(57)【要約】【課題】電気絶縁性を向上可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、リードフレーム２と、半導体素子１と、絶縁体９と、ピン６とを備えている。リードフレーム２は、互いに対向する一方表面２ａおよび他方表面２ｂを有するものである。半導体素子１は、リードフレーム２の一方表面２ａに実装されたものである。絶縁体９は、リードフレーム２の一方表面２ａおよび半導体素子１を覆い、かつ半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも一方の部品に達する孔部１４が形成されたものである。ピン６は、絶縁体９の孔部内に配置され、半導体素子１およびリードフレーム２と電気的に絶縁され、かつ導電性の部分８ａを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一方表面および他方表面を有するリードフレームと、
前記リードフレームの前記一方表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一方表面および前記半導体素子を覆い、かつ前記半導体素子および前記リードフレームの少なくとも一方の部品に達する孔部が形成された絶縁体と、
前記絶縁体の前記孔部内に配置され、前記半導体素子および前記リードフレームと電気的に絶縁され、かつ導電性の部分を含むピンとを備えた、半導体装置。
【請求項２】
前記ピンは、前記少なくとも一方の部品と前記導電性の部分との間に位置する絶縁性の部分を含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ピンの前記導電性の部分が前記絶縁体の表面に露出している、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リードフレームの前記他方表面に取付けられ、かつ前記絶縁体の表面に露出した部分を有する絶縁シートをさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ピンに接し、かつ前記絶縁体の表面に露出した金属シートをさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁体の表面に接するヒートシンクをさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
互いに対向する一方表面および他方表面を有するリードフレームの前記一方表面に半導体素子を実装する工程と、
前記リードフレームの前記一方表面および前記半導体素子を覆い、かつ前記半導体素子および前記リードフレームの少なくとも一方の部品に達する孔部が形成された絶縁体を形成し、かつ前記絶縁体の前記孔部内に配置され、前記半導体素子および前記リードフレームと電気的に絶縁され、かつ導電性の部分を含むピンを形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁体を形成し、かつ前記ピンを形成する前記工程は、
前記ピンにより前記少なくとも一方の部品が固定された状態で、前記絶縁体によって前記半導体素子、前記リードフレームおよび前記ピンを固定する工程を含む、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁体を形成し、かつ前記ピンを形成する前記工程は、
固定部により前記少なくとも一方の部品が固定された状態で、前記半導体素子および前記リードフレームを固定する前記絶縁体を形成する工程と、
前記固定部を前記絶縁体から抜くことにより、前記固定部により固定されていた前記少なくとも一方の部品の一部が前記絶縁体から露出するように前記絶縁体に前記孔部を設ける工程と、
前記孔部に前記ピンを導入する工程とを備えた、請求項７に記載の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、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、電気絶縁性を向上可能な半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置に対して小型化、軽量化が求められており、具体的には樹脂厚みの薄い半導体装置が要求されている。樹脂の厚みが薄くなると、成形金型とリードフレームとの隙間が狭くなる。そのため、成型中において溶解樹脂は当該隙間を通りにくくなり、溶解樹脂による成型圧力は、リードフレームを押し上げる方向にはたらきやすくなる。結果として、リードフレームが押し上げられ、リードフレームの露出、ワイヤの変形、切断などの不具合が発生する可能性が高くなる。
【０００３】
