(57)【要約】【課題】ヒートシンク上に半導体素子をはんだ付けしたものをモールド樹脂で封止してなる半導体パッケージの製造方法において、ヒートシンクとモールド樹脂との間に介在する密着補助膜の耐熱性を適切に向上させる。【解決手段】ヒートシンク１０の一面１１のうちはんだ３０が配置される部位以外の部位に、密着補助膜１００を塗布して配置し、塗布された密着補助膜１００を、はんだ３０の融点よりも高い温度で硬化した後、ヒートシンク１０と半導体素子２０とを、はんだ３０を介してはんだ付けする。その後、はんだ付けされたヒートシンク１０および半導体素子２０をモールド樹脂４０で封止する。【選択図】図２
2015018860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材（１０）と、
前記基材上にはんだ（３０）を介してはんだ付けされた半導体素子（２０）と、
前記基材および前記半導体素子を封止するモールド樹脂（４０）と、
前記基材と前記モールド樹脂との間に介在し、前記基材と前記モールド樹脂との密着性を確保するための熱硬化性材料よりなる密着補助膜（１００）と、を備える半導体パッケージを製造する半導体パッケージの製造方法であって、
前記基材および前記半導体素子を用意する用意工程と、
前記基材の表面のうち前記はんだが配置される部位以外の部位に、前記密着補助膜を塗布して配置する膜配置工程と、
前記塗布された密着補助膜を、前記はんだの融点よりも高い温度で硬化する硬化工程と、
しかる後、前記基材と前記半導体素子とを、前記はんだを介してはんだ付けするはんだ付け工程と、
前記はんだ付けされた前記基材および前記半導体素子を前記モールド樹脂で封止する封止工程と、を備えることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項２】
前記半導体パッケージにおいては、基材の外側にリード端子（５０）が設けられ、このリード端子と前記半導体素子とがボンディングワイヤ（６０）により接続されており、これらリード端子およびボンディングワイヤも前記モールド樹脂で封止されており、
膜配置工程では、前記リード端子の表面のうち前記ボンディングワイヤと接続される部位以外の部位に、前記密着補助膜を塗布して配置するようにし、
前記はんだ付け工程と前記封止工程との間に、前記リード端子と前記半導体素子とを前記ボンディングワイヤで接続するワイヤ接続工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上に半導体素子をはんだ付けしたものをモールド樹脂で封止してなる半導体パッケージの製造方法に関し、特に基材とモールド樹脂との間に介在する密着補助膜の耐熱性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体パッケージとしては、基材と、基材上にはんだを介してはんだ付けされた半導体素子と、基材および半導体素子を封止するモールド樹脂と、基材および半導体素子とモールド樹脂との間に介在し、モールド樹脂の密着性を確保するための密着補助膜と、を備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような半導体パッケージは、基材上に半導体素子をはんだ付けした後、基材および半導体素子の表面に、密着補助膜を設け、その後、モールド樹脂による封止を行うことにより製造される。ここで、密着補助膜は、ポリイミド等の熱硬化性材料よりなるもので、塗布した後、加熱して硬化させることにより設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７９５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような半導体パッケージは、より高温での使用が求められている。ここで、当該半導体パッケージにおいては、半導体素子の表面には通常ポリイミド系樹脂よりなる保護膜が設けられているため、半導体素子とモールド樹脂との密着性は、基材とモールド樹脂との密着性に比べて十分に確保される。
【０００６】
そこで、基材とモールド樹脂との密着性をより高めるべく、基材表面に設けられる密着補助膜の耐熱性を向上させることが求められている。そのためには、密着補助膜をより高温で硬化させることで、高い使用温度であっても、密着補助膜の硬化状態を維持することが必要となる。密着補助膜の硬化温度が低く、当該硬化が不十分な状態では、基材とモールド樹脂との密着性の確保も不十分となる。
