(57)【要約】【課題】封止部に上方へ凸となるフィレットが形成されることを防止することができる封止部成形治具、半導体装置、及び半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】封止部成形治具４０は、半導体素子２０を含む積層体４４を囲むとともに、積層体４４における上部電極１４の上端面１４ａを上面３０ａから露出させつつ封止する封止部３０を成形する。封止部成形治具４０は、積層体４４を囲む治具本体４１を有し、この治具本体４１は封止部３０の外側面３０ｂに当接してこの外側面３０ｂを成形する内側面４１ａを有するとともに、治具本体４１における内側面４１ａの上端での高さＨ２が、上部電極１４の上端面１４ａの高さＨ１より低く設定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被封止部材を囲むとともに、前記被封止部材の上端面を上面から露出させつつ封止する封止部を成形するための封止部成形治具であって、
前記被封止部材を囲む治具本体を有し、
該治具本体は前記封止部の外側面に当接して該外側面を成形する当接面を有するとともに、該当接面の上端の高さが、前記被封止部材の上端面の高さより低く設定されていることを特徴とする封止部成形治具。
【請求項２】
前記治具本体の前記当接面の周囲の少なくとも一部には、前記治具本体内からオーバーフローした前記封止部の材料を受け止める受け溝が形成されている請求項１に記載の封止部成形治具。
【請求項３】
前記被封止部材は、上部電極を有する半導体素子であり、前記上端面は前記上部電極である請求項１又は請求項２に記載の封止部成形治具。
【請求項４】
前記被封止部材は、上部電極に接合されたバスバーと半導体素子であり、前記上端面は前記バスバーの面である請求項１又は請求項２に記載の封止部成形治具。
【請求項５】
少なくとも半導体素子を含む被封止部材が封止部で囲まれるとともに、前記被封止部材の上端面が前記封止部の上面から露出している半導体装置であって、
前記封止部が請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の封止部成形治具を用いて成形されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
少なくとも半導体素子を含む被封止部材が封止部で囲まれるとともに、前記被封止部材の上端面が前記封止部の上面から露出している半導体装置の製造方法であって、
前記被封止部材を囲むとともに、前記封止部の外側面に当接して該外側面を成形する当接面を有し、該当接面の上端が、前記被封止部材の上端面の高さより低く設定されている封止部成形治具を用い、
該封止部成形治具で前記被封止部材を囲み、
前記封止部成形治具内に封止部の材料を注入、硬化させ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、被封止部材を囲むとともに、被封止部材の上端面を上面から露出させつつ封止する封止部を成形するための封止部成形治具、該封止部成形治具を用いて形成された半導体装置、及び該半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置において、半導体素子を封止部で封止して機械的に保持することで、半導体素子の信頼性を高めることができる。封止部の製造方法としては、例えば、特許文献１が挙げられる。
【０００３】
図６に示すように、特許文献１においては、配線基板８１に半導体素子８２を電気的に接続して搭載する。そして、配線基板８１上に、枠状のマスク８３を載せるとともに、そのマスク８３の内側に半導体素子８２を位置させる。次に、マスク８３に供給された封止材料８４をスキージ８５で擦ってマスク８３の開口部８３ａを通して印刷する。そして、マスク８３を配線基板８１から取り外すと、半導体素子８２が封止材料８４で封止されて封止部が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−４０５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、封止材料８４をスキージ８５で擦るとき、スキージ８５によって封止材料８４がマスク８３内に沈み込んでしまう。すると、封止材料８４の上面において、マスク８３の内側面との当接面付近には、上方へ凸となるフィレットが形成されてしまう。このため、封止材料８４の上面に半導体素子８２の電極を露出させ、その電極にバスバー等を接続する際、上方へ凸となるフィレットが邪魔になって電極とバスバーを接続できなくなる場合がある。
【０００６】
