(57)【要約】【課題】少なくとも金属製の面材の表面にコート材を介して封止樹脂体を形成して半導体モジュールを製造する方法に関し、少なくとも金属製の面材と封止樹脂体の密着性に優れ、少なくとも金属製の面材から封止樹脂体が剥がれることのない半導体モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】金属製の面材１と半導体素子３がはんだ層２を介して接続されてなる半導体モジュールの中間体１０’に対し、面材１と半導体素子３の周囲に封止樹脂体６を形成して半導体モジュール１０を製造する半導体モジュールの製造方法であって、少なくとも面材１の露出面にコート材として使用されるフィルム５が可溶な溶液４を滴下し、次いでフィルム５を少なくとも面材１の露出面に配設し、高温雰囲気下でフィルムを乾燥させ、封止樹脂をポッティングして封止樹脂体６を形成して半導体モジュール１０を製造する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の面材と半導体素子がはんだ層を介して接続されてなる半導体モジュールの中間体に対し、前記面材と半導体素子の周囲に封止樹脂体を形成して半導体モジュールを製造する半導体モジュールの製造方法であって、
少なくとも面材の露出面にコート材として使用されるフィルムが可溶な溶液を滴下し、次いで前記フィルムを前記少なくとも面材の露出面に配設し、高温雰囲気下でフィルムを乾燥させ、封止樹脂をポッティングして封止樹脂体を形成して半導体モジュールを製造する、半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレームと半導体素子がはんだ層を介して接続され、リードフレームと半導体素子の周囲に封止樹脂体が形成されてなる半導体モジュールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子を搭載した半導体モジュール（パワーモジュールもしくはパワーカード）は、リードフレーム等の金属製の面材と半導体素子がはんだ層を介して接続された積層体がケース内に収容され、さらにこのケース内に封止樹脂体が形成された構成のものや、ケースレス構造であって、比較的硬質の封止樹脂体で上記積層体が封止された構成のものなど、多様な形態が存在している。なお、ケースレス構造のもの、ケースを具備する構造のもののいずれであっても、ヒートシンクや冷媒を還流させる冷却器などがさらに配されて半導体素子からの熱をこれらに放熱させる構造が一般に適用されている。
【０００３】
上記半導体モジュールにおいて、リードフレーム等の金属製の面材と封止樹脂体の密着性を高めるべく、これらの間にコート材を介在させる方法が適用されている。
【０００４】
より具体的には、溶液状のコート材を金属製の面材の表面にスピンコートなどによって塗布し、乾燥させた後に封止樹脂をポッティングすることで金属製の面材の周囲に封止樹脂体が形成される。なお、このように、半導体素子上にスピンコートによって保護膜を形成し、保護膜上に封止樹脂層を形成する半導体モジュールの製造方法が特許文献１に開示されている。
【０００５】
ところで、リードフレーム等の金属製の面材の表面には、はんだ層を介して半導体素子が積層する箇所が存在しており、これら金属製の面材とはんだ層および半導体素子によって形成される隅角部周辺では、表面張力の影響により、溶液状のコート材の厚みが厚くなり、隅角部周辺から遠ざかるにつれてコート材の厚みが薄くなり、金属製の面材の外周部分ではコート材が存在しない領域が生じることが往々にしてある。
【０００６】
そして、コート材が存在しない領域やコート材の厚みが薄い領域では、金属製の面材から封止樹脂体が剥がれ易くなるといった課題が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３３３９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、少なくとも金属製の面材の表面にコート材を介して封止樹脂体を形成して半導体モジュールを製造する方法に関し、少なくとも金属製の面材と封止樹脂体の密着性に優れ、少なくとも金属製の面材から封止樹脂体が剥がれることのない半導体モジュール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】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明による半導体モジュールの製造方法は、金属製の面材と半導体素子がはんだ層を介して接続されてなる半導体モジュールの中間体に対し、前記面材と半導体素子の周囲に封止樹脂体を形成して半導体モジュールを製造する半導体モジュールの製造方法であって、前記面材の表面にコート材として使用されるフィルムが可溶な溶液を滴下し、次いで前記フィルムを面材の表面に配設し、高温雰囲気下でフィルムを乾燥させ、封止樹脂をポッティングして封止樹脂体を形成して半導体モジュールを製造するものである。
