(57)【要約】【課題】高信頼性のモールド型半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】モールド型半導体装置におけるモールド樹脂の熱膨張係数に異方性を持たせることで半導体素子のモジュールの構成要素間の熱膨張係数の不整合を緩和ものである。つまり、モールド樹脂の絶縁基板面に平行な方向の熱膨張係数と絶縁基板面に垂直な方向の熱膨張係数が異なるように構成する。【選択図】図１
2007158280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された配線層と、
前記配線層上に固定された半導体素子と、
前記半導体素子に固定された配線手段と、を備え、
少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層，前記半導体素子、及び前記配線手段をモールド樹脂により覆われてなるモールド型半導体装置において、
前記モールド樹脂は、前記絶縁基板に沿った方向の熱膨張係数と前記絶縁基板面に対し垂直な方向の熱膨張係数が異なるように構成されていることを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載のモールド型半導体装置において、
前記モールド樹脂の前記絶縁基板面に沿って平行な方向の熱膨張係数が前記絶縁基板の熱膨張係数に近く、前記絶縁基板に対し垂直な方向の熱膨張係数が前記配線手段の熱膨張係数に近いことを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載のモールド型半導体装置において、
前記モールド樹脂は、前記絶縁基板を覆うことを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項４】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された配線層と、
前記配線層上に固定された半導体素子と、
前記半導体素子に固定された配線手段と、を備え、
少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層，前記半導体素子、及び前記配線手段をモールド樹脂により覆われてなるモールド型半導体装置において、
前記モールド樹脂には、前記絶縁基板に沿って略平行に前記半導体素子の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する絶縁物による薄板が少なくとも１枚存するように構成されたことを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載のモールド型半導体装置において、
前記絶縁物による薄板は、複数枚重なって構成されていることを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項６】
請求項５記載のモールド型半導体装置において、
前記絶縁物による薄板の少なくとも１枚には、開口部を有することを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項７】
請求項４記載のモールド型半導体装置において、
前記絶縁物による薄板は、糸状の素材が絡み合うことにより構成されていることを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項８】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された配線層と、
前記配線層上に固定された半導体素子と、
前記半導体素子に固定された配線手段と、を備え、
少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層，前記半導体素子、及び前記配線手段をモールド樹脂により覆われてなるモールド型半導体装置において、
前記モールド樹脂は、熱膨張係数が異なる充填物を含んでなることを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項９】
請求項８記載のモールド型半導体装置において、
前記充填物は、少なくとも異なる２種類の充填物であることを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項１０】