本発明は、封止部に上方へ凸となるフィレットが形成されることを防止することができる封止部成形治具、半導体装置、及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、被封止部材を囲むとともに、前記被封止部材の上端面を上面から露出させつつ封止する封止部を成形するための封止部成形治具であって、前記被封止部材を囲む治具本体を有し、該治具本体は前記封止部の外側面に当接して該外側面を成形する当接面を有するとともに、該当接面の上端の高さが、前記被封止部材の上端面の高さより低く設定されていることを要旨とする。
【０００８】
これによれば、封止部成形治具を用いて封止部を成形すると、封止部の材料は、治具本体の当接面より内側で表面張力により、治具本体の当接面の上端より高い位置に保持される。封止部の材料が表面張力により保持された状態では、その材料は封止部の上面から当接面に向けて曲率を有しながら下る形状に成形される。よって、封止部の材料が硬化すると、製造される封止部の上端縁は外側面に向けて曲率を有しながら下る形状に形成されており、封止部により、上方へ凸となるフィレットが形成されることが防止される。
【０００９】
また、前記治具本体の前記当接面の周囲の少なくとも一部には、前記治具本体内からオーバーフローした前記封止部の材料を受け止める受け溝が形成されていてもよい。
これによれば、治具本体に注入された封止部の材料が、治具本体内からオーバーフローしても、受け溝で受け止めることができる。よって、封止部を成形する最中に、搬送されて振動が発生しても、封止部成形治具外に封止部の材料がこぼれることを防止できる。また、受け溝を設けることで、封止部の材料のオーバーフローが可能になるため、治具本体内から封止部の材料がオーバーフローしないように、注入する材料の量を正確に計る必要がなく、封止部の製造が楽になる。さらに、オーバーフローを利用することで、封止部の材料が表面張力を発現する状態に簡単にすることができる。
【００１０】
また、前記被封止部材は、上部電極を有する半導体素子であり、前記上端面は前記上部電極であってもよい。
これによれば、封止部により上方へ凸となるフィレットが形成されることが防止される。このため、上方へ凸となるフィレットによって、上部電極にバスバー等を接続することが妨げられることを無くすことができる。
【００１１】
また、前記被封止部材は、上部電極に接合されたバスバーと半導体素子であり、前記上端面は前記バスバーの面であってもよい。
これによれば、封止部により上方へ凸となるフィレットが形成されることが防止される。このため、上方へ凸となるフィレットによって、バスバーに他部材を接続することが妨げられることを無くすことができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、少なくとも半導体素子を含む被封止部材が封止部で囲まれるとともに、前記被封止部材の上端面が前記封止部の上面から露出している半導体装置であって、前記封止部が請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の封止部成形治具を用いて成形されていることを要旨とする。
【００１３】
これによれば、半導体素子を封止部で機械的に保持して、半導体素子の信頼性を高めることができる。そして、封止部には、上方へ凸となるフィレットが形成されないため、封止部の上端面に露出する被封止部材の上端面と、その他の部材との接続を行う際、フィレットを除去したり切削する必要がなく、接続作業を簡単に行うことができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、少なくとも半導体素子を含む被封止部材が封止部で囲まれるとともに、前記被封止部材の上端面が前記封止部の上面から露出している半導体装置の製造方法であって、前記被封止部材を囲むとともに、前記封止部の外側面に当接して該外側面を成形する当接面を有し、該当接面の上端が、前記被封止部材の上端面の高さより低く設定されている封止部成形治具を用い、該封止部成形治具で前記被封止部材を囲み、前記封止部成形治具内に封止部の材料を注入、硬化させることを要旨とする。
【００１５】
これによれば、封止部の材料が硬化すると、製造される封止部の上端縁は外側面に向けて曲率を有しながら下る形状に形成されており、封止部に上方へ凸となるフィレットが形成されることが防止される。したがって、上方へ凸となるフィレットが形成されない封止部を簡単に製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、封止部に上方へ凸となるフィレットが形成されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の半導体装置を示す斜視図。
【図２】実施形態の半導体装置を示す図１の２−２線断面図。
【図３】（ａ）は封止部成形治具をセットした状態を示す断面図、（ｂ）は封止具成形治具を示す平面図。
【図４】封止部成形治具に樹脂を注入した状態を示す断面図。
【図５】半導体装置の別例を示す断面図。
