(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する板部材と、
前記貫通孔に絶縁性部材を介して固定され、前記板部材の一方の面から突出した突出部を含む金属柱と、
前記突出部に固定された半導体素子と、
前記半導体素子と電気的に接続されたリードフレームと、
前記半導体素子を覆うと共に、前記板部材、前記金属柱及び前記リードフレームの少なくとも一部を覆う外装体とを備え、
前記板部材の他方の面が前記外装体から露出した半導体装置。
【請求項２】
貫通孔を有する板部材と、
前記貫通孔に絶縁性部材を介して固定され、前記板部材の一方の面から突出した突出部を含む金属柱と、
前記突出部に固定された半導体素子と、
前記半導体素子と電気的に接続されたリードフレームと、
前記板部材の他方の面に固定された放熱部材と、
前記半導体素子を覆うと共に、前記板部材、前記金属柱、前記放熱部材及び前記リードフレームの少なくとも一部を覆う外装体とを備え、
前記放熱部材の一部が前記外装体から露出した半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記金属柱は、前記突出部の前記半導体素子と対向する面に凹部を有する半導体装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記凹部が、底面と、前記底面に対して傾斜した傾斜面から構成された半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１項において、
前記板部材の一方の面における前記貫通孔の周縁部に、前記絶縁性部材のフィレットが形成された半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項において、
前記貫通孔の壁面と前記金属柱との接続部に、前記絶縁性部材のフィレットが形成された半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１項において、
前記リードフレームは、絶縁性シートを介して前記板部材に固着された半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜６のうちのいずれか１項において、
前記板部材は、ダイパッドである半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のうちのいずれか１項において、
前記金属柱は１本であり、
前記１本の金属柱に、１つの前記半導体素子が固定された半導体装置。
【請求項１０】
板部材に形成された貫通孔に対して、絶縁性部材を介した金属柱を、前記板部材の一方の面から前記金属柱の一部が突出部として突出するように挿入する工程と、
前記突出部に半導体素子を固定する工程と、
前記半導体素子をリードフレームと電気的に接続する工程と、
前記半導体素子を覆うと共に、前記板部材の他方の面が露出するように、前記板部材及び前記リードフレームの少なくとも一部を覆う外装体を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
板部材に形成された貫通孔に対して、絶縁性部材を介した金属柱を、前記板部材の一方の面から前記金属柱の一部が突出部として突出するように挿入する工程と、
前記突出部に半導体素子を固定する工程と、
前記板部材の他方の面に放熱部材を固定する工程と、
前記半導体素子をリードフレームと電気的に接続する工程と、
前記半導体素子を覆うと共に、前記放熱部材の一部が露出するように、前記板部材、前記放熱部材及び前記リードフレームの少なくとも一部を覆う外装体を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、
前記貫通孔に前記絶縁性部材を介して前記金属柱を挿入する工程において、先端に凸部を有する挿入ピンを用い、前記凸部を前記金属柱に当接させて前記金属柱を前記貫通孔に挿入する半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記挿入ピンの前記凸部の側面が傾斜面である半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のうちのいずれか１項において、
前記貫通孔に前記絶縁性部材を介して前記金属柱を挿入する工程において、前記貫通孔の開口面積よりも大きい面積の前記絶縁性部材を、前記金属柱と共に挿入する半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のうちのいずれか１項において、
