(57)【要約】【課題】絶縁の信頼性をさらに向上させた半導体パッケージ及びその製造方法を提供する。【解決手段】リードフレーム上面１０ｔ、リードフレーム下面１０ｂ及びリードフレーム側面１０ｓを有する銅製のリードフレーム１０と、リードフレーム上面１０ｔに実装された半導体素子４０と、リードフレーム側面１０ｓを囲繞する金属枠２０と、リードフレーム下面１０ｂ及び金属枠下面２０ｂに形成された絶縁膜３０を被覆せずにリードフレーム１０及び金属枠２０のそれ以外の部分に形成された絶縁膜３０とを被覆する封止樹脂６０とを備えた半導体パッケージにおいて、リードフレーム側面１０ｓに形成された絶縁膜３０と金属枠内側面２０ｉｓに形成された絶縁膜３０とが一体化している。絶縁膜３０と封止樹脂６０との界面から浸水が発生したとしても、リードフレーム１０は水から離れており、絶縁性を確保することができる。【選択図】図１
2014090025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装面と、前記実装面の反対側の放熱面と、前記実装面と前記放熱面との間を繋ぐ外周面とを有する金属製のリードフレームと、
前記リードフレームの前記実装面に実装された半導体素子と、
前記リードフレームの前記外周面を囲繞する金属枠と、
前記リードフレームの前記放熱面及び前記外周面と、前記金属枠の表面とに電着塗装により形成された絶縁膜と、
前記リードフレームの前記放熱面に形成された前記絶縁膜と、前記金属枠に形成された前記絶縁膜の内で前記リードフレームの前記放熱面に形成された前記絶縁膜の周囲の前記絶縁膜とを被覆せずに、前記リードフレームの前記実装面及び前記金属枠に形成された前記絶縁膜を被覆して封止する封止樹脂と、
を備え、
前記リードフレームの前記外周面に形成された前記絶縁膜と、前記金属枠に形成された前記絶縁膜の内で前記リードフレームに面した側の前記絶縁膜とが一体化している、半導体パッケージ。
【請求項２】
前記リードフレームの前記外周面と前記金属枠との間隔は、前記リードフレームの前記外周面以外に形成された前記絶縁膜及び前記金属枠に形成された前記絶縁膜の内で前記リードフレームに面した側以外の前記絶縁膜の厚さの１〜２倍である、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
半導体素子を実装された実装面と、前記実装面の反対側の放熱面と、前記実装面と前記放熱面との間を繋ぐ外周面とを有する金属製のリードフレームに対して、前記リードフレームの前記外周面を囲繞するように金属枠を配置する配置工程と、
前記配置工程で配置された前記リードフレームと前記金属枠とを電着塗料に浸漬することにより、前記リードフレームの前記放熱面及び前記外周面と、前記金属枠の表面とに電着塗装により形成された絶縁膜を形成するとともに、前記リードフレームの前記外周面に形成された前記絶縁膜と、前記金属枠に形成された前記絶縁膜の内で前記リードフレームに面した側の前記絶縁膜とを一体化させる絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜形成工程で前記絶縁膜を形成した前記リードフレームと前記金属枠とに対して、前記リードフレームの前記放熱面に形成された前記絶縁膜と、前記金属枠に形成された前記絶縁膜の内で前記リードフレームの前記放熱面に形成された前記絶縁膜の周囲の前記絶縁膜とを封止樹脂で被覆せずに、前記リードフレームの前記実装面及び前記金属枠に形成された前記絶縁膜を前記封止樹脂で被覆して封止する封止工程と、を含む半導体パッケージの製造方法。
【請求項４】
前記配置工程では、前記リードフレームの前記外周面と前記金属枠との間隔は、前記リードフレームの前記外周面以外に形成された前記絶縁膜及び前記金属枠に形成された前記絶縁膜の内で前記リードフレームに面した側以外の前記絶縁膜の厚さの１〜２倍とする、請求項３に記載の半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージ及びその製造方法に関し、半導体素子が実装されたリードフレームが封止樹脂で封止された半導体パッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換用のスイッチング素子を封入した半導体パッケージとして、半導体素子が実装されたリードフレームが封止樹脂で封止された半導体パッケージが提案されている。