(57)【要約】【課題】生産性の高い半導体装置とその製造方法を提供する。【解決手段】本実施形態にかかる半導体装置の製造方法は、凹部１１ａと端子用凹部１１ｂとを有する下金型１１を用意する工程と、下金型１１の凹部１１ａにヒートシンク１２を配置し、端子用凹部１１ｂに制御端子１６を配置する工程と、下金型１１にヒートシンク１２が配置された状態で、ヒートシンク１２上に設けられた半導体素子１３を制御端子１６にワイヤボンディングする工程と、ヒートシンク１２を収容した下金型１１に上金型２１を重ね合せる工程と、下金型１１と上金型２１との間に封止樹脂１８を注入する工程と、封止樹脂１８から上金型２１と下金型１１を取り外す工程と、を備えたものである。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部と端子用凹部とを有する第１の金型を用意する工程と、
前記第１の金型の前記凹部にヒートシンクを配置し、前記端子用凹部に制御端子を配置する工程と、
前記第１の金型に前記ヒートシンクが配置された状態で、前記ヒートシンク上に設けられた半導体素子を前記制御端子にワイヤボンディングする工程と、
前記ヒートシンクを収容した前記第１の金型に第２の金型を重ね合せる工程と、
前記第１の金型と前記第２の金型との間に封止樹脂を注入する工程と、
前記第１の金型と前記第２の金型を型開きして、前記封止樹脂で前記半導体素子、及びボンディングワイヤを封止した半導体装置を取り出すステップと、を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記制御端子には、位置決め部が設けられ、
前記第１の金型の前記位置決め部に対応する位置に、位置決め凹部が設けられている請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記封止樹脂からはみ出した前記制御端子を基板に接続する工程をさらに備え、
前記基板に接続する工程では、圧入用治具が前記位置決め部に荷重を印加して、前記制御端子を前記基板の穴に圧入している請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記制御端子が複数設けられ、
複数の前記制御端子を連結する連結部が設けられ、
前記第１の金型と前記第２の金型を型開きした後、前記連結部を切断して、複数の前記制御端子を分離する請求項２、又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記凹部に前記ヒートシンクが配置された状態で、前記ヒートシンクと前記半導体素子を接合する請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の金型に透光部が設けられ、
前記透光部を介して前記ヒートシンクに光を照射することで、前記半導体素子を前記ヒートシンクにハンダ付けする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の金型を誘導加熱することで、前記半導体素子を前記ヒートシンクにハンダ付けする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体素子と、
前記半導体素子が接合されたヒートシンクと、
前記半導体素子と接続されたボンディングワイヤと、
前記ボンディングワイヤを介して前記半導体素子と接続された制御端子と、
前記半導体素子、及び前記ボンディングワイヤを封止する封止樹脂であって、前記制御端子の一部が外部に露出するように設けられた封止樹脂と、を備え、
前記封止樹脂の外側において、前記ヒートシンクから延在した部分に切断部が無いように、前記封止樹脂が設けられている半導体装置。
【請求項９】
前記制御端子が圧入された穴を有する基板をさらに備える請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記封止樹脂の外側において、前記制御端子には屈曲部、又は凸部が設けられており、
前記屈曲部、又は凸部よりも先端部分が前記基板の穴に圧入されている請求項９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体のチップをヒートシンクに接合する方法が開示されている（特許文献１）。特許文文献１のヒートシンクとリードが密着した状態で、半導体素子とリードとをワイヤーで接続している。そして、ワイヤボンドが終了した後、接続部の変形によって、ヒートシンクとリードを分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２２２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された方法では、ワイヤボンド工程の後、ヒートシンク、及びチップを上側金型、及び下側金型によって挟み込んでいる。そして、上側金型と下側金型とによって囲まれたキャビティにモールド用の樹脂が流し込まれる。この後、金型からパッケージが取り出され，リードが切断される。半導体装置は、樹脂によってモールドされており、樹脂からリード（アウターリード）が延出している。
【０００５】
このような半導体装置では、制御端子を制御基板に接続するために、ハンダ付けを行う必要がある。ハンダ付けを行わないプレスフィットを用いることで、低コスト化を図ることができる。プレスフィットでは、制御基板内の穴に、リード（制御端子）を圧入して接続している。プレスフィットでは、リード（制御端子）をヒートシンクや電極材と異なるバネ材で製作する必要がある。このため、ヒートシンクなどが形成されているリードフレームと予め接合させている。
【０００６】
したがって、プレスフィット用の端子を用いた場合、リードフレームを形成する必要が生じてしまい、材料費を抑制することが困難である。さらに、タイバーカットを行う必要があるため、製造コストを抑制することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、生産性の高い半導体装置、及びその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】