前記貫通孔に前記絶縁性部材を介して前記金属柱を挿入する工程において、前記金属柱の一部が前記板部材の一方の面上の前記絶縁性部材よりも上側に位置するように、前記金属柱を前記貫通孔に挿入する半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のうちのいずれか１項において、
前記貫通孔に前記絶縁性部材を介して前記金属柱を挿入する工程において、前記板部材の一方の面における前記貫通孔の周縁部に、前記絶縁性部材のフィレットを形成する半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のうちのいずれか１項において、
前記貫通孔に前記絶縁性部材を介して前記金属柱を挿入する工程において、前記貫通孔の壁面と前記金属柱との接続部に、前記絶縁性部材のフィレットを形成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、半導体素子が外装体に封止された半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インバータ制御機器等に搭載される半導体素子は、さらなる高密度化及び高速化が求められている。しかしながら、半導体素子の高密度化及び高速化により、半導体素子の発熱量が増大して、半導体素子の動作に対する信頼性が低下するというおそれが生じている。このため、半導体素子を実装するパッケージの放熱構造が重要になっている。【０００３】
そこで、放熱構造を有する半導体装置が、例えば特許文献１に提示されている。特許文献１に提示された半導体装置は、図１３に示すように、半導体素子１０１が搭載されたダイパッド１０２の裏面が封止樹脂１０３から露出する放熱構造を有する。【０００４】
また、別の放熱構造を有する半導体装置が、例えば特許文献２に提示されている。特許文献２に提示された半導体装置は、図１４に示すように、発熱量が大きい半導体素子２０１が搭載されたダイパッド２０２を放熱部材２０３に接続し、半導体素子２０１を封止する封止樹脂２０４から放熱部材２０３の一部を露出する放熱構造を有する。【０００５】
これらの他に、例えば特許文献３に提示された半導体装置がある。特許文献３に提示された半導体装置では、鉄からなる第１金属部材と、第１金属部材を貫通すると共に銅からなる第２金属部材とにより構成される放熱部材の上に、半導体素子が搭載されている。そして、この半導体装置は、放熱部材の一部が露出するように半導体素子が封止樹脂により封止された構造を有する。【０００６】
しかしながら、これら従来の半導体装置を動作させると、半導体素子の発熱により温度が上昇し、熱膨張係数の違いにより、ダイパッド又は放熱部材と半導体素子との間に熱応力が発生する。これは、ダイパッドの熱変形量が半導体素子の熱変形量よりも大きいことに起因する。そして、その熱応力により、半導体装置に反りが発生する。その結果、半導体素子の特性が変動するばかりでなく、半導体素子等にクラックが発生し、半導体装置の信頼性が低下するおそれもある。【０００７】
半導体素子に生じる熱応力を低減させるための構造を有する半導体装置が、例えば特許文献４に提示されている。特許文献４に提示された半導体装置は、柱状の部材により半導体素子の一面のうちの一部を支持することで、基板等により半導体素子の一面の全てを支持する場合と比較して、半導体素子に生じる熱応力を低減している。【０００８】
このような構成を用いて半導体素子に生じる熱応力を低減すると共に、半導体素子から発生する熱を外部に放出できる半導体装置が、例えば特許文献５に提示されている。特許文献５に提示された半導体装置は、図１５に示すように、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属基板３０１の上に、絶縁層３０２及びはんだ３０３を介して銅（Ｃｕ）からなる複数の柱部３０５と板部３０４とにより構成された放熱部材３０６を有する。複数の柱部３０５の上には、はんだ３０７を介して半導体素子３０８が搭載されている。半導体素子３０８から発生した熱は、はんだ３０７を介して柱部３０５から板部３０４に伝わり、絶縁層３０２を通って金属基板３０１から外部へ放熱される。ここで、放熱部材３０６を構成する銅及び金属基板３０１を構成するアルミニウムは、半導体素子３０８を構成する二酸化珪素（ＳｉＯ２）よりも熱膨張係数が大きい。このため、これらの温度が上昇すると、熱変形量の違いにより、半導体素子３０８と柱部３０５とを接続しているはんだ３０７に熱応力がかかり、亀裂及び破断が起こるおそれがある。特許文献５では、柱部３０５に銅線を用いて柱部３０５の強度をはんだ３０７よりも小さくしているため、柱部３０５が撓んだ状態で半導体素子３０８を支持している。その結果、熱応力がほとんど発生せず、熱応力に起因する半導体素子３０８の反りの発生を防止できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２５１４９４号公報