例えば、特許文献１には、図９に示すように、上面１０ｔ、下面１０ｂ及び側面１０ｓを有する金属製のリードフレーム１０と、リードフレーム１０の上面１０ｔに実装された半導体素子４０と、リードフレーム１０の上面１０ｔ、下面１０ｂ及び側面１０ｓに形成された絶縁膜３０と、上面１０ｔ及び側面１０ｓに形成された絶縁膜を被覆して封止する封止樹脂６０を備えた半導体パッケージ２が開示されている。特許文献１の半導体パッケージでは、リードフレーム１０に形成された絶縁膜３０の内で下面１０ｂに形成された絶縁膜３０は、放熱のために封止樹脂６０により被覆されずに露出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４９２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載されているような半導体パッケージ２では、リードフレーム１０の下面１０ｂのエッジ部１０ｅにおいて、絶縁膜３０と封止樹脂６０との界面が露出している。リードフレーム１０の下面１０ｂに設けられる絶縁膜３０は、溶射、スパッタ及びＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）により成膜されていることから、絶縁膜３０の表面は表面粗さが小さく滑らかになる傾向があり、絶縁膜３０と封止樹脂６０との界面は十分にアンカー効果が得られず、密着力が低下することが考えられる。絶縁膜が電着塗装により形成されている場合には、特に界面での密着力が低下する傾向が大きい。このため、この界面に水が接触した場合、絶縁膜３０と封止樹脂６０との密着力が弱いと界面からの浸水により、リードフレーム１０や半導体素子４０への絶縁不良を発生する可能性がある。また、リードフレーム１０のエッジ部１０ｅにおける絶縁膜３０の厚みが減少する傾向があり、絶縁の信頼性の向上が望まれている。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、絶縁の信頼性をさらに向上させた半導体パッケージ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】
【０００６】
本発明は、実装面と、実装面の反対側の放熱面と、実装面と放熱面との間を繋ぐ外周面とを有する金属製のリードフレームと、リードフレームの実装面に実装された半導体素子と、リードフレームの外周面を囲繞する金属枠と、リードフレームの放熱面及び外周面と、金属枠の表面とに電着塗装により形成された絶縁膜と、リードフレームの放熱面に形成された絶縁膜と、金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームの放熱面に形成された絶縁膜の周囲の絶縁膜とを被覆せずに、リードフレームの実装面及び金属枠に形成された絶縁膜を被覆して封止する封止樹脂とを備え、リードフレームの外周面に形成された絶縁膜と、金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームに面した側の絶縁膜とが一体化している半導体パッケージである。
【０００７】
この構成によれば、実装面と、実装面の反対側の放熱面と、実装面と放熱面との間を繋ぐ外周面とを有する金属製のリードフレームと、リードフレームの実装面に実装された半導体素子と、リードフレームの外周面を囲繞する金属枠と、リードフレームの放熱面及び外周面と、金属枠の表面とに電着塗装により形成された絶縁膜と、リードフレームの放熱面に形成された絶縁膜と、金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームの放熱面に形成された絶縁膜の周囲の絶縁膜とを被覆せずに、リードフレームの実装面及び金属枠に形成された絶縁膜を被覆して封止する封止樹脂とを備えた半導体パッケージにおいて、リードフレームの外周面に形成された絶縁膜と、金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームに面した側の絶縁膜とが一体化している。このため、絶縁膜と封止樹脂との界面から浸水が発生したとしても、当該界面は金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームの放熱面に形成された絶縁膜の周囲にあるため、リードフレームは水から離れており、絶縁性を確保することができる。また、リードフレームの放熱面と外周面との間のエッジ部は、金属枠の内側の絶縁膜と一体化した絶縁膜で覆われるため、当該エッジ部の絶縁膜の膜厚の減少を抑制することができる。
【０００８】
この場合、リードフレームの外周面と金属枠との間隔は、リードフレームの外周面以外に形成された絶縁膜及び金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームに面した側以外の絶縁膜の厚さの１〜２倍であることが好適である。