本発明の一態様にかかる半導体装置の製造方法は、凹部と端子用凹部とを有する第１の金型を用意する工程と、前記第１の金型の前記凹部にヒートシンクを配置し、前記端子用凹部に制御端子を配置する工程と、前記第１の金型に前記ヒートシンクが配置された状態で、前記ヒートシンク上に設けられた半導体素子を前記制御端子にワイヤボンディングする工程と、前記ヒートシンクを収容した前記第１の金型に第２の金型を重ね合せる工程と、前記第１の金型と前記第２の金型との間に封止樹脂を注入する工程と、前記第１の金型と前記第２の金型を型開きして、前記封止樹脂で前記半導体素子、及びボンディングワイヤを封止した半導体装置を取り出すステップと、を備えたものである。これにより、高い生産性で半導体装置を製造することができる。
【０００９】
上記の製造方法において、前記制御端子には、位置決め部が設けられ、前記第１の金型の前記位置決め部に対応する位置に、位置決め凹部が設けられていてもよい。これにより、容易に位置決めすることができ、生産性を向上することができる。
【００１０】
上記の製造方法において、前記封止樹脂からはみ出した前記制御端子を基板に接続する工程をさらに備え、前記基板に接続する工程では、圧入用治具が前記位置決め部に荷重を印加して、前記制御端子を前記基板の穴に圧入してもよい。これにより、制御端子を容易に基板に圧入することができる。
【００１１】
上記の製造方法において、前記制御端子が複数設けられ、複数の前記制御端子を連結する連結部が設けられ、前記第１の金型と前記第２の金型を型開きした後、前記連結部を切断して、複数の前記制御端子を分離してもよい。これにより、制御端子を容易に制御端子用凹部に配置することができる。
【００１２】
上記の製造方法において、前記凹部に前記ヒートシンクが配置された状態で、前記ヒートシンクと前記半導体素子を接合してもよい。第１の金型内で、半導体素子をヒートシンクに接合することができる。
【００１３】
上記の製造方法において、前記第１の金型に透光部が設けられ、前記透光部を介して前記ヒートシンクに光を照射することで、前記半導体素子を前記ヒートシンクにハンダ付けしてもよい。これにより、効率よく加熱することができ、生産性を向上することができる。
【００１４】
上記の製造方法において、前記第１の金型を誘導加熱することで、前記半導体素子を前記ヒートシンクにハンダ付けしてもよい。これにより、効率よく加熱することができ、生産性を向上することができる。
【００１５】
本発明の一態様にかかる半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子が接合されたヒートシンクと、前記半導体素子と接続されたボンディングワイヤと、前記ボンディングワイヤを介して前記半導体素子と接続された制御端子と、前記半導体素子、及び前記ボンディングワイヤを封止する封止樹脂であって、前記制御端子の一部が外部に露出するように設けられた封止樹脂と、を備え、前記封止樹脂の外側において、前記ヒートシンクから延在した部分に切断部が無いように、前記封止樹脂が設けられているものである。これにより、高い生産性で半導体装置を製造することができる。
【００１６】
上記の半導体装置において、前記制御端子が圧入された穴を有する基板をさらに備えていてもよい。これにより、生産性を向上することができる。
【００１７】
上記の半導体装置において、前記封止樹脂の外側において、前記制御端子には屈曲部、又は凸部が設けられており、前記屈曲部、又は凸部よりも先端部分が前記基板の穴に圧入されてもよい。これにより、容易に位置決めすることができ、生産性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、生産性の高い半導体装置、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図２】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図４】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図６】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図８】半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図１０】半導体装置と制御基板の接続部分を示す平面図である。
【図１１】半導体装置と制御基板とのハンダ接続部分を示す平面図である。
【図１２】制御端子とヒートシンクの相対位置が固定されていない状態を模式的に示す図である。
【図１３】リードフレームを用いた半導体装置を模式的に示す図である。
【図１４】変形例１にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す図である。
【図１５】変形例２にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す図である。
【図１６】実施の形態２にかかる半導体装置を模式的に示す平面図である。
【図１７】下金型を模式的に示す平面図である
【図１８】実施の形態２かかる半導体装置の圧入工程を示す平面図である
【図１９】図１８の圧入部分を拡大して示す図である
【図２０】実施の形態３にかかる半導体装置を模式的に示す平面図である
【図２１】下金型を模式的に示す平面図である
【図２２】実施の形態３にかかる半導体装置の圧入工程を示す平面図である
【図２３】実施の形態４の半導体装置の封止前の構成を模式的に示す平面図である。
【図２４】比較例１にかかる半導体装置の製造工程を示す平面図である
【図２５】比較例１にかかる半導体装置の製造工程を示す平面図である
【図２６】比較例１にかかる半導体装置の製造工程を示す平面図である
【図２７】比較例１にかかる半導体装置の製造工程を示す平面図である
【図２８】比較例１にかかる半導体装置を模式的に示す平面図である
【図２９】比較例２にかかる半導体装置の製造工程を示す平面図である
【図３０】比較例２にかかる半導体装置の製造工程を示す平面図である
【図３１】比較例２にかかる半導体装置の製造工程を示す平面図である
【図３２】比較例２にかかる半導体装置の製造工程を示す平面図である
【図３３】比較例２にかかる半導体装置を模式的に示す平面図である
