(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂注入用の注入口（８）を有する金型（７）内に、片面（１２）側に基板部（１３）から段状に突出し平面形状が四隅を有する四角形状の台座部（１４）を有する放熱板（１０）を配置するとともに、
半導体素子（２）が搭載された搭載部（３ａ）を有するリードフレーム（３）を、前記搭載部（３ａ）が前記台座部（１４）に当接するように配置した後、
軟化状態の樹脂を前記注入口（８）から注入して、前記金型（７）内に充填することにより形成される樹脂封止型半導体装置において、
前記放熱板（１０）は、前記台座部（１４）の四隅と対応する部位に、外縁部から各四隅までくびれたくびれ部（１３ａ）が形成されており、前記台座部（１４）の各四隅に、前記段部（１４ａ）が切り欠かれて、前記注入口（８）から注入された樹脂を前記放熱板（１０）の片面（１２）側から他面（１１）側へ導く開口部（１５）が形成されており、前記台座部（１４）の四隅に形成された４つの開口部（１５）のうちの１つの開口部（１５）が、前記注入口（８）と対向する部位に設けられ、前記注入口（８）から注入された樹脂が、前記１つの開口部（１５）を通過し、前記放熱板（１０）の他面（１１）側へ流れ込み、他の開口部（１５）を通過して再び前記放熱板（１０）の片面（１２）へ抜けるように構成されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【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に関し、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、図４に示す本発明者の試作品に基づいて説明する。
【０００５】
図４は、上記従来技術に基づく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の一般的な構成を示すものである。ここで、図４において（ａ）は平面構成模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面模式図である。なお、図４（ａ）においては、便宜上、後で製造方法を説明するために、後述の成形金型７における樹脂注入用のゲート（注入口）８も一緒に示してある。
【０００６】
半導体装置１００の内部には、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等からなる放熱板４と、この放熱板４の上面側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。なお、図４（ａ）はモールド樹脂５を透視した状態である。
【０００７】
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と、搭載部３ａをリードフレーム３とつないでおくための吊りリード３ｃとから構成されている。
ここで、リード部３ｂにおいて、モールド樹脂５内に位置する部分はインナリード、モールド樹脂５外部に引き出された部分はアウタリードとして構成されているが、図４（ａ）においては、インナリード及びワイヤ６は２本のみ示してある。また、吊りリード３ｃは、リードフレーム３のうちモールド樹脂５外部に位置する部位と搭載部３ａとを連結しているが、図４（ｂ）においては省略してある。
【０００８】
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とリード部３ｂのインナリード部分とはワイヤボンディングされたワイヤ６によって接続されており、リード部３ｂ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。
【０００９】
ところで、この半導体装置１においては、リードフレーム３の搭載部３ａに搭載された半導体チップ２から発生する熱を効率よく逃がすために、放熱板４の上面と搭載部３ａとを当接させた構造がとられる。
ここで、放熱板４においては、リード部３ｂとの接触（短絡）防止のため、図４（ｂ）に示す様に、搭載部３ａと当接する部分に絞り加工を施し、放熱板の下面４ｄ側から上面４ｃ側に向かって基板部４ｂから段状に突出する台座部４ａを形成することで、意図的にリード部３ｂと基板部４ｂとの間にギャップＧを設けている。
【００１０】
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６が接続されたリードフレーム３（図５ではワイヤ６は省略）を、搭載部３ａを放熱板４の台座部４ａに当接させて下型７ｂにセットする。
【００１１】
そして、成形金型７の上型７ａをセットし、成形金型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。ここで、樹脂注入は図４（ｂ）及び図５に示すゲート８から注入される。最後に、リード部３ｂのアウタリードに半田を付ける表面処理等をした後、このアウタリード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。
【００１２】
ここで、放熱板４がモールド樹脂５を成形金型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。まず、成形金型７の熱により粘度の下がったモールド樹脂５が、成形金型７の下型７ｂに設けられたゲート８から下型キャビティ９ｂ内に注入される。ゲートから注入された樹脂は、まず放熱板４の基板部４ｂの１つの角部４０ｂに衝突し、図５中の矢印に示すような乱流を起こす。