【特許文献２】特開平４−１６８７５３号公報
【特許文献３】特開平７−２１１８１８号公報
【特許文献４】特開平５−２１８１３３号公報
【特許文献５】特開２００４−８７６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献５に提示された半導体装置は、半導体素子から発生した熱を、放熱部材と、金属基板の上面のほぼ全てに形成された絶縁層とを介して、半導体装置の外部に放熱する。このため、特許文献５に提示された半導体装置では、放熱の効果が低減する可能性がある。その結果、半導体装置の信頼性が低下する場合がある。すなわち、特許文献５に提示された半導体装置では、半導体素子の周辺に生じる熱応力を低減しようとすると、放熱効果をも低減することとなってしまう。【００１１】
本発明は、半導体素子から発生する熱により生じる応力を低減でき、放熱効果が高く、信頼性が高い半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１の半導体装置は、貫通孔を有する板部材と、前記貫通孔に絶縁性部材を介して固定され、前記板部材の一方の面から突出した突出部を含む金属柱と、前記突出部に固定された半導体素子と、前記半導体素子と電気的に接続されたリードフレームと、前記半導体素子を覆うと共に、前記板部材、前記金属柱及び前記リードフレームの少なくとも一部を覆う外装体とを備え、前記板部材の他方の面が前記外装体から露出したことを特徴とする。【００１３】
また、前記の目的を達成するために、本発明に係る第２の半導体装置は、貫通孔を有する板部材と、前記貫通孔に絶縁性部材を介して固定され、前記板部材の一方の面から突出した突出部を含む金属柱と、前記突出部に固定された半導体素子と、前記半導体素子と電気的に接続されたリードフレームと、前記板部材の他方の面に固定された放熱部材と、前記半導体素子を覆うと共に、前記板部材、前記金属柱、前記放熱部材及び前記リードフレームの少なくとも一部を覆う外装体とを備え、前記放熱部材の一部が前記外装体から露出したことを特徴とする。【００１４】
また、前記の目的を達成するために、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、板部材に形成された貫通孔に対して、絶縁性部材を介した金属柱を、前記板部材の一方の面から前記金属柱の一部が突出部として突出するように挿入する工程と、前記突出部に半導体素子を固定する工程と、前記半導体素子をリードフレームと電気的に接続する工程と、前記半導体素子を覆うと共に、前記板部材の他方の面が露出するように、前記板部材及び前記リードフレームの少なくとも一部を覆う外装体を形成する工程とを備えたことを特徴とする。【００１５】
また、前記の目的を達成するために、本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、板部材に形成された貫通孔に対して、絶縁性部材を介した金属柱を、前記板部材の一方の面から前記金属柱の一部が突出部として突出するように挿入する工程と、前記突出部に半導体素子を固定する工程と、前記板部材の他方の面に放熱部材を固定する工程と、前記半導体素子をリードフレームと電気的に接続する工程と、前記半導体素子を覆うと共に、前記放熱部材の一部が露出するように、前記板部材、前記放熱部材及び前記リードフレームの少なくとも一部を覆う外装体を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、半導体素子から発生する熱により生じる応力を低減でき、放熱効果が高く、信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示し、図１のＡ部を拡大した断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示し、図１のＡ部を拡大した平面図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図７】図７は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図８】図８は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１２】図１２は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１３】図１３は第１の従来例の半導体装置を示す断面図である。
【図１４】図１４は第２の従来例の半導体装置を示す断面図である。
