(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面（１１）側から上面（１２）側に向かって段状に突出する台座部（１４）が形成された放熱板（１０）を、樹脂注入用の注入口（８）を有する金型（７）の下型（７ｂ）に落とし込み、
その後、半導体素子（２）が搭載部（３ａ）に搭載され且つ前記半導体素子（２）がインナーリード（３ｂ）にワイヤボンディングされたリードフレーム（３）を、前記搭載部（３ａ）と前記台座部（４ａ）とを当接させて、前記下型（７ｂ）に配置し、
そして、前記金型（７）の上型（７ａ）をセットし、軟化状態の樹脂を、前記注入口（８）から前記金型（７）内に注入し、前記放熱板（１０）の上面（１２）及び下面（１１）側に充填することで樹脂封止を行う樹脂封止型半導体装置の製造方法において、
前記放熱板（１０）として、その外縁部のうち前記注入口（８）と対向させる部位が、前記放熱板（１０）の下面（１１）から上面（１２）に向かって折り曲げられた折り曲げ部（１５）となっているものを用い、
前記折り曲げ部（１５）が前記注入口（８）と対向するように前記放熱板（１０）を前記下型（７ｂ）に配置し、
前記インナーリード（３ｂ）と前記折り曲げ部（１５）との間に絶縁テープを介在させた構成として、前記樹脂封止を行うことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記放熱板（１０）として、その外縁部が四隅を有する形状で、前記外縁部の四隅に外方に突出した突出部（１３ａ）が形成され、各突出部（１３ａ）に前記折り曲げ部（１５）が形成されたものを用いることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱板を内蔵する樹脂封止型半導体装置の製造方法に関し、その樹脂封止型半導体装置としては、自動車におけるエンジン制御ＥＣＵ、ＡＢＳ用ＥＣＵ等に用いられるドライバＩＣあるいは電源ＩＣのような電力用半導体装置に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の樹脂封止型半導体装置は、例えば、自動車におけるエンジン制御ＥＣＵ、ＡＢＳ用ＥＣＵ等に用いられるドライバＩＣあるいは電源ＩＣのような電力用半導体装置に用いられる。そのようなものとして、例えば、特開昭６０−１１０１４５号公報、特開昭６１−１９４８６１号公報、特開平８−７００１６号公報等に記載のものが提案されている。
【０００３】
この種の樹脂封止型半導体装置は、一般に、パワーＭＯＳＦＥＴ等を含んだ半導体チップと、この半導体チップを搭載する搭載部を有するリードフレームと、半導体チップの放熱を促進するための放熱板（ヒートスプレッダ）とを、モールド樹脂で封止したパッケージ形態を採用した構成であり、金型内に半導体チップ、リードフレーム、放熱板を配置した状態で、樹脂を注入、充填することにより形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者が上記従来技術に基づいて、樹脂封止型半導体装置を試作検討したところ、放熱板が原因で、モールド樹脂に未充填部分や巣、ウエルドラインが残るという不具合が発生することがわかった。以下、これら不具合の発生原因について、本発明者の試作品である樹脂封止型半導体装置（以下、半導体装置という）１００について説明する。図４に半導体装置１００の断面構成を示す。
【０００５】
半導体装置１００は、ＣｕやＡｌ等の熱伝導性に優れた材料からなる放熱板４と、この放熱板４の上面４ｃに配置されたリードフレーム３と、パワーＭＯＳＦＥＴ等を含んだ半導体チップ（半導体素子）２とが収納され、これら部材２〜４は、例えば黒色のエポキシ樹脂等からなるモールド樹脂５で薄型矩形状に封止され一体化されている。
【０００６】
リードフレーム３は、半導体チップ２を搭載する搭載部（アイランド部）３ａと、搭載部３ａ周囲からモールド樹脂５外部に引き出された複数本のリード部３ｂ、３ｃとから構成されている。リード部３ｂ、３ｃは、モールド樹脂５内に位置する部分であるインナリード３ｂと、モールド樹脂５外部に引き出された部分であるアウタリード３ｃとからなる。なお、搭載部３ａは、リードフレーム３のうちモールド樹脂５外部の図示しない部分と連結されている。
【０００７】
そして、リードフレーム３の搭載部３ａには、半導体チップ２が、Ａｇペースト等の導電性樹脂もしくは半田等の接着部材（図示せず）を介して搭載されている。半導体チップ２は、各インナリード３ｂとワイヤボンディングされて接続され、リード部３ｂ、３ｃ及びワイヤ６を介して、半導体チップ２と外部との電気信号のやり取りが可能となっている。
