(57)【要約】【課題】半導体素子の破損や電極板の変形を回避できるように考慮されたモールド装置を提供する。【解決手段】半導体素子２と、その表裏両面側の電極板４，５と、枠状の絶縁体６とからなる中間組立体Ｗを、それらの電極板４，５を当接部とする上型８と下型９との型締め状態をもって形成されるモールド室Ｒ内に配置する。中間組立体Ｗをインサートとしてモールド室Ｒに樹脂材料を充填して、中間組立体Ｗをモールドして半導体装置１とする装置である。上側の電極板４の一部を直接挟持部４ａとして上下型８，９同士の型合わせ面１０で直接的に挟持するとともに、上下型８，９のうち直接挟持部４ａ以外で電極板４，５に当接する部分を揺動可能なフローティング型８ｂ，９ｂとしてある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の表裏両面に電極板を配置してある中間組立体を、それらの電極板を当接部とする一方の型と他方の型との型締め状態をもって形成されるモールド室内に配置し、
この中間組立体をインサートとしてモールド室に樹脂材料を充填して当該中間組立体をモールドすることにより半導体装置を製造するようにしたモールド装置であって、
上記一方の電極板の一部を双方の型同士の型合わせ面で直接的に挟持するとともに、
上記双方の型のうち、上記電極板の一部を直接的に挟持した直接挟持部以外で電極板に当接する部分を揺動可能なフローティング型構造としてあることを特徴とするモールド装置。
【請求項２】
上記双方の型のうち直接挟持部以外で電極に当接する部分を型本体から分割して揺動可能なフローティング型構造としてあることを特徴とする請求項１に記載のモールド装置。
【請求項３】
上記一方の電極板は双方の型よりも軟質の材料で形成されているとともに、その一部がモールド室の外部に突出していて、
この突出部が直接挟持部として双方の型で直接的に挟持されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載のモールド装置。
【請求項４】
上記フローティング型は、双方の型同士による型締め，型開き方向に変位可能で且つ傾動変位可能となっていることを特徴とする請求項３に記載のモールド装置。
【請求項５】
上記フローティング型はそれぞれの型本体に弾性体を介して支持されていることを特徴とする請求項４に記載のモールド装置。
【請求項６】
上記中間組立体における半導体の周囲に枠状の絶縁体を有していて、
この絶縁体に対して双方の型の一部が当接して、当該双方の型による型締め力が絶縁体に直接負荷されるようになっていることを特徴とする請求項５に記載のモールド装置。
【請求項７】
上記半導体とその表裏両面側に配置される電極板とが予め接合されていることを特徴とする請求項６に記載のモールド装置。
【請求項８】
半導体素子の表裏両面に電極板を配置してある中間組立体を、それらの電極板を当接部とする一方の型と他方の型との型締め状態をもって形成されるモールド室内に配置し、
この中間組立体をインサートとしてモールド室に樹脂材料を充填して当該中間組立体をモールドすることにより半導体装置を製造するようにしたモールド方法であって、
上記一方の電極板の一部を双方の型同士の型合わせ面で直接的に挟持するとともに、
上記双方の型のうち、上記電極板の一部を直接的に挟持した直接挟持部以外で電極板に当接する部分を揺動可能なフローティング型構造とした状態でモールドを行うことを特徴とするモールド方法。
【請求項９】
上記一方の電極板は双方の型よりも軟質の材料で形成されているとともに、その一部がモールド室の外部に突出していて、
この突出部を直接挟持部として双方の型で直接的に挟持することを特徴とする請求項８に記載のモールド方法。
【請求項１０】
上記フローティング型は、双方の型同士による型締め，型開き方向に変位可能で且つ傾動変位可能となっていることを特徴とする請求項９に記載のモールド方法。
【請求項１１】
上記フローティング型はそれぞれの型本体に弾性体を介して支持されていることを特徴とする請求項１０に記載のモールド方法。
【請求項１２】
上記中間組立体における半導体の周囲に枠状の絶縁体を有していて、
この絶縁体に対して双方の型の一部が当接して、当該双方の型による型締め力が絶縁体に直接負荷されていることを特徴とする請求項１１に記載のモールド方法。
【請求項１３】
