(57)【要約】【課題】放熱板の内面に半導体チップが固定されており、半導体チップの外面に放熱面が確保されており、放熱面の周囲がモールド樹脂で被覆されている半導体モジュールを製造するためには、溶融樹脂が放熱面に侵入しないようにする堤を必要とする。製造公差によって、堤と溶融樹脂の充填型を密着させるのが難しい。【解決手段】堤を溶融樹脂の充填圧で変形するしなやかなものとする。溶融樹脂の充填時にループ状の堤の内側に入り込んで堤を内側から支持する支持壁を設ける。堤の内側に支持壁を位置させておいて堤の外側に溶融樹脂を充填する。樹脂の充填圧で堤が内側に変形して支持壁に密着する。溶融樹脂は支持壁の内側に侵入しない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが放熱板の内面に固定されており、
前記放熱板の外面に放熱面が確保されており、
前記放熱面より外周側の前記放熱板の外面が硬化した樹脂で被覆されている一方において、前記放熱面は前記樹脂で被覆されていない半導体モジュールを製造する方法であり、
前記放熱板の外面に前記放熱面を一巡するループ状可撓堤を形成し、
前記放熱面に対向する溶融樹脂充填型の内面に、前記ループ状可撓堤の内側に位置して前記ループ状可撓堤を内側から支える支持壁を形成し、
前記溶融樹脂充填型を閉じて、前記ループ状可撓堤の内側に前記支持壁を位置させ、
前記可撓堤より外周側の前記放熱板の外面に接する範囲に溶融樹脂を充填し、
溶融樹脂の充填時に溶融樹脂に加える充填圧によって、前記ループ状可撓堤が内側に変形して前記支持壁に密着することを特徴と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】
本明細書では、下記の特徴を備えている半導体モジュールの製造方法を開示する。
・放熱板の一方の面に半導体チップが直接ないし間接に固定されている。
・放熱板の他方の面が放熱面となって半導体チップを冷却する。
・放熱面の周囲は樹脂で被覆されているが、放熱面は樹脂で被覆されていない。
本明細書では、半導体チップが固定される側の面（前記した放熱板の一方の面）を内面といい、放熱面となる側の面を外面という。
【背景技術】
【０００２】
上記の半導体モジュールを製造するためには、放熱面の周囲に存在する放熱板の外面に接する範囲には溶融樹脂を充填する一方において、放熱面の範囲内にある放熱板の外面に接する範囲には溶融樹脂が侵入しないようにする必要がある。そのための技術が特許文献１に記載されている。
特許文献１の技術では、放熱面を一巡する突起を放熱板に設ける。すなわち、放熱面を一巡する堤を設ける。放熱板の内面に半導体チップを固定したものを溶融樹脂の充填型にセットして型を閉じると、型の内面が放熱面を一巡する堤の頂面に密着する。これによって放熱面に接する空間と、堤よりも外周側の空間が気密に仕切られ、溶融樹脂が放熱面に接する空間に侵入することを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９９４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
型を閉じることで、堤の頂面と型の内面が一様に密着する関係を得ることは難しい。特許文献１の技術では、（１）型を閉じる途中で、堤の頂面の一部と型の内面の一部が密着し、（２）その後は、接触部の頂面を変形させながら型を閉じてゆき、（３）型を閉じ終えた段階で、堤の頂面の全体が型の内面に密着する関係を得る。
【０００５】
半導体モジュールの量産時には、製造公差によって堤の頂面の高さが変動する。堤の頂面と型の内面が接触するタイミングは様々となる。特許文献１の技術では、堤の頂面の高さが最も低くて型締めの遅いタイミングで堤の頂面と型の内面が接触する場合でも、前記（１）〜（３）の現象が得られるようにする必要がある。この技術の場合、堤の高さが高い場合には、型締めまでの間に堤の頂面を大きく変形させる必要が生じる。特許文献１の技術は、大きな型締め力を必要とする。大きな型締め力を加えると、放熱板あるいは半導体チップ等が損傷するといった事象が生じる。
本明細書では、小さな型締め力で、放熱板の放熱面に接する空間に溶融樹脂が侵入するのを防止する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する製造方法では、下記の特徴を備えている半導体モジュールを製造する。
・半導体チップが放熱板の内面に固定されている。
・放熱板の外面に放熱面が確保されている。
