(57)【要約】  半導体装置（１００）において、リードフレーム（２）の放熱面（２ｂ）に、第一のモールド樹脂（７）により成形された第一のスカート部（７ａ）と、第二のモールド樹脂（８）により成形された第二のスカート部（８ａ）を設けた。また、薄肉成形部（８ｂ）は、第二のモールド樹脂（８）により第二のスカート部（８ａ）と一体的に成形される。このような構成により、薄肉成形部（８ｂ）とリードフレーム（２）との密着性が高く、放熱性と絶縁性に優れた半導体装置（１００）が得られる。
2016166834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が実装されたリードフレーム、前記リードフレームの前記半導体素子が実装された面である実装面を封止する第一のモールド樹脂、前記リードフレームの前記実装面と反対側の面である放熱面を封止する第二のモールド樹脂を備え、
前記リードフレームの前記放熱面の外周端部には、前記第一のモールド樹脂と前記第二のモールド樹脂により成形された枠状突起が設けられ、
前記枠状突起の対向する二辺と該二辺の間を覆う薄肉成形部は前記第二のモールド樹脂により一体的に成形され、前記枠状突起の他の対向する二辺は前記第一のモールド樹脂により成形されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第二のモールド樹脂は、トランスファー成形工程で用いられた成形金型のゲート内に残った樹脂の痕跡であるゲートブレイク跡を有し、前記枠状突起の前記ゲートブレイク跡に最も近い辺を含む二辺と該二辺の間を覆う前記薄肉成形部が、前記第二のモールド樹脂により成形されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記枠状突起は、その各辺と直交する方向に切断した断面形状が、円弧状の先端部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記枠状突起は、その各辺と直交する方向に切断した断面形状が矩形であり、その角部が丸みを帯びていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記リードフレームの離間された二つの領域の間の少なくとも一部に、前記第一のモールド樹脂が配置され、前記二つの領域の間に配置された前記第一のモールド樹脂は、前記第二のモールド樹脂との接合面に凹部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記リードフレームの離間された二つの領域の間の少なくとも一部に、前記第二のモールド樹脂により成形されたリードフレーム間充填部が配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記リードフレーム間充填部が配置された前記リードフレームの側面の一部に、カエリを有することを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記リードフレーム間充填部は、前記第一のモールド樹脂との接合部に凹部を有することを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項９】
前記リードフレームの離間された二つの領域を跨ぐように前記実装面にブリッジ実装された電子部品を備え、前記電子部品の直下に相当する前記第二のモールド樹脂に窪みが設けられ、前記窪みに前記第一のモールド樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記リードフレームとして、表面が粗化された金属めっきにより被膜された粗化金属めっきリードフレームを用いたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記リードフレームは、金属めっきにより被膜され、前記金属めっきの表面形状を鱗状に変形させた鱗状部を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第一のモールド樹脂は、トランスファー成形工程で用いられた成形金型のゲート内に残った樹脂の痕跡であるゲートブレイク跡を有し、前記鱗状部は、前記リードフレームの前記実装面の前記ゲートブレイク跡に近接する箇所に配置されることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第二のモールド樹脂は、トランスファー成形工程で用いられた成形金型のゲート内に残った樹脂の痕跡であるゲートブレイク跡を有し、前記鱗状部は、前記リードフレームの前記放熱面の前記ゲートブレイク跡に近接する箇所に配置されることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記鱗状部は、前記リードフレームの前記実装面及び前記放熱面のいずれか一方または両方の外周部に配置されることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第二のモールド樹脂には、前記第一のモールド樹脂よりも熱伝導率が高い高放熱樹脂が用いられることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第一のモールド樹脂及び前記第二のモールド樹脂には、熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２Ｗ／ｍ・Ｋの高放熱樹脂が用いられることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記第二のモールド樹脂は、最大径が０．０２ｍｍ〜０．１５ｍｍのフィラーを含有し、前記薄肉成形部の厚さは、０．０２２ｍｍ〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記薄肉成形部は、表面のスキン層が除去されていることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記リードフレームの前記放熱面を覆う前記薄肉成形部に、ヒートシンクが直接接合されたことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂モールド型の半導体装置に関し、特にモールド樹脂で全体を封止した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー用の半導体装置は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等の半導体素子を外部端子用リードフレームにダイボンドした後、半導体素子の電極と外部端子をワイヤまたはインナーリードで電気的に接続し、外部との信号の入出力を行っている。【０００３】
