(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接不要で小型化を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】金属ターミナルによって構成された入力線３や出力線４に対して制御部品７や半導体スイッチング素子８等の半導体チップをベアチップ実装し、入力線３や出力線４を通じて外部との電気的な接続が図れる構造とする。これにより、従来のようにベアチップを実装したリードを熱可塑性樹脂に備えた金属ターミナルに溶接するような形態とは異なり、溶接が必要なくなる。したがって、溶接を行うためのスペースが必要なくなり、半導体装置１を溶接不要で小型化を図ることができるものとすることが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ターミナル（３、４）と、
前記金属ターミナル（３、４）の表面に対して直接ベアチップ実装された半導体チップ（８）と、
前記金属ターミナル（３、４）をインサート成形しつつ、前記金属ターミナル（３、４）のうち前記半導体チップ（８）が実装される部分を露出させる第１凹部（９ａ）が形成され、かつ、前記金属ターミナル（３、４）のうちの外部との接続箇所を露出させるように構成された樹脂ケース（９）と、
前記凹部（９ａ）内に充填されることで、前記半導体チップ（８）を覆う封止材（１０）と、を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記樹脂ケース（９）には、前記金属ターミナル（３、４）のうち前記半導体チップ（８）が配置される箇所と対応する裏面側において第２凹部（９ｂ）が形成され、該第２凹部（９ｂ）内も前記充填材（１０）で充填されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２凹部（９ｂ）を覆う仕切壁部（１２）が備えられ、
前記第１凹部（９ａ）と前記第２凹部（９ｂ）は繋がっていて、前記仕切壁部（１２）によって堰き止められて前記第１凹部（９ａ）と前記第２凹部（９ｂ）内に前記封止材（１０）が充填されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
金属ターミナル（３、４）と、
前記金属ターミナル（３、４）の表面に対して直接ベアチップ実装された半導体チップ（８）と、
前記金属ターミナル（３、４）をインサート成形しつつ、前記金属ターミナル（３、４）のうち前記半導体チップ（８）が実装される部分を露出させる第１凹部（９ａ）が形成され、かつ、前記金属ターミナル（３、４）のうちの外部との接続箇所を露出させるように構成された樹脂ケース（９）と、
前記凹部（９ａ）内に充填されることで、前記半導体チップ（８）を覆う封止材（１０）と、を備えてなる半導体装置の製造方法であって、
前記金属ターミナル（３、４）を用意する工程と、
前記金属ターミナル（３、４）の表面に、前記半導体チップ（８）をはんだ付けすることでベアチップ実装する工程と、
前記半導体チップ（８）がベアチップ実装された前記金属ターミナル（３、４）を成形型（２０〜２２）内に配置し、前記成形型（２０〜２２）内へ樹脂充填することで前記樹脂ケース（９）を形成する工程と、
前記樹脂ケース（９）の前記第１凹部（９ａ）内に前記封止材（１０）を充填することで、該封止材（１０）にて前記半導体チップ（８）を覆う工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記樹脂ケース（９）を形成する工程では、前記成形型（２０〜２２）として、前記半導体チップ（８）が配置されるチップポケット（２１ａ）を有したものを用意し、前記成形時に、前記チップポケット（２１ａ）内に前記半導体チップ（８）が配置されることで前記成形型（２０〜２２）が前記半導体チップ（８）と接触しないようにしていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂ケース（９）を形成する工程では、前記金属ターミナル（３、４）のうち前記半導体チップ（８）が配置される箇所と対応する裏面側において、前記樹脂ケース（９）に第２凹部（９ｂ）を形成し、
前記樹脂ケース（９）を形成する工程の後に、前記金属ターミナル（３、４）に対してボンディングワイヤ（１１）を電気的に接続する工程を行うことを特徴とする請求項４または５に記載の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、ベアチップ実装が行われる半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ベアチップ実装が行われる種々の半導体装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。図６は、この従来の半導体装置の断面構成を示した図である。この図に示されるように、従来の半導体装置では、金属製のリードＪ１の上に半導体素子を含む集積回路が作り込まれたベアチップＪ２が実装されている。