【０００７】
しかし、上記従来の製造方法では、半導体素子と基材とをはんだ付けした後、密着補助膜を基材表面に塗布して硬化させていた。そのため、密着補助膜の硬化温度をより高温化させようとすると、当該硬化温度が、はんだの融点を越えてしまい、はんだ付け部分の接合性が損なわれてしまう恐れがある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基材上に半導体素子をはんだ付けしたものをモールド樹脂で封止してなる半導体パッケージの製造方法において、基材とモールド樹脂との間に介在する密着補助膜の耐熱性を適切に向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基材（１０）と、基材上にはんだ（３０）を介してはんだ付けされた半導体素子（２０）と、基材および半導体素子を封止するモールド樹脂（４０）と、基材とモールド樹脂との間に介在し、基材とモールド樹脂との密着性を確保するための熱硬化性材料よりなる密着補助膜（１００）と、を備える半導体パッケージを製造する半導体パッケージの製造方法であって、
基材および半導体素子を用意する用意工程と、基材の表面のうちはんだが配置される部位以外の部位に、密着補助膜を塗布して配置する膜配置工程と、塗布された密着補助膜を、はんだの融点よりも高い温度で硬化する硬化工程と、しかる後、基材と半導体素子とを、はんだを介してはんだ付けするはんだ付け工程と、はんだ付けされた基材および半導体素子をモールド樹脂で封止する封止工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
それによれば、はんだ付けする前に、はんだの融点よりも高い温度で密着補助膜を硬化させるので、従来のようなはんだの溶融を回避しつつ、密着補助膜の硬化温度を高めることができる。よって、本発明によれば、密着補助膜の耐熱性を適切に向上させることができ、高温信頼性に優れた半導体パッケージを提供することができる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体パッケージの概略断面図である。
【図２】図１に示される半導体パッケージの製造方法を示す工程図である。
【図３】図２に続く製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１４】
本発明の実施形態にかかる半導体パッケージＰ１について、図１を参照して述べる。この半導体パッケージＰ１は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。
【００１５】
本実施形態の半導体パッケージＰ１は、大きくは、基材としてのヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の一面１１上にはんだ３０を介してはんだ付けされた半導体素子２０と、ヒートシンク１０および半導体素子２０を封止するモールド樹脂４０と、を備えて構成されている。
【００１６】
ヒートシンク１０は半導体素子２０に発生する熱を逃がす放熱機能を有するもので、本実施形態では、表裏の板面の一方を一面１１、他方を他面１２とし、これら両板面１１、１２を連結する側面１３を有する板状をなすものである。
【００１７】
このようなヒートシンク１０は、Ｃｕ（銅）やＮｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）などの金属よりなるもので、ここでは、はんだ付け性の向上等の点から表面にＡｕ等のめっき１０ａが施されている。このヒートシンク１０は、平面サイズが半導体素子２０よりも大きいものであり、ヒートシンク１０の一面１１の一部にて、半導体素子２０のはんだ付けがなされている。
【００１８】
半導体素子２０は、たとえばＳｉ（シリコン）やＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）などの半導体よりなるもので、通常の半導体プロセスにより、形成されたものであり、具体的には、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ等のパワー素子などが挙げられる。また、通常のものと同様に、半導体素子２０の表面（はんだ付け面とは反対側の面）は、ポリイミド系樹脂よりなる保護膜２０ａにより構成されている