・放熱面より外周側の放熱板の外面は硬化した樹脂で被覆されている。
・その一方において放熱面は樹脂で被覆されていない。
本明細書で開示する製造方法では、下記を実施する。
・放熱板の外面に放熱面を一巡するループ状可撓堤を形成する。
・放熱面に対向する溶融樹脂充填型の内面に、ループ状可撓堤の内側に位置してループ状可撓堤を内側から支える支持壁を形成する。
・溶融樹脂充填型を閉じて、ループ状可撓堤の内側に支持壁を位置させる。
・可撓堤より外周側の放熱板の外面に接する範囲に溶融樹脂を充填する。この際に溶融樹脂に加える充填圧によって、ループ状可撓堤が内側に変形して支持壁に密着する。
【０００７】
上記の製造方法によると、溶融樹脂の充填時に、溶融樹脂がループ状可撓堤を内側に変形させて支持壁に密着させる。ループ状可撓堤が支持壁に密着すると、ループ状可撓堤の内周側にある放熱面に接する空間と、ループ状可撓堤の外周側にある放熱板の外面に接する空間が気密に仕切られ、溶融樹脂が後者の空間から前者の空間に侵入することがない。
上記の製造方法によると、型締めの段階では、ループ状可撓堤の内周側にある放熱面に接する空間と、ループ状可撓堤の外周側にある放熱板の外面に接する空間を気密に仕切る必要がない。型締めの際に型を放熱板に強く密着させる必要がなく、放熱板に強い力を加える必要がない。
【０００８】
本明細書で開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び実施例にて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】溶融樹脂の充填前の半導体モジュールと溶融樹脂充填型の関係を示す。
【図２】溶融樹脂の充填後の半導体モジュールと溶融樹脂充填型の関係を示す。
【図３】樹脂で被覆した半導体モジュールの断面図を示す。
【図４】（Ａ）は溶融樹脂の充填前の可撓堤と支持壁の位置関係を示し、（Ｂ）は溶融樹脂の充填後の可撓堤と支持壁の位置関係を示す。
【図５】第２実施例の図４に対応する図を示す。
【図６】第３実施例の樹脂で被覆した半導体モジュールの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に説明する実施例の主要な特徴を下記に列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれが独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。
（特徴１）  可撓堤は、溶融樹脂の充填圧で変形するしなやかさを備えている。
（特徴２）  放熱面に、放熱フィンが形成されている。
（特徴３）  放熱面に、放熱フィンが形成されていない。
（特徴４）  半導体チップの表裏両面に放熱板が形成されている。
（特徴５）  ２枚の放熱板の間隙に樹脂が充填されている。その樹脂が放熱板の外面側にまで達している。
【実施例】
【００１１】
（第１実施例）
図３に、第１実施例の半導体モジュール２の断面図を示す。参照番号４は下部放熱板であり、参照番号８は半導体チップであり、参照番号１２は伝熱部材であり、参照番号１６は上部放熱板である。参照番号６は下部放熱板４と半導体チップ８を固定する固定層であり、参照番号１０は半導体チップ８と伝熱部材１２を固定する固定層であり、参照番号１４は伝熱部材１２と上部放熱板１６を固定する固定層である。参照番号１８は、溶融樹脂が硬化した樹脂であり、半導体チップ８の側面と伝熱部材１２の側面と下部放熱板４の内面と上部放熱板１６の内面に接する空間を充填している。樹脂１８は上部放熱板１６の側面を超えて外面に接する空間まで延びている。ただし可撓堤１６ａによってせき止められており、放熱面１６ｈには達していない。本実施例の場合、下部放熱板４の外面は平坦であり、下部放熱板４の外面の全体が樹脂１８から露出している。
【００１２】
図１は、下部放熱板４と半導体チップ８と伝熱部材１２と上部放熱板１６が固定層６，１０，１４で積層固定された状態のもの（以下ではモールド前モジュール１９という）を溶融樹脂の充填型内にセットし、充填型２０，２２を閉じた様子を示している。充填型は固定型２０と可動型２２を備えており、可動型２２を上昇させると充填型を開くことができ、可動型２２を下降させると充填型を閉じる。
【００１３】
図１〜３に示すように、上部放熱板１６の外面に、ループ状可撓堤１６ａが形成されている。ループ状可撓堤１６ａは、放熱面１６ｈの周囲を一巡している。放熱面１６ｈは、半導体チップ８と伝熱部材１２を上部放熱板１６の内面に固定している固定層１４の形成範囲を含み、その外側に広がる範囲に確保されている。