ベアチップＪ２をリードＪ１に対して実装したのち、ベアチップＪ２とリードＪ１の所望位置とをボンディングワイヤＪ３にて接続し、さらにベアチップＪ２やボンディングワイヤＪ３などを樹脂もしくはゲルなどで封止する。そして、金属ターミナルＪ４がインサートされた熱可塑性樹脂Ｊ５の金属ターミナルＪ４に対してリードＪ１を溶接することで、上記従来の半導体装置が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８６２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のようにベアチップＪ２を実装したリードＪ１を熱可塑性樹脂Ｊ５に備えた金属ターミナルＪ４に溶接するような形態では、ベアチップＪ２を実装したリードＪ１を配置するためのスペースやリードＪ１と金属ターミナルＪ４とを溶接するためのスペース（図中破線で囲んだ領域）が必要になる。このため、半導体装置の小型化に限界がある。また、リードＪ１と金属ターミナルＪ４これらを溶接しなければならないため、製造工程が煩雑になる。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、溶接不要で小型化を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、金属ターミナル（３、４）と、金属ターミナル（３、４）の表面に対して直接ベアチップ実装された半導体チップ（８）と、金属ターミナル（３、４）をインサート成形しつつ、金属ターミナル（３、４）のうち半導体チップ（８）が実装される部分を露出させる第１凹部（９ａ）が形成され、かつ、金属ターミナル（３、４）のうちの外部との接続箇所を露出させるように構成された樹脂ケース（９）と、凹部（９ａ）内に充填されることで、半導体チップ（８）を覆う封止材（１０）と、を備えていることを特徴としている。
【０００７】
このように、樹脂ケース（９）内にインサートされる金属ターミナル（３、４）の表面に対して直接ベアチップ実装によって半導体チップ（８）を実装した構造としている。そして、金属ターミナル（３、４）を通じて外部との電気的な接続が図れる構造としている。このため、従来のようにベアチップを実装したリードを熱可塑性樹脂に備えた金属ターミナルに溶接するような形態とは異なり、溶接が必要なくなる。したがって、溶接を行うためのスペースが必要なくなり、溶接不要で小型化を図ることができる半導体装置とすることが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、樹脂ケース（９）には、金属ターミナル（３、４）のうち半導体チップ（８）が配置される箇所と対応する裏面側において第２凹部（９ｂ）が形成され、該第２凹部（９ｂ）内も充填材（１０）で充填されていることを特徴としている。
【０００９】
このように、金属ターミナル（３、４）のうち半導体チップ（８）が配置される箇所と対応する裏面側において樹脂ケース（９）に第２凹部（９ｂ）を設けた構造とすれば、ボンディング箇所が高温になったとしても、樹脂ケース（９）を構成する樹脂をボンディング時の発熱に耐えることができる材料にしなくても良くなる。このため、高耐熱樹脂以外にも材料選択が可能となり、材料コストの削減を図ることが可能となる。
【００１０】
この場合、請求項３に記載したように、第２凹部（９ｂ）を覆う仕切壁部（１２）を備え、仕切壁部（１２）によって堰き止めることで、第１凹部（９ａ）と第２凹部（９ｂ）内に封止材（１０）を充填する構造とすることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、金属ターミナル（３、４）を用意する工程と、金属ターミナル（３、４）の表面に、半導体チップ（８）をはんだ付けすることでベアチップ実装する工程と、半導体チップ（８）がベアチップ実装された金属ターミナル（３、４）を成形型（２０〜２２）内に配置し、成形型（２０〜２２）内へ樹脂充填することで樹脂ケース（９）を形成する工程と、樹脂ケース（９）の第１凹部（９ａ）内に封止材（１０）を充填することで、該封止材（１０）にて半導体チップ（８）を覆う工程と、を含んでいることを特徴としている。
【００１２】
半導体チップ（８）を実装する時にはんだ付けを行う場合には、はんだ付け温度がはんだ融点（約２５０℃）よりも高温である例えば２７０℃とされることから、樹脂ケース（９）の形成後に半導体チップ（８）を実装するのであれば、樹脂ケース（９）の材料として高耐熱のものが要求される。このため、樹脂ケース（９）の成形を半導体チップ（８）の実装後に行うことで、樹脂ケース（９）を高耐熱の材料で形成しなくても良くなる。これにより、高耐熱樹脂以外にも材料選択が可能となり、材料コストの削減を図ることが可能となる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、樹脂ケース（９）を形成する工程では、成形型（２０〜２２）として、半導体チップ（８）が配置されるチップポケット（２１ａ）を有したものを用意し、成形時に、チップポケット（２１ａ）内に半導体チップ（８）が配置されることで成形型（２０〜２２）が半導体チップ（８）と接触しないようにしていることを特徴としている。