【００１３】
そして下型７ｂに設置された放熱板４の台座部４ａの段部４０ａ壁面に衝突するため下型キャビティ９ｂ方面への樹脂の進入が阻害される。特に、台座部４ａの下部空間２０においては、その進入しにくさが顕著である。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となり、下部空間２０の中央部付近に未充填部分または巣、ウエルドラインといった成形不良が発生する。
【００１４】
これらモールド樹脂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を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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金型内に注入された樹脂が、放熱板台座部の段部壁面に衝突するため、放熱板下部への進入が阻害されることに着目してなされたものである。すなわち、請求項１記載の発明では、片面（１２）側に基板部（１３）から段状に突出する台座部（１４）を有する放熱板（１０）において、台座部（１４）の四隅と対応する部位に、外縁部から各四隅までくびれたくびれ部（１３ａ）が形成されており、台座部（１４）の各四隅に、段部（１４ａ）が切り欠かれて、金型（７）の注入口（８）から注入された樹脂を放熱板（１０）の片面（１２）側から他面（１１）側へ導く開口部（１５）が形成されており、台座部（１４）の四隅に形成された４つの開口部（１５）のうちの１つの開口部（１５）が、注入口（８）と対向する部位に設けられ、注入口（８）から注入された樹脂が、１つの開口部（１５）を通過し、放熱板（１０）の他面（１１）側へ流れ込み、他の開口部（１５）を通過して再び放熱板（１０）の片面（１２）へ抜けるように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
それによって、金型（７）の注入口（８）から注入された樹脂が、放熱板（１０）台座部（１４）の段部（１４ａ）壁面に到達した際に、放熱板（１０）の片面（１２）側から開口部（１５）を通過して、他面（１１）側すなわち放熱板（１０）の下部に進入する。よって、放熱板（１０）下部への樹脂の注入性が向上でき、モールド樹脂（５）の成形不良を防止することができる。
【００１８】
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一例である。
【００１９】
【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の平面構成を示す模式図である。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。
【００２０】
ここで、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、図４と同一部分については、図１中同一符号を付して補足説明をするにとどめる。なお、図４（ａ）と同様に、図１ではインナリード及びワイヤ６は２本のみ示すとともにゲート８を示してあり、モールド樹脂５は透視されている。
【００２１】
図２は図１の放熱板１０の単体構成図であり、（ａ）は平面構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。図２に示す様に、放熱板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を有する。この台座部１４は、図示例では、上記図４と同様に平面形状が四角形状であり、半導体チップ２を搭載したリードフレーム３の搭載部３ａが当接配置される。
【００２２】
ここで、図２（ａ）に示す様に、基板部１３は台座部１４の四隅以外の部位に設けられており、台座部１４の四隅と対応する部位においては、外縁部から各四隅までくびれたくびれ部１３ａを形成している。また、台座部１４の各四隅において、段部１４ａ壁面は切り欠かかれており、図２（ｂ）に示す様に、ゲート８から注入された樹脂を放熱板１０の上面１２側から下面１１側へ導く開口部１５が構成されている。
【００２３】
そして、図１に示す様に、半導体装置１において、放熱板１０は、台座部１４の四隅の１つすなわち４つの開口部１５のうちの１つが、製造時においてゲート８と対向する位置に配置されている。このように、本実施形態の放熱板１０は、上記図４の放熱板４において、台座部４ａの四隅に対応する基板部４ｂをくびれさせ、さらに、台座部４ａの四隅を切り欠いて上記開口部１５のような開口部を形成したものと同様な構成となっている。
【００２４】
本実施形態の半導体装置１も、上記半導体装置１００同様の方法にて製造されるが、次に、製造時における本実施形態独自の作用について、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、半導体装置１の各部材構成は模式的に示し、また、上記図５と同一部分には同一符号を付してある。
【００２５】