請求項８記載のモールド型半導体装置において、
前記充填物が熱膨張の大きい針状粉末と、熱膨張係数の小さい球状或いは多角形状粉末であることを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のモールド型半導体装置において、
前記針状粉末が磁性を有し、前記球状或いは多角形状粉末が非磁性であることを特徴とするモールド型半導体装置。
【請求項１２】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された配線層と、
前記配線層上に固定された半導体素子と、
前記半導体素子に固定された配線手段と、を備え、
少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層，前記半導体素子、及び前記配線手段をモールド樹脂により覆われてなるモールド型半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板上に前記半導体素子の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する絶縁物による薄板を載置した後に、少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層と前記半導体素子及び前記配線手段をモールド樹脂により覆う操作をすることを特徴とするモールド型半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のモールド型半導体装置の製法において、
前記少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層と前記半導体素子及び前記配線手段をモールド樹脂により覆う操作に際し、前記モールド樹脂に前記絶縁基板に対し垂直な磁場を加えることを特徴とするモールド型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子，配線基板等の構成要素がモールド樹脂により覆われてなるモールド型半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂封止型半導体装置には、半導体素子と配線基板等の構成要素を柔らかく包み込む柔構造と硬い樹脂で強固に固める剛構造とに大きく分けることができる。本発明は特に後者の剛構造半導体装置、すなわち、モールド型半導体装置を対象とするものである。
【０００３】
モールド型半導体装置では、半導体素子と配線基板等の構成要素をモールド樹脂と機械的に一体化し、全体として単一の構造体のように振る舞うことで信頼性を高める。
【０００４】
ところが、半導体素子と配線基板等の構成要素には様々な素材が使用されているため、熱膨張係数の不整合を内包している。モールド型半導体装置はその製造過程及び使用中に温度変化に晒される。そのとき、半導体素子と配線基板等の各構成要素とモールド樹脂が互いに強固に結合しているため、熱膨張係数の異なる構成要素間の界面近傍に熱応力を生じる。その結果、モールド樹脂の熱膨張係数の選定によっては、過大な熱応力により、モールド型半導体装置が破壊することもある。
【０００５】
そこで、半導体素子と配線基板等の各構成要素とモールド樹脂の良好な一体化を図る構造に関するものとして特許文献１がある。また、モールド樹脂の熱膨張係数に関するものとして特許文献２がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６４２６５号公報
【特許文献２】特開平４−１２２０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モールド樹脂の熱膨張係数は、モールド樹脂が存在しない状態で半導体装置全体を代表する熱膨張係数に近いことが望ましい。モールド樹脂の存在により、全体を代表する熱膨張係数から離れた熱膨張係数を有する構成要素の熱膨張を、全体を代表する熱膨張に近づけることによって信頼性を増すことができるためである。
【０００８】
半導体装置全体を代表する熱膨張係数を求めるには、シミュレーション等が有効であるが、得られる数値はあくまでも概略値である。厳密には実機を使った加速環境試験によらなければならない性質のものである。
