(57)【要約】      （修正有）【課題】押さえピンを不要とした金型を用いて、さらに放熱性を向上させることができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】リード端子２を有する金属板３の一方の面にパワー素子４を載置し、金属板のもう一方の面と金属層の上面との間に固着し、加熱により熱膨張する特性を有する絶縁樹脂層５とを備えた組立中間体を準備する工程と、組立中間体の金属層の下面と、樹脂封止金型における下金型凹部２４の底面と対向して組立中間体を配置する工程と、下金型２２と上金型２１の凹部とでモールド樹脂充填空間２８を形成する工程と、絶縁樹脂層に熱を加えて、絶縁樹脂層の厚みを増加させ、金属層を下金型の凹部の底面に向かって押圧する工程と、モールド樹脂をモールド樹脂充填空間に充填する工程とを有する半導体装置１１の製造方法。【選択図】図１
2012119488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リード端子を有する金属板の一方の面にパワー素子を載置し、前記金属板のもう一方の面と金属層の上面との間に固着し、且つ加熱により熱膨張する特性を有する絶縁樹脂層とを備えた組立中間体を準備する工程と、前記組立中間体の前記金属層の下面と、下金型と上金型を有する樹脂封止金型における下金型凹部の底面と対向して配置し、且つ前記下金型の下金型リード挟持部の上面に前記リード端子を配するように前記下金型凹部に前記組立中間体を配置する工程と、前記下金型リード挟持部と前記上金型リード挟持部とで前記リード端子を挟み、且つ前記下金型凹部と前記上金型凹部とでモールド樹脂充填空間を形成する工程と、前記絶縁樹脂層に熱を加えて、前記絶縁樹脂層の厚みを増加させ、前記金属層を前記下金型凹部の底面に向かって押圧する工程と、加熱されたモールド樹脂を前記下金型と前記上金型で形成される前記モールド樹脂充填空間に充填する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記組立中間体の前記リード端子と前記金属板は異形条リードフレームであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁樹脂層は絶縁樹脂と接着層の積層構造であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項４に記載のいずれかの製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造法及び半導体装置に関し、特にパワー素子を搭載した高放熱構造を有する半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電用製品や産業用製品を問わず、空調機のコンプレッサ、洗濯機のドラム、ポンプ等に組み込まれるモータの駆動制御には高圧三相モータ駆動用半導体装置が使用されている。また、ハイブリット自動車、電気自動車等のモータ駆動制御にも使用されている。この種の半導体装置はハイサイド（Ｈ−ｓｉｄｅ）駆動回路及びローサイド（Ｌ−ｓｉｄｅ）駆動回路を１組の回路として三相分つまり３個の回路を集積化した構造を備えている。ハイサイド駆動回路は、電源電圧とモータ側出力との間に挿入されたハイサイド側スイッチング素子とその駆動用集積回路とを備えている。ローサイド駆動回路は、モータ側出力と基準電源との間に挿入されたローサイド側スイッチング素子とその駆動用集積回路を備えている。一般的に双方の駆動用集積回路は１つの半導体チップとして集積化さてたいる。結果的に、半導体装置においては、合計６個のスイッチング素子と合計３個の駆動用集積回路とを備えている。ハイサイド側のスイッチング素子、ローサイド側のスイッチング素子のそれぞれには同一極性のトランジスタが使用され、双方のトランジスタは電気的に直列に接続してハーフブリッジ回路を構成している。また、樹脂封止体には金属製に放熱板が取り付けられている。このような半導体装置をパワーインテリジェントモジュール（ＩＰＭ）とも呼ばれている。
【０００３】
近年、この半導体装置は高電圧化が求められ、高放熱性の要求が課題になってきている。下記特許文献１のように、高放熱構造を有する半導体装置として、フレームのダイパッド上に半田等の接着剤を介して設けられたパワー素子と、フレームに一端が設けられたリード端子と、フレームの下面に樹脂シートを介して設けられた金属箔と、リード端子の少なくとも他端と金属層の下面の少なくとも一部を除き被覆させるモールド樹脂と、を有する構造がある。
【０００４】
この対策のひとつとして、樹脂封止用金型に押さえピンを備えて、ダイパッドを金型内面に固定させ樹脂成形する半導体装置が従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照、図４）。これにより、ダイパッドと金属箔に接合された樹脂シートを良好に固着させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２３４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パワーモジュールは、さらに、高温環境下において使用されることが要求されている。この時に半導体装置内で発生する熱を効率よく放出するため、内部構造物と放熱板の密着度を強固にし、放熱板表面を露出させる必要がある。
【０００７】
しかしながら、従来技術は、押さえ付けピンが必要なため、樹脂封止金型が複雑になるという課題がある。また、さらに放熱性を向上させたいという課題がある。
【０００８】