【図１５】図１５は第３の従来例の半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置について図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、半導体素子１２と、貫通孔１５を有するダイパッド１３を有するリードフレーム１１と、貫通孔１５に絶縁性部材１７を介して嵌合された円柱状の金属柱１６と、外装体１４とによって少なくとも構成されている。ダイパッド１３は、例えば銅及び銅合金からなり、その厚さが４００μｍ〜５００μｍ程度の板部材である。ダイパッド１３には、ダイパッド１３の上面１３ａから下面１３ｂまでを貫通する円柱状の貫通孔１５が形成されている。貫通孔１５には、絶縁性部材１７を介して、銅及び銅合金等からなる円柱状の金属柱１６が固定されている。金属柱１６の固定は、例えば、貫通孔１５に絶縁性部材１７を介して金属柱１６を嵌合して固定している。なお、金属柱１６は、ダイパッド１３の上面１３ａから突出している突出部を有する。金属柱１６の突出部の上面（突出面）１６ａには、ろう材１９を介して半導体素子１２が固定されている。半導体素子１２の固定は、例えば、金属柱１６の突出部の上面１６ａにろう材１９を介して半導体素子１２を固着して固定している。以下、固定方法の一例として、固着を用いている。ろう材は、例えばスズ（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−ビスマス（Ｂｉ）系のはんだ材料である。また、金属柱１６の突出部の上面（突出面）とは、半導体素子１２と対向する面である。
【００２０】
なお、板部材の一例であるダイパッド１３の上面１３ａは、板部材の一方の面の一例であり、ダイパッド１３の下面１３ｂは、板部材の他方の面の一例である。
【００２１】
ここで、図２及び図３に示すように、１つの半導体素子１２は、その中央部において１本の金属柱１６により支持されている。なお、図３では、図面の簡略化のために、ろう材１９及び外装体１４を省略している。半導体素子１２の厚さは、例えば２００μｍであり、金属柱１６の径は、例えば３ｍｍである。半導体素子１２には、ボンディングパッド（図示せず）が形成され、そのボンディングパッドと例えば銅からなるリードフレーム１１とが、ワイヤ線である金属部材２０により電気的に接続されている。半導体素子１２及びダイパッド１３を含むリードフレーム１１の一部は、例えば封止樹脂である外装体１４に封止され、ダイパッド１３の下面１３ｂは、外装体１４から露出している。
【００２２】
なお、絶縁性部材１７は、例えば低融点ガラスとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末との混合物からなる。絶縁性部材１７は、アルミナを含むため、通常の低融点ガラスと比較して熱伝導性が高い。
【００２３】
金属部材２０は、例えばアルミニウムワイヤである。また、アルミニウムワイヤでなく、アルミニウムリボン又は銅クリップを用いてもよい。アルミニウムリボン及び銅クリップは、アルミニウムワイヤと比較して断面積が大きく、配線抵抗値が小さくなるため、これらを用いることで、電力の損失を低減できる。
【００２４】
外装体１４は、例えばビフェニル系又はクレゾールノボラック系のエポキシ樹脂の熱硬化性樹脂からなる封止樹脂である。外装体１４により半導体素子１２、金属部材２０及びリードフレーム１１の一部が封止されることによって、リードフレーム１１と半導体素子１２とを一体化することができる。また、外装体１４により、半導体素子１２を保護することができる。
【００２５】
半導体素子１２には、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（insulated gate bipolar transistor：ＩＧＢＴ）、又はパワー金属酸化膜型電界効果トランジスタ（power metal oxide semiconductor field effect transistor：パワーＭＯＳＦＥＴ）を用いることができる。本実施形態では、半導体素子１２は、ダイオードが内蔵された横型パワーＭＯＳＦＥＴである。半導体素子１２は、大電流を用いた高速のスイッチング動作により発熱し、その熱がダイパッド１３に伝わり、ダイパッド１３の温度が上昇する。半導体素子１２を構成する珪素（Ｓｉ）等の半導体材料と比較して、ダイパッド１３を構成する銅等の金属材料の熱膨張係数は大きいため、ダイパッド１３の熱変形量は、半導体素子１２の熱変形量よりも大きい。その結果、半導体素子１２とダイパッド１３との接続部に大きな応力が発生する。本実施形態に係る半導体装置では、半導体素子１２を支持する金属柱１６の上面１６ａの表面積は、半導体素子１２の裏面の表面積よりも小さい。すなわち、半導体素子１２とダイパッド１３とは、金属柱１６を介して半導体素子１２の一部とのみ接続しているため、半導体素子１２とダイパッド１３との接続部において発生する応力を低減できる。
【００２６】