【０００９】
本発明の発明者らは、半導体装置全体を代表する熱膨張係数、すなわち、モールド樹脂がもつべき熱膨張係数には方向性があることを見出した。つまり、半導体装置の平面方向では、半導体素子を搭載している配線基板に沿った方向の熱膨張係数に近い値になった。ところが、配線基板に対し垂直な方向では、半導体素子の表面に接続している配線手段、例えばボンディングワイヤ，銅箔リード等の熱膨張係数に近い値が最適であった。
【００１０】
半導体装置は平面に近い形状であり、従来から平面方向の熱膨張については注目されていたため、モールド樹脂の熱膨張を配線基板のそれに近づけた設計が一般的であった。ところが、経時劣化によるボンディングワイヤ等の半導体素子表面との接続部での剥離破壊に着目すると、違う結果が得られた。すなわち、配線手段の劣化は半導体素子の表面において、配線手段が垂直方向に力を受けることで発生することが分かった。
【００１１】
さらに、半導体装置の寿命を延ばすには、モールド樹脂が配線手段と一体になって膨張・収縮することが望ましく、配線基板の熱膨張係数よりはるかに大きい、ボンディングワイヤ等の配線手段の熱膨張係数に近い値がモールド樹脂の熱膨張係数の最適値であることを見いだした。
【００１２】
これに対し、上記特許文献１、或いは特許文献２では、このような点については何ら考慮されていないものであった。
【００１３】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、半導体装置のモジュールの構成要素間の熱膨張係数の不整合を緩和し、信頼性の高いモールド型半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明では、モールド型半導体装置におけるモールド樹脂の熱膨張係数に異方性を持たせることで半導体素子，配線基板等の構成要素間の熱膨張係数の不整合を緩和ものである。
【００１５】
つまり、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された配線層と、前記配線層上に固定された半導体素子と、前記半導体素子に固定された配線手段と、を備え、少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層，前記半導体素子、及び前記配線手段をモールド樹脂により覆われてなるモールド型半導体装置において、前記モールド樹脂は、前記絶縁基板に沿った方向の熱膨張係数と前記絶縁基板面に対し垂直な方向の熱膨張係数が異なるように構成する。すなわち、前記モールド樹脂の前記絶縁基板面に沿って平行な方向の熱膨張係数が前記絶縁基板の熱膨張係数に近く、前記絶縁基板に対し垂直な方向の熱膨張係数が前記配線手段の熱膨張係数に近いものとすることにより、半導体装置のモジュールの構成要素間の熱膨張係数の不整合を緩和し、信頼性の高いモールド型半導体装置とすることができる。
【００１６】
また、モールド型半導体装置において、前記モールド樹脂には、前記絶縁基板に沿って略平行に前記半導体素子の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する絶縁物による薄板が少なくとも１枚存するように構成する。
【００１７】
そして、好ましくは、前記絶縁物による薄板は、複数枚重なって構成し、前記絶縁物による薄板の少なくとも１枚には、開口部を有するように構成する。また、好ましくは、前記絶縁物による薄板は、糸状の素材が絡み合うことにより構成する。
【００１８】
或いは、また、モールド型半導体装置において、前記モールド樹脂は、熱膨張係数が異なる充填物を含んで構成する。
【００１９】
そして、好ましくは、前記充填物を、少なくとも異なる２種類の充填物とする。また、好ましくは、前記充填物が熱膨張の大きい針状粉末と、熱膨張係数の小さい球状或いは多角形状粉末とし、さらに、好ましくは、前記針状粉末が磁性を有し、前記球状或いは多角形状粉末が非磁性とする。
【００２０】