【００１４】
図１と２に示されているように、放熱面１６ｈに対向する可動型２２の内面に、支持壁２２ａが形成されている。可動型２２を下降させて充填型２０，２２を閉じると、支持壁２２ａはループ状可撓堤１６ａの内側に入り込む。
図４（Ａ）は、溶融樹脂の充填前の可撓堤１６ａと支持壁２２ａの位置関係を示し、両者は微小間隔を隔てて離反している。図１に示すように、充填型２０，２２を締めた状態では、可動型２２はモールド前モジュール１９に接しない。可動型２２が閉じる力がモールド前モジュール１９に加わることがない。
【００１５】
図４の（Ｂ）は、図４（Ａ）の位置関係で溶融樹脂を充填した後の状態を示している。溶融樹脂は、ループ状可撓堤１６ａより外周側にある放熱板１６の外面に接する空間に充填される。充填時には、溶融樹脂に充填圧が加えられる。その充填圧は、可撓堤１６ａを放熱板１６の内周側に変形させる。可撓堤１６ａは内側に変形して支持壁２２ａに密着する。可撓堤１６ａは放熱面１６ｈを一巡している。支持壁２２ａも放熱面１６ｈを一巡している。放熱面１６ｈを一巡している全範囲において、可撓堤１６ａが支持壁２２ａに密着する。この結果、図２に示すように、支持壁２２ａより内周側の空間（放熱面１６ｈに接する空間）と、可撓堤１６ａより外周側の空間（溶融樹脂が充填される空間）が、気密に仕切られる。可撓堤１６ａより外周側の空間に充填された空間が、支持壁２２ａより内周側の空間に侵入することがなく、放熱面１６ｈが樹脂で被覆されることはない。
【００１６】
図３は、型から取り出された半導体モジュール２を示しており、放熱面１６ｈは周囲に露出しており、可撓堤１６ａより外周側は硬化した樹脂１８で被覆されている。なお、モールド前モジュール１９と硬化樹脂の密着性を高めるために、モールド前モジュール１９の表面にプライマを塗布しておいてもよい。
【００１７】
（第２実施例）
可撓堤と支持壁の形状は、さまざまに変形可能である。第２実施例では、図５（ａ）に示すように、支持壁２２ｂの外周側の側面が、放熱板１６から遠ざかるにつれて外周側に変位している。この場合も、図５（ｂ）に示すように、溶融樹脂の充填圧が可撓堤１６ｂを内側に変形させ、支持壁２２ｂに密着させることができる。本実施例によると、モールド済の半導体モジュールから可動型２２を抜きやすい。
【００１８】
（第３実施例）
第１実施例では、下部放熱板４の外面が平坦であり、型２０に密着させることによって下部放熱板４の外面に溶融樹脂が到達することを防止している。第３実施例では、図６に示すように、下部放熱板４の放熱面に放熱フィン４ｆを設ける。この場合には、放熱フィン４ｆの形成範囲を一巡するループ状可撓堤４ａを設け、固定型２０の内面に支持壁２０ａを設ける。ループ状可撓堤４ａと支持壁２０ａは、ループ状可撓堤１６ａと支持壁２２ａで説明したのと同様の特徴を備えている。この実施例によっても、モールド前モジュール１９に力を加えないで型を締めることができる。
図６に示すように、上部放熱板１６の放熱面１６ｈに放熱フィン１６ｆを形成してもよい。
【００１９】
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記の実施例では、下部放熱板と上部放熱板の間に半導体チップを積層しているが、半導体チップのいずれか一方の面にだけ放熱板が配置されている実施例にも適用することができる。また、伝熱部材１２を利用しないモジュールに本明細書に記載の技術を適用することもできる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２０】
２：半導体モジュール
４：下部放熱板（放熱フィンが形成されていることがある）
４ａ：ループ状可撓堤
４ｆ：放熱フィン
６：固定層
８：半導体チップ
１０：固定層
１２：伝熱部材
１４：固定層
１６：上部放熱板（放熱フィンが形成されていることがある）
１６ａ、１６ｂ：ループ状可撓堤
１６ｆ：放熱フィン
１６ｈ：放熱面
１８：モールド樹脂（硬化した樹脂）
２０：下型
２０ａ：支持壁
２２：上型
２２ａ、２２ｂ：支持壁
【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】
2015119124.tif 000007
【図６】
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