(57)【要約】【課題】ヒートシンク上にリードフレームを搭載し、このリードフレーム上に半導体チップを搭載したものを、モールド樹脂で封止してなるモールドパッケージにおいて、リードフレーム−モールド樹脂間の密着性と、リードフレーム−ヒートシンク間の高温における絶縁信頼性と、を両立する簡素な構成を実現する。【解決手段】ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０上に搭載されたリードフレーム２０と、リードフレーム２０上に搭載された半導体チップ３０と、これらを封止するモールド樹脂４０と、を備え、リードフレーム２０とモールド樹脂４０との界面には、モールド樹脂４０よりもガラス転移温度が高く、当該界面における密着性を確保する耐熱性樹脂膜７０が介在しており、さらに、この耐熱性樹脂膜７０は、リードフレーム２０とヒートシンク１０との間にも介在して、これらの間を電気的に絶縁しつつ接合している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンク（１０）と、
前記ヒートシンク上に搭載されたリードフレーム（２０）と、
前記リードフレーム上に搭載された半導体チップ（３０）と、
前記ヒートシンク、前記リードフレームおよび前記半導体チップを封止するモールド樹脂（４０）と、を備え、
少なくとも前記リードフレームと前記モールド樹脂との界面には、前記モールド樹脂よりもガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、当該界面における密着性を確保する耐熱性樹脂膜（７０）が介在しており、
さらに、この耐熱性樹脂膜は、前記リードフレームと前記ヒートシンクとの間にも介在して、これらの間を電気的に絶縁しつつ接合していることを特徴とするモールドパッケージ。
【請求項２】
前記耐熱性樹脂膜は、前記モールド樹脂よりもガラス転移温度が高い樹脂に、熱伝導性向上のための絶縁フィラーを含有してなるものとすることにより、前記モールド樹脂よりも熱伝導性が高いものとされていることを特徴とする請求項１に記載のモールドパッケージ。
【請求項３】
前記耐熱性樹脂膜を構成する前記樹脂は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、シアネート、および、エポキシ樹脂の中から選択された少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項１または２に記載のモールドパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク上にリードフレームを搭載し、このリードフレーム上に半導体チップを搭載したものを、モールド樹脂で封止してなるモールドパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のモールドパッケージとしては、ヒートシンクと、ヒートシンク上に搭載されたリードフレームと、リードフレーム上に搭載された半導体チップと、ヒートシンク、リードフレームおよび半導体チップを封止するモールド樹脂と、を備えたものが提案されている。
【０００３】
この場合、リードフレームとヒートシンクとは電気的に絶縁した状態で接続する必要がある。これは、ヒートシンク上には、リードフレーム以外にも、他の電子部品等が搭載されることが多いためである。そこで、従来では、特許文献１に記載されているような高放熱で電気絶縁性を有する絶縁シートを介して、リードフレームとヒートシンクとを接続するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７４０１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来では、リードフレームとヒートシンクとの間に、別個の絶縁シートを要するので、構成部品が多くなり、構成の複雑化を招く。また、従来の絶縁シートは耐熱性が不十分なため、高温（たとえば１７５℃以上）で当該シートとヒートシンクまたはリードフレームとの剥離や、当該シートのクラック等が発生しやすい。そのため、リードフレーム−ヒートシンク間の絶縁信頼性が低下するという問題も生じる。
【０００６】
一方で、従来では、モールド樹脂とリードフレームとの密着性が、高温（たとえば１５０℃以上）で著しく低下することから、リードフレームとモールド樹脂との間で剥離が発生しやすくなる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ヒートシンク上にリードフレームを搭載し、このリードフレーム上に半導体チップを搭載したものを、モールド樹脂で封止してなるモールドパッケージにおいて、リードフレーム−モールド樹脂間の密着性と、リードフレーム−ヒートシンク間の高温における絶縁信頼性と、を両立する簡素な構成を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ヒートシンク（１０）と、ヒートシンク上に搭載されたリードフレーム（２０）と、リードフレーム上に搭載された半導体チップ（３０）と、ヒートシンク、リードフレームおよび半導体チップを封止するモールド樹脂（４０）と、を備え、