或いは、また、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された配線層と、前記配線層上に固定された半導体素子と、前記半導体素子に固定された配線手段と、を備え、少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層と、前記半導体素子、及び前記配線手段をモールド樹脂により覆われてなるモールド型半導体装置の製造方法であって、前記絶縁基板上に前記半導体素子の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する絶縁物による薄板を載置した後に、少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層と前記半導体素子及び前記配線手段をモールド樹脂により覆う操作をする。
【００２１】
そして、好ましくは、前記少なくとも前記絶縁基板上に形成された前記配線層と前記半導体素子及び前記配線手段をモールド樹脂により覆う操作に際し、前記モールド樹脂に前記絶縁基板に対し垂直な磁場を加える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高信頼性のモールド型半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって詳細に説明する。なお、本明細書で開示する技術的思想を用いた種々の変更は当然に適宜可能であり、本発明が実施例により限定されることものではない。
【実施例１】
【００２４】
本発明の第１の実施例について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施例によるモールド型半導体装置の平面を示した図である。半導体装置の内部が見えるように、主要部のモールド樹脂１０６を取り除いてある。
【００２６】
本実施例のモールド型半導体装置には、インバータの１相を担う回路が実装されている。すなわち、ハイサイドＩＧＢＴチップ１１３及びローサイドＩＧＢＴチップ１１４が直列に接続されている回路である。なお、ハイサイドＩＧＢＴチップ１１３及びローサイドＩＧＢＴチップ１１４は、それぞれ耐圧６００Ｖ，電流容量５０Ａである。外部端子は主電流用が３個、制御用が２個である。主電流用は、直流入力のプラス側に接続するＰ端子１０１，直流入力のマイナス側に接続するＮ端子１０２、及び交流出力が得られる出力端子１０３である。制御用は、ハイサイドＩＧＢＴチップ１１３を制御する端子としてハイサイドゲート端子１０４、及びローサイドＩＧＢＴチップ１１４を制御する端子としてローサイドゲート端子１０５が装備されている。
【００２７】
つぎに、モールド型半導体装置の内部構造を説明する。
【００２８】
モールド型半導体装置の全体を支えているのは、絶縁基板であるＳｉＮ（窒化珪素）基板１０７である。ＳｉＮ基板１０７の表面に銅箔が接着してあり、以下に説明する配線層（配線パターン）が設けてある。なお、銅箔の接着にはろう材が使用されている。
【００２９】
ハイサイドアノード銅箔パターン１０８には、ハイサイドＩＧＢＴチップ１１３及びＰ端子１０１が接着されている。その右横のハイサイドゲート銅箔パターン１１１には、ハイサイドゲートワイヤ１１７、及びハイサイドゲート端子１０４が接着されている。
【００３０】
ハイサイドカソードローサイドアノード銅箔パターン１０９には、ローサイドＩＧＢＴチップ１１４，ハイサイドカソードワイヤ１１５、及び出力端子１０３が接着されている。その右横のローサイドゲート銅箔パターン１１２には、ローサイドゲートワイヤ１１８、及びローサイドゲート端子１０５が接着されている。ローサイドカソード銅箔パターン１１０には、ローサイドカソードワイヤ１１６及びＮ端子１０２が接着されている。
【００３１】
つぎに、図２を用いてモールド型半導体装置の断面構造を説明する。
【００３２】
図２は、図１のＡ−Ａ′で切断した断面である。Ａ−Ａ′断面は、ローサイドＩＧＢＴチップ１１４のほぼ中央を通り、ハイサイドカソードローサイドアノード銅箔パターン
１０９の右端で直角に二度折れ曲がって出力端子１０３のほぼ中央を通る。切断面が折れ曲がっているため、図２にはモールド樹脂１０６の右から３分の１あたりに上下に貫く線が入っている。本実施例のモールド型半導体装置の土台となるＳｉＮ基板１０７は、両面に銅箔が接着してある。図１では見えなかった底面銅箔２０３が断面では見えている。底面銅箔２０３はＳｉＮ基板１０７全面のべたパターンである。ローサイドＩＧＢＴチップ１１４はハイサイドカソードローサイドアノード銅箔パターン１０９にチップ下はんだ