たとえば特開平５−３２６５８７号公報（特許文献１）に記載されている半導体装置の製造方法によれば、トランスファーモールド法で半導体チップを樹脂封止するときに、成形金型内に流入する溶融樹脂によりダイパッドが移動しないように、成形金型内でダイパッドをダイパッド固定ピンで固定しながら、成形金型内に溶融樹脂を流し込み、ダイパッドに固定された状態で半導体チップが樹脂封止される。ダイパッド固定ピンでリードフレームの一部であるダイパッドを固定することにより、樹脂封止中にダイパッドが変動したり、変形することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２６５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記製造方法においては、半導体装置を成形金型から離形した後、ダイパッド固定ピンが半導体装置から除去される。そのため、成形の際にダイパッド固定ピンが配置されていた部分には穴が空き、ダイパッドやリードフレームが露出するため、電気絶縁性能を十分向上させることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気絶縁性を向上可能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置は、リードフレームと、半導体素子と、絶縁体と、ピンとを備えている。リードフレームは、互いに対向する一方表面および他方表面を有するものである。半導体素子は、リードフレームの一方表面に実装されたものである。絶縁体は、リードフレームの一方表面および半導体素子を覆い、かつ半導体素子およびリードフレームの少なくとも一方の部品に達する孔部が形成されたものである。ピンは、絶縁体の孔部内に配置され、半導体素子およびリードフレームと電気的に絶縁され、かつ導電性の部分を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電気絶縁性を向上可能な半導体装置およ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】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を概略的に示す平面模式図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩに沿った断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を概略的に示す斜視模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例の構成を概略的に示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例のピンおよび金属板の構成を概略的に示す斜視模式図である
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例の構成を概略的に示す斜視模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を概略的に示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１１】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本実施の形態に係る半導体装置の構成について説明する。本実施の形態に係る半導体装置１００は電力用半導体装置であって、半導体素子１と、リードフレーム２と、絶縁シート３と、外部端子４と、ピン６と、絶縁体９とを主に有している。
【００１２】
半導体素子１は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用半導体素子である。
【００１３】
リードフレーム２は、互いに対向する一方表面２ａおよび他方表面２ｂを有している。リードフレーム２の材料として、コバール、銅板や銅合金板にニッケル（Ｎｉ）めっきしたものが一般的に用いられている。半導体素子１は、リードフレーム２の一方表面２ａに、はんだなどの接合部材（図示しない）を介して実装されている。
【００１４】
絶縁シート３は、リードフレーム２の他方表面２ｂに、接着剤などの接合部材（図示しない）を介して取り付けられている。また、絶縁シート３は、電気絶縁性があり、かつ熱伝導率が高い材料であることが好ましい。絶縁シート３として、たとえばセラミック、シリコーンが一般的に用いられいている。なお、半導体装置１００の下部面を全て樹脂で覆うことにより電気絶縁する場合は、絶縁シート３はなくてもよい。
【００１５】
絶縁体９は、たとえば樹脂からなり、リードフレーム２の一方表面２ａおよび半導体素子１を覆っている。絶縁体９には半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも一方の部品に達する孔部１４が形成されている。本実施の形態においては、絶縁体９に半導体素子１に達する孔部１４ｂと、リードフレーム２に達する孔部１４ａが形成されている。なお、絶縁体９はたとえばセラミックなどであってもよい。
【００１６】