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る移動体の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２１】
実施の形態１．
本実施の形態に係る半導体とその製造方法について、図を参照して説明する。図１〜図９は、半導体装置の製造工程を示す図である。図１、図３、図５、図７、図９は、各製造工程における半導体装置、及び金型の平面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。同様に、図４、図６、図８は、図２と同じ位置における各工程での断面図である。また、図１〜図９の説明では、ＸＹＺ直交座標系を用いる。Ｚ方向が半導体装置の厚さ方向であり、Ｘ方向、及びＹ方向が半導体装置の厚さ方向と直交する方向である。
【００２２】
（下金型１１の用意）
まず、半導体装置の製造工程について説明する。図１、図２に示すように、下金型（第１の金型）１１を用意する。下金型１１は、凹部１１ａ、端子用凹部１１ｂ、及び端子用凹部１１ｃを有している。凹部１１ａは、端子用凹部１１ｂ、及び端子用凹部１１ｃに接続されている。そして、凹部１１ａは、端子用凹部１１ｂ、及び端子用凹部１１ｃよりも深く形成されている。ＸＹ平面において、凹部１１ａは下金型１１の中心部分に配置されている。そして、端子用凹部１１ｂが凹部１１ａの＋Ｘ方向に延在しており、端子用凹部１１ｃが凹部１１ａの−Ｘ方向に延在している。ＸＹ平面において、端子用凹部１１ｂは、Ｘ方向を長手方向とする矩形状に形成されている。ここでは、３つの端子用凹部１１ｂが凹部１１ａから延在しているが、端子用凹部１１ｂの数は特に限定されるものではなく、１つまたは複数であればよい。
【００２３】
（ヒートシンク１２の設置）
そして、図３、図４に示すように、下金型１１内に、ヒートシンク１２を設置する。すなわち、下金型１１の凹部１１ａにヒートシンク１２を配置する。また、ヒートシンク１２は、−Ｘ側に延在した端子１２ａを有している。端子１２ａはヒートシンク１２よりも薄くなっている。端子１２ａは、端子用凹部１１ｃに配置される。ヒートシンク１２は、電極を兼ねており、例えば、銅材によって形成されている。端子１２ａは、ヒートシンク１２と一体化されている。すなわち、端子１２ａもヒートシンク１２と同じ銅材によって形成されている。そして、ヒートシンク１２が電極となる。凹部１１ａは、ヒートシンク１２の厚さとほぼ深さで形成されている。
【００２４】
ヒートシンク１２の上は、半導体素子１３、及び半導体素子１４が設けられている。すなわち、ヒートシンク１２の＋Ｚ側の面には、半導体素子１３、１４が配置されている。半導体素子１３、１４は、ハンダ接合でヒートシンク１２に固定されている。すなわち、ヒートシンク１２は、半導体素子１３、１４と機械的に一体化している。半導体素子１３、及び半導体素子１４は、ヒートシンク１２と電気的に接続されている。ヒートシンク１２は、半導体素子１３、１４と電気的、熱的に一体化されている。半導体素子１３は、後述するように、制御端子１６とで接続されるボンディングパッド１３ａを有している。
【００２５】
半導体素子１３、及び半導体素子１４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）やダイオード等のパワー半導体である。ヒートシンク１２は、半導体素子１３、１４の熱を放熱するために設けられている。例えば、半導体素子１３、１４に電源を供給することで、半導体素子１３、１４が発熱する。ヒートシンク１２は、銅などの熱伝導性の高い材料で形成され、半導体素子１３、１４で発生した熱を外部に放熱する。なお、下金型１１内に設置する前に、半導体素子１３、又は半導体素子１４が予めヒートシンク１２に固定された状態となっていてもよく、下金型１１内において、半導体素子１３、及び半導体素子１４をヒートシンク１２に固定してもよい。もちろん、ヒートシンク１２に搭載する半導体素子の数や種類は特に限定されるものではない。
【００２６】
ヒートシンク１２から−Ｘ方向に延在した端子１２ａは、端子用凹部１１ｃ内に配置される。すなわち、端子用凹部１１ｃは、端子１２ａに応じた大きさ及び形状となっている。したがって、端子１２ａは、端子用凹部１１ｃに収容される。また、凹部１１ａは、ヒートシンク１２の大きさよりも大きくなっている。したがって、ヒートシンク１２は凹部１１ａに収容されるが、ヒートシンク１２の外周部には空間が生じている。なお、この工程では、端子用凹部１１ｂ内には、何も配置されていない状態となっている。
【００２７】
（制御端子１６の設置、及びワイヤボンディング）
次に、図５、図６に示すように、端子用凹部１１ｂに制御端子１６を配置した後、ボンディングワイヤ１５を接続する。ボンディングワイヤ１５の一端はボンディングパッド１３ａに接続され、他端は制御端子１６に接続される。換言すると、制御端子１６と半導体素子１３とがボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続される。
【００２８】
制御端子１６はＸ方向を長手方向としており、ヒートシンク１２の＋Ｘ側に配置される。端子用凹部１１ｂは、制御端子１６に対応する大きさ、及び形状となっている。具体的には、制御端子１６は、端子用凹部１１ｂとほぼ同じ幅を有する棒状の金属部材である。Ｘ方向において、制御端子１６は端子用凹部１１ｂよりも長くなっている。したがって、制御端子１６の一部は、凹部１１ａまではみ出している。また、制御端子１６は、端子用凹部１１ｂの深さと略同じ厚さとなっている。したがって、Ｚ方向における制御端子１６の上面の高さは、ヒートシンク１２の上面の高さ、及び下金型１１の上面の高さとほぼ同じになっている。
【００２９】
制御端子１６の凹部１１ａにはみ出している部分と、半導体素子１３のボンディングパッド１３ａとワイヤボンディングする。すなわち、ボンディングワイヤ１５を用いて、半導体素子１３のボンディングパッド１３ａと制御端子１６を電気的に接続する。ヒートシンク１２と制御端子１６とが下金型１１内に配置された状態で、ヒートシンク１２上の半導体素子１３を制御端子１６とボンディングする。ボンディングワイヤ１５は、下金型１１の凹部１１ａから＋Ｚ側にはみ出すように配置される。