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形状を有し、図１に示す様に、ゲート８は、成形金型７の角部（図１中、符号８ａにて示す部位に相当）の１つに設けられている。まず、所定の温度に加熱された成形金型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、各開口部１５が成形金型７の各角部に対向するように、成形金型７内に配置される。
【００２６】
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。
【００２７】
ここで、本実施形態においては、樹脂が注入される部分に放熱板１０が障害物として存在しないため、図３において矢印の流れで示す様に、ゲート８から成形金型７のキャビティ９ａ、９ｂ内へ流入してきた樹脂は、ゲート８と対向する台座部１４の段部１４ａ壁面まで一気に到達し（図１中、矢印Ｍ参照）、そこに形成された開口部１５を通過し、放熱板１０の下面１１側へ流れ込む。
【００２８】
放熱板１０の下面１１側へ流れ込んだ樹脂は、他の開口部１５を通過して再び放熱板１０の上面１２へ抜けるため、成形金型７の両キャビティ９ａ、９ｂにおいて均一な充填が可能となる。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、むしろ、樹脂の流れを、充填が困難となる放熱板１０の下面１１側へ積極的に誘導するという貴重な役目を果たす。
【００２９】
このように、本実施形態では、放熱板１０台座部１４に設けた開口部１５によて樹脂の流れ性を大幅に改善できるため、特に従来品において、樹脂充填のネックとなっていた台座部１４の下側エリア（下部空間２０）への樹脂の注入性を向上させることができる。従って、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、モールド樹脂５によって実現することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
ところで、図１及び図４に示した様な、放熱板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。このようなタイプにおいては、標準のリードフレームと成形金型が流用できるため、新規なリードフレームと新規な製造設備は不要となり、コストアップを最小限に抑えて放熱性が向上できるというメリットがある。
【００３２】
ちなみに、本発明者等の測定データによると、１４ｍ×２０ｍボディの８０ピンとしたＱＦＰに関して、放熱板の無い構成が約３５℃／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２５℃／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。
【００３３】
ここで、本実施形態では、放熱板１０にくびれ部１３ａを設けているが、上記図４に示す放熱板４に比べて、放熱板１０の面積が縮小することによる放熱性のデメリットについても考慮した設計を行なっている。つまり、放熱板１０の基板部１３を、図４に示す放熱板４の最外殻の体格と同サイズに維持するような形状にすることによって、放熱性の劣化を最小限に食い止めている。本発明者の測定データによれば、本例の放熱板１０では、１０％以下の放熱性低下に止められることが確認できている。
【００３４】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、放熱板１０台座部１４の開口部１５においては、放熱板１０下面１１への樹脂の進入性をより効率よくするために、開口部１５の１つが製造時においてゲート８と対向するように設置されているが、どの開口部もゲート８と対向しない位置にあってもよい。つまり、開口部は、注入された樹脂が衝突する台座部１４の段部１４ａ壁面にあれば、樹脂の成形不良を防止すべく放熱板１０下部への樹脂の注入性を向上させることができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、放熱板１０基板部１３にくびれ部１３ａを設けているが、このくびれ部１３ａは無いものとしてもよい。但し、くびれ部１３ａがあれば、開口部１５へ注入樹脂を効率よく到達させることができる。
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平面構成模式図である。
【図２】図１の放熱板の単体構成図であり、（ａ）は平面構成図、（ｂ）は（ａ）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一般的な構成を示すものであり、（ａ）は平面構成模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面模式図である。
【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…半導体素子、３…リードフレーム、３ａ…リードフレームの搭載部、
７…成形金型、８…成形金型のゲート、１０…放熱板、１１…放熱板の下面、
１２…放熱板の上面、１３…放熱板の基板部、１３ａ…くびれ部、
１４…放熱板の台座部、１４ａ…台座部の段部、１５…開口部。
【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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