇所が放熱面８０Ａ（図２）として機能する。
またエミッタ面ＤＣＢ基板７４には、エミッタ用銅回路基板７８に接続する接続端子８１及び８２が設けられ、コレクタ面ＤＣＢ基板７５には、コレクタ用銅回路基板７９に接続する接続端子８３が設けられている。
【００２０】
これらの接続端子８１〜８３とエミッタ用銅回路基板７８及びコレクタ用銅回路基板７９の間、及び、ＩＧＢＴチップ７２及びＦＷＤチップ７３と、エミッタ用銅回路基板７８及びコレクタ用銅回路基板７９の間は、ワイヤや半田を使用せずに、外部から加圧圧接されることで圧接状態で電気的に結合されており、圧接型の半導体モジュール７１として構成される。
【００２１】
次いで、この圧接型の半導体モジュール７１を半導体製造装置１で製造する工程について図４を参照して説明する。
図４は、半導体製造装置１を用いた製造工程を示す図である。
この図に示すように、半導体モジュール７１の製造工程には、（１）部品搭載工程、（２）型締工程、（３）樹脂注入工程、及び、（４）離型工程が含まれている。各工程について詳述すると、（１）部品搭載工程では、半導体モジュール７１を構成する構成部品が加熱保温された金型７にワークとして配置される。
【００２２】
半導体モジュール７１の構成部品には、図５に示すように、上記ＩＧＢＴチップ７２、ＦＷＤチップ７３、エミッタ面ＤＣＢ基板７４及びコレクタ面ＤＣＢ基板７５の他に、さらに、接続端子８１〜８３を形成するためのエミッタ面リードフレーム８５及びコレクタ面リードフレーム８６が含まれている。
これらエミッタ面リードフレーム８５及びコレクタ面リードフレーム８６は、矩形の枠体の内縁に上記接続端子８１〜８３となる部位を適宜に設けて成り、エミッタ面リードフレーム８５には、図５（Ｂ）に示すように、先端部がエミッタ用銅回路基板７８まで延びて圧接される接続端子８１、８２が設けられ、同じくコレクタ面リードフレーム８６には、図５（Ｃ）に示すように、先端部がコレクタ用銅回路基板７９まで延びて圧接される接続端子８３が設けられている。
【００２３】
これらの構成部品を金型７に配置する上記（１）部品搭載工程では、図４に示すように、先ず、下型１１に、エミッタ面ＤＣＢ基板７４と、エミッタ面リードフレーム８５及びコレクタ面リードフレーム８６を搭載して位置決めする（１−１）。次いで、エミッタ面ＤＣＢ基板７４のエミッタ用銅回路基板７８の上にＩＧＢＴチップ７２及びＦＷＤチップ７３をそれぞれ所定位置に位置決めし（１−２）、次いで、これらを覆うようにコレクタ面ＤＣＢ基板７５を載せて位置決めする（１−３）。
以上の作業によって、ＩＧＢＴチップ７２、ＦＷＤチップ７３、エミッタ面リードフレーム８５が設けられたエミッタ面ＤＣＢ基板７４、コレクタ面リードフレーム８６が設けられたコレクタ面ＤＣＢ基板７５のそれぞれが金型７に非接合状態でワークとして配置される。
【００２４】
続く（２）型締工程では、上型９及び下型１１を型締めする。このとき、上記可動コア駆動機構４１によりキャビティ３３に配置した各構成部品を可動コア３９でプレ加圧した後（２−１）、下型１１を加圧して型締めする（２−２）。このように（１）部品搭載工程の直後に可動コア３９で各構成部品を加圧することで互いに非接合状態の各構成部品の位置ズレが防止される。また、この可動コア３９の加圧により構成部品の公差が吸収されてワークの厚みを一定に維持することができるため、型締時に上型９及び下型１１の間に隙間が生じることがない。
【００２５】
樹脂注入工程（３）では、キャビティ３３に樹脂７６を封入する。すなわち、先ず、可動コア３９の荷重を、ＩＧＢＴチップ７２、ＦＷＤチップ７３を含む各構成部品を圧接可能な所定値まで高めて一定に維持した後、トランスファユニット２９を駆動して樹脂７６の注入を開始し（３−１）、キャビティ３３に樹脂７６を充填して樹脂注入を完了する（３−２）。なお、この樹脂注入工程（３）では、下型１１で継続して加圧することで樹脂注入圧に対する型開が防止されている。
【００２６】
ここで、ワークたる半導体モジュール７１の構成部品を可動コア３９で押圧する際には、図２に示すように可動コア３９が銅板８０の放熱面８０Ａに底面（接触面）３９Ａを接触して押圧する。この可動コア３９は、少なくとも放熱面８０Ａの全体Ｗに接触する形状に形成されている。このため、樹脂注入工程（３）において、キャビティ３３に樹脂７６が注入されたときに放熱面８０Ａの表面に樹脂７６が入り込むことがなく、後述する（４）離型工程の後に、放熱面８０Ａを露出させるための切削工程を設ける必要がない。