【００３０】
ボンディングワイヤ１５は、例えば、アルミニウム材料によって形成された、太さ数十μｍ〜数百μｍの細線である。制御端子１６は、後述するように、プレスフィット用の端子である。したがって、制御端子１６は、例えば、リン青銅、又はベリリウム銅などのバネ材で形成されている。すなわち、制御端子１６は、ヒートシンク１２とは異なる材料によって形成されている。制御端子１６の形状や材料は、特に限定されるものではなく、制御基板との接続をプレスフィットではなくハンダ付けする場合は、ヒートシンク１２と同じ材料であってもよい。
【００３１】
なお、上記の説明では、下金型１１内にヒートシンク１２を設置した後、制御端子１６を設置したが、ヒートシンク１２と制御端子１６を設置する順番は特に限定されるものではない。たとえば、下金型１１内に、制御端子１６を設置した後、ヒートシンク１２を設置してもよく、実質的に同じタイミングでヒートシンク１２と制御端子１６を設置してもよい。また、ボンディング工程では、制御端子１６の位置が、端子用凹部１１ｂによって規制されている。したがって、ヒートシンク１２に対する制御端子１６の相対位置がずれることがない。よって、ボンディングワイヤ１５に応力が発生するのを防ぐことができる。ボンディング後に発生する応力によって、ボンディングワイヤ１５の断線や強度の低下を防ぐことができる。
【００３２】
（上金型２１の設置）
次に、下金型１１を成形機内に設置して、図７、及び図８に示すように、上金型（第２の金型）２１を下金型１１上に設置する。なお、図７では、ヒートシンク１２、半導体素子１３、半導体素子１４、ボンディングワイヤ１５、及び制御端子１６が上金型２１に覆われてしまい見えなくなるため、これらの構成を点線で示している。上金型２１には、半導体素子１３、及びボンディングワイヤ１５等が配置される凹部２１ａが設けられている。そして、上金型２１の凹部２１ａと、下金型１１の凹部１１ａが向い合って繋がるように、上金型２１を下金型１１に重ね合せる。ヒートシンク１２を収容した下金型１１を上金型２１に重ね合せる。これにより、凹部１１ａと凹部２１ａとを合わせた空間が封止空間１９となる。
【００３３】
このとき、上金型２１と下金型１１との間の封止空間１９にヒートシンク１２、半導体素子１３、半導体素子１４、ボンディングワイヤ１５が配置される。また、制御端子１６の一部は封止空間１９に配置される。上記したように、制御端子１６の端部は、端子用凹部１１ｂに配置され、端子１２ａは、端子用凹部１１ｃに配置されている。
【００３４】
（封止）
次に、封止空間１９に封止樹脂１８を封入する。そして、上金型２１と下金型１１を型開きして、封止樹脂１８で半導体素子１４、及びボンディングワイヤ１５を封止した半導体装置１０を取り出す。これにより、図９のようになる。このようにして、半導体装置１０が完成する。なお、完成後の半導体装置１０では、ヒートシンク１２、半導体素子１３、半導体素子１４、ボンディングワイヤ１５等が封止樹脂１８によって覆われた構成となるが、図９では、説明の明確化のため、これらの構成を模式的に示している。
【００３５】
端子１２ａと制御端子１６は、封止樹脂１８の内側から外側まで延在している。端子１２ａの端部、及び制御端子１６の端部が封止樹脂１８に配置されており、外側に露出している。すなわち、端子用凹部１１ｂ、及び端子用凹部１１ｃでは、端子１２ａ、及び制御端子１６に対する隙間が狭いため、端子用凹部１１ｂ、及び端子用凹部１１ｃに封止樹脂１８が封入されず、端子１２ａ、及び制御端子１６が封止樹脂１８で覆われない。このようにして、ヒートシンク１２、半導体素子１３、半導体素子１４、制御端子１６がモールドされて、一体化する。半導体素子１３、１４、及びボンディングワイヤ１５が封止樹脂１８によって完全に覆われて、保護される。
【００３６】
このようにすることで、ヒートシンク１２、及び制御端子１６等が封止樹脂１８で固定される。さらに、封止樹脂１８による封止前は、下金型１１がヒートシンク１２と制御端子１６を固定している。よって、ヒートシンク１２に対する制御端子１６の相対位置がずれることがなく、ボンディングワイヤ１５に発生する応力を低減することができる。これにより、応力によるボンディングワイヤ１５の断線や強度の低下を防ぐことができる。
【００３７】
（制御基板２３との接続）
上記のようにして、完成した半導体装置１０を制御基板２３に接続すると、図１０に示すようになる。制御端子１６は、プレスフィット用の端子となる。制御端子１６は、制御基板２３に設けられた穴の中に圧入される。制御端子１６はバネ材で形成されているため、制御端子１６自身が貫通した穴を内側から広げるように押し続ける。これにより、制御基板２３との導通と、機械的な接続とを維持することができる。
【００３８】
（プレスフィット接続による効果）
一般的に、電極、及び端子は電気伝導率が高いことが求められ、ヒートシンク１２は熱伝導率が高いことが求められる。したがって、ヒートシンク１２、及び端子１２ａは、純銅かそれに類する銅材で製作する。すなわち、ヒートシンク１２、及び端子１２ａは、銅を主成分とする材料で形成することが望まれる。
【００３９】
一方、銅の含有率が高い銅材は、少量の変形で塑性変形してしまい、十分な弾性力を長期的に維持することが困難である。例えば、制御端子１６をヒートシンク１２と同じ銅材で形成した場合、長期的には十分な弾性力が得られないため、プレスフィット接続が困難となる。すなわち、導通不良や固定不良が生じてしまう。従って、制御端子材料として銅材を用いた場合、図１１に示すように、ハンダ材料３７によって、制御端子３６と制御基板２３とをハンダ付けする。ハンダ付け工程を行うことで、生産コストを抑制することができなくなってしまう。
【００４０】
プレスフィット接続を行う場合、制御端子１６には、バネ材であるリン青銅やベリリウム銅などの合金が用いられる。こうすることで、長期的に十分な弾性力を維持することが可能になる。例えば、制御端子１６には、純銅比が１５〜３０％の材料の銅合金を用いることができる。このようにすることで、制御基板２３に対して半導体装置１０を確実に接続し、固定することができる
【００４１】