本実施形態に係る半導体装置において、半導体素子１２とダイパッド１３との間隙には、外装体１４である封止樹脂が充填されている。このように封止樹脂を充填させることで、半導体素子１２とダイパッド１３との密着性を強固にし、外部からの水分等の浸入を防止できる。
【００２７】
さらに、半導体素子１２の上下を挟むように封止樹脂が形成されているため、封止樹脂を充填する際に半導体素子１２に生じる圧力の均一性を確保できる。その結果、本実施形態に係る半導体装置では、半導体素子１２に生じる残留歪を低減することができる。また、本実施形態では、金属柱１６を１本だけ用いているため、半導体素子１２とダイパッド１３との間隙に封止樹脂を容易に充填させることができる。
【００２８】
さらに、金属柱１６は半導体素子１２の中央部を支持するため、半導体素子１２とダイパッド１３との間隙に封止樹脂である外装体１４が金属柱１６を中心として充填される。その結果、半導体素子１２に生じる圧力をより均一にすることが可能となる。
【００２９】
本実施形態に係る半導体装置は、半導体素子１２から生じた熱を、金属柱１６及びアルミナを含む絶縁性部材１７、並びに封止樹脂である外装体１４を介してダイパッド１３の下面側から放出できる。このため、従来の半導体装置のように基板の上面の全面に絶縁層が形成されている構成と比較して、本実施形態の半導体装置は高い放熱性を有する。
【００３０】
以下に、第１の実施形態に係る半導体装置における半導体素子１２と金属柱１６との接続部分の構造について、詳細に説明する。
【００３１】
図２に示すように、金属柱１６は、ダイパッド１３の貫通孔１５に絶縁性部材１７を介して嵌合され、その一部（突出部）がダイパッド１３の上面１３ａから突出している。ここで、金属柱１６の突出部の高さは、例えば７０μｍ〜１００μｍである。また、金属柱１６の上面１６ａの反対側の下面１６ｂは、ダイパッド１３の下面１３ｂよりも上に位置する。
【００３２】
絶縁性部材１７は、少なくとも金属柱１６の上面１６ａが露出するように設けられている。すなわち、絶縁性部材１７は、金属柱１６の底面及び貫通孔１５の壁面と金属柱１６の側面との間に形成されることにより、金属柱１６とダイパッド１３とを電気的に絶縁している。これにより、本実施形態では、半導体素子１２を大電流で動作させてもダイパッド１３に電流が流れることがなく、半導体素子１２の誤動作を防止することができる。
【００３３】
金属柱１６の下面１６ｂ側における絶縁性部材１７と貫通孔１５の壁面との接続部には、絶縁性部材１７のフィレット２２が形成されている。同様に、ダイパッド１３の上面１３ａにおける貫通孔１５の周縁部にも、絶縁性部材１７のフィレット２１が形成されている。これらフィレット２１、２２により、金属柱１６とダイパッド１３との接続強度をより強固にすることができる。
【００３４】
ここで、フィレット２２が貫通孔１５の外部に流れ出ると、ダイパッド１３の下面１３ｂに段差が生じる。ダイパッド１３の下面１３ｂに段差が生じることで、本実施形態に係る半導体装置を他の装置等に搭載する際に、がたつき等の問題が生じることとなる。このため、前述の通り、金属柱１６の下面１６ｂをダイパッド１３の下面１３ｂよりも上側（図２の紙面上側）に配置すると共に、ダイパッド１３の下面１３ｂから金属柱１６の下面１６ｂを覆う絶縁性部材１７の下面までの距離を約１０μｍ以上とすることが好ましい。
【００３５】
また、金属柱１６の上面１６ａには、凹状の窪み部（凹部）が形成されていることが好ましい。この上面１６ａにおける窪み部の曲率半径は、例えば１０ｍｍであり、窪み部の深さは、例えば１０μｍ〜２０μｍである。このような窪み部により、ろう材１９を溶融する際に、金属柱１６の上面１６ａからダイパッド１３にろう材１９が流れ出ることを防止できる。また、仮に、ろう材１９が金属柱１６の上面１６ａから流れ出たとしても、金属柱１６とダイパッド１３の上面１３ａとの間に形成された絶縁性部材１７のフィレット２１により、半導体素子１２とダイパッド１３との短絡を防止できる。ここで、絶縁性部材１７は、貫通孔１５の周縁部を覆うように形成されている。
【００３６】
なお、本実施形態の半導体装置では、ダイパッド１３に貫通孔１５が設けたものを用いているが、貫通孔１５でなく凹部を形成してもよい。ただし、凹部に金属柱を嵌合すると、凹部内の空気により絶縁性部材１７に気泡が形成されるおそれがあるため、ダイパッド１３には貫通孔１５が設けられることが望ましい。
【００３７】
本実施形態に係る半導体装置によると、半導体素子１２から発生する熱により生じる応力を低減でき、放熱効果が高く、信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００３８】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図４〜図６を参照しながら説明する。