２０１で接着されている。また、出力端子１０３はハイサイドカソードローサイドアノード銅箔パターン１０９に端子接続はんだ２０２で接着されている。ローサイドカソードワイヤ１１６は、輪切り状態でその断面が見える。また、ローサイドゲートワイヤ１１８はほぼ左右方向に張られているので、ローサイドＩＧＢＴチップ１１４に近い部分が見える。残りは断面から外れるため見えない。
【００３３】
ここで、本実施例の特徴的な構造を説明する。すなわち、ガラス繊維シート２０４の存在である。シリカを主成分とするガラス繊維シート２０４の熱膨張係数は０.１ppm／Ｋの桁であり、本実施例のモールド型半導体装置でもっとも熱膨張係数の小さい半導体素子を構成しているシリコンの３ppm／Ｋ より極端に小さい。したがって、ガラス繊維シート
２０４の存在によって１００ppm／Ｋ 近いモールド樹脂１０６の熱膨張係数を下げる働きをする。ガラス繊維シート２０４は、少なくとも１枚、好ましくは複数枚重ねる。ハイサイドＩＧＢＴチップ１１３，ローサイドＩＧＢＴチップ１１４を始めとして、入出力の端子及びボンディングワイヤ等を避けるために、シートには適宜開口部を設ける。ボンディングワイヤより上に配置するガラス繊維シート２０４（１枚乃至２枚）には障害物がないため、穴を開ける必要がない。
【００３４】
モールド樹脂１０６の熱膨張係数はガラス繊維シート２０４によりどの方向もある程度小さくなるが、ガラス繊維シート２０４の面に平行な方向（図では左右と紙面に垂直な方向を含む面）ではとくに熱膨張係数が小さくなる。
【００３５】
なお、本実施例のモールド型半導体装置では、ＳｉＮ基板１０７，ＳｉＮ基板１０７上に形成された配線層、ハイサイドＩＧＢＴチップ１１３及びローサイドＩＧＢＴチップ
１１４の半導体素子、ハイサイドゲートワイヤ１１７及びローサイドゲートワイヤ１１８の配線手段をモールド樹脂１０６により覆って構成しているが、ＳｉＮ基板１０７上に配置される半導体素子，配線基板等の構成要素のみをモールド樹脂１０６により覆う構成としてもよい。
【００３６】
つぎに、モールド樹脂１０６の熱膨張係数をどのように調整すべきか、図３を用いて説明する。
【００３７】
図３は、典型的なモールド型半導体装置の主要部（必須構成）を示している。特に、電力用半導体素子３０１のワイヤのボンディング個所３０４及びセラミックス基板３０９の端部の両方を表示するため、電力用半導体素子３０１の周辺部近傍に相当する部分２個所を縮めて表示した。
【００３８】
本実施例の特徴は、モールド型半導体装置が使用環境の温度変化或いは自身の通電／非通電によって温度が上下することによる接着個所の劣化を如何に小さくするかにかかわる。とくに、ワイヤのボンディング個所３０４の信頼性及びはんだ付け個所３０７の信頼性を同時に高めるためにモールド樹脂３１０の熱膨張係数をセラミックス基板３０９に平行な方向と垂直な方向で別個に定める点にある。
【００３９】
まず、はんだ付け個所３０７について述べる。半導体素子のアノード接着はんだ３０５の寿命は、はんだ自身の熱膨張係数ではなく、接着する部材の熱膨張係数に左右される。すなわち、電力用半導体素子３０１の熱膨張係数とアノード配線の銅箔３０８の熱膨張係数が近いと寿命が延びる。アノード配線の銅箔３０８は焼き鈍されているので充分柔らかい。したがって、アノード配線の銅箔３０８の熱膨張係数はセラミックス基板３０９に近いものになり、半導体素子のアノード接着はんだ３０５の寿命には有利である。本実施例で使用しているＳｉＮ（窒化珪素）の熱膨張係数は２.８〜３.１ppm／Ｋ の範囲にあり、半導体素子の構成材料であるシリコンの３ppm／Ｋに近い熱膨張係数を有するため、半導体素子のアノード接着はんだ３０５の高寿命化には有利である。
【００４０】
そして、モールド樹脂３１０の熱膨張係数をシリコン或いは窒化珪素に合わせることで系全体がほぼ同じ熱膨張を有する一体の個体となり、半導体素子のアノード接着はんだ
３０５の寿命は著しく向上する。ここで、ほぼ同じ熱膨張係数は、±５ppm／Ｋ の範囲、好ましくは±３ppm／Ｋの範囲とすることで良好な結果が得られる。
【００４１】
一方、一般的なセラミックスであるアルミナの熱膨張係数は、シリコンより大きい７〜８ppm／Ｋ の範囲にあるので、モールド樹脂３１０の熱膨張係数をどこに合わせるかが問題になる。シミュレーション及びサンプルによる実測の結果、アルミナセラミックスに近いことが望ましいという結論に至っている。厳密には、最適値はアルミナの熱膨張係数より若干小さめである。その最適値は、半導体装置の構造で変動するが、±５ppm／Ｋの範囲、好ましくは±３ppm／Ｋの範囲とすることで良好な結果が得られる。