【０００９】
この構成によれば、リードフレームの外周面と金属枠との間隔は、リードフレームの外周面以外に形成された絶縁膜及び金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームに面した側以外の絶縁膜の厚さの１〜２倍である。このため、絶縁膜の形成時にリードフレームの外周面と金属枠との間隔をリードフレーム及び金属枠に形成される絶縁膜の厚さの１〜２倍に互いに固定しておいてから電着塗料に浸漬するだけで、リードフレームの外周面と金属枠のリードフレームに面した側に一体化された絶縁膜をその他の部位と同時に形成することができる。また、リードフレームの外周面と金属枠との間の絶縁膜を厚くすることができるため、絶縁性を高めることができる。
【００１０】
また、本発明は、半導体素子を実装された実装面と、実装面の反対側の放熱面と、実装面と放熱面との間を繋ぐ外周面とを有する金属製のリードフレームに対して、リードフレームの外周面を囲繞するように金属枠を配置する配置工程と、配置工程で配置されたリードフレームと金属枠とを電着塗料に浸漬することにより、リードフレームの放熱面及び外周面と、金属枠の表面とに電着塗装により形成された絶縁膜を形成するとともに、リードフレームの外周面に形成された絶縁膜と、金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームに面した側の絶縁膜とを一体化させる絶縁膜形成工程と、絶縁膜形成工程で絶縁膜を形成したリードフレームと金属枠とに対して、リードフレームの放熱面に形成された絶縁膜と、金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームの放熱面に形成された絶縁膜の周囲の絶縁膜とを封止樹脂で被覆せずに、リードフレームの実装面及び金属枠に形成された絶縁膜を封止樹脂で被覆して封止する封止工程とを含む半導体パッケージの製造方法である。
【００１１】
この場合、リードフレームの外周面と金属枠との間隔は、リードフレームの外周面以外に形成された絶縁膜及び金属枠に形成された絶縁膜の内でリードフレームに面した側以外の絶縁膜の厚さの１〜２倍とすることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体パッケージ及びその製造方法によれば、絶縁の信頼性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る電力変換用スイッチング半導体装置の半導体パッケージの縦断面図である。
【図２】図１に記載の電力変換用スイッチング半導体パッケージの製造工程において銅材料により固定されたリードフレームと金属枠とを示す縦断面図である。
【図３】図２に記載のリードフレームの上面にマスキングテープを貼付した状態を示す縦断面図である。
【図４】図３に記載のリードフレーム及び金属枠に電着塗装により絶縁膜を形成する工程を示す縦断面図である。
【図５】図４に記載の工程により絶縁膜を形成されたリードフレーム及び金属枠を示す縦断面図である。
【図６】図５に記載のリードフレーム及び金属枠から銅材料及びマスキングテープを除去した状態を示す縦断面図である。
【図７】図６に記載のリードフレームの上面に半導体素子を実装する工程を示す縦断面図である。
【図８】図７に記載の工程により半導体素子を実装されたリードフレーム及び金属枠を封止樹脂によりモールド成型する工程を示す縦断面図である。
【図９】従来の半導体パッケージを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る半導体パッケージ及びその製造方法について説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の半導体パッケージ１は、リードフレーム１０、金属枠２０、絶縁膜３０、半導体素子４０、ハンダ５０及び封止樹脂６０を備えている。本実施形態の半導体パッケージ１は、駆動時に発熱を伴う電力変換用スイッチング半導体装置をパッケージ内に内蔵したものである。
【００１６】
