(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが搭載されるダイパッドと、このダイパッドと接合されるとともに、上記半導体チップから発生する熱を外部に放出するための放熱板と、を備える半導体装置を製造するための方法であって、
ダイパッドが形成されたリードフレームの位置決め穴に支持台に設けられた位置決めピンを挿通し、上記支持台上に上記リードフレームを載置して上記支持台に対して上記リードフレームの位置決めを行う工程と、
サポートリードによって放熱板が吊設支持された放熱板用フレームに形成された位置決め穴に支持台に設けられた位置決めピンを挿通することによって上記リードフレーム上に重ねて上記ダイパッドと対応する位置に上記放熱板の位置決めを行う工程と、
上記放熱板と上記ダイパッドとを超音波接合法によって接合するとともに、超音波の供給によって上記サポートリードを切断し、上記放熱板用フレームから上記放熱板を切り離す工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記放熱板用フレームとして、上記サポートリードの最小幅が上記放熱板用フレームの厚みよりも小さく設定されているものを用いる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、半導体チップが搭載されるダイパットと、このダイパッドと接合されるとともに、上記半導体チップから発生する熱を外部に放出するための放熱板と、を備える半導体装置を製造するための方法、およびこの方法により製造される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、モータドライブ用パワーＩＣ、ある種のゲートアレイ、超ＬＳＩなど、駆動時に生じる発熱量の大きい樹脂パッケージ型半導体装置には、樹脂パッケージ内に金属放熱板を組み込み、放熱性を高めたものがある。
【０００３】
上記金属放熱板は、半導体チップが搭載されるダイパッドに対して超音波接合法あるいはスポット溶接などによって接合されている。具体的には、以下の工程を経て上記金属放熱板が上記ダイパッドに対して接合される。
【０００４】
先ず、ダイパッドが形成されたリードフレームの位置決め穴に支持台に設けられた位置決めピンを挿通し、上記支持台上に上記リードフレームを載置して上記支持台に対して上記リードフレームの位置決めを行う。次に、作業者の手作業によって金属個片、すなわち金属放熱板の位置決めを行い、超音波接合法あるいはスポット溶接などによって上記金属放熱板と上記ダイパッドとを接合する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記金属個片の上記ダイパッドに対する位置決めを行う作業は、作業者の手作業によって行われ、また上記金属個片は極めて小さいために、上記金属放熱板としての金属個片を上記ダイパッドの所望の位置に載置して精度良く接合することが困難であり、作業効率も極めて悪い。
【０００６】
また、上記放熱板としての金属個片を上記ダイパッド上に載置する工程を自動化させることも考えられるが、上記工程を自動化させるためには大幅な設備変更を余儀なくされ、コストアップを招来する。
【０００７】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、リードフレームに形成されたダイパッド上に容易かつ正確に放熱板を載置することができるとともに、作業性を向上することができる半導体装置の製造方法、およびこの方法により製造される半導体装置を提供することをその課題とする。
【０００８】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
すなわち、本願発明の第１の側面に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップが搭載されるダイパッドと、このダイパッドと接合されるとともに、上記半導体チップから発生する熱を外部に放出するための放熱板と、を備える半導体装置を製造するための方法であって、ダイパッドが形成されたリードフレームの位置決め穴に支持台に設けられた位置決めピンを挿通し、上記支持台上に上記リードフレームを載置して上記支持台に対して上記リードフレームの位置決めを行う工程と、サポートリードによって放熱板が吊設支持された放熱板用フレームに形成された位置決め穴に支持台に設けられた位置決めピンを挿通することによって上記リードフレーム上に重ねて上記ダイパッドと対応する位置に上記放熱板の位置決めを行う工程と、上記放熱板と上記ダイパッドとを超音波接合法によって接合するとともに、超音波の供給によって上記サポートリードを切断し、上記放熱板用フレームから上記放熱板を切り離す工程と、を含むことを特徴としている。
【００１０】
好ましい実施の形態に係る半導体装置の製造方法においては、上記放熱板用フレームとして、上記サポートリードの最小幅が上記放熱板用フレームの厚みよりも小さく設定されているものを用いる。
【００１１】