【００４２】
すなわち、図３の構成では、モールド樹脂３１０の熱膨張係数をセラミックス基板309の熱膨張係数に合わせると半導体素子のアノード接着はんだ３０５の寿命が延びる。
【００４３】
つぎに、ワイヤのボンディング個所３０４について述べる。なお、図３では一般的なワイヤボンディング、すなわち、超音波，熱等による固相接合を想定した描き方になっているが、はんだ付けでもメカニズムは同じである。モールド樹脂３１０の熱膨張係数を誤るとワイヤのボンディング個所３０４の寿命が短くなる。特に、ワイヤのボンディング個所３０４ではボンディングワイヤ３０２とモールド樹脂３１０のみが構成要素であるので、モールド樹脂３１０の熱膨張係数の調整ははんだ付け個所３０７より重要である。温度変化による半導体表面からのワイヤの変位量の相対値３０３として矢印で示しているが、ボンディングワイヤ３０２の熱膨張によりボンディングワイヤ３０２の電力用半導体素子
３０１からの距離に比例して温度変化により変位する。ボンディングワイヤ３０２を固定しているモールド樹脂３１０の電力用半導体素子３０１からの距離に応じた変位量がボンディングワイヤ３０２と同じでないとワイヤのボンディング個所３０４に上下方向の引き剥がし力が働き、ワイヤのボンディング個所３０４の寿命を縮める。すなわち、モールド樹脂３１０の熱膨張係数をボンディングワイヤ３０２に合わせることが肝要である。
【００４４】
代表的なボンディングワイヤ素材であるアルミニウムの熱膨張係数はアルミナの数倍である２２〜２５ppm／Ｋ の範囲にあり、窒化珪素よりは一桁近く大きい。前述のように、モールド樹脂３１０の熱膨張係数をセラミックス基板３０９に合わせると、ワイヤのボンディング個所３０４では熱膨張の著しいミスマッチが生じる。
【００４５】
ここで、はんだ付け個所３０７における熱膨張の方向とワイヤのボンディング個所304での熱膨張の方向に着目すると、はんだ付け個所３０７では横（及び紙面に垂直方向）であり、ワイヤのボンディング個所３０４では縦であることに気付く。
【００４６】
すなわち、モールド樹脂３１０の横及び紙面に垂直な方向、言い換えるとセラミックス基板３０９の面に平行な方向の熱膨張係数をセラミックス基板３０９に合わせ、セラミックス基板３０９の面に垂直な方向のみボンディングワイヤ３０２の熱膨張係数に合わせることで、はんだ付け個所３０７及びワイヤのボンディング個所３０４の両方の寿命を延ばすことができる。ここでも、その最適値は、半導体装置の構造で変動するが、±５ppm／Ｋの範囲、好ましくは±３ppm／Ｋの範囲とすることで良好な結果が得られる。
【００４７】
つぎに、図４を用いて、本実施例の製造方法を説明する。
【００４８】
まず、両面に銅箔パターン４０４及び底面銅箔４０６を接着したＳｉＮ基板４０５上にＩＧＢＴ素子４０１及び外部端子４０７をそれぞれチップ下はんだ４０２及び端子接続はんだ４０３で接着した後、超音波ボンディングでボンディングワイヤ４０８をＩＧＢＴ素子４０１と銅箔パターン（外部端子４０７の陰で見えない）に接着する。その状態が図４（ａ）である。
【００４９】
つぎに、ガラス繊維シート４０９を数枚重ねてＳｉＮ基板４０５上に載置する。ここで、ＩＧＢＴ素子４０１，ボンディングワイヤ４０８等を避けるために、下層のシートには適宜穴又は切欠を設けておく。ボンディングワイヤ４０８より上に配置する上層のシートには穴等は必要ない。また、ガラス繊維シート４０９にはうねりや繊維のはみ出しがあるため適当な隙間ができる。その状態が図４（ｂ）である。
【００５０】
（ｂ）の組み立て物をまとめてモールド用金型４１０の中に収める。その状態が図４
（ｃ）である。
【００５１】
モールド樹脂４１１を注入する。その際、ガラス繊維シート４０９どうしの隙間が変化する。平均的には隙間が増える。冷却してモールド樹脂４１１を硬化させ、半導体装置が完成する。その状態が図４（ｄ）である。
【００５２】
ガラス繊維シート４０９の間隙を厳密にコントロールする必要はないが、正確に配置させたいときは、ガラス繊維シート４０９どうしを数ヶ所で接着してお互いを固定し、その後必要な間隙になるまで引き伸ばす方法がある。また、ガラス繊維シート４０９を載せるときは、できるだけＳｉＮ基板４０５に近い部分に載せることが肝要である。横方向の熱膨張を下げたいのはチップ下はんだ４０２部分であるためである。