リードフレーム１０は、材質が銅Ｃ１１００（ＪＩＳ：日本工業規格）からなる直方体状の金属板である。フレーム１０は、半導体素子４０が実装されるリードフレーム上面１０ｔ、リードフレーム側面１０ｓ及び半導体素子４０が発する熱を放熱する放熱面となるリードフレーム下面１０ｂを有している。リードフレーム上面１０ｔ及びリードフレーム下面１０ｂは、長さ２０ｍｍ×幅２０ｍｍの正方形状をなしている。リードフレーム上面１０ｔとリードフレーム下面１０ｂとを繋ぐ４つのリードフレーム側面１０ｓは、長さ２０ｍｍ×幅２ｍｍの長方形状をなしている。リードフレーム１０は、長さ２０ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ２ｍｍの金属板である。リードフレーム下面１０ｂとリードフレーム側面１０ｓとの間のエッジ部１０ｅは、Ｒ１［ｍｍ］のＲ面取りがなされている。
【００１７】
金属枠２０は、材質が銅Ｃ１１００からなる。金属枠２０は、金属枠上面２０ｔ、金属枠下面２０ｂ、金属枠内側面２０ｉｓ及び金属枠外側面２０ｏｓを有する。金属枠２０は、４つの金属枠内側面２０ｉｓによりリードフレーム１０の４つのリードフレーム側面１０ｓを囲繞する。金属枠上面２０ｔ及び金属枠下面２０ｂは、外周の長さ２４．１２ｍｍ×幅２４．１２ｍｍの正方形から、中心が外周と共通する内周の長さ２０．１２ｍｍ×幅２０．１２ｍｍの正方形を切り取った形状である。金属枠上面２０ｔ及び金属枠下面２０ｂの外周と内周との間には２ｍｍの幅を有する。４つの金属枠内側面２０ｉｓは、長さ２０．１２ｍｍ×幅２ｍｍの長方形状をなしている。４つの金属枠外側面２０ｏｓは、長さ２４．１２ｍｍ×幅２ｍｍの長方形状をなしている。金属枠２０はリードフレーム１０と中心が一致するように配置されるため、リードフレーム側面１０ｓと金属枠内側面２０ｉｓとの距離は０．０６ｍｍである。
【００１８】
絶縁膜３０は、リードフレーム側面１０ｓ、リードフレーム下面１０ｂ、金属枠上面２０ｔ、金属枠下面２０ｂ、金属枠内側面２０ｉｓ及び金属枠外側面２０ｏｓに電着塗装により形成された被膜である。絶縁膜３０の材質は、絶縁性が高い材質であれば適用可能であるが、エポキシやポリイミド等の耐熱性が高く、比較的に給水率が小さい材料が好ましい。リードフレーム下面１０ｂ、金属枠上面２０ｔ、金属枠下面２０ｂ及び金属枠外側面２０ｏｓに電着塗装により形成された絶縁膜３０の厚さは０．０３ｍｍである。互いに対向するリードフレーム側面１０ｓ及び金属枠内側面２０ｉｓにはそれぞれ絶縁膜３０が電着塗装により形成されている。リードフレーム側面１０ｓ及び金属枠内側面２０ｉｓに形成された絶縁膜３０は互いに一体化し、リードフレーム側面１０ｓ及び金属枠内側面２０ｉｓに形成された絶縁膜３０の厚さは合わせて０．０６ｍｍである。後述する理由により、リードフレーム側面１０ｓ及び金属枠内側面２０ｉｓに形成された絶縁膜３０の厚さは、リードフレーム１０及び金属枠２０のその他の部分に形成された絶縁膜３０の厚さの１〜２倍の厚さであることが好ましい。
【００１９】
半導体素子４０は、駆動時に発熱する電力変換用スイッチング素子などが挙げられ、たとえばパワーＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のトランジスタやＦＷＤ（フライホイールダイオード）等が挙げられる。半導体素子４０は、リードフレーム上面１０ｔにハンダ５０を介して電気的及び機械的に接合されている。
【００２０】
封止樹脂６０は、リードフレーム１０のリードフレーム下面１０ｂに形成された絶縁膜３０と、金属枠下面２０ｂに形成された絶縁膜３０とを被覆せずに露出させつつ、リードフレーム上面１０ｔと、金属枠上面２０ｔ及び金属枠外側面２０ｏｓに形成された絶縁膜３０とを被覆して封止する。
【００２１】
以下、本実施形態の半導体パッケージ１の製造工程について説明する。図２に示すように、リードフレーム１０の中心と金属枠２０の中心とが一致するようにリードフレーム上面１０ｔの一部と金属枠上面２０ｔの一部とが銅材料７０で固定される。銅材料７０は、厚さ０．５ｍｍの板材を適用することができる。図２の状態において、４つのリードフレーム側面１０ｓと４つの金属枠内側面２０ｉｓとの距離はそれぞれ０．０６ｍｍである。図３に示すように、図２の状態のリードフレーム上面２０ｔの特にハンダ５０及び半導体素子４０が取り付けられる位置には、マスキングテープ８０が貼付される。
【００２２】
図４に示すように、図３の状態のリードフレーム１０及び金属枠２０が塗料３５内に浸漬され、電着塗装がなされる。マスキングテープ８０が貼付されていないリードフレーム１０及び金属枠２０の表面に絶縁膜３０が形成される。電着塗装により形成された絶縁膜３０が乾燥及び硬化させられると、図５に示すように、リードフレーム下面１０ｂ、金属枠上面２０ｔ、金属枠下面２０ｂ及び金属枠外側面２０ｏｓに厚さ０．０３ｍｍの絶縁膜３０が形成される。また、リードフレーム側面１０ｓ及び金属枠内側面２０ｉｓに形成された絶縁膜３０は互いに一体化し、リードフレーム側面１０ｓ及び金属枠内側面２０ｉｓに合わせて厚さ０．０６ｍｍの絶縁膜が形成される。