また、樹脂モールド型の半導体装置は、モールド成形工程において、リードフレームの半導体素子が実装された側の面（実装面）とその反対側の放熱面を、モールド樹脂で封止される。パワー用の半導体装置は、内部に高発熱素子を備えているため、モールド樹脂には高放熱性が要求される。例えば特許文献１に提示された半導体装置は、リードフレームの実装面は一般的な集積回路のモールド樹脂として用いられる低応力樹脂で封止し、放熱面は熱伝導率が４〜１０Ｗ／ｍ・Ｋの高放熱樹脂で封止している。【０００４】
一方、特許文献１のように高放熱樹脂と低応力樹脂の二種類の樹脂を用いて封止する場合、樹脂同士の密着性が悪いという課題があった。高放熱樹脂と低応力樹脂を十分に密着させる方法として、特許文献１では、リードフレームの放熱面を覆う高放熱樹脂の外周端部をリードフレームの外周端部よりも内側に位置させ、半硬化状態の高放熱樹脂を低応力樹脂で封止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４１５８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように二種類の樹脂を用いる場合、高放熱樹脂としてフィラー量が多く粘度が高いモールド樹脂が用いられる。このため、トランスファー法で成形する際に樹脂の流動性が悪く、低応力樹脂やリードフレームに対して濡れにくい。その結果、成形された高放熱樹脂は、低応力樹脂やリードフレームとの密着性が低く、成形金型から排出する際に二種類のモールド樹脂の界面、またはリードフレームと高放熱樹脂の界面に応力が働き、トランスファー成形の直後にそれらの界面で初期的な剥離が生じることがあった。【０００７】
また、トランスファー成形に用いられる金型における樹脂の通り道であるゲート内に残った樹脂はランナーと呼ばれるが、トランスファー成形後、金型から半導体装置を取り出した直後に、ランナーと半導体装置を切り離すゲートブレイクが実施され、半導体装置にはゲートブレイク跡が残る。【０００８】
ゲートブレイク時には、リードフレームを変形させる力が加わること、また、ゲートブレイク跡付近は粘度が高くなっている樹脂が流れる箇所であり、リードフレームとの密着性が他の箇所よりも劣ることから、ゲートブレイク跡付近で初期的な剥離が発生しやすい。また、初期的な剥離がなかったとしても、使用環境下での繰り返しの熱応力により、ゲートブレイク跡付近の二種類のモールド樹脂の界面、またはリードフレームとモールド樹脂の界面において剥離が発生しやすい。【０００９】
また、放熱面側のモールド樹脂は、放熱性向上のためには薄く形成することが望ましいが、薄肉化により金型の空洞部が狭くなるため、金型内での樹脂の流動性がさらに悪くなり、リードフレームと樹脂との密着性が低下する。さらに、薄肉化により沿面距離が短くなり絶縁性が低下するという問題や、強度の低下によりゲートブレイク時に欠けが発生するという問題が発生する。これらのことから、特許文献１では、高粘度の高放熱樹脂の成形には、ゲート部を持たない金型を用いたコンプレッション成形を採用している。【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、二種類のモールド樹脂を用いた半導体装置において、二種類のモールド樹脂の密着性またはリードフレームとモールド樹脂の密着性を向上させ、ゲート部を持つ金型でトランスファー成形した場合でも放熱面側のモールド樹脂の薄肉成形部の剥離や欠けが発生しにくく、放熱性と絶縁性に優れた半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子が実装されたリードフレームと、リードフレームの半導体素子が実装された面である実装面を封止する第一のモールド樹脂と、リードフレームの実装面と反対側の面である放熱面を封止する第二のモールド樹脂を備え、リードフレームの放熱面の外周端部には、第一のモールド樹脂と第二のモールド樹脂により成形された枠状突起が設けられ、枠状突起の対向する二辺と該二辺の間を覆う薄肉成形部は第二のモールド樹脂により一体的に成形され、枠状突起の他の対向する二辺は第一のモールド樹脂により成形されたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、枠状突起の対向する二辺と該二辺の間を覆う薄肉成形部を第二のモールド樹脂により一体的に成形し、枠状突起の他の対向する二辺を第一のモールド樹脂により成形するようにしたので、枠状突起の四辺全てを一回のトランスファー成形工程で成形する場合に比べ、薄肉成形部への第二のモールド樹脂の流動性が向上し、第二のモールド樹脂が濡れ易くなり、リードフレームとの密着性が高くなる。