本実施の形態では、図１０のように、制御端子１６をプレスフィット用端子として、制御基板２３の貫通穴に圧入している。これにより、制御基板２３に対するハンダ付けを行うことなく、半導体装置１０を制御基板２３に接続、固定することができる。よって、生産性を向上することができる。
【００４２】
（リードフレームを用いた場合との比較）
純銅比が１５〜２０％のリン青銅、ベリリウム銅を制御端子１６の材料として用いた場合、電気伝導度が悪くなる。純銅比が２０〜３０％のリン青銅、ベリリウム銅を制御端子１６の材料として用いた場合、熱伝導度が悪くなる。パワー素子などの大電流、高発熱のデバイスの電極や端子には、電気伝導度や熱伝導度に対する要求がより高くなる。同含有率の低いバネ材を電源用端子や放熱用のヒートシンクとして用いた場合、十分な電気伝導度や熱伝導度を得られなくなってしまうおそれがある。
【００４３】
半導体装置１０は、通常、ヒートシンク１２と半導体素子１３とのハンダ付け、ワイヤボンディング、樹脂封止という工程順で生産される。ワイヤボンディング後、次工程に製品を搬送する際などに、細いボンディングワイヤ１５で繋がっている状態だと、ボンディングワイヤ１５が損傷するおそれがある。制御端子１６とヒートシンク１２の相対的な位置ずれによって、ボンディングワイヤ１５が切断などしてしまうおそれがある。例えば、図１２に示すように、制御端子１６とヒートシンク１２とが封止樹脂によって固定されていない状態では、半導体素子１３に対する制御端子１６の相対位置が変化してしまうおそれがある。半導体素子１３に対して制御端子１６が変位すると、ボンディングワイヤ１５に応力が加わり、ボンディングワイヤ１５が損傷又は変形してしまうおそれがある。
【００４４】
制御端子１６とヒートシンク１２との相対位置を固定するために、図１３に示すようなリードフレーム４０を用いることが考えられる。リードフレーム４０は、第１のフレーム４１と第２のフレーム４２を有している。第１のフレーム４１と第２のフレーム４２は、固定部４３によって固定されている。固定部４３は、カシメ、超音波接続、溶接などの方法によって形成されている。第１のフレーム４１は、端子部４４と、ヒートシンク部４５とを備えている。端子部４４は、図９の端子１２ａに対応し、ヒートシンク部４５は、ヒートシンク１２に対応している。ヒートシンク部４５には、半導体素子３３、３４が設けられている。第１のフレーム４１は、ヒートシンク１２と同じ銅材によって形成される。
【００４５】
第２のフレーム４２は、リード部４７とタイバー４６を有している。リード部４７は、は、Ｘ方向に延びている。タイバー４６は複数のリード部４７と交差するようにＹ方向に延びている。リード部４７は、タイバー４６によって連結されている。後のタイバーカット工程で、タイバー４６をカットすることで、リード部４７が制御端子となる。第２のフレーム４２は、制御端子１６と同じバネ材によって形成されている。
【００４６】
このように、端子部４４、ヒートシンク部４５、及びリード部４７等を一体のリードフレーム４０で形成する。こうすることで、ヒートシンク部４５とタイバー４６との相対的な位置ずれからボンディングワイヤ３５を保護することができる。そして、ボンディングワイヤ３５などを封止樹脂により封止する。これにより、リード部４７とヒートシンク部４５とを固定する。そして、固定部４３やタイバー４６など不要部分を切断する。
【００４７】
このように、リードフレーム４０を用いた場合、第１のフレーム４１と第２のフレーム４２を固定する固定接続工程や、タイバーカットなどの切断工程が増えてしまう。リードフレーム４０を形成するための材料が増加してしまう。よって、生産コストを抑制することが困難になってしまう。
【００４８】
一方、本実施の形態にかかる製法を用いることで、２つのフレームを固定する固定接続工程や、リード部４７をつなぐタイバーをカットなどのタイバーカット工程等が不要となる。さらに、ヒートシンク１２や制御端子１６となる材料消費を抑制することができる。これにより、生産性を向上することができる。本実施の形態にかかる半導体装置１０は、制御端子１６にタイバーカットを行わずに製造することができる。具体的には、複数の制御端子１６を端子用凹部１１ｂに配置した状態でワイヤボンディングを実行している。よって、封止後に、不要部分を切断する必要がない。ヒートシンク１２、及び制御端子１６の端面には、タイバーや不要部分を切断することで形成される切断部（切断痕）がない構成となっている。このように、本実施の形態にかかる半導体装置１０、及びその製造方法では、生産性を向上することができる。
【００４９】
（変形例１）
本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の変形例１について、図１４を用いて説明する。図１４は、変形例１にかかる半導体装置の製造方法の工程を示す断面図である。本実施の形態では、半導体素子１３、半導体素子１４をヒートシンク１２と固定する工程を示している。変形例１では、下金型１１内にヒートシンク１２を設置した状態で、ヒートシンク１２に半導体素子１３、１４を接合する。変形例１では、光加熱によって、半導体素子１３、１４をヒートシンク１２にハンダ付けしている。なお、半導体素子１３、１４の接合工程は、ワイヤボンディング工程の前に行われる。
【００５０】
そのため、下金型１１の底部、すなわち、−Ｚ側の面に透光部１１１が設けられている。透光部１１１は、加熱用の光を透過する。例えば、透光部１１１は、貫通穴によって形成することができる。すなわち、下金型１１の底面に、貫通穴を設けることで、透光部１１１を形成することが可能である。あるいは、レーザ光Ｌ１を透過する材料によって、透光部１１１を形成してもよい。下金型１１の底面に、レーザ光Ｌ１を透過する窓部を設けることで、透光部１１１を形成してもよい。下金型１１の全体、又は一部が光を透過する材料であればよい。
【００５１】
透光部１１１を有する下金型１１に、ヒートシンク１２を設置する。さらに、ヒートシンク１２の上に、半導体素子１３、１４を配置する。半導体素子１３、１４とヒートシンク１２の接合部分にハンダ材料（不図示）を配置して、透光部１１１から加熱用のレーザ光Ｌ１を照射する。こうすることで、ハンダ材料が溶融して、半導体素子１３、１４をヒートシンク１２に固定することができる。
【００５２】