【００５３】
本実施例の特徴は、簡単な工程で有効にセラミックス（ＳｉＮ）基板の面に平行な方向の熱膨張係数を下げられる点である。しかし、セラミックス基板面に垂直な方向については、熱膨張係数の調整がなされないため、予め樹脂の熱膨張係数をボンディングワイヤの熱膨張に近づけておく方が良い。ただし、ガラス繊維シートが完璧にセラミックス基板の面に平行に固定される訳ではないので、セラミックス基板面に垂直な方向も若干熱膨張係数は下がる。その分を予め考慮しておくことも望まれる。
【実施例２】
【００５４】
本発明の第２の実施例について、図５及び図６を参照して説明する。
【００５５】
図５は、本発明の第２の実施例によるモールド型半導体装置の断面である。第１の実施例と比較して、本実施例はその機能は同じであるが、構造が異なる。以下、構造上第１の実施例と異なる部分について図５を用いて述べる。
【００５６】
まず、セラミックスの材質が異なる。アルミナ基板５０５である。アルミナは窒化珪素（ＳｉＮ）に比較して熱膨張係数が大きく、シリコンの熱膨張係数からのずれが大きいため構造上不利であるが、低価格という点が有利である。
【００５７】
つぎに、アルミナ基板５０５の下（外側）に銅ベース５１２を設けた。その結果、底面銅箔５０６と銅ベース５１２の間に銅ベース上はんだ５１１を設けて両者を接着した。比較的厚い銅ベース５１２（本実施例では厚さ３mm）を取り付けることで、半導体装置全体の機械的強度を増すことができ、取扱中の破損を小さくすることができる。それと同時に、締め付け等で本モールド型半導体装置をヒートシンク等に取り付ける際に、締め付けトルクの制限を和らげることができ、設計上の自由度が増す。
【００５８】
つぎに、ＩＧＢＴ素子５０１の表面側電極にワイヤボンディングでなく銅箔をはんだ付けした。すなわち、銅箔リード５０８をチップ上はんだ５０９で接着した。第１の実施例におけるハイサイドカソードワイヤ１１５或いはローサイドカソードワイヤ１１６は、チップ当たり６本ずつ張り渡している。１本当たりの電流容量が小さいためである。その点、本実施例の銅箔リード５０８では、電流容量を大きく取ることができ、本数を減らすことが可能であり、実装構造が簡略化される。
【００５９】
最後に、モールド樹脂５１３の構造が異なる。すなわち、球状フィラー５１４及び棒状フィラー５１５の二種類のフィラーを含有している。しかも、棒状フィラー５１５が総て上下方向に揃っている。
【００６０】
ここで、モールド樹脂５１３の構造について述べる。
【００６１】
モールド樹脂５１３には、二種類のフィラーを含有している。球状フィラー５１４は、シリカを主成分とする、熱膨張係数の小さいフィラーである。これに対して、棒状フィラー５１５はフェライトで構成されており、熱膨張係数が比較的大きい。球状フィラー514でモールド樹脂５１３全体の熱膨張係数をアルミナ基板５０５の熱膨張係数に近づけておき、棒状フィラー５１５を上下方向に揃えることで上下方向の熱膨張係数を銅箔リード
５０８に近くしている。
【００６２】
本実施例で使用したフェライトは、ほぼ絶縁物とみなせる抵抗率を示すため、樹脂中に含有するには好都合である。しかし、磁性があり、熱膨張係数が比較的大きい素材であれば、必ずしも絶縁物でなくても用途によっては使える。例えばパーマロイ等を使用することも可能である。
【００６３】
ここで、図６を使用して本実施例の製造方法を述べる。
【００６４】
まず、両面に銅箔パターン５０４及び底面銅箔５０６を接着したアルミナ基板５０５上にＩＧＢＴ素子５０１をチップ下はんだ５０２で接着する。その後、銅箔リード５０８をＩＧＢＴ素子５０１に位置合わせしてチップ上はんだ５０９及び銅箔パターン上はんだ
５１０で接着すると同時に外部端子５０７を端子接続はんだ５０３で接着する。そこまで組み上がった製品にモールド用金型６０２を被せ、モールド樹脂（硬化前）６０３を注入する。その状態が図６（ａ）である。
【００６５】
ここで、モールド樹脂（硬化前）６０３の添加物（フィラー）について述べる。モールド樹脂（硬化前）６０３の注入時点で、すでにフィラーが樹脂内に存在している。すなわち、球状フィラー５１４及び棒状フィラー（整列前）６０１である。事前にモールド樹脂（硬化前）６０３中に混合され、充分に均一化処理されているため、これらは均一に分布している。したがって、棒状フィラー（整列前）６０１の方向はランダムである。