【００１４】
成形時には、樹脂圧に基づく樹脂漏れが生じないように成形型（２０〜２２）に圧力が掛けられる。このため、成形時にチップポケット（２１ａ）内に半導体チップ（８）が配置されるようにし、成形型（２０〜２２）が半導体チップ（８）に干渉しないようにすることで、成形型（２０〜２２）からの圧力が半導体チップ（８）に伝わらないようにでき、チップ割れを防止することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、樹脂ケース（９）を形成する工程では、金属ターミナル（３、４）のうち半導体チップ（８）が配置される箇所と対応する裏面側において、樹脂ケース（９）に第２凹部（９ｂ）を形成し、樹脂ケース（９）を形成する工程の後に、金属ターミナル（３、４）に対してボンディングワイヤ（１１）を電気的に接続する工程を行うことを特徴としている。
【００１６】
このように、金属ターミナル（３、４）のうち半導体チップ（８）が配置される箇所と対応する裏面側において樹脂ケース（９）に第２凹部（９ｂ）を設けておけば、ボンディング箇所が高温になったとしても、樹脂ケース（９）を構成する樹脂をボンディング時の発熱に耐えることができる材料にしなくても良くなる。このため、高耐熱樹脂以外にも材料選択が可能となり、材料コストの削減を図ることが可能となる。
【００１７】
なお、上記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ものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体装置１の車両への適用形態を示したブロック図である。
【図２】図１に示す半導体装置１の詳細構造を示した断面図である。
【図３】図２に示す半導体装置１の製造工程を示した断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる半導体装置１の詳細構造を示した断面図である。
【図５】図４に示す半導体装置１の製造工程を示した断面図である。
【図６】従来の半導体装置の断面構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる半導体装置１の車両への適用形態を示したブロック図である。図２は、本実施形態にかかる半導体装置１の断面図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態にかかる半導体装置１について説明する。
【００２１】
図１に示すように、半導体装置１は、制御回路２を備えたものであり、入力線３および出力線４を通じて車両バッテリや所定電圧を発生させるＥＣＵ等の電源５に接続されていると共に、半導体装置１によって駆動される駆動対象６に接続されている。半導体装置１に含まれる制御回路２は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子と、この半導体スイッチング素子を駆動するための回路素子などを有し、半導体スイッチング素子によって電源５から駆動対象６への電源供給のオンオフを制御する。駆動対象６としては、パワーウィンドウの開閉に用いられるモータの他、ソレノイド、ピエゾ素子を有するアクチュエータや発電機もしくはスティックコイルなどが挙げられ、例えばモータのコンミテータや昇圧コイルもしくはピエゾ素子への電源供給が半導体装置１によって制御される。
【００２２】
図２に示すように、半導体装置１は、上述した入力線３および出力線４と、制御部品７と、半導体スイッチング素子８と、樹脂ケース９および封止材１０を有した構成とされ、制御部品７や半導体スイッチング素子８を入力線３や出力線４の表面に対してベアチップ実装することで構成されている。
【００２３】
入力線３および出力線４は、金属ターミナルを所定パターンにプレス加工することなどによって構成されている。これら入力線３および出力線４は、本実施形態では平坦な形状とされており、入力線３の一旦が出力線４の一旦に向かい合わされ、入力線３および出力線４の他端が樹脂ケース９から露出させられることで、外部（電源５や駆動対象６）との電気的な接続が行える構造とされている。なお、図２の断面では入力線３および出力線４を単なる１枚の板状部材として図示してあるが、実際には制御回路２の回路配線を構成できるパターンにレイアウトされている。
【００２４】
制御部品７は、制御回路２のうちのマイコンやコンデンサもしくは駆動用ドライバ回路などを構成する部品である。この制御部品７は、入力線３の所定場所に例えば接着剤等を介して固定されている。
【００２５】
半導体スイッチング素子８は、上述したようにＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー素子で構成されている。半導体スイッチング素子８は、出力線４の所定場所に例えばはんだを介して実装されている。また、半導体スイッチング素子８は、ボンディングワイヤ１１を介して入力線３の所定場所に接続されている。このため、入力線３側の制御部品７に備えられたマイコンなどによって半導体スイッチング素子８のゲート電圧などが制御され、それに基づいて半導体スイッチング素子８がオンオフされるようになっている。