ピン６は、絶縁体９の孔部１４内に配置されている。ピン６は、半導体素子１およびリードフレーム２の各々と電気的に絶縁されている。具体的には、ピン６は、導電性の部分７ａ、７ｂと、絶縁性の部分８ａ、８ｂとを含んでいる。導電性の部分７は、たとえば熱伝導性が良好な金属からなる。絶縁性の部分８ａ、８ｂは、たとえば弱い圧力をかけたときに変形可能な（言い換えれば、柔軟性を有する）絶縁シートである。当該絶縁シートは、導電性の部分７ａ、７ｂよりも硬度が小さい（柔らかい）。ピン６ａの絶縁性の部分８ａがリードフレーム２に圧接しており、ピン６ｂの絶縁性の部分８ｂが半導体素子１に圧接している。ピン６ａの導電性の部分７ａは絶縁性の部分８ａと接し、ピン６ｂの導電性の部分７ｂは絶縁性の部分８ｂと接する。導電性の部分７ａ、７ｂの各々は、絶縁体９から外部に露出している。なお上記絶縁性とは電気的な絶縁性を意味する。
【００１７】
外部端子４は、半導体素子１の電極パッド（図示しない）からワイヤボンディングで接続されたワイヤ５と電気的に配線され、半導体素子１に対して電気信号の入出力を行なっている。図１に示すように、絶縁体９の側部から複数の外部端子４が引き出されている。図２に示すように、外部端子４の一端は絶縁体９の内部に配置され、他端は絶縁体９の外部に配置される。
【００１８】
半導体素子１、リードフレーム２、絶縁シート３、ピン６などの内蔵部品は全て絶縁体９で固定、拘束されており、半導体装置１００はパッケージ構造となっている。
【００１９】
図３を参照して、半導体装置１００は、放熱性能をさらに向上させるためにヒートシンク１０ａ、１０ｂを有していても構わない。ヒートシンク１０ａは、たとえば複数のピン６ａ、６ｂの表面と接して配置される。ヒートシング１０ｂは、絶縁シート３と接して配置されても構わない。好ましくは、図３に示すように半導体装置１００の上面９ａおよび下面９ｂ（図２参照）に対向して２つのヒートシンク１０ａ、１０ｂが配置される。なお、ヒートシンク１０ａ、１０ｂの各々には、複数の放熱フィン１７が設けられている。
【００２０】
図４〜図６を参照して、半導体装置１００は、複数のピン６ａ、６ｂの導電性の部分８ａ、８ｂの各々に接する金属シート１５を有していてもよい。金属シート１５は互いに対向する一方主面１５ａおよび他方主面１５ｂを有し、他方主面１５ｂに接して複数のピン６ａ、６ｂが配置され、他方主面１５ｂは絶縁体９に接している。また一方主面は、絶縁体９から露出しており、絶縁体９内部の熱を放出可能に構成されている。好ましくは、金属シート１５の面積は半導体素子１の面積よりも大きい。好ましくは、絶縁体９の上面９ａから金属シート１５が露出し、かつ絶縁体９の下面９ｂから絶縁シート３が露出している。これにより、半導体装置１００の上面９ａおよび下面９ｂの両面から絶縁体９内部の熱を放出可能である。
【００２１】
図５を参照して、複数のピン６ａ、６ｂの各々はたとえば円柱状を有していてもよいし、角柱状を有していてもよい。本実施の形態の半導体装置１００によれば、金属シート１５の他方主面１５ｂの法線方向に延びるように複数のピン６ａ、６ｂの各々が金属シート１５の他方主面１５ｂに固定されている。一方のピン６ａはリードフレーム２と接触可能に構成されており、他方のピン６ｂは半導体素子１と接触可能に構成されている。
【００２２】
次に、本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。
まず、半導体素子１をリードフレーム２に実装する工程が実施される。具体的には、図７を参照して、トランスファーモールド成形機（図示しない）による成形工程における上部成形金型１２ａおよび下部成形金型１２ｂによって形成されるキャビティ内に、半導体素子１、リードフレーム２と、絶縁シート３と、外部端子４とが配置される。
【００２３】
たとえば互いに対向する一方表面２ａおよび他方表面２ｂを有すリードフレーム２が準備され、当該リードフレーム２の一方表面２ａに半導体素子１がダイボンディングにより実装される。他方表面２ｂには絶縁シート３が配置される。半導体素子１と外部端子４とがワイヤ５でボンディングされる。その後、ボンディング済みの半導体素子１がリードフレーム２と共に金型１２にセットされ、リードフレーム２が型締めされる。なお、外部端子４は一端がキャビティ内に位置し、他端がキャビティ外に位置するように配置される。
【００２４】
次に、図８を参照して、上部成形金型１２ａの貫通孔１６を通って、加圧ピン１１と、加圧ピン１１の先端に取り付けられたピン６ａ、６ｂが矢印の方向に下降する。半導体素子１がピン６ｂの絶縁性の部分８ｂにより圧接され、リードフレーム２がピン６ａの絶縁性の部分８ｂにより圧接される。ピン６ａ、６ｂの導電性の部分７ａ、７ｂは加圧ピン１１により圧接される。半導体素子１がピン６ｂに固定されかつリードフレーム２がピン６ａにより固定された状態で、樹脂からなる絶縁体９が上部成形金型１２ａおよび下部成形金型１２ｂにより形成されたキャビティ内に注入されてキャビティが樹脂からなる絶縁体９により充満される。
【００２５】