【００６６】
つぎに、モールド用金型６０２の上下に電磁石６０６を取り付け、コイル６０７に電流を流して上下方向の磁場をモールド樹脂（硬化前）６０３に加える。その結果、棒状フィラー（整列前）６０１が磁場で整列され棒状フィラー（整列後）６０５になる。
【００６７】
磁場を加えたままでモールド用金型６０２加圧内部に圧力及び熱を加え、樹脂を硬化させる。その結果、モールド樹脂（硬化前）６０３がモールド樹脂（硬化後）６０４に変化する。図６（ｂ）の状態である。
【００６８】
コイル６０７の電流を切り、電磁石６０６及びモールド用金型６０２を取り外し、内部のモールド型半導体装置を取り出す。製品の完成である。図６（ｃ）の状態である。
【００６９】
本実施例は第１の実施例と比較し、２種類のフィラーを含有させることにより、横方向と縦方向の熱膨張係数を独立に調整できる点が有利である。また、不利な点は、２種類のフィラーを入れるために樹脂の製造コストが増すこと、及びフィラーの含有率が高くなりがちで樹脂の流動性を損ないやすく作業性が悪くなることである。さらに、本実施例では磁性体フィラーはほぼ絶縁物であるが、磁性体フィラーに導電性物質を使用した場合には、樹脂内の耐圧が低くなる可能性があるという点が不利である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例１に係るモールド型半導体装置の部分切断平面を示す図である。
【図２】図１に係るモールド型半導体装置の断面を示す図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１に係るモールド型半導体装置の製造工程を示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施例２に係るモールド型半導体装置の断面を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係るモールド型半導体装置の製造工程を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０１…Ｐ端子、１０２…Ｎ端子、１０３…出力端子、１０４…ハイサイドゲート端子、１０５…ローサイドゲート端子、１０６，３１０，４１１，５１３…モールド樹脂、
１０７，４０５…ＳｉＮ基板、１０８…ハイサイドアノード銅箔パターン、１０９…ハイサイドカソードローサイドアノード銅箔パターン、１１０…ローサイドカソード銅箔パターン、１１１…ハイサイドゲート銅箔パターン、１１２…ローサイドゲート銅箔パターン、１１３…ハイサイドＩＧＢＴチップ、１１４…ローサイドＩＧＢＴチップ、１１５…ハイサイドカソードワイヤ、１１６…ローサイドカソードワイヤ、１１７…ハイサイドゲートワイヤ、１１８…ローサイドゲートワイヤ、２０１，４０２，５０２…チップ下はんだ、２０２，４０３，５０３…端子接続はんだ、２０３,４０６,５０６…底面銅箔、２０４，４０９…ガラス繊維シート、３０１…電力用半導体素子、３０２，４０８…ボンディングワイヤ、３０３…温度変化による半導体表面からのワイヤの変位量の相対値、３０４…ワイヤのボンディング個所、３０５…半導体素子のアノード接着はんだ、３０６…はんだの熱膨張の相対表示、３０７…はんだ付け個所、３０８…アノード配線の銅箔、３０９…セラミックス基板、３１１…モールド樹脂の縦方向の熱膨張の相対表示、３１２…モールド樹脂の横方向の熱膨張の相対表示、４０１，５０１…ＩＧＢＴ素子、４０４，５０４…銅箔パターン、４０７，５０７…外部端子、４１０，６０２…モールド用金型、５０５…アルミナ基板、５０８…銅箔リード、５０９…チップ上はんだ、５１０…銅箔パターン上はんだ、５１１…銅ベース上はんだ、５１２…銅ベース、５１４…球状フィラー、５１５…棒状フィラー、６０１…棒状フィラー（整列前）、６０３…モールド樹脂（硬化前）、６０４…モールド樹脂（硬化後）、６０５…棒状フィラー（整列後）、６０６…電磁石、６０７…コイル。
【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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