(57)【要約】【課題】裏面に露出した放熱板による高い放熱性と、高い信頼性とを兼ね備える半導体モジュールを得る。【解決手段】この半導体モジュール１０においては、半導体チップ１１、１２がはんだ層１３を介してそれぞれダイパッド（金属板）１４、１５の表面に搭載されている。このダイパッド１４、１５の裏面は、接着樹脂層１６と絶縁樹脂層１７を介して放熱板１８に接合されている。これらの構造はモールド樹脂層２０の中に封止され、放熱板１８の下面がモールド樹脂層２０から露出する形態とされる。この放熱板１８においては、その主体である銅板（金属板）１８１の裏面（下面）においてのみシリケート層１８２が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップがモールド樹脂層中に封止され、前記モールド樹脂層の下面において放熱板の下面を露出させた構成を具備する半導体モジュールの製造方法であって、
前記放熱板の主体となる金属板の下面においてシリケート化合物を含むシリケート層を形成し、かつ前記金属板の側面には前記シリケート層を形成しないように前記放熱板を製造する放熱板製造工程と、
前記シリケート層が形成された前記放熱板の下面が露出するように、前記放熱板の上面側において前記半導体チップを封止するように前記モールド樹脂層を形成するモールド工程と、
を具備することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記放熱板製造工程において、
前記放熱板よりも大きな金属平板における一方の主面において前記シリケート層を形成した後に、前記金属平板を切断することによって前記放熱板を得ることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記放熱板製造工程において、
前記シリケート層を構成する材料が揮発性溶媒に熔解された塗布液を前記金属平板に塗布することによって、前記シリケート層を形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記モールド工程の前に、
前記半導体チップをリードフレームに搭載するチップ搭載工程と、
前記リードフレームの下面を前記放熱板の上面に絶縁樹脂層を介して接合する接合工程と、
を具備することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記モールド工程の後で、
前記モールド樹脂層を構成する材料が前記放熱板の下面の表面において硬化した部分を剥離除去することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体モジュールの製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項７】
半導体チップがモールド樹脂層中に封止され、前記モールド樹脂層の下面において放熱板の下面を露出させた構成を具備する半導体モジュールであって、
前記放熱板は、その主体となる金属板の下面においてシリケート化合物を含むシリケート層が形成され、かつ前記金属板の側面には前記シリケート層が形成されないことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項８】
前記モールド樹脂層中において、
前記半導体チップがリードフレームに搭載され、前記リードフレームの下面が前記放熱板の上面に絶縁樹脂層を介して接合されたことを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップがモールド樹脂層中に封止され、半導体チップの放熱を行う放熱板がモールド樹脂層の下面に露出した構成を具備する半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体チップが使用される際には、半導体チップが金属板上に搭載された構造が絶縁性のモールド樹脂層中に封止され、モールド樹脂層から端子となるリードが導出した構成をもつ半導体モジュールとされる。ここで、特に半導体チップがパワー半導体チップ（パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等）である場合には、半導体チップからの放熱が効率的に行われることが要求される。この放熱は、主に半導体チップを搭載する金属板を介してなされる。この金属板自身を一つの端子として使用することもできる。一方、モールド樹脂層の下面と半導体チップ等とを電気的に絶縁する構成とする場合もある。こうした場合においても、放熱のために、モールド樹脂層の下面には金属で構成された放熱板を設けることが好ましい。この場合には、半導体チップを搭載する金属板と放熱板とが電気的に絶縁され、かつこれらの間における熱伝導効率が高くなることが要求される。
【０００３】