【図６】封止材料をスキージで擦る状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、半導体装置１０において、下部電極１１の上面には半田等の接合材１２を介して半導体素子２０が接合されるとともに、半導体素子２０の上面には半田等の接合材１３を介して上部電極１４が接合されている。また、下部電極１１の上面１１ａには、接合材１２、半導体素子２０、接合材１３及び上部電極１４が積層されて積層体４４が形成されるとともに、積層体４４及び積層体４４を囲む下部電極１１の上面１１ａの一部は樹脂製の封止部３０によりモールドされている（保護されている）。
【００１９】
半導体素子２０はシリコンよりなり、シリコンチップに縦型パワートランジスタが作り込まれている。より具体的には、パワーＭＯＳＦＥＴを挙げることができる。他にもＩＧＢＴを挙げることができる。半導体素子（パワーＭＯＳＦＥＴ）２０はチップの下面にドレイン電極が形成されているとともに、チップの上面にソース電極とゲート電極が形成されている。なお、ＩＧＢＴの場合にはチップの下面にコレクタ電極が形成されているとともに、チップの上面にエミッタ電極とゲート電極が形成されている。
【００２０】
封止部３０は、その材料である熱硬化樹脂によって四角環状に成形され、積層体４４を取り囲んでいる。よって、本実施形態では、積層体４４が封止部３０によって封止される被封止部材となっている。また、下部電極１１の上面１１ａからの積層体の積層方向を高さ方向とすると、封止部３０の高さ方向の上面３０ａには、上部電極１４の上端面１４ａが露出している。封止部３０の上面３０ａと、上部電極１４の上端面１４ａとは同じ高さにあり、面一となっている。なお、下部電極１１の上面１１ａから上部電極１４の上端面１４ａまでの高さをＨ１とする。また、封止部３０の四側上端縁は、封止部３０の上面３０ａから下部電極１１に向けて緩やかに下りながら湾曲する弧状（曲率を有する形状）に形成され、封止部３０の上端縁は丸みを帯びた形状となっている。また、封止部３０の四つの外側面３０ｂはそれぞれ、下部電極１１の上面１１ａに対し垂直に立ち上がる形状に形成されている。よって、封止部３０は、上面３０ａが平坦面状に形成されるとともに四側上端縁は、上面３０ａから外側面３０ｂに向けて曲率を有しながら下る形状に形成され、外側面３０ｂは平坦面状に形成されている。
【００２１】
次に、封止部３０を形成するための封止部成形治具４０について説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、封止部成形治具４０は、四角環状に形成された治具本体４１を備えている。治具本体４１の下端面は、全周に亘って平坦面状に形成されている。また、治具本体４１の上端面には、受け溝４２が治具本体４１の四辺の全体に亘って形成されている。受け溝４２において、治具本体４１の内側面４１ａ側を形成する面は、治具本体４１の内側面４１ａ側から外側面４１ｂに向かって下り傾斜する傾斜面４２ａとして形成されている。また、受け溝４２の深さは、治具本体４１内からオーバーフローした樹脂を一時的に溜めることができる深さに設定されている。また、受け溝４２において、治具本体４１の外側面４１ｂ側を形成する面は、受け溝４２の内底面に対し、垂直に立ち上がっている。さらに、受け溝４２は、治具本体４１の内側面４１ａ全体を取り囲む状態で内側面４１ａの周囲に形成されている。
【００２２】
治具本体４１において、内側面４１ａの上端での高さＨ２は、上端面１４ａの高さＨ１より低く設定されている。また、治具本体４１の内側面４１ａは、治具本体４１の全周に亘って同じ高さに設定されている。そして、治具本体４１の内側面４１ａは、封止部３０を成形する際に、封止部３０の外側面３０ｂに当接して、その外側面３０ｂを成形する部位である。よって、本実施形態では、治具本体４１の内側面４１ａが当接面を形成している。
【００２３】
次に、封止部成形治具４０を用いて封止部３０を形成し、半導体装置１０を製造する方法について説明する。
まず、下部電極１１の上面１１ａに、接合材１２を介して半導体素子２０を接合するとともに、半導体素子２０の上面に接合材１３を介して上部電極１４を接合し、下部電極１１上に、接合材１２、半導体素子２０、接合材１３、及び上部電極１４からなる積層体４４を形成する。
【００２４】
次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、下部電極１１の上面１１ａに封止部成形治具４０を載せるとともに、封止部成形治具４０の治具本体４１によって積層体４４を囲む。このとき、治具本体４１の内側面４１ａの上端での高さＨ２は、積層体４４における上部電極１４の上端面１４ａの高さＨ１より低くなっており、内側面４１ａの上端縁の全周が上部電極１４の上端面１４ａより低くなっている。よって、治具本体４１の上端縁より、上部電極１４の上端面１４ａが高さ方向に突出している。
【００２５】