従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、押さえピンを不要とした金型を用いて、さらに放熱性を向上させることができる半導体装置の製造方法及び半導体装置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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置の製造方法は、リード端子を有する金属板の一方の面にパワー素子を載置し、金属板のもう一方の面と金属層の上面との間に固着し、且つ加熱により熱膨張する特性を有する絶縁樹脂層とを備えた組立中間体を準備する工程と、組立中間体の金属層の下面と、下金型と上金型を有する樹脂封止金型における下金型凹部の底面と対向して配置し、且つ下金型の下金型リード挟持部の上面にリード端子を配するように下金型凹部に組立中間体を配置する工程と、下金型リード挟持部と上金型リード挟持部とでリード端子を挟み、且つ下金型凹部と上金型凹部とでモールド樹脂充填空間を形成する工程と、絶縁樹脂層に熱を加えて、絶縁樹脂層の厚みを増加させ、金属層を下金型凹部の底面に向かって押圧する工程と、加熱されたモールド樹脂を下金型と上金型で形成されるモールド樹脂充填空間に充填する工程と、を有することを特徴とする。
また、組立中間体のリード端子と金属板は異形条リードフレームであることを特徴とする。
また、絶縁樹脂層は絶縁樹脂と接着層の積層構造であることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、上述のいずれかの製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、絶縁樹脂層の厚みを増加させるので、金属層を押さえながら樹脂成形させることができ、押さえピンが不要な金型で製造できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる効果を奏する。また、金属板を使用し、さらに金属層を封止金型に押さえ付け、放熱性を増し、金属層の樹脂バリ発生を抑制できるので、放熱性を向上することのできる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造工程断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【実施例１】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例１の係る半導体装置１１の製造方法を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置１の製造工程を示す製造工程断面図である。（Ａ）は中間組立体の準備工程であり、（Ｂ）は中間組立体を配置工程、（Ｃ）はモールド樹脂充填空間を形成する工程及び金属層を下金型凹部の底面に向かって押圧する工程、（Ｄ）はモールド樹脂充填空間に充填する工程である。
【００１４】
まず、図１（Ａ）に示すように、中間組立体準備工程は、実施例１に係る半導体装置１１のモールド樹脂封止前形態の中間組立体１である。
【００１５】
中間組立体１は、リード端子２、金属板３、パワー素子４、絶縁樹脂層５、金属層６で構成されている。
【００１６】
リード端子２は、半導体装置の電気的な入出力部として使われる。例えば、プレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工が適用され、材質は銅又は層合金が多く使用される。また、金属板３の回路面に半田等により接合されている。
【００１７】
金属板３は、アルミ基板であり、一方の面にアルミ板に絶縁処理を施し、絶縁面に回路パターンを形成している。その回路パターンにリード端子２、パワー素子４が載置されている。または金属板３に銅基板を用いてもよい。
【００１８】
パワー素子４は、スイッチング素子のトランジスタ等であり、金属板３の回路面に半田等により接合されている。例えば、ダイボンダ装置により、接合製造される。また、パワー素子４とリード端子２は、ワイヤボンダ装置により、配線され、電気的に結合されている。
【００１９】
絶縁樹脂層５は、金属板３の回路パターン面と対向する面と金属層６との間に固着されている。また、絶縁樹脂層５に熱を加えて、絶縁樹脂層５の厚みを増加させる特性を有したものを使用する。例えば、絶縁樹脂層５の材質は加熱による高膨張性絶縁接着剤又は高膨張性樹脂テープである。
【００２０】
金属層６は、板形状をした放熱板である。金属層６の一方の面は絶縁樹脂層５を介し、金属板３に固着されている。また、もう一方の面はモールド樹脂による樹脂封止後、露出面となる。例えば、材質は銅又は銅合金を使用することができる。
【００２１】
次に、図１（Ｂ）に示すように、中間組立体配置工程は、実施例１に係る中間組立体１を樹脂成形金型２７に配置した状態である。
【００２２】
樹脂封止金型２７は、金属部材であり、上金型２１、下金型２２、上金型凹部２３、下金型凹部２４、上金型リード挟持部２５、下金型リード挟持部２６で構成されている。
【００２３】
上金型２１は、樹脂封止金型２７の対になる部分の上部分であり、上金型凹部２３が加工され、上金型リード挟持部２５が備えられている。
【００２４】
下金型２２は、樹脂封止金型２７の対になる部分の下部分であり、下金型凹部２４が加工され、下金型リード挟持部２６が備えられている。
【００２５】
上金型凹部２３は、上金型２１に掘り込まれた加工空間であり、上金型キャビティとも呼ばれる。この空間にはモールド樹脂が充填され、半導体装置の外形形状を成形する。
【００２６】
下金型凹部２４は、下金型２２に掘り込まれた加工空間であり、下金型キャビティとも呼ばれる。この下金型凹部２４に中間組立体１を配置する。この時、下金型凹部２４の底面に、中間組立体１の金属層６のもう一方の面を接触させる。上金型凹部２３と同様に、この空間にはモールド樹脂が充填され、半導体装置の外形形状を成形する。