【００２６】
樹脂ケース９は、金属ターミナルにて構成される入力線３および出力線４をインサートして成形されたものである。樹脂ケース９を構成する樹脂としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂のいずれを用いても良く、例えばポリアミド（ＰＡ６６）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が用いられている。樹脂ケース９は、本実施形態では、入力線３および出力線４のうちの一部、具体的には制御部品７や半導体スイッチング素子８が搭載される部分を露出させ、この露出箇所において凹んだ凹部９ａとされている。
【００２７】
封止材１０は、樹脂ケース９の凹部９ａ内に配置され、制御部品７や半導体スイッチング素子８およびボンディングワイヤ１１などを覆うことで封止している。この封止材１０は、例えばエポキシ樹脂やゲルなどによって構成されている。
【００２８】
続いて、本実施形態にかかる半導体装置１の製造方法について説明する。図３は、図２に示す半導体装置１の製造工程を示した断面図である。この図を参照して説明する。
【００２９】
〔図３（ａ）の工程〕
まず、入力線３および出力線４を用意する。例えば、金属ターミナルを所定パターンにプレス加工することなどによって入力線３および出力線４を形成することができる。そして、出力線４の上に半導体スイッチング素子８を実装する。例えば、ソルダダイボンダ法、リフロー法などにより、半導体スイッチング素子８を出力線４の上に実装することができる。
【００３０】
〔図３（ｂ）の工程〕
入力線３、出力線４および半導体スイッチング素子８を図示しない成形型内に設置し、成形型内にポリアミド（ＰＡ６６）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等からなる樹脂を注入することで、入力線３および出力線４をインサート成形した樹脂ケース９が形成される。
【００３１】
ここで、本実施形態では、樹脂ケース９の成形を半導体スイッチング素子８の実装後に行っているため、樹脂ケース９を高耐熱の材料で形成しなくても済む。すなわち、半導体スイッチング素子８を実装する時には、はんだ付けが必要になるが、はんだ付け温度がはんだ融点（約２５０℃）よりも高温である例えば２７０℃とされることから、樹脂ケース９の形成後に半導体スイッチング素子８を実装するのであれば、樹脂ケース９の材料として高耐熱のものが要求される。このため、本実施形態のように、樹脂ケース９の成形を半導体スイッチング素子８の実装後に行うことで、樹脂ケース９を高耐熱の材料で形成しなくても良くなる。これにより、高耐熱樹脂以外にも材料選択が可能となり、材料コストの削減を図ることが可能となる。
【００３２】
〔図３（ｃ）の工程〕
ワーク、つまり成形型から樹脂ケース９にて覆った状態の入力線３、出力線４および半導体スイッチング素子８を取り出し、入力線３の上に制御部品７を組付け、接着剤等によって固定する。例えば、接着剤としてはシリコーン接着剤やＡｇペーストなどを用いることができ、制御部品７を単に入力線３に物理的に固定する場合にはシリコーン接着剤を用い、制御部品７を入力線３の所定場所に電気的に接続する場合にはＡｇペーストを使用している。
【００３３】
〔図３（ｄ）の工程〕
ボンディングツールを用いて、ボンディングワイヤ１１により半導体スイッチング素子８と入力線３の所定場所とを電気的に接続する。また、ここでは図示していないが、制御部品７と入力線３の特定箇所とのボンディングも同時に行っている。これにより、半導体装置１内の制御回路２が構成される。
【００３４】
〔図３（ｅ）の工程〕
樹脂ケース９の凹部９ａ内を保護材となる封止材１０で充填し、封止材１０によって制御部品７や半導体スイッチング素子８およびボンディングワイヤ１１などを覆うことで封止する。これにより、図１に示す半導体装置１が完成する。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態のように構成された半導体装置１では、金属ターミナルによって構成された入力線３や出力線４に対して制御部品７や半導体スイッチング素子８等の半導体チップをベアチップ実装し、入力線３や出力線４を通じて外部との電気的な接続が図れる構造とされている。このため、従来のようにベアチップＪ２を実装したリードＪ１を熱可塑性樹脂Ｊ５に備えた金属ターミナルＪ４に溶接するような形態とは異なり、溶接が必要なくなる。したがって、溶接を行うためのスペースが必要なくなり、半導体装置１を溶接不要で小型化を図ることができるものとすることが可能となる。また、溶接が不要になることから、製造工程の簡略化およびそれに伴う製造コスト削減を図ることができる。
【００３６】
また、入力線３や出力線４に対して制御部品７や半導体スイッチング素子８等の半導体チップを直接ベアチップ実装していることから、これらの半導体チップで発した熱を入力線３や出力線４を介して放熱することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置１は、第１実施形態に対して樹脂ケース９の構造などを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３８】