このため、ゲート部を持つ金型でトランスファー成形した場合でも、放熱面側の第二のモールド樹脂の薄肉成形部の剥離や欠けが発生しにくく、放熱性と絶縁性に優れた半導体装置が得られる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における一回目のトランスファー成形工程後の半導体装置を放熱面側から見た平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における二回目のトランスファー成形工程後の半導体装置を放熱面側から見た平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の一回目のトランスファー成形工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の二回目のトランスファー成形工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における一回目のトランスファー成形工程後の別の半導体装置を放熱面側から見た平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体装置のコンプレッション成形工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の一回目のトランスファー成形工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の一回目のトランスファー成形工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４の比較例である半導体装置の二回目のトランスファー成形工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフレームの表面状態を示す走査電子顕微鏡写真による図である。
【図１６】本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態６に係る半導体装置における鱗状部の形態を示す走査電子顕微鏡写真による図である。
【図１８】本発明の実施の形態６に係る半導体装置における鱗状部の形態を示す走査電子顕微鏡写真による図である。
【図１９】本発明の実施の形態６に係る半導体装置における凹部の形態を示す走査電子顕微鏡写真による図である。
【図２０】本発明の実施の形態６に係る半導体装置における鱗状部の配置例を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態６に係る半導体装置における鱗状部の配置例を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態７に係る半導体装置における二回目のトランスファー成形工程後の薄肉成形部を示す拡大断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態８に係る半導体装置の薄肉成形部を示す拡大断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態９に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態９に係る半導体装置の二回目のトランスファー成形工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る半導体装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る樹脂モールド型の半導体装置の構成を示す断面図、図２は、一回目のトランスファー成形工程後の半導体装置を放熱面側から見た平面図、図３は、二回目のトランスファー成形工程後の半導体装置を放熱面側から見た平面図である。なお、各図において、図中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態１に係る半導体装置１００は、半導体素子１、リードフレーム２、外部端子４、ワイヤ５、インナーリード６等を含んで構成される。図１において、リードフレーム２の上側の面（以下、実装面２ａと称す）には、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等の半導体素子１が、はんだ、銀等の接合部材３を介して実装されている。リードフレーム２は、銅板または銅合金板であり、その表面を、金、銀、ニッケル、スズ等の金属めっき（図示省略）で被膜されている。
【００１６】
半導体素子１の電極パッドは、ワイヤボンディングで接続されたワイヤ５、もしくは、銅板や銅合金板の材料で作成されたインナーリード６を介して外部端子４と電気的に接続され、外部と信号の入出力を行っている。ワイヤ５とインナーリード６は互いに置き換えが可能である。ワイヤ５は、金、銀、アルミ、銅等からなり、ワイヤ線径は２０μｍから５００μｍ程度である。
【００１７】
リードフレーム２は、その実装面２ａを第一のモールド樹脂７により封止され、実装面２ａと反対側の面である放熱面２ｂを第二のモールド樹脂８により封止されている。また、本実施の形態１では、リードフレーム２の離間された二つの領域の間（以下、ダイパッド間１０と称す）には、第一のモールド樹脂７が配置されている。
【００１８】
さらに、図３に示すように、リードフレーム２の放熱面２ｂには、その外周端部に、第一のモールド樹脂７と第二のモールド樹脂８により成形された厚さ０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度の枠状突起であるスカート部が設けられている。このスカート部は、第一のモールド樹脂７により成形された第一のスカート部７ａと、第二のモールド樹脂８により成形された第二のスカート部８ａから構成されている。
【００１９】
このようなスカート部を設けることにより、高圧がかかるリードフレーム２の外周端部の強度を確保することができる。また、沿面距離が長くなり絶縁性が向上するため、半導体素子１としてＩＧＢＴを使用する高圧モジュールには有利となる。なお、本実施の形態１では、第一のスカート部７ａ及び第二のスカート部８ａは、その各辺と直交する方向に切断した断面形状が、長方形または正方形または台形である。
【００２０】