ヒートシンク１２に半導体素子１３、１４を容易に接続、固定することができる。また、直接ヒートシンク１２を光加熱することができるため、加熱効率を向上することができる。なお、加熱に用いられる光はレーザ光に限定されるものではなく、赤外光等を用いることが可能である。透光部１１１は、ヒートシンク１２によって覆われている。このため、封止工程で封止樹脂が透光部１１１となる貫通穴から出るのを防ぐことができる。
【００５３】
（変形例２）
本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の変形例２について、図１５を用いて説明する。図１５は、変形例２にかかる半導体装置の製造方法の工程を示す断面図である。本実施の形態では、半導体素子１３、半導体素子１４をヒートシンク１２に接合する工程を示している。変形例２では、変形例１と同様に、下金型１１内にヒートシンク１２を設置した状態で、ヒートシンク１２に半導体素子１３、１４を固定する。変形例２では、誘導加熱によって、半導体素子１３、１４をヒートシンク１２にハンダ付けしている。
【００５４】
そのため、下金型１１を、誘導加熱可能な金属材料で形成している。例えば、下金型１１として、鉄系材料を用いることができる。鉄系材料によって形成された下金型１１に、ヒートシンク１２を設置する。ヒートシンク１２の上に、半導体素子１３、１４を配置する。下金型１１の−Ｚ側に誘導加熱用コイル１１２を設置する。半導体素子１３、１４とヒートシンク１２の接合部分にハンダ材料を配置して、誘導加熱用コイル１１２に、交流電流を供給する。
【００５５】
誘導加熱用コイル１１２が高周波誘導磁界を発生させる。これにより、下金型１１に渦電流が流れ、効果的にジュール熱が発生するようになる。下金型１１で発生した熱によって、ヒートシンク１２の温度が上昇する。これにより、ハンダ材料が溶融して、半導体素子１３、１４をヒートシンク１２に固定することができる。こうすることで、ヒートシンク１２に半導体素子１３、１４を容易に接続、固定することができる。
【００５６】
なお、変形例１、２におけるハンダ付け以外の工程は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。もちろん、実施の形態１、２以外の方法によって、半導体素子１３、１４をヒートシンク１２に接合してもよい。
【００５７】
実施の形態２．
本実施の形態にかかる半導体装置、及びその製造方法について、図１６、及び図１７を参照して説明する。図１６は、半導体装置１０の構成を模式的に示す平面図であり、図１７は、下金型１１の構成を示す平面図である。なお、図１６に示す半導体装置１０は、封止工程の前の構成であり、図１７に示す下金型１１に配置されている。すなわち、図１６では、封止樹脂１８の図示が省略されている。
【００５８】
本実施の形態では、図１６に示すように、制御端子１６に位置決め部１６ａが設けられている。また、図１７に示すように、下金型１１には、位置決め凹部１１ｄが設けられている。位置決め部１６ａ、及び位置決め凹部１１ｄ以外の構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
位置決め部１６ａは、Ｘ方向における制御端子１６の途中に設けられた凸部によって形成される。すなわち、位置決め部１６ａはＹ方向に突出している。Ｙ方向における制御端子１６の幅が途中で広がることによって、位置決め部１６ａが形成される。位置決め凹部１１ｄは、位置決め部１６ａに対応する位置に形成されている。位置決め部１６ａが位置決め凹部１１ｄ内に配置される。換言すると、ＸＹ方向の位置が設計位置よりずれていると、位置決め凹部１１ｄ内に制御端子１６ａを設置することができなくなる。よって、端子用凹部１１ｂに対する制御端子１６のＸ方向における位置が規制される。このようにすることで、ヒートシンク１２に対する制御端子１６の位置を正確に位置決めすることができる。
【００６０】
位置決め部１６ａとなる凸部を圧入に利用することも可能である。この場合、位置決め部１６ａは、封止樹脂１８の外側に露出するように配置する。この方法について、図１８、及び図１９を用いて説明する。図１８は、圧入工程における半導体装置１０を模式的に示す図である。図１９は、図１８の圧入部分を拡大して示す図である。
【００６１】
制御基板２３の貫通穴２３ａに制御端子１６を圧入して、圧入用治具２９で制御端子１６を矢印方向に押しこむ。これにより、貫通穴２３ａ内に制御端子１６が圧入される。このとき、位置決め部１６ａに圧入用治具２９を当接して、位置決め部１６ａに荷重を加える。これにより、圧入用治具２９からの荷重が、位置決め部１６ａに印加される。容易に制御端子１６に荷重を印加することができ、圧入工程の生産性を向上することができる。これにより、半導体装置１０を簡便に制御基板２３に接続、固定することができる。さらに、電気的な接続を確実に行うことができ、接続不良等の発生を防ぐことができる。生産性を向上することができる。
【００６２】
さらに、Ｙ方向において、貫通穴２３ａは位置決め部１６ａの幅よりも小さくなっている。したがって、位置決め部１６ａの＋Ｘ側の面が制御基板２３の表面に当接して、圧入位置が規制される。このようにして、制御基板２３に対する半導体装置１０の位置決めを行うことができる。ここでは、制御端子１６の先端部１６ｂは、制御基板２３を貫通している。
【００６３】
実施の形態３．
本実施の形態にかかる半導体装置、及びその製造方法について、図２０〜図２２を参照して説明する。図２０は、半導体装置１０の構成を模式的に示す平面図であり、図２１は、下金型１１の構成を示す平面図である。図２２は、制御端子１６を圧入する工程を模式的に示す図である。なお、図２０に示す半導体装置１０は、封止工程の前の構成であり、実際には、図２１に示す下金型１１に配置されている。
【００６４】
本実施の形態では、位置決め部１６ａ、及び位置決め凹部１１ｄの形状が実施の形態２と異なっている。本実施の形態では、図２２に示すように、制御端子１６をＬ字状に屈曲させることで、位置決め部１６ａを形成している。すなわち、Ｘ方向に延びた制御端子１６がＺ方向に屈曲している。制御端子１６の位置決め部１６ａよりも先端側の先端部１６ｂはＺ方向に延在している。下金型１１には、端子用凹部１１ｂよりも深い位置決め凹部１１ｄが設けられている。位置決め凹部１１ｄは、下金型１１を貫通するように形成されていてもよい。位置決め凹部１１ｄは、端子用凹部１１ｂの＋Ｘ側の端部に位置している。この構成においても、実施の形態２と同様に、位置決めを容易に行うことができる。