図４は、本実施形態にかかる半導体装置１の断面図である。この図に示すように、入力線３や出力線４のうち制御部品７や半導体スイッチング素子８などの半導体チップが配置される箇所と対応する裏面側において、樹脂ケース９に凹部９ｂを設けてある。つまり、この位置において入力線３や出力線４と樹脂ケース９とが離間する構造としている。この凹部９ｂは、制御部品７や半導体スイッチング素子８などの半導体チップが配置される側に形成された凹部９ａと繋がっており、この繋がった部分において樹脂ケース９が開口した状態となり、その開口部において入力線３と出力線４の一端側が露出させられた状態となっている。そして、この凹部９ｂ内にも封止材１０が充填され、入力線３や出力線４が封止されている。また、樹脂ケース９のうち凹部９ｂを覆うように仕切壁部１２が設けられており、この仕切壁部１２により封止材１０を充填したときに封止材１０が堰き止められるようにされている。
【００３９】
図５は、本実施形態にかかる半導体装置１の製造工程を示した断面図である。まず、図５（ａ）の工程では、第１実施形態で説明した図３（ａ）と同様の工程を行うことで半導体スイッチング素子８を出力線４に実装する。
【００４０】
次に、図５（ｂ）の工程では、成形型２０内に入力線３、出力線４および半導体スイッチング素子８を配置する。このとき、上型２１として、半導体スイッチング素子８と対応した部分にチップポケットとなる凹部２１ａが形成されたものを用意している。成形時には、樹脂圧に基づく樹脂漏れが生じないように成形型２０に圧力が掛けられる。このため、成形時に凹部２１ａ内に半導体スイッチング素子８が配置されるようにし、成形型２０が半導体スイッチング素子８に干渉しないようにすることで、成形型２０からの圧力が半導体スイッチング素子８に伝わらないようにしてチップ割れを防止している。また、下型２２として、凹部９ｂと対応する部分が突出した形状のものを用意している。そして、このような成形型２０を用いて、例えば上型２１に設けられた樹脂注入口２１ｂを通じて樹脂を注入する。これにより、樹脂ケース９が形成される。
【００４１】
続いて、図５（ｃ）、（ｄ）の工程では、第１実施形態で説明した図３（ｃ）、（ｄ）と同様の工程を行うことで制御部品７を入力線３に固定したり、ボンディングワイヤ１１による電気的な接続を行ったりする。このとき、樹脂ケース９に凹部９ｂを設けているため、ボンディング時にボンディング箇所が高温になったとしても、その部位には樹脂ケース９が無いため、樹脂ケース９を高耐熱性の樹脂で構成しなくても済むようにできる。さらに、凹部９ｂの開口部分を塞ぐように樹脂ケース９に対して仕切壁部１２を例えば接着等によって固定する。そして、図５（ｅ）の工程において、第１実施形態で説明した図３（ｅ）と同様の工程を行うことで、凹部９ａ、９ｂ内を封止材１０によって充填し、封止材１０によって制御部品７や半導体スイッチング素子８およびボンディングワイヤ１１などを覆うことで封止する。これにより、図４に示す半導体装置１が完成する。
【００４２】
このように、半導体チップが配置される箇所と対応する部分において、樹脂ケース９に凹部９ｂを設けるようにすれば、ボンディング箇所が高温になったとしても、樹脂ケース９を構成する樹脂をボンディング時の発熱に耐えることができる材料にしなくても良くなる。このため、高耐熱樹脂以外にも材料選択が可能となり、材料コストの削減を図ることが可能となる。
【００４３】
（他の実施形態）
上記第２実施形態では、成形型２０の上型２１に対してチップポケットとなる凹部２１ａを設ける場合について説明したが、第１実施形態の半導体装置１を製造する際にも、チップポケットを設けるようにしておくことで、チップ割れを防止することができる。
【００４４】
また、上記各実施形態では、半導体装置１の形状や構成材料等の一例について説明したが、半導体装置１の形状や構成材料等については適宜設計変更可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１          半導体装置
２          制御回路
３          入力線
４          出力線
７          制御部品
８          半導体スイッチング素子（半導体チップ）
９          樹脂ケース
９ａ、９ｂ  凹部（第１、第２凹部）
１０        封止材
１１        ボンディングワイヤ
１２        仕切壁部
２０        成形型
２１        上型
２１ａ      凹部（チップポケット）
２２        下型
【図１】
2012033794.tif 000003
【図２】
2012033794.tif 000004
【図３】
2012033794.tif 000005
【図４】
2012033794.tif 000006
【図５】
2012033794.tif 000007
【図６】
2012033794.tif 000008