図５は、この構成の半導体モジュール９０の一例を模式的に示す上面図（ａ）、そのＡ−Ａ方向の断面図（ｂ）である。この半導体モジュール９０においては、半導体チップ９１、９２がはんだ層９３を介してそれぞれダイパッド（金属板）９４、９５の表面に搭載されている。このダイパッド９４、９５の裏面は、接着樹脂層９６と絶縁樹脂層９７を介して放熱板９８に接合されている。ダイパッド９４、９５の一部は平面視（図５（ａ））において左右に突出した形態とされ、それぞれこの半導体モジュール９０におけるリード端子の一つとされる。また、ダイパッド９４、９５と電気的に独立したリード端子９９も設けられる。半導体チップ９１、９２とダイパッド９４、９５、リード端子９９の間の電気的接続は、ボンディングワイヤ１００を接続することによってなされる。これにより、この半導体モジュール９０においては、半導体チップ９１、９２を用いて電気回路が構成され、かつその入出力が各リード端子を用いて行われる。
【０００４】
図５（ｂ）に示されるように、半導体チップ９１、９２等はモールド樹脂層１０１の中に封止され、放熱板９８の下面がモールド樹脂層１０１の下面に露出する形態とされる。図５（ａ）においては、モールド樹脂層１０１を透視した上面図が示されている。なお、図５に示された構成は従来の構造を模式的にしており、実際にはリード端子の数はより多く、半導体チップとリード端子間の接続もより複雑である。
【０００５】
この構成においては、放熱性を高めるために放熱板９８の露出した裏面（図５中の下面）を介して半導体チップ９１、９２からの放熱が行われる。このため、放熱板９８を構成する金属は、熱伝導率の高い銅とされる場合が多い。
【０００６】
銅やその合金の表面は非常に不安定で腐食や酸化が発生しやすいため、一般に、銅等の金属板の表面には腐食や酸化防止のために各種のコーティングが施されて使用される場合が多い。例えば、特許文献１には、鋼板の表面に対して各種の処理、例えばシリケート処理（シリケート化合物層を表面に形成する処理）を行うことが記載されている。また、特許文献２には、多層配線基板における銅配線に対してシリケート処理を行い、層間絶縁膜（シリコン酸化膜等）との間の密着性を高めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００５／１０５４３２号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記の半導体モジュール９０において用いられる放熱板９８においては、酸化や腐食を抑制する、あるいは放熱性を高める観点からは、上記のようなシリケート処理は有効である。しかしながら、一方で、こうした表面処理が施された場合においては、また、特許文献２に記載の層間絶縁膜（シリコン酸化膜等）と銅（配線）との間とは異なり、エポキシ樹脂等の樹脂材料で構成されたモールド樹脂層１０１等と放熱板９８との間の密着性は悪くなった。このため、こうした処理が放熱板に対して行われた半導体モジュールの信頼性は低くなった。
【０００９】
すなわち、裏面に露出した放熱板による高い放熱性と、高い信頼性とを兼ね備える半導体モジュールを得ることは困難であった。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明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】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、半導体チップがモールド樹脂層中に封止され、前記モールド樹脂層の下面において放熱板の下面を露出させた構成を具備する半導体モジュールの製造方法であって、前記放熱板の主体となる金属板の下面においてシリケート化合物を含むシリケート層を形成し、かつ前記金属板の側面には前記シリケート層を形成しないように前記放熱板を製造する放熱板製造工程と、前記シリケート層が形成された前記放熱板の下面が露出するように、前記放熱板の上面側において前記半導体チップを封止するように前記モールド樹脂層を形成するモールド工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記放熱板製造工程において、前記放熱板よりも大きな金属平板における一方の主面において前記シリケート層を形成した後に、前記金属平板を切断することによって前記放熱板を得ることを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記放熱板製造工程において、前記シリケート層を構成する材料が揮発性溶媒に熔解された塗布液を前記金属平板に塗布することによって、前記シリケート層を形成することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記モールド工程の前に、前記半導体チップをリードフレームに搭載するチップ搭載工程と、前記リードフレームの下面を前記放熱板の上面に絶縁樹脂層を介して接合する接合工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記モールド工程の後で、前記モールド樹脂層を構成する材料が前記放熱板の下面の表面において硬化した部分を剥離除去することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールは、前記半導体モジュールの製造方法によって製造されたことを特徴とする。