【００６５】
さらに、実施の形態２と同様に、位置決め部１６ａを圧入に利用することが可能である。例えば、制御基板２３に制御端子１６を圧入する場合は、図２２に示すように、圧入用治具２９を用いて制御端子１６を矢印方向に押し込む。例えば、位置決め部１６ａとなる屈曲部に、圧入用治具２９が荷重を印加する。これにより、先端部１６ｂが制御基板２３の貫通穴に挿入される。そして、圧入用治具２９で制御端子１６を制御基板２３の穴に押し込むことで、制御端子１６が制御基板の穴に圧入される。半導体装置１０が制御基板２３に固定され、接続される。このようにすることで、簡便に制御端子１６を制御基板２３に圧入して固定することができる。さらに、電気的な接続を確実に行うことができ、接続不良等の発生を防ぐことができる。よって、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
なお、位置決め部１６ａ、及び位置決め凹部１１ｄの構成は、実施の形態２、３の構成に限られるものではない。すなわち、制御端子１６に様々な形状の凹凸や屈曲を設けることで、位置決め部１６ａを形成することができる。位置決め凹部１１ｄについては、位置決め部１６ａに対応した形状、及び大きさとする。位置決め部１６ａを有する制御端子１６を収容できるような端子用凹部１１ｂ、及び位置決め凹部１１ｄを下金型１１に形成する。こうすることで、下金型１１内における制御端子１６の位置決めを容易に行うことができる。さらに、凸部や屈曲部を圧入用治具２９の加重を印加する荷重印加部とすることができる。よって、圧入を容易に行うことができる。
【００６７】
実施の形態４．
実施の形態４に係る半導体装置とその製造方法について、説明する。図２３は、封止前の半導体装置の構成を示す平面図である。図２３では、下金型１１に配置される状態の半導体装置を示している。なお、図２３では、下金型１１については省略している。
【００６８】
本実施の形態では、実施の形態２の構成に加えて、制御端子１６に連結部１６ｃが設けられている。連結部１６ｃは、Ｙ方向に沿って形成され、隣接する制御端子１６を連結している。連結部１６ｃは、複数の制御端子１６を連結するタイバーとなる。連結部１６ｃを有する制御端子１６を下金型１１の端子用凹部１１ｂ内に設置する。このとき、下金型１１の端子用凹部１１ｂは、連結部１６ｃを収容するよう、連結部１６ｃに対応した形状となっている。
【００６９】
そして、連結部１６ｃが複数の制御端子１６を連結している状態で、実施の形態１で示したように、樹脂封止を行う。連結部１６ｃは、封止樹脂１８の外側に露出している。樹脂封止後、タイバーカットによって、連結部１６ｃを切断する。すなわち、上金型２１と下金型１１を型開きして、封止樹脂１８で半導体素子、及びボンディングワイヤを封止した半導体装置を取り出す。下金型１１と上金型２１とを型開きした後、連結部１６ｃを切断することで、複数の制御端子１６を分離する。これにより、それぞれの制御端子１６が独立した端子となる。このようにすることで、複数の制御端子１６をそれぞれ端子用凹部１１ｂに設置する工程を簡素化することができる。連結部１６ｃで連結された状態の制御端子１６を端子用凹部１１ｂに配置すればよいため、複数の端子用凹部１１ｂ毎に制御端子１６を設置する必要がなくなる。
【００７０】
連結部１６ｃの切断工程が必要となるが、制御端子１６を設置する回数を減らすことができ、生産性を向上することができる。さらに、連結部１６ｃは、実施の形態２、３で示した位置決め部１６ａとして機能する。これにより、容易に位置決めすることができる。
【００７１】
また、凸部を残すように連結部１６ｃを切断する。これにより、実施の形態２、３と同様に、圧入用治具２９の加重を印加する加重印加部を形成することができる。すなわち、位置決め部１６ａに荷重を印加することができる。よって、実施の形態２、３で示したように、制御基板２３の穴に対して、制御端子１６を容易に圧入することができる。この場合、例えば、制御端子１６が実施形態２で示したような形状となるよう、連結部１６ｃを切断すればよい。
【００７２】
比較例１．
次に、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法に対する比較例１について説明する。比較例１では、図１３で示したリードフレーム４０を用いた製造方法を説明する。以下、比較例１に係る製造方法について、図２４〜図２８を参照して説明する。なお、比較例１では、プレスフィット端子を用いているため、半導体装置３０は、制御基板にプレスフィット接続される。
【００７３】
まず、図２４に示すように、第１のフレーム４１と第２のフレーム４２とを有するリードフレーム４０を用意する。リード部４７が制御端子１６に相当しており、端子部４４が端子１２ａに対応している。そして、Ｘ方向に延びた複数のリード部４７が、タイバー４６によって連結されている。プレスフィット接続を行う場合、第２のフレーム４２は、バネ材で形成される。一方、ヒートシンク部４５を有する第１のフレーム４１は、熱伝導度の高い銅材で形成される。第１のフレーム４１、及び第２のフレーム４２は、固定部４３で固定されている。固定部４３における固定には、カシメや超音波接合等が用いられる。
【００７４】
そして、図２５に示すように、ヒートシンク部４５に半導体素子３３、３４を接合する。半導体素子３３、３４は、例えば、ヒートシンク部４５にハンダ付けされて、固定される。次に、図２６に示すように、ボンディングワイヤ３５によって、半導体素子３３をリード部４７に接続する。この状態では、第１のフレーム４１と第２のフレーム４２が固定されているため、半導体素子１３に対するリード部４７の相対位置が変化しない。よって、ボンディングワイヤ３５に対する応力の発生を抑制することができ、ボンディングワイヤ３５の損傷を防ぐことができる、
【００７５】