次に、図９を参照して、ピン６を加圧した加圧ピン１１は矢印の方向に上昇し、上部成形金型１２ａ内に収納される。ピン６が絶縁体９の内部に配置された状態で、絶縁体９は加圧されるとともに硬化される。それゆえ、ピン６は半導体装置１００内部において固定、拘束される。これにより、成形工程は終了する。なおピン６は成形工程毎に成形機より供給される。
【００２６】
以上のように、リードフレーム２の一方表面２ａおよび半導体素子１を覆い、かつ半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも一方の部品に達する孔部１４が形成された絶縁体９が形成される。また絶縁体９の孔部１４内に配置され、半導体素子１およびリードフレーム２と電気的に絶縁され、かつ導電性の部分８ａ、８ｂを含むピン６が形成される。
【００２７】
なお上記では、半導体素子１およびリードフレーム２の双方がピン６により固定された状態で、絶縁体９によって半導体素子１、リードフレーム２およびピン６が固定される場合について説明したが、半導体素子１およびリードフレーム２のいずれかだけがピン６に固定された状態で、絶縁体９により半導体素子１、リードフレーム２およびピン６が固定されても構わない。
【００２８】
次に、実施の形態１の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも一方の部品と接するピン６が絶縁体９により固定される。それゆえ、半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも一方は絶縁体９の外部に露出しないため、半導体装置１００の電気絶縁性能を向上させることができる。また半導体装置１００が、モータや制御基板などに組み付けられ動作すると、半導体素子１は発熱を生じる。本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、半導体装置１００およびリードフレーム２の少なくとも一方の部品と接触しているピン６を介して半導体素子１から発生した熱が外部に放出可能である。そのため、半導体装置１００の放熱性を向上可能である。
【００２９】
また本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、ピン６は、少なくとも一方の部品と導電性の部分７ａ、７ｂとの間に位置する絶縁性の部分８を含む。これにより、半導体装置１００の電気絶縁性を向上することができる。
【００３０】
さらに本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、ピン６の導電性の部分７ａ、７ｂが絶縁体９の上面９ａに露出している。これにより、放熱性をさらに向上することができる。
【００３１】
さらに本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、リードフレーム２の他方表面２ｂに取付けられ、かつ絶縁体９の表面に露出した部分を有する絶縁シート３をさらに有する。これにより、半導体装置１００の下面９ｂに露出している絶縁シート３を介して放熱可能である。つまり半導体装置１００の両面より放熱されるので放熱性がさらに向上する。
【００３２】
さらに本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、ピン６に接し、かつ絶縁体９の上面９ａに露出した金属シート１５をさらに有する。これにより、半導体装置１００の放熱性をさらに向上させることができる。
【００３３】
さらに本実施の形態に係る半導体装置１００によれば、絶縁体９の上面９ａおよび下面９ｂに接するヒートシンク１０ａ、１０ｂをさらに有する。これにより、半導体装置１００の放熱性をさらに向上することができる。
【００３４】
本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法によれば、半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも一方の部品と接するピン６が絶縁体９により固定される。それゆえ、半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも一方は絶縁体９の外部に露出しないため、電気絶縁性能を向上させることができる。またピン６を半導体装置１００に内蔵することにより、成形工程中にピン６を絶縁体９から引き剥がす必要がなくなるため、樹脂剥離を防止できる。さらに成形工程中にリードフレーム２に圧接することで、リードフレーム２の反りを抑制し半導体装置１００の下部面からの樹脂漏れを防止することができる。さらにリードフレーム２および半導体素子１の少なくとも一方の部品と絶縁性の部分８とを圧接しながら絶縁体９で固定することで、接触熱抵抗が減少し、放熱性能が向上する。
【００３５】