【０００８】
ここで、半導体装置１においては、半導体チップ２から発生する熱を効率よく逃がすために、図４に示す様に、下面４ｄから上面４ｃに向かって基板部４ｂから段状に突出する台座部４ａを、絞り加工等により形成し、この台座部４ａと搭載部３ａとを当接させた構造としている。また、この台座部４ａにより、インナリード３ｂと基板部４ｂとの間にギャップＧが設定され、両者３ｂ、４ｂの接触（短絡）が防止されている。
【０００９】
かかる構成を有する半導体装置１００の製造方法について、図５（注入樹脂の流れを示す説明図）を参照して述べる。まず、所定の温度に加熱された金型（成形金型）７の下型７ｂに放熱板４単体を落とし込む（ドロップイン工程）。その後、半導体チップ２が搭載され且つワイヤボンディングされたリードフレーム３を、搭載部３ａと放熱板４の台座部４ａとを当接させて、下型７ｂにセットする。
【００１０】
そして、金型７の上型７ａをセットし、金型７内にモールド樹脂５を軟化状態で注入、充填することで樹脂封止を行なう。まず、金型７の熱により粘度の下がったモールド樹脂５が、金型７の下型７ｂに設けられたゲート（注入口）８から下型キャビティ９ｂ内に注入される。樹脂硬化後、アウタリード３ｃに半田を付ける表面処理等を行い、最後に、このアウタリード３ｃを所定の形状に加工することにより、半導体装置１００が完成する。
【００１１】
ここで、放熱板４がモールド樹脂５を金型７に注入する際の障害物となり、未充填、巣、ウエルドラインといった成形不良をおこす原因となっている。金型７のゲート８から軟化状態のモールド樹脂５が、下型キャビティ９ｂ内に注入されるが、注入された樹脂は、放熱板４の外縁部４０に衝突するため、ここが障害物となって下型キャビティ９ｂ方面への樹脂の進入が阻害される。
【００１２】
その結果、上型キャビティ９ａの方に樹脂が積極的に充填されるため、図５に太線と細線の矢印で示す様に、樹脂の流れが、上型キャビティ９ａで多く、下型キャビティ９ｂで少ないというように不均一な流れとなる。そのため、放熱板４下面４ｄ側の下部空間中央部付近に、未充填部分２０または巣、ウエルドラインといった成形不良が発生する。
【００１３】
このように、樹脂成形工程の際、放熱板４においてリードフレーム３配置面４ｃとは反対側の面である下面４ｄ側、すなわち放熱板下部に発生するモールド樹脂５の成形不良は、製品の外観上問題となるとともに、信頼性上も耐湿性の面で問題となる。
そこで、本発明は上記点に鑑みて、金型を用いて樹脂を注入することにより形成される放熱板内蔵型の樹脂封止型半導体装置において、樹脂の成形不良を防止すべく放熱板下部への樹脂の注入性を向上させることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来においては、放熱板のうち金型の注入口に対応する外縁部が平板形状であったため、注入口からの樹脂と衝突しやすくなっていることに着目し、放熱板外縁部形状について鋭意検討した結果なされたものである。すなわち、請求項１記載の発明においては、放熱板（１０）として、その外縁部のうち注入口（８）と対向させる部位が、放熱板（１０）の下面（１１）から上面（１２）に向かって折り曲げられた折り曲げ部（１５）となっているものを用い、放熱板（１０）の折り曲げ部（１５）が注入口（８）と対向するように放熱板（１０）を金型（７）に配置して樹脂封止を行うことを特徴としている。
【００１５】
それによって、注入口（８）から注入された樹脂は、放熱板（１０）の折り曲げ部（１５）にできたスペースに流れ込むことができるため、放熱板（１０）が障害物となることはない。また、放熱板（１０）の折り曲げ部（１５）は、放熱板（１０）の上面（１２）に向かって折り曲げられているから、樹脂の流れは、充填が困難となる放熱板（１０）下面（１１）（つまり、放熱板下部）側に積極的に誘導される。従って、本発明では、樹脂の成形不良を防止すべく放熱板下部への樹脂の注入性を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項２記載の発明においては、放熱板（１０）として、その外縁部が四隅を有する形状で、外縁部の四隅に外方に突出した突出部（１３ａ）が形成され、各突出部（１３ａ）に折り曲げ部（１５）が形成されたものを用いることを特徴としている。
【００１７】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置（以下、半導体装置という）１の断面図である。本例の半導体装置１は、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）であり、例えば、自動車におけるエンジン制御ＥＣＵ、ＡＢＳ用ＥＣＵ等に用いられるドライバＩＣあるいは電源ＩＣのような電力用半導体装置に用いられる。