【００１０】
本発明の製造方法は、面材の表面にコート材として使用されるフィルムが可溶な溶液を滴下し、次いでフィルムを面材の表面に配設し、このフィルムを介して面材と封止樹脂体の接着をおこなうものであり、従来の製造方法における溶液状のコート材に代わって、厚みが均一なフィルムをコート材として使用することで、面材の表面においてコート材が存在する領域と存在しない領域が生じることが解消され、コート材が存在する領域においてはコート材の厚みに分布が生じることが解消される。その結果、リードフレーム等の金属製の面材と封止樹脂体の密着性が良好になり、面材から封止樹脂体が剥がれることのない、もしくは剥がれ難い半導体モジュールを製造することができる。
【００１１】
ここで、「金属製の面材」としては、リードフレームやダイパッド、回路基板や応力緩和基板等の基板、純Alからなる基板とAlN(窒化アルミニウム)からなる基板を積層してなるDBA（絶縁基板）、ヒートシンクなどを挙げることができ、これらの一種もしくは二種以上が多様な積層態様で積層されたものの表面にはんだ層を介して半導体素子が搭載され、半導体モジュールの中間体が構成される。
【００１２】
また、「少なくとも面材の露出面の一部」とは、たとえばリードフレーム等の面材の上面の中ではんだ層が存在しない領域や、これにさらに半導体素子の側面や上面を加えた領域など、封止樹脂体と接着される全ての領域やそのうちの一部の領域のことを意味しており、リードフレームの下面などの封止樹脂体と接着されない領域は含まれない。
【００１３】
本発明の製造方法では、まず、コート材として使用されるフィルムが可溶な溶液を滴下する。なお、「滴下」とは、面材の全面に万遍なく溶液を塗布等するのではなくて、溶液を点状に配設したり、散布することを意味している。
【００１４】
溶液の滴下後、面材の表面の所定領域にコート材として使用されるフィルムを配設し、該面材の表面との密着を図る。
【００１５】
コート材として厚みが均一なフィルムを使用することで、後工程でポッティングされる封止樹脂体と面材の間の良好な密着性が保証され、面材から封止樹脂体が剥がれることがなく、製品信頼性に優れた半導体モジュールが製造される。なお、コート材の厚みを調整することにより、面材と封止樹脂体の間の密着強度を所望に制御することができる。
【００１６】
ここで、ポッティングされる封止樹脂としては、エポキシ系熱硬化性樹脂などを挙げることができる。また、ここでいう「ポッティング」とは、圧縮成形やトランスファー成形、射出成形など、成形全般の中から選択される好適な成形方法を意味している。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から理解できるように、本発明の半導体モジュールの製造方法によれば、少なくとも面材の露出面にコート材として使用されるフィルムが可溶な溶液を滴下し、フィルムを少なくとも面材の露出面に配設した後に封止樹脂をポッティングして封止樹脂体を形成することにより、封止樹脂体と面材の間の良好な密着性が保証され、面材から封止樹脂体が剥がれることがなく、製品信頼性に優れた半導体モジュールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の半導体モジュールの一実施の形態の製造方法を説明したフロー図である。
【図２】図１に続いて製造方法を説明したフロー図である。
【図３】図２に続いて製造方法を説明したフロー図である。
【図４】本発明の半導体モジュールの製造方法で製造された他の実施の形態の半導体モジュールを説明した模式図である。
【図５】密着強度試験方法を説明した図である。