【００２７】
上金型リード挟持部２５は、上金型２１の下側面であり、平坦形状な面に加工されている。この面でリード端子２の上面を押さえる。
【００２８】
下金型リード挟持部２６は、下金型２２の上側面であり、ダムブロックと呼ばれる加工が施され（図示省略）、中間組立体１のリード端子２を配置できるようになっている。
【００２９】
次に、図１（Ｃ）に示すように、モールド樹脂充填空間２８を形成する工程及び金属層を下金型の凹部の底面に向かって押圧する工程は、実施例１に係る樹脂封止金型２７に樹脂を充填する前の状態である。
【００３０】
ここでは、上金型２１が降下し、リード端子２を上金型リード挟持部２５と下金型リード挟持部２６とで挟み込んだ状態である。上金型凹部２３と下金型凹部２４とで、モールド樹脂を充填するモールド樹脂充填空間２８を形成する。また、上金型２１、下金型２２は、カートリッジヒータにより加熱されており、リード端子２、金属板４を通して、また、下金型凹部２４の凹部下面に金属箔６が接触している。これらから、絶縁樹脂層５へも熱が伝達される。例えば、金型の温度は１９０℃に設定される。
【００３１】
このことにより、絶縁樹脂層５が加熱され、熱膨張により厚みが増加され、金属板３を上面方向へ押しつけ、さらに、金属層６を下面方向の下金型凹部２４の底面に押しつけている。
【００３２】
次に、図１（Ｄ）に示すように、モールド樹脂充填空間に充填する工程中間組立体配置工程は、実施例１に係る樹脂封止金型２７にモールド樹脂２９を充填した状態である。
【００３３】
モールド樹脂２９は、半導体装置を形成する樹脂封止体になるものである。上金型凹部２３と下金型凹部２４とで、形成された空間に溶融されたモールド樹脂２９を充填する。例えば、トランスファーモールド装置により、エポキシ樹脂を充填し成形される。
【００３４】
その後、樹脂封止金型２７から、中間組立体１とモールド樹脂２９が結合されたものを取り出す。これにより本発明の実施例１の係る中間組立体１をモールド樹脂２９で樹脂封止した、図２に示す半導体装置１１が完成する。
【００３５】
次に、上述した実施例１に係る半導体装置１１の製造方法及び半導体装置１１の効果を説明する。
【００３６】
上記のように実施例１に係る半導体装置１１の製造方法は、樹脂成形時に、リード端子２が一対の上金型２１と下金型２２で挟持されており、且つ、樹脂成形時の加熱によって、熱膨張で絶縁樹脂層５の厚みが増加する。さらに、金属層６が下金型凹部２４の底面に向かって押圧される。これにより、樹脂成形金型２７において、部材を押しつけるピン構造が不要になり、簡単な構造の金型で半導体装置を製造することが可能である。
【００３７】
また、金属板３を用いるので、放熱性を向上させ、放熱性を向上させることが可能である。さらに、中間組立体１を下金型２２の下金型凹部２４に配置した段階において金属層６と下金型凹部２４の底面との間に隙間があったとしても、金属層６の下面が下金型凹部２４の底面に強く密着させることができ、樹脂成形後、金属層６の露出させる部分に樹脂バリが生じることを抑制し、放熱性を向上させることが可能である。
【実施例２】
【００３８】
また、実施例２としては、金属板３とリード端子２に代えて、図３に示すように、異形条リードフレーム７を用いることができる。その他の製造方法は実施例１と同様であるので、省略する。
【００３９】
実施例２においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、金属板とリード端子を一体で形成できるので、金属板とリード端子との接合作業を省略することができる。
【００４０】
以上の実施例１、実施例２より、本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁樹脂層の厚みを増加させるので、金属層を押さえながら樹脂成形させることができ、押さえピンが不要な金型で製造できることが可能である。また、金属板を使用し、さらに金属層を封止金型に押さえ付け、放熱性を増し、金属層の樹脂バリ発生を抑制できるので、放熱性を向上することのできることが可能である。
【００４１】
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【００４２】
例えば、実施例３として、図４に示すように、絶縁樹脂９と絶縁樹脂９の一方の面及びもう一方の面に接着層８を付けた積層構造としてもよい。例えば、絶縁樹脂９と接着層８の材質は加熱による高膨張材料である。
【００４３】
また、絶縁樹脂層５、金属層６の大きさは、金属板３と同じ大きさとしてもよい。
【００４４】
また、金属層６の素材はアルミ又はアルミ合金としてもよい。
【００４５】
また、実施例２と実施例３の組み合わせも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１、中間組立体
２、リード端子
３、金属板
４、パワー素子
５、絶縁樹脂層
６、金属層
７、異形条リードフレーム
８、接着層
９、絶縁樹脂
１１、１２、１３、半導体装置
２１、上金型
２２、下金型
２３、上金型凹部
２４、下金型凹部
２５、上金型リード挟持部
２６、下金型リード挟持部
２７、樹脂封止金型
２８、モールド樹脂充填空間
２９、モールド樹脂
【図１】
2012119488.tif 000003
【図２】
2012119488.tif 000004
【図３】
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【図４】
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