次に、図４に示すように、溶融した樹脂を治具本体４１の内側面４１ａと、積層体４４との間に形成された空間に注入する。このとき、樹脂は治具本体４１の内側からオーバーフローするまで注入する。上部電極１４の上端面１４ａでの高さＨ１が、治具本体４１の内側面４１ａでの高さＨ２より高くなっているため、溶融した樹脂は上部電極１４の上端面１４ａを覆うことはなく、治具本体４１内からオーバーフローする。そして、樹脂が治具本体４１の内側からオーバーフローしたら、樹脂の注入を止める。なお、オーバーフローした樹脂は、治具本体４１の内側面４１ａに繋がる傾斜面４２ａを伝って受け溝４２に流れ、受け溝４２に受け止められる。そして、オーバーフローが止まると、樹脂は、表面張力により治具本体４１の内側面４１ａの上端をやや越えた位置で留まる状態に保持される。この状態では、樹脂は治具本体４１の内側面４１ａから外側面４１ｂに向けて弧状に湾曲しているとともに、封止部３０の上面３０ａは、上部電極１４の上端面１４ａと同一面上に位置している。また、封止部３０の外側面３０ｂとなる部位は内側面４１ａに当接して平坦面状に成形される。
【００２６】
そして、樹脂が表面張力で保持された状態で樹脂を硬化させた後、封止部成形治具４０を下部電極１１上から取り外す。すると、四側上端縁が湾曲して丸みを帯びた封止部３０が製造されるとともに、封止部３０によって積層体４４が囲まれた状態で封止される。また、封止部３０の上面３０ａからは、上部電極１４の上端面１４ａが露出しているとともに、上部電極１４の上端面１４ａと封止部３０の上面３０ａは同一面上に位置している。そして、図２に示すように、上部電極１４の上端面１４ａにバスバー４５が接合されて、半導体装置１０が製造される。
【００２７】
次に、封止部成形治具４０、半導体装置１０及びその製造方法の作用について記載する。
封止部成形治具４０において、治具本体４１の内側面４１ａの高さＨ２は、積層体４４における上部電極１４の上端面１４ａの高さＨ１より低くなっている。このため、治具本体４１の内側に溶融した樹脂を注入すると、樹脂は表面張力によって治具本体４１の内側面４１ａより若干高い位置に盛り上がった状態に保持される。よって、その樹脂を硬化させて得られた封止部３０においては、四側上端縁が上面３０ａから外側面３０ｂに向けて湾曲する形状に形成される。
【００２８】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）封止部成形治具４０において、治具本体４１の内側面４１ａの上端での高さＨ２を、積層体４４における上部電極１４の上端面１４ａの高さＨ１より低くした。このため、封止部成形治具４０を用いて成形される封止部３０は、その四側上端縁が上面３０ａから外側面３０ｂに向けて湾曲しならが下る形状に成形される。よって、封止部成形治具４０を用いて成形された封止部３０には、上面３０ａから上方に凸となるフィレットが形成されず、封止部３０の上面３０ａに露出した上部電極１４（上端面１４ａ）にバスバー４５を接合するとき、上方へ凸となるフィレットによってバスバー４５の接合が邪魔されることが防止できる。
【００２９】
（２）封止部成形治具４０を用いて成形された封止部３０には、上方へ凸となるフィレットが形成されない。よって、フィレットを研削等する工程が不要になり、上部電極１４の上端面１４ａとバスバー４５との接合作業を簡単に行うことができる。よって、封止部成形治具４０を用いて半導体装置１０を製造することにより、半導体装置１０の生産性を高めることができる。
【００３０】
（３）封止部３０の上面３０ａには、上部電極１４の上端面１４ａが露出するとともに、封止部３０の上面３０ａと、上部電極１４の上端面１４ａとは同一面上に位置している。上部電極１４の上端面１４ａと封止部３０の上面３０ａが同一面上にあるときこそ、上方へ凸となるフィレットが形成されると、上部電極１４の上端面１４ａとバスバー４５との接合がより困難になる。しかし、封止部成形治具４０を用いることでフィレットが形成されないため、より好適に上部電極１４とバスバー４５を接合することができる。よって、封止部３０の上面３０ａと上部電極１４の上端面１４ａとが同一面上にある半導体装置１０を製造する場合、封止部成形治具４０を用いることで、その生産性を高めることができる。
【００３１】
（４）封止部成形治具４０は、治具本体４１の上端面に受け溝４２を備える。このため、治具本体４１の内側に樹脂を注入するとき、樹脂がオーバーフローしても受け溝４２で受け止めることができる。よって、治具本体４１内から樹脂がオーバーフローしないように注入する樹脂量を正確に設定する必要がなく、封止部３０の生産性、ひいては、半導体装置１０の生産性を高めることができる。
【００３２】
（５）受け溝４２は、治具本体４１の内側面４１ａに繋がる傾斜面４２ａを備える。このため、治具本体４１内からオーバーフローした樹脂を、傾斜面４２ａを伝って受け溝４２に流すことができる。そして、オーバーフローが自然に止まれば、その止まった状態が表面張力を発現した状態になる。よって、表面張力が発現されるように注入する樹脂量を正確に設定する必要がなく、封止部３０の生産性、ひいては、半導体装置１０の生産性を高めることができる。