本願発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上記リードフレームに形成されたダイパッド上に上記放熱板を載置して超音波を供給した場合に、上記放熱板が上記放熱板用フレームのサポートリードに対して垂直あるいは平行方向に微振動を行い、この微振動によって上記サポートリードの最小幅部分に応力が集中して上記放熱板が上記放熱板用フレームから切り離されるように構成されている。
【００１２】
すなわち、本願発明に係る半導体装置の製造方法は、上記放熱板を上記ダイパッドに接合するために上記放熱板に対して超音波を供給することにより、供給された超音波振動に起因した上記放熱板の振動を利用して上記放熱板を上記放熱板用フレームから切り離すことができる。したがって、上記放熱板用フレームに放熱板を形成したにも関わらず上記放熱板用フレームから上記放熱板を切り離すといった工程を必要とはしない。
【００１３】
また、上述した半導体装置の製造方法によれば、上記放熱板を有する放熱板用フレームの位置決め穴を上記支持台に設けられた位置決めピンに挿通して上記リードフレーム上に上記放熱板用フレームを載置するといった極めて容易な作業により、ダイパッドに対して複数の放熱板の位置決めを一度に行うことができ、煩雑な手作業も必要としないために、極めて作業性が向上する。また、上述した上記放熱板の位置決め作業は、位置決めピンに上記放熱板用フレームに形成された位置決め穴を挿通することにより行われるので、所望の位置に正確に上記ダイパッドに対して上記放熱板を載置させることができる。
【００１４】
なお、上記した位置決め作業は、簡易な設備変更によって自動的に行うように設計することも可能であり、この場合、さらに作業性が向上する。
【００１５】
また、本願発明の第２の側面に係る半導体装置は、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴としている。
【００１６】
上述したように、上記半導体装置は、上記放熱板が上記ダイパッドの所望位置に正確に接合さているとともに、極めて作業効率良く製造することができる。
【００１７】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置１０の一例を表す断面図、図２は、上記半導体装置１０の断面図、図３は、支持台３に対してリードフレーム２０および放熱板用フレーム１４Ａの位置決めを行っている状態を表すの図、図４は、上記リードフレーム２０のダイパッド１２に放熱板１４を超音波接合している状態を表すの図、図５は、上記半導体チップ１３の製造に用いられるリードフレーム２０に形成されたダイパッド１２の下面に放熱板１４を接合した状態の平面図、図６は、図５のダイパッド１２に半導体チップ１３を実装し、この半導体チップ１３と内部リード１６とをワイヤ１７を用いて結線した状態の平面図、図７は、図６のリードフレーム２０を金型３に挟持した状態の断面図である。
【００２０】
図１、図２および図３に示すように、上記樹脂パッケージ型半導体装置１は、半導体チップ１３が搭載されるダイパッド１２と、上記半導体チップ１３から発生する熱を外部に放出するための放熱板１４と、上記半導体チップ１３と電気的に導通させられる複数本の内部リード１６と、上記半導体チップ１３ないし上記各内部リード１６を包み込む樹脂パッケージ１９と、を備えて構成されている。
【００２１】
図４および図５に良く表れているように、上記放熱板１４は、上記ダイパッド１２の下面に接合される長矩形状の接合部１４ａと、この接合部１４ａの両端縁から上記接合部１４ａの長手方向に一体的に延出して形成された放熱部１４ｂと、を備えて構成されている。上記接合部１４ａは、上記ダイパッド１２よりも幅狭に形成されており、上記放熱部１４ｂは、上記接合部１４ａよりも幅広に形成されている。また、上記放熱部１４ｂには、円形状の貫通孔１４ｃが形成されている。
【００２２】
図２および図６に示すように、上記半導体チップ１３の上面と、上記内部リード１６の先端部の上面とは、ワイヤ１７を介して電気的に導通するように結線されている。
【００２３】
図３に良く表れているように、上記ダイパッド１２の両側縁からは、一体的に耳片１２Ａが形成されており、図２に良く表れているように、この耳片１２Ａの先端部が屈曲形成されて回路基板上に面実装可能に構成さてれいる。また、この耳片１２Ａは、回路基板に実装されて上記半導体チップ１３から発生した熱を回路基板に放熱するように構成されている。
【００２４】
さらに、上記ダイパッド１２、半導体チップ１３、内部リード１６、およびワイヤ１７は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によって樹脂パッケージングされており、樹脂パッケージ１９の側面からは内部リード１６に一体的に延出して外部リード１１が形成されている。
【００２５】
次に、図３ないし図７を参照しながら上記半導体装置１０の製造方法について説明する。便宜上、図３および図５を参照しながらリードフレーム２０、放熱板用フレーム１４Ａについて説明する。
【００２６】