【００３９】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法には、リードフレーム形成工程、ダイパッド加工工程、ダイスボンド工程、ワイヤボンディング工程、モールド工程及びリード加工工程が含まれる。ここで、リードフレーム形成工程、ダイスボンド工程、ワイヤボンディング工程、モールド工程及びリード加工工程は、公知の方法であるため、これらの工程の説明を省略し、ダイパッド加工工程について詳細に説明する。
【００４０】
まず、図４に示すように、円柱状の貫通孔１５が形成された板部材であるダイパッド１３の上面１３ａに、貫通孔１５を覆うように絶縁性部材１７を載置する。ここで、絶縁性部材１７は、貫通孔１５の開口径（例えば３ｍｍ）よりも大きい径を有する円板状の部材である。すなわち、絶縁性部材１７の面積は、貫通孔１５の開口面積よりも大きい。なお、絶縁性部材１７の径は、貫通孔１５の開口径と貫通孔１５の深さ（ダイパッド１３の厚さ）との和程度の大きさが望ましい。このような径の大きさの絶縁性部材１７を用いることにより、後の工程において、金属柱１６とダイパッド１３との間に絶縁性部材１７を確実に介在させることができる。
【００４１】
続いて、例えば径が３ｍｍである円柱状の金属柱１６の下面１６ｂを、貫通孔１５に対して位置合わせを行う。ここで、金属柱１６は、例えば打ち抜き加工によって作製されているため上面１６ａ側にバリが生じており、上面１６ａに、その中央部が外周部よりも窪んだ窪み部（凹部）が形成されている。この上面１６ａにおける窪み部（凹部）の曲率半径は、例えば１０ｍｍであり、深さは、例えば１０μｍ〜２０μｍである。
【００４２】
次に、図５に示すように、金属柱１６の下面１６ｂを絶縁性部材１７に当接させ、絶縁性部材１７を加熱すると共に、金属柱１６を貫通孔１５に挿入する。このとき、絶縁性部材１７を、その軟化温度（約３００℃）以上且つ溶融温度（約３５０℃）以下の温度に保持する。金属柱１６を貫通孔１５に挿入する際に、絶縁性部材１７は湾曲しながら金属柱１６と共に貫通孔１５に挿入される。絶縁性部材１７を加熱して軟化させる方法としては、例えば、絶縁性部材１７にレーザを照射する方法、又はダイパッド１３を加熱する方法が考えられる。このとき、絶縁性部材１７を安定して変形させるために、金属柱１６を加熱することにより、間接的に絶縁性部材１７を加熱する方法が望ましい。
【００４３】
ここで、金属柱１６の貫通孔１５への挿入は、金属柱１６の上部が、ダイパッド１３の上の絶縁性部材１７よりも上側（図５の紙面上側）に位置した状態を維持させることが望ましい。すなわち、金属柱１６の上部が、ダイパッド１３の上面１３ａ上の絶縁性部材１７よりも下側（図５の紙面下側）の位置まで挿入されないことが望ましい。このように金属柱１６を挿入することにより、後の工程において絶縁性部材１７を溶融する際に、金属柱１６の上面（突出面）１６ａの窪み部に絶縁性部材１７が入り込むことを防ぐことができる。
【００４４】
次に、図６に示すように、絶縁性部材１７をその溶融温度（約３５０℃）以上に加熱して溶融させる。これにより、ダイパッド１３の上面１３ａにおける貫通孔１５の周縁部にフィレット２１を形成し、金属柱１６の下面１６ｂ側における絶縁性部材１７と貫通孔１５の壁面との接続部にフィレット２２を形成し、貫通孔１５に金属柱１６を嵌合させる。
【００４５】
以上の工程により、本実施形態に係る半導体装置のダイパッド１３を加工する。
【００４６】
この後に、ダイスボンド工程、ワイヤボンディング工程、モールド工程及びリード加工工程を行うことにより、本実施形態に係る半導体装置を製造することができる。
【００４７】
なお、他の装置等と半導体素子１２の裏面との導通部位が必要な場合は、中央に穴部が設けられた絶縁性部材１７から金属柱１６の一部を外装体１４から露出（突出）させて、導通部位を形成してもよい。ただし、この場合は、露出させた金属柱１６にも絶縁性部材１７が固着している可能性が高いため、金属柱１６の露出部の絶縁性部材１７を取り除く工程を、別途行うことが望ましい。
【００４８】
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、半導体素子から発生する熱により生じる応力を低減でき、放熱効果が高く、信頼性が高い半導体装置を製造することができる。
【００４９】
（第１の実施形態の一変形例）
第１の実施形態では、予め上面１６ａに窪み部（凹部）が形成された金属柱１６を貫通孔１５に挿入したが、貫通孔１５への挿入と同時に、金属柱１６の上面に窪み部を形成してもよい。以下、挿入と同時に窪み部を形成する方法を用いる本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法について、図７〜図９を参照しながら説明する。本変形例において、第１の実施形態と同一の工程については、説明を簡略又は省略し、異なる点については、詳細に説明する。