また、第二のスカート部８ａの間には、厚さ０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の薄肉成形部８ｂが、第二のモールド樹脂８により第二のスカート部８ａと一体的に成形されている。第一のスカート部７ａと第二のスカート部８ａは、四箇所の樹脂接合部９で接合され、薄肉成形部８ｂを囲むスカート部を形成している。薄肉成形部８ｂは、グリース等の放熱部材を介して銅、アルミ製のヒートシンクと接合される。
【００２１】
第一のモールド樹脂７と第二のモールド樹脂８は、いずれも熱硬化性のエポキシ樹脂等である。ただし、放熱面２ｂ側の第二のモールド樹脂８には、第一のモールド樹脂７よりも熱伝導率が高い高放熱樹脂が用いられる。第二のモールド樹脂８の熱伝導率は、３Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２Ｗ／ｍ・Ｋである。実装面２ａ側の第一のモールド樹脂７には、一般的な集積回路のモールド樹脂である低応力樹脂が用いられる。
【００２２】
次に、本実施の形態１に係る半導体装置１００のモールド成形工程について、図４及び図５を用いて説明する。半導体装置１００は、二回のトランスファー成形工程を含んで製造され、図４は一回目のトランスファー成形工程、図５は二回目のトランスファー成形工程を示している。なお、図４及び図５は、図２中Ａ−Ａで示す位置における断面図である。
【００２３】
図４に示すように、一回目のトランスファー成形工程において、第一のモールド樹脂７は、第一の成形金型２０で加える熱と圧力により溶融され、上ゲート２２を通ってリードフレーム２が設置された空洞２１に注入される。第一のモールド樹脂７は、リードフレーム２の実装面２ａ側に流動し空洞２１を充填すると共に、第一のスカート部７ａに該当する空洞に流動し第一のスカート部７ａを成形する。第一の成形金型２０の上ゲート２２の内部に残った第一のモールド樹脂７は、ランナー７ｂと呼ばれる。
【００２４】
一回目のトランスファー成形後、第一の成形金型２０から成形品を取り出した直後に、成形品からランナー７ｂを切り離すゲートブレイク工程が実施される。ゲートブレイク後は、半導体装置１００に上ゲートブレイク跡７ｃ（図１参照）が残る。また、図２に示すように、一回目のトランスファー成形工程後のリードフレーム２の放熱面２ｂには、第一のモールド樹脂７により、上ゲート２２と平行な二辺である第一のスカート部７ａが成形されると共に、ダイパッド間１０が埋め込まれている。
【００２５】
続いて、二回目のトランスファー成形工程が実施される。なお、第一のモールド樹脂７と第二のモールド樹脂８の密着性を高めるため、一回目のトランスファー成形工程後、第一のモールド樹脂７にＵＶ処理やプラズマ処理を実施しても良い。図５に示すように、二回目のトランスファー成形工程で用いられる第二の成形金型３０の内部には、前述の一回目のトランスファー成形工程を終えて実装面２ａが封止されたリードフレーム２が設置され、リードフレーム２の放熱面２ｂ側が空洞３１となっている。
【００２６】
第二のモールド樹脂８は、第二の成形金型３０で加える熱と圧力により溶融され、下ゲート３２付近にある第二のスカート部８ａに該当する空洞３１を通り、薄肉成形部８ｂに該当する空洞３１へ流動する。この時、第二のモールド樹脂８は、一旦、下ゲート３２付近の第二のスカート部８ａに溜まるため、薄肉成形部８ｂへ均一に流動することができる。薄肉成形部８ｂを通った第二のモールド樹脂８は、さらに、最終充填部となる下ゲート３２から最も遠い対辺の第二のスカート部８ａに該当する空洞３１に流動する。
【００２７】
この時、第二のモールド樹脂８は、硬化が進み粘度が高くなっているが、最終充填部である第二のスカート部８ａは薄肉成形部８ｂより厚みが大きいため流動抵抗が小さく、第二のモールド樹脂８が流動しやすい。この二回目のトランスファー成形工程において、第二のモールド樹脂８により第二のスカート部８ａと薄肉成形部８ｂを成形し、第二の成形金型３０から成形品を取り出した直後に、成形品からランナーを切り離すゲートブレイク工程が実施される。ゲートブレイク後は、半導体装置１００に下ゲートブレイク跡８ｃ（図１参照）が残る。
【００２８】
図３に示すように、二回目のトランスファー成形工程後の放熱面２ｂには、下ゲート３２に最も近い辺を含む二辺の第二のスカート部８ａと、該二辺の間を覆う薄肉成形部８ｂが、第二のモールド樹脂８により一体的に成形されている。
【００２９】
本実施の形態１の比較例として、スカート部の四辺全てと薄肉成形部を一回のトランスファー成形工程で同時に成形する場合について説明する。成形金型内において、スカート部の厚みは薄肉成形部よりも大きく流動抵抗が小さいため、溶融樹脂はスカート部の四辺に先に流動し、薄肉成形部が最終充填部となる。最終充填部には、硬化が進み粘度が高くなった樹脂が流動するため、流動抵抗の大きい薄肉成形部へ均一に流動することが難しい。また、先にスカート部の四辺に流動した樹脂が薄肉成形部で合流するため、強度や絶縁性が劣るウェルドラインが形成される。
【００３０】
この比較例に対し、本実施の形態１のように二回のトランスファー成形工程を経てスカート部を成型した場合、第二のモールド樹脂８の薄肉成形部８ｂへの流動性が向上し、第一のモールド樹脂７及びリードフレーム２に対し濡れ易くなり密着性が向上する。
【００３１】
なお、本実施の形態１において、上ゲートブレイク跡７ｃの位置（すなわち一回目のトランスファー成形工程で用いられる第一の成形金型２０の上ゲート２２の位置）は、図２に示す位置に限定されるものではなく、また、その数も１つに限らず複数存在しても良い。例えば図６に示すように、第一のスカート部７ａに近い位置に、三個の上ゲートブレイク跡７ｃを有していても良い。
【００３２】
また、本実施の形態１では、図３に示すように、長方形の半導体装置１００において、第一のモールド樹脂７により成形された第一のスカート部７ａが長辺側に位置し、第二のモールド樹脂８により成形された第二のスカート部８ａが短辺側に位置しているが、使用される成形金型のゲートの位置によって、逆の場合も有り得る。