本発明の半導体モジュールは、半導体チップがモールド樹脂層中に封止され、前記モールド樹脂層の下面において放熱板の下面を露出させた構成を具備する半導体モジュールであって、前記放熱板は、その主体となる金属板の下面においてシリケート化合物を含むシリケート層が形成され、かつ前記金属板の側面には前記シリケート層が形成されないことを特徴とする。
本発明の半導体モジュールは、前記モールド樹脂層中において、前記半導体チップがリードフレームに搭載され、前記リードフレームの下面が前記放熱板の上面に絶縁樹脂層を介して接合されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以上のように構成されているので、裏面に露出した放熱板による高い放熱性と、高い信頼性とを兼ね備える半導体モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明実施の形態となる製造方法によって製造される半導体モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法における放熱板製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法におけるモールド工程後の一般的な形状を示す断面図である。
【図５】従来の半導体モジュールの一例の上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態となる半導体モジュールの製造方法について説明する。ここで製造される半導体モジュールの構造は、放熱板以外については図５に記載のものと同様である。すなわち、半導体チップが搭載されたダイパッドが、絶縁層を介して放熱板に接合された構成がモールド樹脂層中に形成されている。放熱板の裏面（ダイパッドが接合された面と反対側の面）は、モールド樹脂層の裏面に露出し、ここで半導体チップからの放熱が行われる。
【００１５】
図１は、この半導体モジュール１０の模式的な断面図である。この半導体モジュール１０においては、半導体チップ１１、１２がはんだ層１３を介してそれぞれダイパッド（金属板）１４、１５の表面に搭載されている。このダイパッド１４、１５の裏面は、接着樹脂層１６と絶縁樹脂層１７を介して放熱板１８に接合されている。ダイパッド１４、１５の一部は平面視において突出した形態とされ、それぞれこの半導体モジュール１０におけるリード端子の一つとされる。また、ダイパッド１４、１５と電気的に独立したリード端子（図示せず）も設けられる。半導体チップ１１、１２とダイパッド１４、１５、リード端子の間の電気的接続は、ボンディングワイヤ１９を接続することによってなされる。これらの構造はモールド樹脂層２０の中に封止され、放熱板１８の下面がモールド樹脂層２０から露出する形態とされる。この半導体モジュール１０の平面構造は図５に示された半導体モジュール９０と同様であり、使用された放熱板１８の構成が、半導体モジュール９０における放熱板９８と異なる。
【００１６】
図１に示されるように、この放熱板１８においては、その主体である銅板（金属板）１８１の裏面（下面）においてのみシリケート層１８２が形成されている。図１における銅板１８１の上面、側面にはシリケート層１８２は形成されていない。銅板１８１の厚さは例えば４００μｍ程度、シリケート層１８２の厚さはこれと比べて無視できる程度の例えば０．３μｍ程度とすることができる。
【００１７】
図２（ａ）〜（ｆ）は、この半導体モジュール１０の製造方法の一例の工程断面図である。
【００１８】
まず、断面形状が図２（ａ）で示された形状とされたダイパッド（金属板）１４、１５が準備される。図２（ａ）では断面形状が示されており、図におけるダイパッド１４、１５の屈曲した部分の下側の部分は平面状とされ、ここに半導体チップが搭載できる形態とされる。その平面形状は、図５（ａ）と同様である。また、ダイパッド１４、１５は、図中に示された範囲では分離して示されているが、実際には図示された範囲外においてこれらは連結されており、一体化されている。モールド工程後に、この連結部分は切断分離される。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示されるように、ダイパッド１４、１５の上に半導体チップ１１、１２をそれぞれはんだ層１３によって接合する（チップ搭載工程）。更に、ボンディングワイヤ１９によって、半導体チップ１１、１２とダイパッド１４、１５、リード端子の間の電気的接続を行う。
【００２０】
一方、図２（ｃ）に示されるように、銅板１８１の裏面（下面）においてのみシリケート層１８２が形成された放熱板１８を準備する（放熱板製造工程）。放熱板製造工程の詳細については後述する。
【００２１】
次に、図２（ｄ）に示されるように、放熱板１８の上面（シリケート層１８２が形成されない側の面）に、絶縁樹脂層１７，接着樹脂層１６を順次形成する。ここで、絶縁樹脂層１７、接着樹脂層１６は共に熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）で構成することができるが、絶縁樹脂層１７は硬化した状態とし、接着樹脂層１６は未硬化の状態とする。このためには、例えば未硬化のエポキシ樹脂を放熱板１８の上面に塗布後硬化させて絶縁樹脂層１７とし、その上に未硬化のエポキシ樹脂を塗布して接着樹脂層１６とすることができる。