ヒートシンク１０と半導体素子２０とを接合するはんだ３０としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ系等の各種はんだ材料が用いられる。これらのはんだ材料は、融点がたとえば１８０℃〜２５０℃程度のものである。
【００１９】
そして、ヒートシンク１０および半導体素子２０の外側には、ＣｕやＮｉなどの金属よりなるリード端子５０が設けられており、このリード端子５０と半導体素子２０とは、ボンディングワイヤ６０により接合され、電気的に導通している。
【００２０】
ここで、ボンディングワイヤ６０は、ＡｕやアルミニウムやＣｕなどよりなるもので、通常のワイヤボンディングにより形成される。なお、半導体素子２０におけるワイヤ６０との接合部分には、図示しないが、保護膜２０ａより開口するパッドが設けられており、このパッドとワイヤ６０とが接合されている。
【００２１】
そして、モールド樹脂４０は、これらヒートシンク１０、半導体素子２０、はんだ３０、リード端子５０、ボンディングワイヤ６０を包み込むように封止している。このモールド樹脂４０は、エポキシ樹脂等の通常のモールド材料よりなるもので、金型成形やポッティング等により形成されている。
【００２２】
なお、リード端子５０の一部は、モールド樹脂４０から突出しており、半導体パッケージＰ１と外部との信号のやりとりを行うべく、図示しない外部配線などに電気的に接続されるようになっている。また、ヒートシンク１０の他面１２側がモールド樹脂４０より露出することで、放熱性を高めている。
【００２３】
このような構成において、さらに本実施形態の半導体パッケージＰ１では、ヒートシンク１０とモールド樹脂４０との密着性を確保するため密着補助膜１００が、ヒートシンク１０とモールド樹脂４０との間に介在している。
【００２４】
この密着補助膜１００は、ヒートシンク１０の表面のうちはんだ３０が配置される部位以外の部位に、配置されている。具体的に、本実施形態では、ヒートシンク１０の一面１１のうちのはんだ３０の配置部分以外の部位にて、モールド樹脂４０との間に密着補助膜１００が配置されている。
【００２５】
このような密着補助膜１００は、ポリイミド等の熱硬化性材料よりなるもので、塗布および加熱硬化により形成されるものである。たとえば、密着補助膜１００となるポリイミドとしては、日立化成デュポンマイクロシステムズ社製のＰＩＸ１４００、ＰＩＸ６４００（いずれも商品名）などが挙げられる。
【００２６】
また、本実施形態では、密着補助膜１００は、リード端子５０の表面のうちボンディングワイヤ６０と接続される部位以外の部位にも配置されている。これにより、リード端子５０とこれを封止するモールド樹脂４０との密着性も確保するようにしている。
【００２７】
次に、本実施形態の半導体パッケージＰ１の製造方法について、図２、図３を参照して述べる。まず、用意工程にて、ヒートシンク１０および半導体素子２０を用意する。ヒートシンク１０は、切削、プレス、めっき等の工程を経て作製され、半導体素子２０は半導体プロセスにより作製される。
【００２８】
次に、図２（ａ）に示されるように、ヒートシンク１０とリード端子５０とを所定の位置に配置する。このとき、リード端子５０がたとえばリードフレーム素材よりなる場合には、このリードフレーム素材とヒートシンク１０とを、接着やかしめ等により固定した状態とする。
【００２９】
そして、図２（ｂ）に示されるように、ヒートシンク１０の一面１１のうちはんだ３０が配置される部位以外の部位、および、リード端子５０の表面のうちボンディングワイヤ６０と接続される部位以外の部位に、密着補助膜１００としてのポリイミドを塗布して配置する（膜配置工程）。
【００３０】
続いて、オーブン等を用いて、塗布された密着補助膜１００を、はんだ３０の融点よりも高い温度で硬化する（硬化工程）。たとえば、上記したＳｎ−Ａｇ系等のはんだ３０の融点は、１８０〜２５０℃であるが、当該ポリイミドの硬化温度は、たとえば２５０℃〜３５０℃の範囲ではんだ融点よりも高いものとする。
【００３１】