【００３３】
また、本実施の形態１では、リードフレーム２の表面は、金、銀、ニッケル、スズ等の金属めっきで被膜されているが、被膜されていない場合もある。また、本実施の形態１では、厚さが均一のリードフレーム２を用いたが、部分的に厚さが異なるリードフレームを用いても良い。ただしその場合、コストが高くなる。また、本実施の形態１では、薄肉成形部８ｂにグリース等の放熱部材を介してヒートシンクを接合するが、放熱部材を用いない場合もある。
【００３４】
また、本実施の形態１では、実装面２ａと反対側の面を放熱面としたが、実装面２ｂも同様の放熱性を有するようにしても良い。例えば第一のモールド樹脂７として、第二のモールド樹脂８と同様の、熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２Ｗ／ｍ・Ｋの高放熱樹脂を用いても良い。発熱部品である半導体素子１の周りを高放熱樹脂で封止することにより、半導体素子１の全周囲から放熱されるため、放熱性が向上する。
【００３５】
本実施の形態１によれば、一回目のトランスファー成形工程で第一のスカート部７ａを第一のモールド樹脂７により成形し、二回目のトランスファー成形工程で第二のスカート部８ａと薄肉成形部８ｂを第二のモールド樹脂８により一体的に成形することにより、スカート部の四辺全てを一回のトランスファー成形工程で成形する場合に比べ、薄肉成形部８ｂへの第二のモールド樹脂８の流動性が向上し、第二のモールド樹脂８が濡れ易くなるため、薄肉成形部８ｂとリードフレーム２の密着性が高くなる。
【００３６】
また、二回目のトランスファー成形工程における下ゲートブレイク跡８ｃ付近の第二のモールド樹脂８とリードフレーム２との密着性も向上することから、下ゲートブレイク跡８ｃ付近での初期的な剥離を抑制することができる。
【００３７】
これらのことから、本実施の形態１によれば、第一のモールド樹脂７と第二のモールド樹脂８の密着性、及びリードフレーム２と第二のモールド樹脂８の密着性を向上させることが可能となり、二回目のトランスファー成形工程後のゲートブレイク工程においても薄肉成形部８ｂの剥離や欠けが発生しにくく、放熱性と絶縁性に優れた信頼性の高い半導体装置１００が得られる。
【００３８】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本実施の形態２に係る半導体装置１０１は、上記実施の形態１に係る半導体装置１００の変形例であり、全体的な構成は同じであるため、相違点のみを説明する。
【００３９】
上記実施の形態１では、半導体装置１００のスカート部は、その各辺と直交する方向に切断した断面形状が長方形または正方形または台形であった（図１参照）。本実施の形態２に係る半導体装置１０１のスカート部は、その各辺と直交する方向に切断した断面形状が円弧状の先端部を有するものである。なお、図７には、第二のスカート部８ｄのみを図示しているが、第一のスカート部も同様に、その各辺と直交する方向に切断した断面形状が円弧状の先端部を有している。
【００４０】
本実施の形態２に係る半導体装置１０１の製造工程について、図８を用いて説明する。半導体装置１０１は、二回のモールド成形工程を含んで製造され、一回目は上記実施の形態１と同様のトランスファー成形工程を実施し（図４参照）。二回目は、図８に示すコンプレッション成形工程を実施する。コンプレッション成形では、予め第三の成形金型４０内部の空洞４１に、タブレット状または顆粒状の第二のモールド樹脂８が設置されており、第三の成形金型４０は下ゲートを有していない。
【００４１】
空洞４１に設置された第二のモールド樹脂８の溶融が開始されると同時に、第三の成形金型４０の下部（可動部）が矢印Ａの方向に移動し、空洞４１を加圧しながら所定の位置で停止する。これにより、第二のモールド樹脂８により薄肉成形部８ｂと第二のスカート部８ｄが成形される。なお、成形前に第三の成形金型４０の内部表面に、厚さ４０μｍ〜１００μｍ程度の熱可塑性フッ素樹脂製のフィルム４２を吸着させておくことにより、溶融した第二のモールド樹脂８が第三の成形金型４０の可動部に侵入するのを防止している。
【００４２】
このフィルム４２は、第三の成形金型４０の可動部が第二のモールド樹脂８を加圧する際に、第三の成形金型４０の内部形状に倣う。そのため、第三の成形金型４０の内部形状にエッジ部があると、フィルム４２がエッジ部に当たって破れ、破損部から第二のモールド樹脂８が第三の成形金型４０の可動部に侵入することになる。これを防ぐために、本実施の形態２に係る半導体装置１０１は、スカート部の先端部の断面形状を円弧状にしてエッジ部をなくしている。
【００４３】
なお、本実施の形態２において、スカート部の先端は、コンプレッション成形においてフィルム４２が破損しない断面形状であれば良い。従って、その各辺と直交する方向に切断した断面形状が矩形であり、その角部が丸みを帯びているものであっても良い。
【００４４】
本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、スカート部の先端部の断面形状を円弧状または矩形の角部が丸みを帯びているものとすることにより、放熱面２ｂを封止する二回目のモールド成形工程にコンプレッション成形を採用することが可能である。これにより、金型の設備費が抑制され、樹脂材料の損失が少なく、二回目のゲートブレイク工程を省略することができる。ただし、本実施の形態２に係る半導体装置１０１は、上記実施の形態１と同様の二回のトランスファー成形工程によっても製造することができる。
【００４５】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本実施の形態３に係る半導体装置１０２は、上記実施の形態１に係る半導体装置１００の変形例であり、全体的な構成は同じであるため、相違点のみを説明する。
【００４６】