【００２２】
この状態で、図２（ｅ）に示されるように、図２（ｂ）の構造におけるダイパッド１４、１５の下面側を接着樹脂層１６に熱圧着して接着樹脂層１６を硬化させ、放熱板１８側とダイパッド１４、１５側とを接合する（接合工程）。
【００２３】
その後、図２（ｆ）に示される形態で、半導体チップ１１、１２等がその中に封止され、かつ放熱板１８の下面がモールド樹脂層２０の下面で露出するように、モールド樹脂層２０を形成する（モールド工程）。モールド層２０は例えばエポキシ樹脂で構成され、トランスファーモールド、インジェクションモールド等の方法で図２（ｆ）の形状として形成することができる。これによって、図１の構造の半導体モジュール１０が製造される。なお、実際にはダイパッド１４、１５が多数組配列されて一体化されたリードフレームが用いられ、これを用いて上記の工程が行われ、同時に多数の半導体モジュール１０が製造された後で、個々の半導体モジュール１０が切断分離される。
【００２４】
上記の製造方法は、図２（ｃ）に示された放熱板１８が用いられる以外については、従来の製造方法、すなわち図５の半導体モジュール９０を製造する製造方法と同様である。
【００２５】
次に、上記の放熱板製造工程について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、この工程を説明する断面図である。まず、図２（ｃ）における銅板１８１が多数枚得られる程度の広い面積の銅で構成された銅平板（金属平板）２００を準備する。この銅平板２００に対して、例えば特開２００７−１６３７５４号公報に示される薄膜を、図３（ｂ）におけるシリケート層１８２として形成する。
【００２６】
具体的には、特開２００７−１６３７５４号公報に示されるように、例えば、表面がポリオルガノシロキサン化合物等のシリケート化合物で覆われた微粒子がトリアセチルセルロース等の有機材料をバインダー中に分散して形成された層を、シリケート層１８２とする。ここで、微粒子としては、メチル（メタ）アクリレート等の有機材料からなる微粒子、シリカ、アルミナ等の無機材料からなる微粒子等を用いることができる。例えば、これらの成分が更に揮発性溶媒（２−メトキシエタノール等）で希釈混合された塗布液を銅平板２００にスピン塗布した後に焼成することによって、このシリケート層１８２を形成することができる。なお、特開２００７−１６３７５４号公報に記載の技術においてこの薄膜は光学的な反射防止膜として使用されているが、上記のシリケート層１８２には光学的な機能は要求されない。このため、シリケート層１８２が透明である必要はない。
【００２７】
例えばスピン塗布によってシリケート層１８２を形成する場合には、シリケート層１８２を図３（ｂ）における銅平板２００の下面側においてのみ容易に形成することができる。このため、図３（ｂ）の形態を容易に実現することができる。その膜厚は、塗布液の粘度やスピン塗布条件で設定することができ、例えばシリケート層１８２の厚さを１μｍ以下とすることができる。その後、必要に応じて乾燥や焼成を行うことにより、固化したシリケート層１８２を得ることができる。
【００２８】
次に、図３（ｃ）に示されるように、ブレード３００を用いて図３（ｂ）の状態とされた銅平板２００を所望の大きさに切断し、放熱板１８とすることができる。放熱板１８は、図３（ｂ）の状態とされた銅平板２００から多数枚得ることができる。あるいは、銅平板２００を破断加工することによって個々の放熱板１８を得ることもできる。
【００２９】
図３（ｃ）の状態において、この放熱板１８の下面においてのみ シリケート層１８２が形成されており、他の面（上面、切断されて形成された側面）には、シリケート層１８２は形成されない。このため、図１における放熱板１８の下面側の酸化や腐食を抑制し、安定した放熱特性を得ることができる。一方、この放熱板１８を図２に示された製造方法において用いた際の、その上面にはシリケート層１８２が形成されないため、図２（ｄ）における絶縁樹脂層１７との間の接合強度を高くすることができる。また、放熱板１８の側面にもシリケート層１８２が形成されないため、図２（ｆ）におけるモールド樹脂層２０と放熱板１８ととの間の接合強度も高くすることができる。特に、放熱板１８の側面が切断加工あるいは破断加工等によって形成された場合、切断面となる側面は平坦ではなく小さな凹凸が多く形成されている。このため、この小さな凹凸がくさびとなり、放熱板１８の側面とモールド樹脂層２０との間の接合強度が高まる。
【００３０】
また、上記のようシリケート層１８２を形成する際にスピン塗布を用いることにより、銅平板２００に悪影響を与えず、特定の面にシリケート層１８２を容易に形成することができる。この放熱板１８を用いることにより、この半導体モジュール１０の信頼性を高めることができる。
【００３１】