【００２３】
図５の状態のリードフレーム１０及び金属枠２０は、図６に示すようにマスキングテープ８０と銅材料７０とを除去される。図６の状態のリードフレーム上面１０ｔには、図７に示すように、ハンダ５０を介して半導体素子４０が実装される。図７の状態のリードフレーム下面１０ｂ、金属枠２０及び半導体素子４０は、図８に示すように、リードフレーム下面１０ｂに形成された絶縁膜３０と金属枠下面２０ｂに形成された絶縁膜３０とが封止樹脂６０による封止を行うための金型６５の金型底面６５ｂに固定される。
【００２４】
金型６５内で封止樹脂６０の成型による封止が行われると、金型底面６５ｂに固定されたリードフレーム１０のリードフレーム下面１０ｂに形成された絶縁膜３０と、金属枠下面２０ｂに形成された絶縁膜３０とが被覆されずに露出される。一方、リードフレーム上面１０ｔと、金属枠上面２０ｔ及び金属枠外側面２０ｏｓに形成された絶縁膜３０とは被覆されて封止される。なお、封止樹脂６０による成型の前に、リードフレーム上面１０ｔ及び金属枠上面２０ｔ、金属枠下面２０ｂ及び金属枠外側面２０ｏｓに形成された絶縁膜３０にプライマーが塗布され、封止樹脂６０との密着性を高めることが好ましい。
【００２５】
本実施形態では、リードフレーム上面１０ｔと、リードフレーム下面１０ｂと、リードフレーム側面１０ｓとを有する銅Ｃ１１００のリードフレーム１０と、リードフレーム上面１０ｔに実装された半導体素子４０と、リードフレーム側面１０ｓを囲繞する金属枠２０と、リードフレーム下面１０ｂに形成された絶縁膜３０と、金属枠下面２０ｂに形成された絶縁膜３０とを被覆せずに露出させつつリードフレーム１０及び金属枠２０のそれ以外の部分に形成された絶縁膜３０とを被覆して封止する封止樹脂６０とを備えた半導体パッケージにおいて、リードフレーム側面１０ｓに形成された絶縁膜３０と、金属枠内側面２０ｉｓに形成された絶縁膜３０とが一体化している。このため、絶縁膜３０と封止樹脂６０との界面から浸水が発生したとしても、当該界面は金属枠２０に形成された絶縁膜３０の内でリードフレーム下面１０ｂに形成された絶縁膜３０の周囲にあるため、リードフレーム１０は水から離れており、絶縁性を確保することができる。また、リードフレーム下面１０ｂとリードフレーム側面１０ｓとの間のエッジ１０ｅは、金属枠２０の内側の絶縁膜３０と一体化した絶縁膜３０で覆われるため、当該エッジ部１０ｅの絶縁膜３０の膜厚の減少を抑制することができる。
【００２６】
また、本実施形態では、リードフレーム側面１０ｓと金属枠内側面２０ｉｓとの間隔は、リードフレーム下面１０ｂ、金属枠上面２０ｔ、金属枠下面２０ｂ及び金属枠外側面２０ｏｓに形成された絶縁膜３０の厚さの１〜２倍である。このため、絶縁膜３０の形成時にリードフレーム側面１０ｓと金属枠内側面２０ｉｓとの間隔をリードフレーム１０及び金属枠２０に形成される絶縁膜３０の厚さの１〜２倍に互いに固定しておいてから電着塗料３５に浸漬するだけで、リードフレーム側面１０ｓと金属枠内側面２０ｉｓに一体化された絶縁膜３０をその他の部位と同時に形成することができる。また、リードフレーム側面１０ｓと金属枠内側面２０ｉｓとの間の絶縁膜３０を厚くすることができるため、絶縁性を高めることができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、リードフレーム１０と金属枠２０とに同時に電着塗装を施して絶縁膜３０を形成した。しかし、リードフレーム１０と金属枠２０とに別々に電着塗装を施して絶縁膜３０を形成し、絶縁膜３０の乾燥又は硬化の際に組合わせて同時に処理することで、電着塗装による絶縁膜３０を一体化させても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１，２…半導体パッケージ、１０…リードフレーム、１０ｔ…リードフレーム上面、１０ｓ…リードフレーム側面、１０ｂ…リードフレーム下面、１０ｅ…エッジ部、２０…金属枠、２０ｔ…金属枠上面、２０ｂ…金属枠下面、２０ｉｓ…金属枠内側面、３０…絶縁膜、３５…塗料、４０…半導体素子、５０…ハンダ、６０…封止樹脂、６５…金型、６５ｂ…金型底面、７０…銅材料、８０…マスキングテープ。
【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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