なお、放熱面８０Ａは銅板８０の表面の一部であっても全体であっても良い。いずれの場合でも、上記可動コア３９の底面３９Ａは、銅板８０の表面のうち、少なくとも放熱面８０Ａの全体を覆って押圧する寸法とすることで、放熱面８０Ａを露出させるための切削工程が不要になる。
【００２７】
また、樹脂注入工程（３）においては、可動コア３９が可動コア駆動機構４１のフィードバック制御により荷重を所定値に維持されており、樹脂注入圧に対する押し戻しの発生が防止されている。これにより、樹脂注入圧による構成部品の位置ズレや構成部品界面への樹脂７６の入り込みを確実に防止することができる。また、各構成部品同士の圧接を確実にすることができる。
【００２８】
離型工程（４）では、樹脂７６で封止したワークたる半導体モジュール７１を金型７から離型する。すなわち、金型７を開いた後、下型１１の下型キャビティブロック１９にイジェクトピン９１を貫通させて半導体モジュール７１を押出して脱型する（４−１）。次いで、接続端子８１、８２、８３を残してエミッタ面リードフレーム８５及びコレクタ面リードフレーム８６の枠部分を切断し（４−２）、これにより、樹脂７６で封止した半導体モジュール７１が完成形態となる（４−３）。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、（１）部品配置工程において、キャビティ３３にワークたる半導体モジュール７１の構成部品を配置した後、（２）型締工程において、可動コア３９でワークを押圧し、（３）樹脂注入工程において、エミッタ面ＤＣＢ基板７４及びコレクタ面ＤＣＢ基板７５のそれぞれとＩＧＢＴチップ７２及びＦＷＤチップ７３を圧接しつつキャビティ３３に樹脂７６を注入して封止する構成とした。
【００３０】
この構成により、ＩＧＢＴチップ７２及びＦＷＤチップ７３といった半導体チップ等の構成部品に公差がありワークの厚みにバラツキが生じていた場合でも、可動コア３９の押圧により、その公差のバラツキが吸収される。
したがって、ワークが厚い場合でも、型締時に金型７に隙間が生じることがない。これとは逆にワークが薄い場合であっても、構成部品同士が可動コア３９で押圧されているため、樹脂注入に伴って位置ズレが発生することがなく、さらには構成部品界面に樹脂７６が入り込むこともない。これにより、樹脂７６で封止した圧接型の半導体モジュール７１が良好に製造されることとなる。
【００３１】
また本実施形態によれば、可動コア３９の底面３９Ａが放熱面８０Ａの全体Ｗに接触してワークを押圧する構成としたため、樹脂注入時に伴って放熱面８０Ａの表面に樹脂７６が入り込むことがない。これにより、樹脂封止後に放熱面８０Ａを覆う樹脂７６を取り除く従来の研削作業が不要となる。
【００３２】
また本実施形態によれば、キャビティ３３への樹脂注入の間、可動コア３９の押圧力を一定に維持する構成としたため、樹脂注入圧により可動コア３９が押し戻されることがない。これにより、樹脂注入に伴う構成部品間の位置ズレや構成部品界面への樹脂７６の入り込みを確実に防止することができる。
【００３３】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば上述した実施形態では、上型９に可動コア３９を設ける構成としたが、これに限らず下型１１に可動コア３９を設ける構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す図である。
【図２】金型のキャビティを拡大して示す図である。
【図３】半導体製造装置で製造する半導体モジュールの分解図である。
【図４】半導体製造装置を用いた製造工程を示す図である。
【図５】半導体モジュールの構成部品を示す図である。
【図６】半導体装置の従来の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  半導体製造装置
７  金型
９  上型
１１  下型
１３  上型キャビティブロック
１９  下型キャビティブロック
２９  トランスファユニット
３３  キャビティ
３９  可動コア（可動部材）
３９Ａ  底面（接触面）
４１  可動コア駆動機構
６１  油圧コントローラ
７１  半導体モジュール（半導体装置）
７２  ＩＧＢＴチップ（半導体チップ）
７３  ＦＷＤチップ
７４  エミッタ面ＤＣＢ基板（基板）
７５  コレクタ面ＤＣＢ基板（基板）
７６  樹脂
８０Ａ  放熱面
８５  エミッタ面リードフレーム
８６  コレクタ面リードフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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