また本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法によれば、ピン６により半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも一方の部品が固定された状態で、絶縁体９によって半導体素子１、リードフレーム２およびピン６が固定される。これにより、絶縁体９の注入によって、リードフレーム２が変形したり、半導体素子１が移動することを防止することができる。
【００３６】
さらに本実施の形態に係る半導体装置１００の製造方法によれば、ピン６の絶縁性の部分８に硬度が小さい（柔らかい）絶縁体が使用される。そのため、絶縁性の部分８は加圧時に変形可能であるため、ダイボンディング起因の半導体素子１の実装高さばらつきが吸収され、半導体装置１００の上部面は平坦になる。結果として、ヒートシンク１０ａ、１０ｂの取り付けが容易となる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、半導体素子１やリードフレーム２などの部品が成形用の金型１２（図７参照）のキャビティ内に配置される。半導体素子１はリードフレーム２の一方表面２ａ上に設けられ、絶縁シート３はリードフレーム２の他方表面２ｂに接して設けられている。半導体素子１は外部端子４と接続される。半導体素子１およびリードフレーム２は（ダイパット）固定ピンなどの固定部により固定される。その後、固定ピンにより半導体素子１およびリードフレーム２が固定された状態で、金型１２のキャビティ内にたとえば樹脂などの絶縁体９を流し込み、その後絶縁体９を硬化させる。これにより、半導体素子１およびリードフレーム２を固定する絶縁体９が形成される。
【００３９】
次に、半導体素子１およびリードフレーム２を固定していた固定ピンが絶縁体９から引き抜かれる。これにより、固定ピンにより固定されていた部品の一部が絶縁体９から露出するように絶縁体９に孔部１４が形成される。
【００４０】
次に、図１０を参照して、絶縁体９に形成された孔部１４にピン６が矢印の方向に圧入または挿入される。この製造方法では、圧入または挿入を可能とするため、ピン６は円柱形状で、その直径は（ダイパッド）固定ピンより小さいことが好ましい。また、円柱形のピン６は、円柱形の金属棒の先端に硬度が小さい（柔らかい）円柱形の絶縁性の部分８ａ、８ｂが取り付けられている。当該絶縁性の部分８ａ、８ｂが半導体素子１およびリードフレーム２を圧接するように円柱状のピン６が孔部１４に挿入される。円柱状のピン６が孔部１４に挿入されることにより、絶縁体９から露出していた半導体素子１やリードフレーム２がピン６によって覆われる。以上のようにして半導体装置１００が製造される。なお、実施の形態２の製造方法で製造された半導体装置１００の構成は、実施の形態１で説明した半導体装置１００の構成とほぼ同様である。
【００４１】
なお上記ではピン６の形状が円柱状として説明したが、ピン６の形状は特に限定されず、たとえば角柱状などであっても構わない。
【００４２】
次に、実施の形態２の作用効果について説明する。
本実施の形態の半導体装置１００の製造方法では、成形工程において半導体素子１およびリードフレーム２を固定している固定部を絶縁体９から抜くことで絶縁体９の孔部１４が形成される。その後、孔部１４にピン６が導入される。本実施の形態における半導体装置１００の製造方法によれば、成形工程においてピン６を供給可能な複雑な構成の成形機は不要であり、後から孔部１４にピン６を導入するという簡素な工程で、電気絶縁性能と放熱性能とを向上させた半導体装置が得られる。また、実施の形態１の図３で示したような放熱フィン１７が取り付けた形状のヒートシンク１０に予めピン６を一体部品としていれば、ピン６を孔部１４に挿入することでヒートシンク１０の取り付けも兼ねることにより、部品点数の削減および工程数の削減が可能となる。
【００４３】
ピン６は半導体素子１の発熱量や実装レイアウトによって、本数を変えることが可能である。必ずしも半導体素子１とリードフレーム２を両方圧接するわけではない。本発明においては、半導体素子１およびリードフレーム２の少なくとも１つと接しておればよい。たとえば、ピン６は、半導体素子１のみと接していてもよく、リードフレーム２のみと接していてもよい。
【００４４】
また、半導体素子１、外部端子４、ワイヤ５は、１つもしくは複数を図示しているが、当然ながら個数は限定されるものではなく、求められる機能に応じて、適宜選択される。
また、リードフレーム２には、半導体素子１を駆動、制御するためのリード線（回路）が構成されている。
【００４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４６】
１  半導体素子、２  リードフレーム、３  絶縁シート、４  外部端子、５  ワイヤ、６  ピン、７  導電性の部分、８  絶縁性の部分、９  樹脂、１０  ヒートシンク、１１  加圧ピン、１２  成形金型、１４  孔部、１５  金属板、１６  貫通孔、１７  放熱フィン。
【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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