【００１９】
ここで、図１に示す半導体装置１は、上記図４に示した半導体装置１００において、放熱板の構成を変えたのみであるため、以下、主として放熱板１０の構成について述べると共に、上記図４と同一部分については、図中、同一符号を付して補足説明をするにとどめる。また、図２は、図１を矢印Ａ方向からみた図であり、半導体装置１は平面矩形状となっている。
【００２０】
なお、図１は、図２におけるＢ−Ｂ断面図であり、リード部３ｂ、３ｃ及びワイヤ６は、実際には同断面上に無いが、破線にて模式的に表してある。また、図２では、モールド樹脂５、インナリード３ｂ及びワイヤ６は省略してあり、両図１及び２では、後述の製造方法を説明するために、便宜上、金型７のゲート（注入口）８を、対応する位置に破線にて示してある。
【００２１】
放熱板（ヒートスプレッダ）１０は、上記放熱板４と同様の材質からなり、下面１１側から上面１２側に向かって基板部１３から段状に突出する台座部１４が、絞り加工等により形成されている。そして、リードフレーム３の搭載部３ａは、この台座部１４に当接配置されている。ここで図２に示す様に、放熱板１０の外縁部の四隅は、若干外方に突出した突出部１３ａを形成しており、金型７のゲート８は、これら突出部１３ａの１つに対向する位置に設けられている。
【００２２】
なお、平面が多角形（本実施形態では矩形）であるフラットパッケージにおいては、通常、多角形における角部（隅部）を除く辺部分からアウタリードが引き出される。そのため、ゲートを通ってくる樹脂がアウタリードに付着しないように、ゲートは、アウタリードの存在しないパッケージの角部に対応した部位に形成され、本実施形態では、上記四隅に形成されている。
【００２３】
ここで、本実施形態では、各突出部１３ａの先端部を、放熱板１０の下面１１から上面１２に（つまりインナリード３ｂに）向かって、ある一定角度（例えば基板部１３に対して２０°程度）で折り曲げ、折り曲げ部１５を形成したことが特徴とするところである。また、ゲート８に対向した突出部１３ａには、必ず折り曲げ部１５を形成する。
【００２４】
折り曲げ部１５の折り曲げ角度は、モールド樹脂５の厚み（パッケージの厚み）によって異なるが、インナリード３ｂとの接触を避けるため、インナリード３ｂとは最低でも０．２ｍｍ程度のギャップを確保する必要がある。または、インナリード３ｂの下部にポリイミドテープ等の絶縁テープを設けることで、インナリード３ｂと折り曲げ部１５との間に絶縁テープを介在させ、上記ギャップを０としてもよい。
【００２５】
なお、通常のＱＦＰでは、複数のインナリードのばたつきを防止するために、ポリイミドテープを各インナリードの上面（放熱板と反対側の面）に貼って、インナリードを互いに固定した構成としている。インナリード３ｂと折り曲げ部１５との間に絶縁テープを介在させる構成では、各インナリード３ｂの下面にテープを貼るだけの工程変更で対応可能であるため、コストアップは全く無い。
【００２６】
このように、本実施形態では、従来、平板形状であった注入口と対向する放熱板外縁部を折り曲げた形状とした独自の構成としている。次に、上記半導体装置１００と異なる本実施形態独自の製造時における作用について、図３を参照して述べる。ここで、図３は、本実施形態における樹脂注入時の樹脂の流れを示す説明図であり、上記図５と同一部分には同一符号を付してある。
【００２７】
金型（成形金型）７は、薄型矩形のモールド樹脂５外形に対応したキャビティ９ａ、９ｂを有し、上述の様に、ゲート８は、金型７の角部の１つに設けられている。まず、所定の温度に加熱された金型７の下型７ｂに、放熱板１０単体を落とし込む（ドロップイン工程）。ここで、放熱板１０は、各折り曲げ部１５が金型７の各角部に対向するように、金型７内に配置される。
【００２８】
その後、上述と同様に、ワイヤ接続された（図３ではワイヤ６省略）半導体チップ２を搭載したリードフレーム３を、搭載部３ａを放熱板１０の台座部１４に当接させて、下型７ｂにセットする。そして、成形金型７の上型７ａをセットし、ゲート８から、成形金型７内にモールド樹脂５を、ある程度溶融した軟化状態で注入、充填することで樹脂封止を行なう。
【００２９】
ここで、本実施形態においては、注入口８から注入された樹脂は、放熱板１０の折り曲げ部１５によってできたスペースに流れ込むことができるため、放熱板１０が障害物となって、放熱板１０下部への進入が妨げられることはない。また、折り曲げ部１５は、放熱板１０の上面１２に向かって折り曲げられているから、樹脂は放熱板１０の下面１１側に積極的に誘導される。