【００３３】
（６）治具本体４１に受け溝４２を形成した。このため、治具本体４１内に樹脂が注入された状態で搬送されたとき、振動等により樹脂が治具本体４１外へ溢れても受け溝４２で受け止めることができる。
【００３４】
（７）治具本体４１内に注入された樹脂が硬化した後に、封止部成形治具４０を下部電極１１上から上方へ移動させて取り外すようにした。このため、封止部成形治具４０を取り外すとき、樹脂が封止部成形治具４０に引き上げられて上方へ凸となるフィレットが形成されることを無くすことができる。
【００３５】
（８）封止部成形治具４０は、封止部３０が成形されると下部電極１１上から取り外される。よって、半導体装置１０に封止部成形治具４０が残ることはなく、半導体装置１０が重量化することもなく、また、半導体装置１０に無駄な部品が残ることを無くすことができる。
【００３６】
（９）封止部３０の成形は、封止部成形治具４０を用いて行われ、さらに、樹脂の表面張力を利用して封止部３０の上端縁を湾曲した形状にすることができる。よって、封止部３０の成形には背景技術のようなスキージを不要とし、スキージで樹脂を擦ることによる凹み、及び凹みの両側のフィレットの形成を無くすことができる。
【００３７】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態では、被封止部材として積層体４４（接合材１２、半導体素子２０、接合材１３、及び上部電極１４）に具体化したが、図５に示すように、被封止部材に下部電極１１を含めてもよく、封止部３０によって、下部電極１１、接合材１２、半導体素子２０、接合材１３及び上部電極１４が封止されている。この場合、下部電極１１は、基板４６上に設けられ、封止部３０は基板４６上に設けられる。
【００３８】
○  図５に示すように、上部電極１４の上端面１４ａにバスバー４５を接合した態様において、バスバー４５の一部（側面）も封止部３０で被覆して封止し、バスバー４５も被封止部材としてもよい。そして、バスバー４５の上面を被封止部材の上端面とする。このように構成すると、バスバー４５は、封止部３０によって封止され機械的に保持される。
【００３９】
○  実施形態では、封止部３０の上面３０ａと、上部電極１４の上端面１４ａとを同一面上に位置させたが、封止部３０の上面３０ａより、上部電極１４の上端面１４ａが高い位置に位置していてもよい。
【００４０】
○  実施形態では、治具本体４１内に注入する樹脂の量を、治具本体４１からオーバーフローする量としたが、オーバーフローしないように、予め注入する樹脂量を設定しておいてもよい。
【００４１】
○  封止部成形治具４０において、受け溝４２は無くてもよい。
○  封止部成形治具４０において、受け溝４２は、内側面４１ａ（当接面）全体の周囲で治具本体４１の四辺の全体に亘って形成されていなくてもよく、例えば、治具本体４１の対向する一対の辺や三辺に形成されていてもよく、一辺だけに形成されていてもよい。
【００４２】
○  実施形態では、上部電極１４の上端面１４ａを封止部３０の上面３０ａに露出させたが、上部電極１４を無くして、半導体素子２０の上面電極を封止部３０の上面３０ａから露出させてもよい。又は、半導体素子２０までを封止部３０で封止し、半導体素子２０の上面電極を露出させた状態において、半導体素子２０の上面電極に上部電極１４を接合して半導体装置１０としてもよい。
【００４３】
○  実施形態では、封止部成形治具４０において、治具本体４１における内側面４１ａを含め治具本体４１の上端面全体を上部電極１４の上端面１４ａより低くしたが、内側面４１ａさえ上部電極１４の上端面１４ａより低くなっていれば、治具本体４１の外側面４１ｂは、上部電極１４の上端面１４ａより高くなっていてもよい。
【００４４】
○  実施形態では、封止部成形治具４０の治具本体４１を四角環状に形成したが、封止部成形治具４０の治具本体４１は、五角環状や円環状など環状に形成されていれば、その形状は適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
Ｈ１，Ｈ２…高さ、１０…半導体装置、１１…被封止部材を構成する下部電極、１２…被封止部材を構成する接合材、１３…被封止部材を構成する接合材、１４…被封止部材を構成する上部電極、１４ａ…上端面、２０…半導体素子、３０…封止部、３０ａ…上面、３０ｂ…外側面、４０…封止部成形治具、４１…治具本体、４１ａ…当接面としての内側面、４２…受け溝、４５…バスバー。
【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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