【００５０】
図７に示すように、本変形例におけるダイパッド加工工程では、先端の中央部に凸部３１を有している挿入ピン３０を用いて、ダイパッド１３の貫通孔１５に金属柱２６を挿入する。なお、凸部３１の突出方向（図７の紙面上下方向）の長さは、例えば１０μｍ〜２０μｍであり、凸部３１の頂面３１ａの径（図７の紙面左右方向の長さ）は、例えば１ｍｍである。また、凸部３１の側面３１ｂは頂面３１ａに垂直な方向に対して傾斜しており、その傾斜角は、例えば４５°である。また、本変形例では、第１の実施形態と異なり、金属柱２６の上面２６ａに凹状の窪み部が形成されている必要はなく、上面２６ａは平坦でもよい。
【００５１】
まず、図７に示すように、ダイパッド１３の貫通孔１５を覆うように、ダイパッド１３の上面１３ａに、絶縁性部材１７を載置する。続いて、金属柱２６の下面２６ｂを貫通孔１５に対して位置合わせをする。
【００５２】
次に、図８に示すように、挿入ピン３０に設けられた凸部３１を金属柱２６の上面２６ａに当接させ、絶縁性部材１７を加熱すると共に金属柱２６を貫通孔１５に挿入する。このとき、絶縁性部材１７を、その軟化温度（約３００℃）以上且つ溶融温度（約３５０℃）以下の温度に保持する。金属柱２６を貫通孔１５に挿入する際に、絶縁性部材１７は湾曲しながら金属柱２６と共に貫通孔１５に挿入される。
【００５３】
次に、図９に示すように、絶縁性部材１７を、溶融温度（約３５０℃）以上に加熱して溶融させる。これにより、ダイパッド１３の上面１３ａにおける貫通孔１５の周縁部にフィレット２１を形成し、金属柱２６の下面２６ｂ側における絶縁性部材１７と貫通孔１５の壁面との接続部にフィレット２２を形成し、貫通孔１５に金属柱２６を嵌合させる。続いて、挿入ピン３０を金属柱２６から取り外すことにより、金属柱２６の上面２６ａに中央部がその周辺部よりも窪んだ凹部３２を形成する。ここで、凹部３２の深さは、例えば１０μｍ〜２０μｍとなり、凹部３２の底面の径は、例えば１ｍｍとなる。また、凹部３２の側面である傾斜面の傾斜角は、例えば４５°となる。
【００５４】
本変形例では、金属柱２６の上面２６ａが平坦であっても、凸部３１を有する挿入ピン３０により、上面２６ａに凹部３２を形成することができる。このため、上面が平坦な金属柱を用いる場合においても、ろう材１９を溶融させる際に、金属柱２６の上面２６ａからダイパッド１３にろう材１９が流れ出すことを防止できる。
【００５５】
本変形例では、挿入ピン３０の凸部３１の側面の傾斜角を例えば４５°としたが、この角度よりも大きい角度又は小さい角度であってもよく、ろう材１９が凹部３２から流れ出すことを防ぐことが可能な角度であればよい。
【００５６】
本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法によると、上面が平坦な金属柱を用いた場合においても、半導体素子から発生する熱により生じる応力を低減でき、放熱効果が高く、信頼性が高い半導体装置を製造することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置について、図１０を参照しながら説明する。本実施形態において、第１の実施形態と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
図１０に示すように、第２の実施形態に係る半導体装置は、ダイパッドではなく放熱板５３に貫通孔５５が設けられ、その貫通孔５５に金属柱１６が嵌合されている点で、第１の実施形態に係る半導体装置と異なる。この構成によって、本実施形態に係る半導体装置は、より発熱量が大きい半導体素子を搭載することが可能となる。
【００５９】
具体的に、本実施形態の半導体装置は、リードフレーム５１と、半導体素子１２と、貫通孔５５を有する板部材である放熱板５３と、貫通孔５５に絶縁性部材１７を介して嵌合された金属柱１６と、外装体１４とによって少なくとも構成されている。リードフレーム５１は、熱伝導性が高い材料からなり、複数のリードを備えている。熱伝導性が高い材料からなるリードフレーム５１は、例えば銅（Ｃｕ）からなる。また、外装体１４に封止されたリードフレーム５１の複数のリードの端部は、外装体１４内から外方に突出している。放熱板５３は、熱伝導性が高い金属からなる。熱伝導性が高い金属からなる放熱板５３は、例えば銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなる。放熱板５３の上には絶縁性シート６１が形成され、リードフレーム５１は、絶縁性シート６１を介して、放熱板５３に固着されている。
【００６０】