【００３０】
そのため、矢印Ｕに示す上型キャビティ９ａの樹脂流れと、矢印Ｌに示す下型キャビティ９ｂの樹脂流れとは、略均一な流れとでき、両キャビティ９ａ、９ｂにおいて均一な充填がなされる。また、放熱板１０の下面１１側へ流れ込んだ樹脂は、従来のように成形不良の発生しやすい放熱板下部を通過して、再び放熱板１０の上面１２側へ抜ける。
【００３１】
このように、放熱板１０は、従来のように樹脂流れの障害物となるのではなく、寧ろ、樹脂の流れを、充填が困難となる放熱板１０下部へ積極的に誘導するという貴重な役目を果たす。従って、本実施形態では、樹脂充填のネックとなっていた放熱板下部への樹脂の注入性を向上させることができ、未充填、巣、ウエルドラインといった成形不良のないパッケージ形態を実現することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、上述の樹脂の流れとすることにより、放熱板１０下面１１に流入した樹脂によって、放熱板１０を押し上げる力が働くため、リードフレーム３の搭載部３ａ下面と放熱板１０台座部１４上面との接触する力が、強固となり、両者間にモールド樹脂の入り込む余地がなくなり、両者が十分に接触する。このことによって、より良好な放熱性が得られるという波及効果もある。
【００３３】
ところで、図１及び図４に示した様な、放熱板（ヒートスプレッダ）４、１０を内蔵する半導体装置１、１００は、放熱板４、１０とリードフレーム３とが、独立した別個の部品であり、放熱板４、１０は他の部品と固着しておらず、成形金型７に投げ込んだだけの構造であることにより、「ドロップイン方式」のヒートスプレッダ内蔵型パッケージと呼ばれている。
【００３４】
このようなタイプにおいては、放熱板の無い構成のパッケージに用いる標準のリードフレームと成形金型が流用できるため、放熱板を付加したことによる新規なリードフレームと新規な製造設備は不要となり、コストアップを極力抑えることができる。そして、放熱板を内蔵した分、当然熱抵抗の低いパッケージが得られる。
【００３５】
ちなみに、本発明者等の測定データによると、２８ｍ×２８ｍボディの１２０ピンとしたＱＦＰに関して、放熱板の無い構成が約３０℃／Ｗであったのに対し、放熱板４、１０を内蔵する半導体装置１、１００では、約２０℃／Ｗまで下げられ、放熱板の部品コスト上昇分以上のパフォーマンスが得られることが確認されている。
【００３６】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、放熱板１０の全ての突出部１３ａに折り曲げ部１５が形成されているが、少なくともゲート８と対向する突出部１３ａにのみ形成してもよい。また、１つの突出部１３ａに折り曲げ部１５を形成し、金型に接地する際に、折り曲げ部１５をゲート８に対向させるようにしてもよいことは勿論である。
【００３７】
また、上記実施形態では、表面実装タイプのＱＦＰを例にとって説明したが、同様な効果は、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔ  Ｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＩＰ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｉｎｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ  Ｉｎｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）といったあらゆるパッケージ形態においても発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面構成図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】上記実施形態における樹脂注入時の樹脂の流れを示す説明図である。
【図４】本発明者の試作品である樹脂封止型半導体装置の断面構成図である。
【図５】図４の試作品における樹脂注入時の樹脂の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
２…半導体チップ、３…リードフレーム、７…金型、８…ゲート、
１０…放熱板、１１…放熱板の下面、１２…放熱板の上面。
【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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