少なくともリードフレームとモールド樹脂との界面には、モールド樹脂よりもガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、当該界面における密着性を確保する耐熱性樹脂膜（７０）が介在しており、さらに、この耐熱性樹脂膜は、リードフレームとヒートシンクとの間にも介在して、これらの間を電気的に絶縁しつつ接合していることを特徴とする。
【０００９】
それによれば、モールド樹脂−リードフレーム間の密着性を確保する耐熱性樹脂膜が、リードフレームとヒートシンクとの間にも介在して、当該間の電気的絶縁および機械的接合を行うので、従来の絶縁シートを不要な構成とすることができる。また、この耐熱性樹脂膜は、モールド樹脂よりもガラス転移温度が高いことから、耐熱性が高く、高温で劣化しにくいものである。
【００１０】
そのため、本発明によれば、リードフレーム−モールド樹脂間の密着性と、リードフレーム−ヒートシンク間の高温における絶縁信頼性と、を両立する簡素な構成を実現することができる。
【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モールドパッケージを示す概略断面図である。
【図２】図１に示されるモールドパッケージの製造方法を示す工程図である。
【図３】図２に続くモールドパッケージの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】
本発明の第１実施形態にかかるモールドパッケージＰ１について、図１を参照して述べる。このモールドパッケージ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】
本実施形態のモールドパッケージＰ１は、大きくは、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０上に搭載されたリードフレーム２０と、リードフレーム２０上に搭載された半導体チップ３０と、これらヒートシンク１０、リードフレーム２０および半導体チップ３０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】
ここで、リードフレーム２０は、半導体チップ３０を搭載するアイランド２１と、パッケージ外部との電気的接続を行うためのリード端子２２とよりなる典型的なものである。このようなリードフレーム２０は、たとえば、Ｃｕ（銅）やＦｅ（鉄）、４２アロイ等の合金よりなるものである。
【００１７】
モールドパッケージＰ１において、アイランド２１とリード端子２２とは分離されている。元々は、これら両部材２１、２２は、一体に連結されたリードフレーム素材よりなるものであり、モールド樹脂４０による封止後にタイバー等をリードカットすることで分離されるものである。
【００１８】
ヒートシンク１０は半導体チップ３０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とする板状をなすものである。このようなヒートシンク１０は、Ｃｕ、ＡＬ（アルミニウム）およびＭｏ（モリブデン）などの金属や、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミおよび窒化硼素などのセラミック等よりなる。
【００１９】
ここではヒートシンク１０は、平面サイズがアイランド２１よりも大きいものであり、ヒートシンク１０の一面１１にて、リードフレーム２０のアイランド２１が接合されている。つまり、リードフレーム２０のうちヒートシンク１０上に搭載された部分は、アイランド２１とされている。
【００２０】
半導体チップ３０は、たとえばＳｉＣ（シリコンカーバイド）やＳｉ（シリコン）、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る。特に、ＳｉＣよりなる場合、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。この特長を生かすため、パッケージＰ１の耐熱化が必要となる。
【００２１】
具体的には、半導体チップ３０は、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワー素子など、放熱を要するものが挙げられる。また、通常の半導体チップと同様に、半導体チップ３０の表面（アイランド２１とは反対側の面）は、図示しないポリイミド系樹脂よりなる保護膜により構成され、この保護膜が半導体チップ３０の表面を被覆して保護している。
【００２２】
また、リードフレーム２０のアイランド２１と半導体チップ３０との間には、これら両部材２１、３０を接合するダイボンド材５０が介在されている。このダイボンド材５０としては、たとえばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ系、Ｓｎ−Ｓｂ系およびＳｎ−Ｐｂ系等の各種はんだ材料や、銀等の金属焼結体や、ロウ材、焼結ガラス等の各材料が用いられる。