本実施形態では、放熱板５３の貫通孔５５と絶縁性部材１７を介して嵌合する金属柱１６が設けられ、金属柱１６の上面１６ａに半導体素子１２が固着されている。また、半導体素子１２、放熱板５３及びリードフレーム５１の一部は、外装体１４に封止されており、放熱板５３の下面５３ｂは、外装体１４から露出している。すなわち、放熱板５３の一部は、外装体１４から露出している。
【００６１】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、半導体素子１２を支持する金属柱１６の上面１６ａの表面積は、半導体素子１２の裏面の表面積よりも小さい。すなわち、半導体素子１２と放熱板５３とは、金属柱１６を介して半導体素子１２の一部と接続しているため、半導体素子１２と放熱板５３との接続部において発生する応力を低減できる。
【００６２】
本発明の第２の実施形態では、熱伝導性が高い材料からなる放熱板５３を用いているため、高い放熱性を有する半導体装置を得ることができる。
【００６３】
なお、本実施形態に係る半導体装置の製造方法、特に放熱板の貫通孔に金属柱を嵌合する方法は、第１の実施形態におけるダイパッドの貫通孔に金属柱を嵌合する方法と同一の方法であるため、その説明を省略する。
【００６４】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置について、図１１を参照しながら説明する。本実施形態において、第１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
図１１に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態に係る半導体装置と比較して、板部材であるダイパッド１３の下面１３ｂに、例えば銅又はアルミニウムからなる熱伝導性が高い放熱部材７０が固着されている。また、本実施形態に係る半導体装置は、放熱部材７０の下面（図１１の紙面下側の面）７０ｂが外装体１４から露出している。ここで、放熱部材の下面７０ｂは、ダイパッド１３に固着された放熱部材７０の上面（図１１の紙面上側の面）７０ａの反対側の面である。本実施形態では、熱伝導性が高い放熱部材７０が用いられているため、第１の実施形態よりも高い放熱効果を得ることができる。
【００６６】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１２を参照しながら説明する。
【００６７】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と比較して、図１２に示すように、ダイパッド１３の下面１３ｂに放熱部材７０を固着させる工程が加えられている。この固着させる工程は、外装体１４により半導体素子１２等を封止する前に行われればよい。例えば、この固着させる工程は、図４〜図６に示す貫通孔１５に金属柱１６を嵌合する工程の前に行ってもよく、また、貫通孔１５に金属柱１６を嵌合した後且つ外装体１４による封止工程の前に行ってもよい。
【００６８】
外装体１４による封止工程では、放熱部材７０の下面７０ｂが露出するように、外装体１４を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、半導体素子から発生する熱により生じる応力を低減でき、放熱効果が高く、特に、半導体素子が外装体に封止された半導体装置及びその製造方法に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１１、５１  リードフレーム
１２  半導体素子
１３  ダイパッド
１３ａ、１６ａ、２６ａ、７０ａ  上面
１３ｂ、１６ｂ、２６ｂ、５３ｂ、７０ｂ  下面
１４  外装体
１５、５５  貫通孔
１６、２６  金属柱
１７  絶縁性部材
１９  ろう材
２０  金属部材
２１、２２  フィレット
３０  挿入ピン
３１  凸部
３１ａ  頂面
３１ｂ  側面
３２  凹部
５３  放熱板
６１  絶縁性シート
７０  放熱部材
【図１】
0005412532.tif 000002
【図２】
0005412532.tif 000003
【図３】
0005412532.tif 000004
【図４】
0005412532.tif 000005
【図５】
0005412532.tif 000006
【図６】
0005412532.tif 000007
【図７】
0005412532.tif 000008
【図８】
0005412532.tif 000009
【図９】
0005412532.tif 000010
【図１０】
0005412532.tif 000011
【図１１】
0005412532.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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