図３および図５に示すように、上記リードフレーム２０は、幅方向両側のサイドフレーム２３，２３および長手方向等間隔に上記サイドフレーム２３，２３間を掛け渡すように形成されるクロスフレーム２４，２４によって囲まれる矩形領域２５内に、上記樹脂パッケージ型半導体装置１の構成部分となるべきリード１１，１６あるいはダイパッド１２などが打ち抜き形成されている。矩形状に形成されたダイパッド１２の両側縁からは、一体的に耳片１２Ａ，１２Ａが形成されており、この耳片１２Ａの端縁が支持リード２８を介してクロスフレーム２４に連結されている。矩形領域２５内には、上記サイドフレーム２３，２３間を掛け渡すようにしてタイバー２６が形成されている。ダイバー２６の内側には、基端が連結されているとともに、先端部が上記ダイパッド１２の周縁に向けて延びる複数本の内部リード１６が形成されている。タイバー２６の外側には、各内部リード１６に連続して延びる複数本の外部リード１１が形成されており、各外部リード１１の外端部は、支持リード２８を介してクロスフレーム２４に連結されている。また、上記サイドフレーム２３，２３には、後述する支持台３に対して位置決めを行うための位置決め穴２９，２９が形成されている。
【００２７】
なお、上記ダイパッド１２は、その裏面側に放熱板１４を取り付けた状態において上記放熱板１４の周縁部の上面が内部リード１６の先端部の下面と接触しないように上記リードフレーム２０のその他の部分、たとえば上記内部リード１６対してダウンオフセットされている。
【００２８】
図３に示すように、上記放熱板用フレーム１４Ａは、幅方向両側のサイドフレーム２０ａ，２０ａおよび長手方向等間隔に上記サイドフレーム２０ａ，２０ａ間を掛け渡すように形成されるクロスフレーム２１，２１によって囲まれる長矩形領域２５Ａ内に、上記樹脂パッケージ型半導体装置１０の構成部分となるべき放熱板１４が打ち抜き形成されている。上記放熱板１４は、サポートリード２７，２７を介して上記サイドフレーム２０ａ，２０ａに吊設支持されており、上述したように、上記ダイパッド１２に接合される長矩形状の接合部１４ａと、この接合部１４ａの両端縁から上記接合部１４ａの長手方向に一体的に延出して形成された放熱部１４ｂと、を備えて構成されているとともに、上記放熱部１４ｂには貫通孔１４ｃが形成されている。上記サポートリード２７は、上記サイドフレーム２０ａから放熱板１４に向かうにつれて細幅になるように形成されており、その最小幅が上記放熱板１４の厚みよりも小さく、好ましくは上記放熱板１４の厚みの約９０％の幅に設定されている。さらに、上記サイドフレーム２０ａ，２０ａの適部には、上記リードフレーム２０に形成されたダイパッド１２に対して上記放熱板１４の位置決めを行えるように位置決め穴２２，２２が形成されている。
【００２９】
先ず、図３に示すように、上記リードフレーム２０の位置決め穴２９，２９に支持台３に設けられた位置決めピン３０を挿通し、上記支持台３上に上記リードフレーム２０を載置して上記支持台３に対して上記リードフレーム２０の位置決めを行う。
【００３０】
次いで、上記放熱板用フレーム１４Ａに形成された位置決め穴２２，２２に上記位置決めピン３０を挿通することによって上記リードフレーム２０上に重ねて上記ダイパッド１２と対応する位置に上記放熱板１４の位置決めを行う。
【００３１】
上記した極めて簡易な作業によって、ダイパッド１２に対して一度に複数の放熱板１４の位置決めを行うことができ、煩雑な手作業を必要としないために、極めて作業性が向上する。
【００３２】
また、上述した上記放熱板１４の位置決め作業は、位置決めピン３０に上記放熱板用フレーム１４Ａに形成された位置決め穴２２，２２を挿通することにより行われるので、上記放熱板１４の上記ダイパッド１２に対する位置決めを正確に行うことができる。
【００３３】
続いて、上記ダイパッド１２と上記放熱板１４とを接合する。具体的には、図４に示すように、超音波ホーン３１に接続された押圧ツール３２を上記放熱板１４の中央部に圧しつけて押圧ツール３２に水平方向成分を有する超音波振動を供給する。上記押圧ツール３２に供給された超音波振動は、上記放熱板１４に与えられ、上記放熱板１４に対する超音波振動の供給によって上記放熱板１４と上記ダイパッド１２との間で金属の相互拡散が起こり、上記放熱板１４と上記ダイパッド１２とが接合される。このとき、上記放熱板１４は、供給される超音波振動によって水平方向（上記放熱板１４の長手方向と同方向または垂直方向）に微振動し、上記放熱板１４を上記放熱板用フレーム１４Ａのサイドフレー２０ａ，２０ａに吊設支持しているサポートリード２７，２７の最細部に応力が集中してこの部位が切断される。
【００３４】
すなわち、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上記放熱板１４を上記ダイパッド１２に接合するために上記放熱板１４に対して超音波振動を供給することにより、供給された超音波振動に起因した上記放熱板１４の振動を利用して上記放熱板１４を上記放熱板用フレーム１４Ａがら切り離すことができる。したがって、金属個片としてではなく上記放熱板用フレーム１４Ａに放熱板１４を形成したにも関わらず上記放熱板用フレーム１４Ａから上記放熱板１４を切り離すといった工程を必要とはしない。