ワイヤボンド後、成形機に投入して、封止樹脂３８を金型（図示せず）中に注入すると、図２７に示すようになる。ヒートシンク部４５、半導体素子３３、半導体素子３４、及びボンディングワイヤ３５が封止樹脂３８によって覆われる。リードフレーム４０の外周部分は封止樹脂３８から露出している。樹脂封止後、金型から取り外して、タイバーカットを行うと、図２８に示すようになる。図２８では、リードフレーム４０の不要部分が除去されている。なお、図２８では、説明の明確化のため封止樹脂３８で覆われた構成についても図示している。
【００７６】
リード部４７がタイバー４６、及び第２のフレーム４２から切断されることで、リード部４７であった部分が、制御端子３６となる。また、端子部４４が第１のフレーム４１から切断されることで、端子３２ａとなる。このように、制御端子３６と端子３２ａが封止樹脂３８の外側に露出している。
【００７７】
さらに、半導体装置３０には、切断部３９が存在している。この切断部３９について説明する。リードフレーム４０からヒートシンク部４５を切り離すために、樹脂封止後にタイバーカットを行う必要が生じてしまう。すなわち、ヒートシンク部４５をリードフレーム４０に連結したままではリード部４７が短絡してしまうため、リードフレーム４０の不要部分を切断除去する必要がある。例えば、図２７に示す固定部４３の近傍で、ヒートシンク部４５をリードフレーム４０の外周部分から切断する必要がある。端子部４４以外において、ヒートシンク部４５をリードフレーム４０から切り離す必要が生じる。また、リード部４７をタイバー４６や第２のフレーム４２から切り離す必要がある。
【００７８】
このため、図２８に示すように、制御端子３６や端子３２ａ以外で、封止樹脂３８の外側に切断部３９が存在している。樹脂封止後に切断工程が行われるため、切断部３９は、封止樹脂３８の外側に露出している。図２８では、ヒートシンク部４５からＹ方向に延びた部分が切断部３９となっている。このように、制御端子３６、及び端子部３２ａの以外の箇所に切断部３９が存在することになる。切断部３９では、銅材等が封止樹脂３８からはみ出した構成となるため、何らかの絶縁処理が必要となる。これに対して、本実施の形態にかかる半導体装置１０では、図９などに示したように、切断部が存在しない。
【００７９】
比較例２．
比較例２では、リードフレーム４０を用いた製造方法について、図２９〜図３３を参照して説明する。なお、実施の形態、又は比較例１と同様の工程については説明を省略する。
【００８０】
まず、図２９に示すようにリードフレーム４０を用意する。比較例２では、プレスフィット端子を用いずに、ハンダ付けによって制御基板に接続される半導体装置１０を説明する。従って、リードフレーム４０が材料の異なる２つのフレームを有していない。換言すると、純銅材をプレス成形することによって、リードフレーム４０を形成することができる。リードフレーム４０は、端子部４４と、ヒートシンク部４５と、タイバー４６と、リード部４７と、を備えており、一体的に形成されている。
【００８１】
ヒートシンク部４５に半導体素子３３、３４をハンダ付けすると、図３０に示すようになる。次に、ボンディングワイヤ３５によって、半導体素子３３をリード部４７に接続すると、図３１に示すようになる。この状態では、リードフレーム４０が切断されていないため、半導体素子１３とリード部４７との相対位置がずれない。よって、ボンディングワイヤ３５に損傷を与える応力を抑制することができる、
【００８２】
ワイヤボンド後、成形機に投入して、封止樹脂３８を金型（図示せず）中に注入すると、図３２に示すようになる。ヒートシンク部４５、半導体素子３３、半導体素子３４、及びボンディングワイヤ３５が封止樹脂３８によって覆われる。樹脂封止後、金型から取り外して、タイバーカットを行うと、図３３に示すようになる。なお、図３３では、説明の明確化のため封止樹脂３８で覆われた構成についても図示している。これにより、比較例１と同様に半導体装置３０が完成する。比較例２では、プレスフィット端子を用いていないため、制御端子１６は、制御基板にハンダ付けされる。
【００８３】
比較例２においても、比較例１と同様に、切断部３９が封止樹脂３８からはみ出した構成となっている。本実施の形態に係る半導体装置１０と、比較例１、２に係る半導体装置３０を比較すると、半導体装置１０は、切断部３９を有していない構成となる。換言すると、半導体装置１０のヒートシンク１２は、封止樹脂１８から延在した部分に切断部３９を有していない構成となる。すなわち、ヒートシンク１２からは端子１２ａが封止樹脂１８からはみ出した構成となっているが、端子１２ａには切断による切断痕がない構成となっている。図９などに示したように、本実施の形態では、封止樹脂１８の外側において、ヒートシンク１２から延在した部分に切断部が無いように、封止樹脂１８が設けられている。このように、切断部がない状態で、封止樹脂１８が半導体素子１３、１４、及びボンディングワイヤ１５等を封止する構成となっている。これにより、生産性の高い半導体装置１０を実現することができる。また、本実施の形態に係る半導体装置１０は、リードフレームを構成する必要がないため、比較例２と比較して、材料使用量を低減することができる。
【００８４】
なお、上記の実施の形態１〜４、及び変形例１、２は任意の構成で組み合わせ可能である。例えば、変形例１、２にかかる接合工程を、実施の形態２〜４に用いてもよい。
【００８５】
以上、本発明は、上記実施形態又は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００８６】
１０  半導体装置
１１  下金型
１１ａ  凹部
１１ｂ  端子用凹部
１１ｃ  端子用凹部
１１ｄ  位置決め凹部
１２  ヒートシンク
１２ａ  端子
１３  半導体素子
１３ａ  ボンディングパッド
１４  半導体素子
１５  ボンディングワイヤ
１６  制御端子
１６ａ  位置決め部
１６ｂ  先端部
１６ｃ  連結部
１８  封止樹脂
２１  上金型
２２  封止樹脂
２３  制御基板
２９  圧入用治具
３５  ボンディングワイヤ
３６  制御端子
４１  第１のフレーム
４２  第２のフレーム
４３  固定部
４４  端子部
４５  ヒートシンク部
４６  タイバー
４７  リード部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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