上記実施の形態１に係る半導体装置１００は、リードフレーム２のダイパッド間１０には、第一のモールド樹脂７が配置されている。これに対し、本実施の形態３に係る半導体装置１０２は、リードフレーム２に存在する複数のダイパッド間１０のうち、少なくとも一部のダイパッド間１０に、第二のモールド樹脂８により成形されたリードフレーム間充填部（以下、ダイパッド間充填部８ｅ、８ｆと称す）を配置する。図９に示す例では、二箇所のダイパッド間１０に、ダイパッド間充填部８ｅ、８ｆが配置されている。
【００４７】
これらのダイパッド間充填部８ｅ、８ｆがリードフレーム２の側面と密着することにより、第二のモールド樹脂８がリードフレーム２と密着する面積が拡大し、薄肉成形部８ｂとリードフレーム２の密着性が向上する。また、図１０に示すように、ダイパッド間充填部８ｅが配置されたリードフレーム２の側面の一部に、カエリ２ｃを有するようにしてもよい。リードフレーム２の側面にプレスでカエリ２ｃを形成することにより、アンカー効果でダイパッド間充填部８ｅとの密着力がさらに向上する。
【００４８】
また、ダイパッド間充填部８ｅ、８ｆにより薄肉成形部８ｂが部分的に厚くなるため、薄肉成形部８ｂの強度が向上し、欠けや割れが発生しにくくなる。さらに、放熱経路となっているリードフレーム２と高放熱樹脂である第二のモールド樹脂８が密着する面積が拡大することにより、放熱性が向上する。なお、本実施の形態３において、リードフレーム２の側面を高放熱樹脂である第二のモールド樹脂８で覆うことにより、放熱性がさらに向上する。
【００４９】
本実施の形態３に係る半導体装置１０２は、上記実施の形態１と同様に二回のトランスファー成形工程を含んで製造される。ただし、図１１に示すように、一回目のトランスファー成形工程において、一部のダイパッド間１０に第一のモールド樹脂７が充填されないように、第一の成形金型２０からピン２３が挿入されている。
【００５０】
その後、二回目のトランスファー成形工程において、第一のモールド樹脂７が充填されなかった一部のダイパッド間１０に、第二のモールド樹脂８が充填され、ダイパッド間充填部８ｅ、８ｆ、薄肉成形部８ｂ、及び第二のスカート部８ａが一体的に成形される。
【００５１】
本実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、リードフレーム２の一部のダイパッド間１０に、薄肉成形部８ｂと一体的に成形されたダイパッド間充填部８ｅ、８ｆを配置することにより、薄肉成形部８ｂとリードフレーム２の密着性が向上する。また、ダイパッド間充填部８ｅが配置されたリードフレーム２の側面にカエリ２ｃを形成することにより、アンカー効果により密着性がさらに向上する。
【００５２】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本実施の形態４に係る半導体装置１０３は、上記実施の形態１に係る半導体装置１００の変形例であり、全体的な構成は同じであるため、相違点のみを説明する。
【００５３】
半導体装置１０３は、リードフレーム２のダイパッド間１０を跨ぐようにブリッジ実装された電子部品（以下、ブリッジ実装品１１という）を備えている。ブリッジ実装品１１の直下に相当する第二のモールド樹脂８には窪み８ｇが設けられ、第一のモールド樹脂７によりリードフレーム２の実装面２ａが封止されると共に、窪み８ｇに第一のモールド樹脂７が充填される。
【００５４】
本実施の形態４に係る半導体装置１０３の製造工程について、図１３を用いて説明する。半導体装置１０３は、二回のトランスファー成形工程を含んで製造され、図１３は一回目のトランスファー成形工程を示している。本実施の形態４では、一回目のトランスファー成形工程は、半導体素子１等の部品をリードフレーム２に実装する前に実施され、リードフレーム２の放熱面２ｂに、第二のモールド樹脂８により第二のスカート部８ａと薄肉成形部８ｂが成形される。
【００５５】
図１３に示すように、本実施の形態４において一回目のトランスファー成形工程に用いられる第四の成形金型５０は、ダイパッド間１０のブリッジ実装品１１が配置される位置に凸部５３を有している。一回目のトランスファー成形工程において、第二のモールド樹脂８は、第四の成形金型５０で加える熱と圧力により溶融され、下ゲート５２を通ってリードフレーム２が設置された空洞５１に注入される。この一回目のトランスファー成形工程において、第二のモールド樹脂８により、ブリッジ実装品１１の直下に相当する位置に窪み８ｇを有する薄肉成形部８ｂと、第二のスカート部８ａが一体的に成形される。
【００５６】
一回目のトランスファー成形工程の後、リードフレーム２の実装面２ａに半導体素子１やブリッジ実装品１１等の部品を実装する。続いて、二回目のトランスファー成形工程において、溶融された第一のモールド樹脂７はリードフレーム２の実装面２ａを流動し、ブリッジ実装品１１の周囲及び直下の窪み８ｇを充填すると共に、第一のスカート部７ａを成形する。
【００５７】
図１４は、本実施の形態４の比較例として、ブリッジ実装品１１の直下の第二のモールド樹脂８に窪み８ｇがない場合の二回目のトランスファー成形工程を示している。図１４に示す成形金型６０の空洞６１に注入された第一のモールド樹脂７は、リードフレーム２の実装面２ａを流動し、ブリッジ実装品１１の周囲を充填する。
【００５８】
しかし、ブリッジ実装品１１の直下には、はんだ厚分の５０μｍ〜１００μｍの非常に狭い隙間しかないため、第一のモールド樹脂７の流動抵抗が大きく、流動しにくい。このため、ブリッジ実装品１１の周囲を第一のモールド樹脂７が流動する際に、ブリッジ実装品１１の直下が空洞のまま、上面から第一のモールド樹脂７による成形圧力がかかり、ブリッジ実装品１１が破損する要因となる。
【００５９】