更に、上記の構成の放熱板１８を用いることによって、放熱効率の高い半導体モジュール１０を特に高い歩留まりで製造することができる。この点について、以下に説明する。図２（ｆ）においては、形成されたモールド樹脂層２０が理想的に形成された形状が示されているが、実際には、安定してこうした状態を実現することは難しい。図４は、モールド樹脂層２０を形成する際の一般的な状態を詳細に説明する断面図である。
【００３２】
ここで、モールド工程において、モールド樹脂層２０は例えばトランスファーモールドによって形成されるが、この際、モールド樹脂層２０を構成する樹脂材料は、実際には放熱板１８の下面側にも回り込む場合がある。このため、一般的には、図４（ａ）に示されるように、放熱板１８の外周近辺の下側にもこの樹脂材料は回り込んで固化し、モールド樹脂層２０は、放熱板１８の下面外周付近を覆う形状となる場合が多い。特に、図４（ａ）では放熱板１８の下面は単純化して平坦であるように記載しているが、実際には放熱板１８は図４（ａ）中で下側に凸となるように湾曲する場合が多い。こうした場合には、放熱板１８の下面の端部は、中央部よりも図４（ａ）中で高くなる、すなわち、モールド樹脂層２０の下面から内側に引き込んだ形態となり、放熱板１８の下面の端部はモールド樹脂層２０の下面よりも例えば２０μｍ程度引き込んだ形状となる。放熱板１８におけるこの引き込んだ領域が樹脂材料（モールド樹脂層２０）で覆われ、図４（ａ）の形態となりやすい。モールド樹脂層２０の熱伝導率は放熱板１８（銅板１８１）と比べて非常に小さいため、こうした状態においては、放熱に寄与する実効面積が減少し、放熱効率が低下する。
【００３３】
しかしながら、シリケート層１８２とモールド樹脂層２０との間の密着性は低いために、図４（ｂ）に示されるように、放熱板１８の下面の外周近辺でモールド樹脂層２０がシリケート層１８２と接した部分の接着強度は低く、バリ２１として容易に剥離させることができる。このため、この部分を剥離除去し、図４（ｃ）に示されるように放熱板１８の下面全体を露出させることができる。これによって、放熱板１８の下面全体を放熱に寄与させることができる。図４（ｃ）ではバリ２１が除去されたことによって段差が生じているように記載されているが、前記の通り、実際にはこの段差は高々２０μｍ程度であるため、放熱板１８やモールド樹脂層２０の厚さと比べて無視できる程度であり、実用上の問題はない。
【００３４】
すなわち、上記の放熱板１８を用いた場合には、モールド層２０を形成した状態で図４（ａ）に示される状態となった場合でも、図４（ｃ）の状態を容易に実現することができるため、放熱効率の高い半導体モジュール１０を高い歩留まりで製造することができる。
【００３５】
更に、この半導体モジュール１０を使用する際には、放熱板１８の下面がシリコーングリスを介して金属ブロック等に接合させる場合が多い。こうした場合に、シリケート層１８２と類似の材料で構成されたシリコーングリスのシリケート層１８２（放熱板１８）に対する濡れ性は高くなる。このため、この観点からも高い放熱効率を得ることができる。
【００３６】
なお、シリケート層１８２の代わりに、同様に銅板１８１表面の酸化や腐食を抑制できる層を代わりに用いることもできる。ただし、前記の通り、スピン塗布によって特定の表面に容易に形成することができる特開２００７−１６３７５４号公報に記載されたシリケート薄膜を用いることが特に好ましい。放熱板の主体として銅板の代わりに他の金属板を用いた場合でも同様であるが、熱伝導率が高い銅板あるいは銅合金の板を用いることが特に好ましい。
【００３７】
また、上記の例では、銅板１８１の下面にのみシリケート層１８２を形成し上面には形成しないものとしたが、シリケート層との間の接着強度が高い材料で絶縁樹脂層が構成される場合には、シリケート層を上面にも形成することが好ましい。この場合において、銅板の下面、上面の両方にシリケート層を形成することは容易である。また、この場合においても側面にはシリケート層が形成されないことが好ましく、これも上記の放熱板製造工程によって容易に実現することができる。
【００３８】
なお、上記の構成においては、放熱板１８が半導体チップ１１、１２（リードフレーム１４、１５）と電気的に絶縁されるものとしたが、放熱板とこれらとの間が電気的に接続され、放熱板を電極として用いる場合であっても、上記の構成が有効であることは明らかである。この場合には、例えば放熱板下面のシリケート層を部分的に除去することによって、銅板にはんだ付けを行うことができる。部分的に加熱することによって、この除去を行うこともできる。
【符号の説明】
【００３９】
１０、９０  半導体モジュール
１１、１２、９１、９２  半導体チップ
１３、９３  はんだ層
１４、１５、９４、９５  ダイパッド
１６、９６  接着樹脂層
１７、９７  絶縁樹脂層
１８、９８  放熱板
１９、１００  ボンディングワイヤ
２０、１０１  モールド樹脂層
２１  バリ
９９  リード端子
１８１  銅板（金属板：放熱板）
１８２  シリケート層（放熱板）
２００  銅平板（金属平板）
３００  ブレード
【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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