【図６】密着強度試験の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の半導体モジュールの製造方法とこの方法によって製造された半導体モジュールの実施の形態を説明する。なお、製造される半導体モジュールは図示例のものに何等限定されるものではなく、金属製の面材はリードフレーム以外にも、絶縁基板や応力緩和板などの他の金属製の面材やこれら２種以上の面材が積層した形態であってもよく、さらには、金属製の面材と半導体素子から構成される半導体モジュールの中間体がケース内に収容された形態、ケース内に封止樹脂体がポッティングされた形態などであってもよい。
【００２０】
（半導体モジュールの製造方法の実施の形態）
図１，２，３はその順で、本発明の半導体モジュールの一実施の形態の製造方法を説明したフロー図である。
【００２１】
まず、図１で示すように、リードフレーム１と半導体素子３をはんだ層２を介して接続してなる半導体モジュールの中間体１０’を製作する。
【００２２】
ここで、リードフレーム１は、アルミニウムやその合金、銅やその合金などの金属コアの周囲にニッケルメッキ等が施されて形成されている。
【００２３】
また、はんだ層２は、Pb系はんだ、Pbフリーはんだのいずれであってもよいが、環境影響負荷低減を図るべく、Sn−Ag系はんだ、Sn−Cu系はんだ、Sn−Ag−Cu系はんだ、Sn−Zn系はんだ、Sn−Sb系はんだなどのPbフリーはんだからなるものが好ましい。
【００２４】
図示する半導体モジュールの中間体１０’の表面に、後工程でコート材として使用されるフィルム５（図２参照）が可溶な溶液４を滴下する。なお、図示例では、リードフレーム１の露出面、はんだ層２の側面、および半導体素子３の周面の全面をフィルム５で覆うことから、溶液４を中間体１０’の全域に滴下しておく。
【００２５】
次に、図２で示すようにコート材として使用されるフィルム５を半導体モジュールの中間体１０’の全面に配設し、高温雰囲気下でフィルム５を乾燥させる。
【００２６】
次に、図３で示すようにフィルム５の上方に封止樹脂をポッティングし、これが硬化して封止樹脂体６が形成されることで半導体モジュール１０が製造される。
【００２７】
ここで、使用する封止樹脂材料としてはエポキシ系熱硬化性樹脂が挙げられる。このエポキシ系熱硬化性樹脂は末端に反応性のエポキシ基を持つ熱硬化型の合成樹脂であり、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの縮合反応により製造されるビスフェノールA型エポキシ樹脂や、ノボラック系エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂およびグリシジルエステル型エポキシ樹脂などを挙げることができ、これらを単独で、もしくは、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とその他の一種もしくは二種以上の樹脂を混合して使用することもできる。
【００２８】
また、エポキシ系熱硬化性樹脂の中には、熱伝導性と熱膨張の改善を目的としてシリカやアルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等の無機フィラーが含有されていてもよい。
【００２９】
図示する半導体モジュールの製造方法によれば、少なくともリードフレーム１の露出面にコート材として使用されるフィルム５が可溶な溶液４を滴下し、フィルム５を少なくともリードフレーム１の露出面に配設した後に封止樹脂をポッティングして封止樹脂体６を形成することにより、封止樹脂体６とリードフレーム１の間の良好な密着性が保証され、リードフレーム１から封止樹脂体６が剥がれることがなく、製品信頼性に優れた半導体モジュール１０を製造することができる。
【００３０】
また、図４は、本発明の半導体モジュールの製造方法で製造された他の実施の形態の半導体モジュールを説明した模式図である。
【００３１】
図示する形態のように、上下に略対称の構造を呈した半導体モジュール１０Ａであっても、フィルム５を介して封止樹脂体６と少なくともリードフレーム１が良好に密着していることから、製品信頼性に優れた半導体モジュール１０Ａとなっている。
【００３２】
[基材と封止樹脂体の密着強度試験およびコート材の表面粗さ測定試験とそれらの結果]
本発明者等は、以下で示す実施例および比較例のテストピースを作成し、実施例と比較例2の密着強度を測定するとともに、実施例、比較例1のコート材の表面粗さの測定をおこなった。なお、図５は密着強度試験方法を説明した図である。
【００３３】