これに対し、本実施の形態４では、ブリッジ実装品１１の直下の第二のモールド樹脂８に窪み８ｇを設けているため、第一のモールド樹脂７が流動しやすく、ブリッジ実装品１１の周囲を第一のモールド樹脂７が流動する際に、ブリッジ実装品１１の上面と直下へ同時に流動することができる。よって、ブリッジ実装品１１の直下に第一のモールド樹脂７が充填され、第一のモールド樹脂７の成形圧力によるブリッジ実装品１１の破損を低減することができる。なお、本実施の形態４において、リードフレーム２の側面を高放熱樹脂である第二のモールド樹脂８で覆うことにより、放熱性が向上する。
【００６０】
本実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、ブリッジ実装品１１の直下の第二のモールド樹脂８に窪み８ｇを設け、この窪み８ｇに第一のモールド樹脂７を充填することにより、ブリッジ実装品１１の破損を低減することができ、信頼性の高い半導体装置１０３が得られる。
【００６１】
実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフレームの表面状態を示す走査電子顕微鏡写真による図である。なお、本実施の形態５に係る半導体装置の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので、各要素の説明を省略する（図１参照）。また、本実施の形態５に係る半導体装置の製造方法は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
本実施の形態５に係る半導体装置は、上記実施の形態１で用いたリードフレーム２の代わりに、粗化金属めっきリードフレーム１２を用いたものである。粗化金属めっきリードフレーム１２とは、銅または銅合金製のリードフレーム１３の表面を、表面粗さＲａ０．０６〜０．２程度のニッケル、すず、銀、金等の粗化金属めっき１４により被膜したものである。
【００６３】
本実施の形態５によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、粗化金属めっきリードフレーム１２を用いることにより、粗化金属めっき１４のアンカー効果で第一のモールド樹脂７及び第二のモールド樹脂８との密着力が向上する。さらに、粗化金属めっきリードフレーム１２は、通常のリードフレーム２に比べ表面積が大きいことから、放熱性が向上する。
【００６４】
実施の形態６．
図１６は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本実施の形態６に係る半導体装置１０４は、上記実施の形態１に係る半導体装置１００の変形例であり、全体的な構成は同じであるため、相違点のみを説明する。また、本実施の形態６に係る半導体装置１０４の製造方法は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
半導体装置１０４のリードフレーム２は、金属めっき（図示省略）により被膜されており、金属めっきの表面形状を鱗状に変形させた鱗状部１５を有している。図１６に示す例では、鱗状部１５は、リードフレーム２の放熱面２ｂの外周部に配置されている。この鱗状部１５のアンカー効果により、第二のモールド樹脂８がリードフレーム２から剥離するのを抑制している。
【００６６】
また、ダイパッド間１０の第一のモールド樹脂７には、凹部１６が設けられている。この凹部１６は、一回目のトラスファー成形工程において第一のモールド樹脂７で実装面２ａを封止した後、ダイパッド間１０の第一のモールド樹脂７にレーザーを照射することにより、第一のモールド樹脂７を部分的に溶融させて形成したものである。なお、凹部１６の数及び形状は、特に限定されるものではない。
【００６７】
また、ダイパッド間１０に配置された第二のモールド樹脂８に凹部を設けてもよい。例えば上記実施の形態４（図１２参照）のように、一回目のトランスファー成形工程で第二のモールド樹脂８により第二のスカート部８ａ、薄肉成形部８ｂ、及びダイパッド間充填部８ｅを成形する場合には、ダイパッド間充填部８ｅにレーザーを照射し、凹部を形成することができる。このように、第一のモールド樹脂７と第二のモールド樹脂８の接合部となるダイパッド間１０において、いずれかの樹脂に凹部を設けることにより、凹部のアンカー効果で第一のモールド樹脂７と第二のモールド樹脂８の密着性が向上する。
【００６８】
図１７及び図１８は、鱗状部の形態を示す走査電子顕微鏡写真による図であり、図１８は、図１７中、Ｂ−Ｂで示す断面の上面斜視図である。鱗状部１５は、例えばレーザーによるスポット照射を連続的に行うことにより、リードフレーム２を被膜する金属めっきを溶融させ、鱗状に変形させたものである。鱗状部１５は、鱗片状の突起が連続的に配置されており、その両側が高く盛り上がっている。
【００６９】
鱗状部１５は、レーザー照射により形成されるため、リードフレーム２の任意の箇所、例えば半導体装置を成形金型から排出する際やゲートブレイク時に応力がかかり初期的な剥離が生じやすい箇所やモールド樹脂との密着性が低い箇所に、選択的に配置することができる。また、鱗状部１５の幅や高さは、レーザーの出力や走査スピード等により調整することができる。鱗状部１５の幅は６０μｍ以上が望ましく、配置される箇所の面積に応じて幅を大きくすることにより、密着性がさらに向上する。
【００７０】
また、図１９は、凹部の形態を示す走査電子顕微鏡写真による斜視図である。凹部１６は、レーザー照射により樹脂を溶融させて凹ませたものである。凹部１６の幅や高低差はレーザーの出力や走査スピード等により調整することができる。
【００７１】
鱗状部１５の配置例とその効果について、図２０及び図２１を用いて説明する。図２０に示す例では、鱗状部１５は、リードフレーム２の下ゲートブレイク跡８ｃ付近、すなわち第二の成形金型３０の下ゲート３２（図５参照）に近接する箇所に配置されている。これにより、初期的な剥離が生じやすい下ゲートブレイク跡８ｃ付近のリードフレーム２と第二のモールド樹脂８の密着力を向上させることができる。
【００７２】