【００２３】
そして、リードフレーム２０のリード端子２２は、ヒートシンク１０および半導体チップ３０の外側に設けられている。このリード端子２２と半導体チップ３０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。
【００２４】
ここで、ボンディングワイヤ６０は、Ａｕ（金）やＡＬ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、半導体チップ３０におけるワイヤ６０との接合部分には、図示しない上記保護膜より開口するパッドが設けられており、このパッドとボンディングワイヤ６０とが接合されている。
【００２５】
そして、モールド樹脂４０は、これらヒートシンク１０、アイランド２１、半導体チップ３０、ダイボンド材５０、リード端子２２、および、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。
【００２６】
なお、リード端子２２の一部は、モールド樹脂４０から突出しており、モールドパッケージ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、本実施形態では、ヒートシンク１０の他面１２側がモールド樹脂４０より露出する構成、いわゆるハーフモールド構成を採ることで、パッケージＰ１の放熱性を高めている。
【００２７】
このような構成において、本実施形態のモールドパッケージＰ１では、リードフレーム２０とモールド樹脂４０との界面には、当該界面における密着性を確保する耐熱性樹脂膜７０が介在している。さらに、この耐熱性樹脂膜７０は、リードフレーム２０のアイランド２１とヒートシンク１０の一面１１との間にも介在して、これらの間を電気的に絶縁しつつ接合している。
【００２８】
具体的には、耐熱性樹脂膜７０は、アイランド２１上にダイボンド材５０を介して半導体チップ３０を搭載し、半導体チップ３０とリード端子２２とをボンディングワイヤ６０で接続してなる構造体１において、モールド樹脂４０内に位置する部位の実質的に全表面を被覆している。
【００２９】
これにより、ヒートシンク１０の一面１１のうちアイランド２１と正対する部位は、耐熱性樹脂膜７０で被覆された形とされている。そして、ヒートシンク１０におけるアイランド２１と対向する部位以外の部位、および、リード端子２２のアウターリード部分については、表面に耐熱性樹脂膜７０は設けられていない。
【００３０】
ここで、耐熱性樹脂膜７０のガラス転移温度Ｔｇは、モールド樹脂４０のガラス転移温度Ｔｇよりも高いものである。また、耐熱性樹脂膜７０は、モールド樹脂４０よりもリードフレーム２０との密着性が大きいものである。
【００３１】
このような耐熱性樹脂膜７０を構成する樹脂としては、特に限定するものではないが、たとえばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、シアネート、および、エポキシ樹脂の中から選択された１種または複数種の混合物等よりなるものが挙げられる。これら樹脂は、ガラス転移温度Ｔｇがたとえば１８０℃以上のものであり、モールド樹脂４０のガラス転移温度Ｔｇよりも高いものである。
【００３２】
さらに、本実施形態の耐熱性樹脂膜７０としては、上記したモールド樹脂４０よりもガラス転移温度Ｔｇが高い樹脂と、この樹脂に熱伝導性向上のために含有された絶縁フィラーと、を備えるものとすることが望ましい。
【００３３】
そのような絶縁フィラーとしては、たとえば窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミ、および、窒化硼素などのセラミックフィラー等が挙げられる。当該絶縁フィラーの含有割合は、特に限定するものではないが、たとえば典型的なモールド樹脂４０に絶縁フィラーを含有させる場合と同程度のものにできる。
【００３４】
本実施形態の耐熱性樹脂膜７０としては、当該絶縁フィラーが含有されないものであってもよいが、当該絶縁フィラーを含有したものとすることで、耐熱性樹脂膜７０をモールド樹脂４０よりも熱伝導性が高いものにしやすい。こうすることで、耐熱性樹脂膜７０を介したリードフレーム２０のアイランド２１からヒートシンク１０への放熱性を確保しやすい、という利点がある。
【００３５】
次に、本実施形態のモールドパッケージ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と、リードフレーム２０と、半導体チップ３０とを用意する。
【００３６】
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、リードフレーム２０は、プレス、エッチング等の工程を経て作成され、半導体チップ３０は半導体プロセスにより作製される。ここで、リードフレーム２０は、アイランド２１およびリード端子２２が一体となっている状態、つまり、リードフレーム素材の状態のものとして作製され用意される。
【００３７】