まず、フィルムからなるコート材とコート材が可溶な溶液の組み合わせとして以下の表１に記載の組み合わせが挙げられるが、その中で、最上段の組み合わせを本実験における実施例として使用した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
（実施例）
平滑性のある基材上に固定したPETフィルムにポリアミドイミド溶液（溶媒：ビス(2-メトキシエチル)エーテル）を滴下し、アプリケータで塗布をおこなった。
【００３６】
塗布したものをオーブンに収容し、60℃で1時間乾燥させた。
【００３７】
乾燥後のフィルムをPETフィルムから剥がし、オーブンで150℃で1時間〜230℃で2時間乾燥させた。
【００３８】
ニッケルメッキ処理された銅板の上にビス(2-メトキシエチル)エーテルを滴下し、製作されているポリアミドイミドフィルムを載せ、80℃で1時間〜180℃で2時間乾燥させた。
【００３９】
ポリアミドイミドフィルムの表面粗さを測定し、さらに、図５で示す方法にて基材から封止樹脂体を剥がすようにせん断力を付与し（Ｘ方向）、その際の密着強度を測定した。
【００４０】
（比較例1）
パワーカードを模擬した、ニッケルメッキ処理された銅板をポリアミドイミド溶液（ビス(2-メトキシエチル)エーテル）に漬け、スピンコートをおこない、80℃で1時間〜180℃で2時間乾燥させた。
【００４１】
比較例1のテストピースにおいてはポリアミドイミドの厚みを測定した。
【００４２】
（比較例2）
ニッケルメッキ処理された銅板にポリアミドイミド溶液（ビス(2-メトキシエチル)エーテル）を滴下し、アプリケータで塗布をおこない、80℃で1時間〜180℃で2時間乾燥させた。
【００４３】
封止樹脂体を成形し、図５で示す方法にて密着強度を測定した。
【００４４】
（試験結果）
表面粗さ測定結果に関しては、実施例の表面粗さ(Rz)が1.064μm、比較例1は素子近傍で6μm、リードフレーム外周部で0μmであり、実施例の表面粗さが格段に小さいことが実証されている。
【００４５】
一方、密着強度試験結果を図６に示す。同図より、実施例の密着強度は23MPa、比較例2の密着強度は6MPaであり、比較例2に対して実施例はおよそ4倍もの密着強度を有していることが実証されている。
【００４６】
（コート材の厚み制御性に関する実験）
本発明者等は上記する実施例と比較例1のそれぞれのコート材（実施例はポリアミドイミドフィルム、比較例1はポリアミドイミド）の厚みを測定する実験をおこなった。
【００４７】
測定の結果、実施例のフィルムの厚みは7.5μm、比較例1のポリアミドイミドの厚みはリードフレーム外周部で1μm以下であることが実証されている。
【００４８】
コート材の厚みが厚い程、基材と封止樹脂体の良好な密着性を保証することができることより、実施例が良好な密着性を有することが確認できた。なお、このことは既述する密着強度試験結果とも符合している。
【００４９】
また、実施例のようにフィルムからなるコート材を使用することで、多様な厚みのフィルムの中から好適な厚みのフィルムを選択して使用できるため、密着性能の制御を容易におこなうことができる。
【００５０】
（コート材の歩留りに関する実験）
本発明者等はさらに、上記する実施例を構成するポリアミドイミドフィルムの重量変化、ポリアミドイミド溶液の吸湿後の重量変化をそれぞれ測定した。
【００５１】
ポリアミドイミドフィルムは水中浸漬・1週間放置で0.1%の重量増加であり、これに対して、ポリアミドイミド溶液は85℃、85%RH環境下・30分放置で13%の重量増加であった。
【００５２】
実施例のようにフィルムからなるコート材を使用することで吸湿し難くなり、重量増加量も少なく、長期保管が可能となる。
【００５３】
また、吸湿によって廃棄されるコート材の量が低減することにより、材料歩留りが向上し、製造コストの低減に繋がる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１…リードフレーム（金属製の面材）、２…はんだ層、３…半導体素子、４…溶液（フィルムが可溶な溶液）、５…フィルム、６…封止樹脂体、７…Cuブロック体、１０，１０Ａ…半導体モジュール、１０’…半導体モジュールの中間体
【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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