上記半導体とその表裏両面側に配置される電極板とが予め接合されていることを特徴とする請求項１２に記載のモールド方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等を樹脂によってモールド成形するモールド装置とモールド方法に関し、さらに詳しくは、半導体素子の表裏両面に電極板を配置してある中間組立体をインサートとして樹脂材料を充填してモールド（封止）するモールド装置とモールド方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のモールド成形技術が特許文献１にて提案されている。この特許文献１に記載された技術では、半導体素子の両面に放熱板が取り付けられた半導体装置をモールドするにあたり、その半導体装置を一対の金型で加圧拘束することでその半導体装置の周囲にモールド室を隔離形成するようになっているとともに、一方の金型にはスライド部材と移動部材とを付帯させ、もって上記半導体装置に及ぼす押圧力を調整可能としてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２０１０２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、特許文献１に記載された技術では、半導体装置を一対の金型で加圧拘束しつつ、その半導体装置から突出する電極としてのリードフレームを一対の金型同士の型合わせ面にて直接的に挟持しているため、リードフレームを含む半導体装置の寸法ばらつきや放熱板の傾きによってはその半導体装置に過大押圧力が作用して、半導体素子の破損やリードフレームの変形を招くおそれがあり、なおも改善の余地を残している。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ半導体素子の破損や電極の変形を回避できるように考慮されたモールド装置およびモールド方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、先に述べたような従来とほぼ同様のモールド方法を踏襲しながら、双方の型のうち一方の電極板の一部を型合わせ面で直接的に挟持する直接挟持部以外で電極板に当接する部分を揺動可能なフローティング型構造としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、双方の型の一部をフローティング型構造とすることで、インサートとしてモールドされることになる中間組立体に寸法誤差や電極板の傾き等があってもそれらを吸収することができるから、過大入力による半導体素子の破損や電極板の変形を未然に防止することができるとともに、モールド室からの樹脂材料の漏洩も併せて防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るモールド装置での製造対象となる半導体装置の断面説明図。
【図２】本発明に係るモールド装置の第１の実施に形態を示す図で、（Ａ）は同図（Ｂ）のＢ１−Ｂ２線に沿う断面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ１−Ａ２線に沿う断面説明図。
【図３】図２の（Ａ）のＡ１−Ａ３線に沿う断面説明図。
【図４】図２，３に示したモールド装置での成形手順を示す工程説明図。
【図５】本発明に係るモールド装置の第２の形態を示す断面説明図。
【図６】本発明に係るモールド装置の第３の形態を示す断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１〜３は本発明に係るモールド装置のより具体的な第１の形態を示していて、特に図１は製造対象となる半導体装置１の断面図を示している。また、図２，３は製造対象となる半導体装置１を製造するためのモールド装置の構造を示している。
【００１０】
図１に示すように、半導体装置１は、例えば大電流用のいわゆるパワーＩＣ等の複数の半導体素子２と、その半導体素子２の表裏両面にはんだ層３ａ，３ｂを介して互いに平行となるように接合されて放熱板としても機能する比較的板厚の大きな大小または上下二つの電極板４，５と、それら双方の電極板４，５同士の間にまたがるように配置されたＰＰＳ等の樹脂製で且つ矩形枠状の絶縁体６と、それら双方の電極板４，５と絶縁体６との間に隔離形成された空間に充填・封入された樹脂モールド層７とから構成される。なお、電極板４，５は半導体素子２と図示しない例えば電源装置や外部の電源負荷等の外部装置と電気的に接続するための、いわゆるバスバーとして機能する。
【００１１】
これにより、半導体素子２が樹脂モールド層７の中に埋設されるかたちで封止されて保護されている。絶縁体６は上側の電極板４に対してはその下面に、下側の電極板５に対しては外周面にそれぞれ密着していて、なお且つ絶縁体６の下面と下側の電極板５の下面とは同一平面上に位置している。上記電極板４，５としては導電性に優れたものとして例えば銅製のものが使用される。
【００１２】