また、図２１に示す例では、鱗状部１５は、リードフレーム２の放熱面２ｂの外周部に配置されている。これにより、半導体装置１０４を第二の成形金型３０から排出する際の応力による初期的な剥離や、その他の外部からの応力による剥離を抑制することができ、第二のモールド樹脂８内部への水分や汚染物質の侵入を防止する効果がある。なお、鱗状部１５の配置例は、図２０及び図２１に限定されるものではなく、リードフレーム２の実装面２ａの外周部や上ゲートブレイク跡７ｃ付近等に設けても良い。
【００７３】
本実施の形態６によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、リードフレーム２の任意の箇所に鱗状部１５を設けることにより、リードフレーム２と第一のモールド樹脂７または第二のモールド樹脂８との密着性が向上する。また、ダイパッド間１０の第一のモールド樹脂７または第二のモールド樹脂８に凹部１６を設けることにより、第一のモールド樹脂７と第二のモールド樹脂８の密着性が向上する。
【００７４】
実施の形態７．
図２２は、本発明の実施の形態７に係る半導体装置における二回目のトランスファー成形工程後の薄肉成形部を示す拡大断面図である。なお、本実施の形態７に係る半導体装置の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので、各要素の説明を省略する（図１参照）。また、本実施の形態７に係る半導体装置の製造方法は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７５】
二回目のトランスファー成形工程後の薄肉成形部８ｂは、第二の成形金型３０（図５参照）やリードフレーム２と接する面に、溶融樹脂の流動によるスキン層１７が形成される。このスキン層１７は、フィラーが少なくエポキシが多く存在し、他の部分より熱伝導率が低い。そこで、本実施の形態７では、二回目のトランスファー成形工程後に、ヒートシンクに接する薄肉成形部８ｂの表面のスキン層１７を、レーザー処理や機械研磨により削り、除去するものである。
【００７６】
本実施の形態７によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、薄肉成形部８ｂの表面のスキン層１７を除去するようにしたので、さらに放熱性に優れた半導体装置が得られる。
【００７７】
実施の形態８．
図２３は、本発明の実施の形態８に係る半導体装置の薄肉成形部を示す拡大断面図である。なお、本実施の形態８に係る半導体装置の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので、各要素の説明を省略する（図１参照）。また、本実施の形態８に係る半導体装置の製造方法は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７８】
本実施の形態８では、第二のモールド樹脂８として、熱伝導率がシリカ、アルミナ以上であり、ボロンナイトライド未満のフィラー１８を含有する高放熱樹脂を用いている。また、フィラー１８のフィラーカットポイント（最大フィラー径）を０．０２ｍｍ〜０．１５ｍｍとし、薄肉成形部８ｂの厚さをフィラーカットポイントサイズの１．１倍〜２倍である０．０２２ｍｍ〜０．３ｍｍとしたものである。
【００７９】
本実施の形態８によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、フィラーとして高価なボロンナイトライドを用いずに、薄肉成形部８ｂの放熱性を向上させることが可能となり、安価な半導体装置が得られる。
【００８０】
実施の形態９．
図２４は、本発明の実施の形態９に係る半導体装置を示す断面図、図２５は、本実施の形態９に係る半導体装置の二回目のトランスファー成形工程を示す断面図である。本実施の形態９に係る半導体装置１０５は、上記実施の形態１に係る半導体装置１００の変形例であり、全体的な構成は同じであるため、相違点のみを説明する。
【００８１】
本実施の形態９では、図２５に示すように、二回目のトランスファー成形工程において、成形金型７０の内部にヒートシンク１９を設置し、第二のモールド樹脂８でリードフレーム２の放熱面２ｂを封止すると共に、薄肉成形部８ｂにヒートシンク１９を接合する。この時、薄肉成形部８ｂに該当する空洞７１へ流動した硬化前の第二のモールド樹脂８が接着剤を兼ねるため、ヒートシンク１９を接着するためのグリース等の放熱部材が不要となる。
【００８２】
本実施の形態９によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、薄肉成形部８ｂがヒートシンク１９と直接接合されるため、放熱性がさらに向上する。また、二回目のトランスファー成形工程後、薄肉成形部８ｂにグリース等の放熱部材を介してヒートシンク１９を接合する工程を省略することができる。
【００８３】
なお、上記実施の形態１〜実施の形態７では、リードフレーム２が実装面２ａとこれに対向する放熱面２ｂを有する構成としたが、実装面２ａ側にも放熱部を設け、リードフレーム２の両面に放熱部を有する構成としても良い。その場合、リードフレーム２の同じ面において、半導体素子１が実装された実装部を第一のモールド樹脂７により覆い、放熱部を第二のモールド樹脂８により覆うことも可能である。
【００８４】
なお、上記実施の形態１〜実施の形態９に係る半導体装置の各構成要素、例えば半導体素子１、外部端子４、ワイヤ５、インナーリード６、ブリッジ実装品１１等の形状、個数、及び配置は、特に限定されるものではなく、求められる機能に応じて適宜選択される。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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2016166834.tif 000029
2016166834.tif 000030
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