【００３５】
次に、図５に良く表れているように、上記放熱板１４から上記放熱板用フレーム１４Ａ（サイドフレーム２０ａ，２０ａおよびクロスフレーム２１、２１）を取り除き、上記ダイパッド１２に上記放熱板１４が接合されたリードフレーム２０をひっくり返した状態にする。
【００３６】
なお、本実施形態においては、上記リードフレーム２０の半導体装置１０の構成要素となるべき１単位分の領域に対して、上記放熱板用フレーム１４Ａには上記放熱板１４が２単位分打ち抜き形成されている。すなわち、上記リードフレーム２０上に上記放熱板用フレーム１４Ａを位置決めした状態においては、上記放熱板１４は一つ飛ばしで上記放熱板用フレーム１４Ａに形成された放熱板１４の半分が上記ダイパッド１２に対応した位置に位置決めされている。したがって、本実施形態において説明した放熱板用フレーム１４Ａは、この放熱板用フレーム１４Ａに形成された放熱板１４のうちの半分を上記ダイパッド１２と接合し、次のリードフレーム２０に対して先のリードフレーム２０から半ピッチずらせて次のリードフレーム２０に対して位置決めを行うことにより次のリードフレーム２０のダイパッド１２と放熱板１４とが接合される。このように形成された放熱板用フレーム１４Ａは、リードフレーム２０の半導体装置１０の構成要素となるべき１単位分の領域に対して、放熱板１４が１単位分形成されている場合に比べて格段に板取効率が良い。
【００３７】
続いて、図６に良く表れているように、上記半導体チップ１３の上面に形成された上面電極（図示せず）と、これに対応する上記内部リード１６の先端部の上面とを電気的に導通するようにワイヤ１７を用いて結線する。
【００３８】
さらに、図７に示すように、合わせ状態において上記ダイパッド１２および上記半導体チップ１３を収容可能なキャビティ４を形成する上下の金型３０，３１によって、図６に示すリードフレーム２０のタイバー２６の部分をはさみ付けて上記キャビティ４内に上記半導体チップ１３を収容する。そして、上記上下の金型３０，３１の型締めを行う。
【００３９】
なお、上記した上下の金型３０、３１のコーナー部には、ランナを介してキャビティ空間内に樹脂材料を供給するためのゲート（図示せず）が形成されており、型締めが行われた上下の金型３０，３１には、樹脂が注入される前からヒータなどによって熱が与えられている。
【００４０】
次いで、上記ゲートからランナ（図示せず）を介してエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を溶融状態でキャビティ４内に注入し、上記金型３０，３１に与えられた熱によって注入された樹脂を硬化させ、樹脂パッケージ１９を形成させる。
【００４１】
最後に、リードフレーム２０に対するハンダメッキ、樹脂パッケージ１１に対する標印、タイバーカット、リードカット、リードフォーミング等の工程を経て、図１および図２に示したような単位半導体装置１０が得られる。
【００４２】
なお、本実施形態における上記放熱板１４は、幅狭の接合部１４ａと幅広の放熱部１４ｂとを備えて構成されていたが、これには限定されず、上記放熱板１４は、矩形状、あるいは円形状などであってもよく、様々に設計変更可能である。また、上記放熱部１４ｂに形成された貫通孔１４ｃは選択的事項であり、設計変更可能である。
【００４３】
また、本実施形態においては、上記半導体装置１０は、上記放熱板１４が上記樹脂パッケージ１９内にか完全に包み込まれていたが、上記放熱板１４が上記樹脂パッケージ１９から露出するタイプの半導体装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の一例を表す断面図である。
【図２】上記半導体装置の断面図である。
【図３】支持台に対してリードフレームおよび放熱板用フレームの位置決めをしている状態を表すの図である。
【図４】上記リードフレームのダイパッドに放熱板を超音波接合している状態を表すの図である。
【図５】上記半導体チップの製造に用いられるリードフレームに形成されたダイパッドに放熱板を接合した状態の平面図である。
【図６】図５のダイパッドに半導体チップを実装し、この半導体チップと内部リードとをワイヤを用いて結線した状態の平面図である。
【図７】図６のリードフレームを金型に挟持した状態の断面図である。
【符号の説明】
３  支持台
１０  半導体装置
１１  外部リード
１２  ダイパッド
１３  半導体チップ
１４  放熱板
１４Ａ  放熱板用フレーム
１６  内部リード
２２  位置決め穴（放熱板用フレームの）
２７  サポートリード
２９  位置決め穴（リードフレームの）
３０  位置決めピン（支持台の）
【図１】
0003566479.tif 000002
【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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