次に、図２（ａ）に示されるように、リードフレーム２０のアイランド２１上にダイボンド材５０を配置する（ダイボンド材配置工程）。この後、図２（ｂ）に示されるように、アイランド２１と半導体チップ３０とを、ダイボンド材５０を介して接合する（チップマウント工程）。
【００３８】
その後、図２（ｃ）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、リードフレーム２０のリード端子２２と半導体チップ３０とをボンディングワイヤ６０で接続する（ワイヤ接続工程）。こうして、アイランド２１上にダイボンド材５０を介して半導体チップ３０を搭載し、半導体チップ３０とリード端子２２とをボンディングワイヤ６０で接続してなる上記構造体１ができあがる。
【００３９】
次に、図３（ａ）に示されるように、当該構造体１のうちモールド樹脂４０内に位置する部位の表面に対して、ポッティング等により耐熱性樹脂膜７０を塗布する（耐熱性樹脂膜塗布工程）。
【００４０】
その後、図３（ｂ）に示されるように、この耐熱性樹脂膜７０が塗布された構造体１を、ヒートシンク１０の一面１１上に搭載する。そして、加熱、乾燥等により耐熱性樹脂膜７０を固化させる（耐熱性樹脂膜固化工程）。この固化により発生する耐熱性樹脂膜７０の密着力によって、耐熱性樹脂膜７０を介して、リードフレーム２０のアイランド２１とヒートシンク１０の一面１１とが接合される。
【００４１】
こうして上記構造体１とヒートシンク１０とが一体化されたもの、すなわち一体化部材を、図３（ｃ）に示されるように、モールド樹脂４０で封止する（封止工程）。具体的には、当該一体化部材を、金型等に設置して樹脂成形を行う。
【００４２】
このとき、モールド樹脂４０の成形温度は、耐熱性樹脂膜７０のガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度とする。こうして、モールド樹脂４０を成形した後は、必要に応じて、リードフレーム２０についてのリードカット等を行う。これにより、本実施形態のモールドパッケージＰ１ができあがる。
【００４３】
ところで、本実施形態によれば、モールド樹脂４０−リードフレーム２０間の密着性を確保する耐熱性樹脂膜７０が、リードフレーム２０のアイランド２１とヒートシンク１０との間にも介在して、当該間の電気的絶縁および機械的接合を行うので、従来の絶縁シートを不要な構成とすることができる。また、この耐熱性樹脂膜７０は、モールド樹脂４０よりもガラス転移温度Ｔｇが高いことから、耐熱性が高く、高温で劣化しにくいものである。
【００４４】
そのため、本実施形態のモールドパッケージＰ１によれば、リードフレーム２０−モールド樹脂４０間の密着性と、リードフレーム２０のアイランド２１−ヒートシンク１０間の高温における絶縁信頼性と、を両立する簡素な構成を実現することができる。
【００４５】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、耐熱性樹脂膜７０としては、モールド樹脂４０よりもガラス転移温度Ｔｇが高い樹脂に、熱伝導性向上のための絶縁フィラーを含有してなるものとしたが、絶縁フィラーが含有されていないものであってもよい。
【００４６】
つまり、耐熱性樹脂膜７０としては、モールド樹脂４０よりもガラス転移温度Ｔｇが高くモールド樹脂４０−リードフレーム２０間の密着性を確保し、且つ、アイランド２１−ヒートシンク１０間を電気的に絶縁しつつ接合するものであれば、絶縁フィラーが含有されていなくてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、耐熱性樹脂膜７０は、アイランド２１上にダイボンド材５０を介して半導体チップ３０を搭載し、半導体チップ３０とリード端子２２とをボンディングワイヤ６０で接続してなる構造体１において、モールド樹脂４０内に位置する部位の実質的に全表面を被覆していた。
【００４８】
これに対して、耐熱性樹脂膜７０は、当該構造体１のうち半導体チップ３０の表面には設けられていなくてもよい。つまり、半導体チップ３０に比べて、リードフレーム２０の方がモールド樹脂４０との密着性が悪いので、リードフレーム２０の表面のみに、耐熱性樹脂膜７０が設けられているものであってもよい。
【００４９】
また、リードフレーム２０は、少なくともヒートシンク１０上に搭載されて半導体チップ２０を搭載する部位、すなわち上記実施形態ではアイランド２１を有するものであればよく、上記したリード端子２２が無いものであってもよい。たとえば、リードフレーム２０がリード端子２２を省略した構成の場合、上記図１においてボンディングワイヤ６０も省略された構成となる。
【００５０】
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。
【００５１】
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】
【００５２】
１０  ヒートシンク
２０  リードフレーム
３０  半導体チップ
４０  モールド樹脂
７０  耐熱性樹脂膜
【図１】
2015095619.tif 000003
【図２】
2015095619.tif 000004
【図３】
2015095619.tif 000005