この後、図２（ｃ）に示されるように、ヒートシンク１０と半導体素子２０とを、はんだ３０を介してはんだ付けする（はんだ付け工程）。このときのはんだリフロー温度は、上記したＳｎ−Ａｇ系等のはんだ３０の場合、たとえば２３０〜３００℃程度である。
【００３２】
その後、図３（ａ）に示されるように、通常のワイヤボンディング方法を用いることにより、リード端子５０と半導体素子２０とをボンディングワイヤ６０で接続する（ワイヤ接続工程）。
【００３３】
そして、はんだ付けされたヒートシンク１０および半導体素子２０、さらに、リード端子５０およびボンディングワイヤ６０を含む構造体を、金型等に設置して樹脂成形を行うことにより、モールド樹脂４０で封止する（封止工程）。その後は、必要に応じて、リード端子５０についてリードカット等を行うことにより、本実施形態の半導体パッケージＰ１ができあがる。
【００３４】
ところで、本実施形態によれば、はんだ付け工程の前に、はんだ３０の融点よりも高い温度で密着補助膜１００を硬化させるので、従来のようなはんだ３０の溶融を回避しつつ、密着補助膜１００の硬化温度を高めることができる。よって、本実施形態によれば、密着補助膜１００の耐熱性を適切に向上させることができ、高温信頼性に優れた半導体パッケージＰ１を提供することができる。
【００３５】
たとえば、半導体素子２０として、ＳｉＣを用いた場合、ＳｉＣは、Ｓｉに比べバンドギャップが約３倍と大きく、２００℃以上の高温で使用できる。本実施形態では、密着補助膜１００の耐熱性を向上した半導体パッケージＰ１とすることにより、ＳｉＣよりなる半導体素子２０の特長を有効に発揮できることになる。
【００３６】
（他の実施形態）
なお、密着補助膜１００としては、塗布して加熱により硬化させることで上記密着性を確保する機能を有するものならば、上記したポリイミドに限定されるものではない。たとえば、その他、ポリアミドイミド系、シアネート系の樹脂等が挙げられる。
【００３７】
また、基材としては、半導体素子２０がはんだ付けできるものであればよく、上記したヒートシンク１０以外にも、リードフレームのアイランドでもよいし、その他、可能ならば各種の配線基板等であってもよい。
【００３８】
また、半導体パッケージとしては、少なくとも半導体素子がはんだ付けされた基材をモールド樹脂４０で封止したものであればよく、可能ならば、上記図１におけるリード端子５０やボンディングワイヤ６０が省略された構成であってもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、半導体素子２０の片面側のみにヒートシンク１０をはんだ付けした片面放熱タイプのパッケージを示した。ここで、半導体パッケージとしては、図１の半導体素子２０においてヒートシンク１０側とは反対側の面にも、図示しないもう１つのヒートシンクをはんだ付けしてなる両面放熱タイプのものであってもよい。この場合、当該もう１つのヒートシンクについて、同様に密着補助膜１００を設ければよい。
【００４０】
また、上記図１では、密着補助膜１００は、ヒートシンク１０の一面１１上に設けられていたが、さらに、ヒートシンク１０の表面のうちはんだ３０が配置される部位以外の部位であってモールド樹脂４０で封止される部位として、ヒートシンク１０の側面１３にも、密着補助膜１００を設けてもよい。
【００４１】
また、上記図１では、ヒートシンク１０の他面１２側がモールド樹脂４０より露出するパッケージ、いわゆるハーフモールド構造のパッケージであったが、さらに、ヒートシンク１０の他面１２側もモールド樹脂４０で封止されたパッケージであってもよい。この場合、ヒートシンク１０の他面１２に対しても、上記同様に、密着補助膜１００を設けてやればよい。
【００４２】
また、モールド樹脂４０および密着補助膜１００のガラス転移温度は、１８０℃以上であることが望ましい。これは、２００℃程度の高温においても、モールド樹脂４０と基材との剥離を抑制しやすいためである。
【００４３】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４４】
１０    基材としてのヒートシンク
２０    半導体素子
３０    はんだ
４０    モールド樹脂
１００  密着補助膜
【図１】
2015018860.tif 000003
【図２】
2015018860.tif 000004
【図３】
2015018860.tif 000005