このような半導体装置１を製造する際には、半導体素子２の表裏両面にはんだ層３ａ，３ｂを介して双方の電極板４，５を予め接合した上でそれらの電極板４，５に対して絶縁体６を接合したものを中間組立体Ｗとする。例えば、上記のように矩形枠状の絶縁体６の下面と下側の電極板５の下面とが同一平面上に位置するように、下側の電極板５をインサートとしてその下側の電極板５と絶縁体６とを予め一体成形しておき、その下側の電極板５の上に半導体素子２とはんだ層３ａ，３ｂを積層した上で、さらにそれらの上から上側の電極板５を押し付けてはんだ付けを行い、上側の電極板４を絶縁体６に確実に密着させるようにして中間組立体Ｗとする。
【００１３】
この中間組立体Ｗを後述するように所定の型内にインサートとしてセットし、双方の電極板４，５と絶縁体６とで隔離形成された空間をモールド室として、このモールド室に樹脂材料を充填・封入して樹脂モールド層７を形成することで製造される。この場合において、双方の電極板４，５が放熱板としての機能を併せ持っているため、双方の電極板４，５の表面が樹脂層にて被覆されてしまうことは許されないものとされる。特に、電極板４，５の上に図示しないヒートシンクを載置して半導体装置１を使用する場合には、電極板４，５の表面が樹脂層にて被覆されてしまうと、電極板４，５からヒートシンクへの熱伝達効率を低下させる要因となるため、電極板４，５の表面が樹脂層にて被覆されてしまうことは好ましくない。
【００１４】
図２の（Ａ）はモールド装置の平面的な構造として同図（Ｂ）のＢ１−Ｂ２線に沿う断面図を、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ１−Ａ２線に沿う断面図をそれぞれ示している。さらに、図３のは図２ののＡ１−Ａ３線に沿う断面図を示している。
【００１５】
これらの図２，３に示すように、モールド装置は、先に述べたように半導体素子２とはんだ層３ａ，３ｂ、双方の電極板４，５および絶縁体６とからなる中間組立体Ｗをインサートとして樹脂モールドを施すことにより図１のような半導体装置１を製造するためのもので、上型８と下型９とからなる金型１０をもって構成されている。そして、上型８と下型９との間に中間組立体Ｗを配置して型合わせ面１１をもって型締めした時には、上型８が上側の電極板４に当接するとともに、下型９が下側の電極板５と絶縁体６とに当接し、同時に上側の電極板４が上型８と下型９とによりリジットに挟持されることになる。その上で、上下の電極板４，５と絶縁体６との間の空間が密閉されて、樹脂材料を充填するためのモールド室（キャビティ）Ｒとして隔離形成されることになる。
【００１６】
また、上型８と下型９とにまたがるかたちでポット部１２が形成されているとともに、型合わせ面１１にはそのポット部１２とモールド室Ｒを接続するゲート部１３が形成されている。上記モールド室Ｒへの樹脂材料の充填に先立って上型８および下型９は共に所定温度になるまで予備加熱されるようになっていて、ポット部１２にエポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂材料のペレットを投入した上でプランジャ１４を押し込むと、トランスファー成形の手法によりポット部１２にて軟化溶融した樹脂材料がゲート部１３を経由してモールド室Ｒに充填されて、半導体素子２を封止するための図１の樹脂モールド層７と化することになる。
【００１７】
ここで、図２，３から明らかなように、上側の電極板４はモールド室Ｒの外側に突出しているとともに、さらに上下型８，９の外側にまで突出していて、上側の電極板４のうちこの突出部を直接挟持部４ａとして型締め時に上型８と下型９とで堅固に加圧挟持される。他方、上型８のうち上側の電極板４に当接する部分が揺動可能なフローティング型８ｂとして型本体８ａから分割されているとともに、下型９のうち下側の電極板５および絶縁体６に当接する部分が揺動可能なフローティング型９ｂとして型本体９ａから分割されている。そして、上型８側のフローティング型８ｂは圧縮コイルばねその他の弾性体１５により下方に向けて付勢されているとともに、下型９側のフローティング型９ｂは同様に圧縮コイルばねその他の弾性体１６により上方に向けて付勢されている。これら双方のフローティング型８ｂ，９ｂは弾性体１５または１６を介して型本体８ａまたは９ａに弾性的に支持されていることにより、上下型８，９の型締め，型開き方向に所定ストロークのもとで変位可能で且つ傾動変位可能な構造となっている。
【００１８】
ここで、上側の電極板４のうちモールド室Ｒからの突出部を直接挟持部４ａとして型締め時に上型８と下型９とで堅固に加圧挟持することは先に述べたとおりである。この場合に、上下型８，９の型本体８ａ，９ａそのものは例えば銅製の上側の電極板４よりも硬質で且つ剛性の高い型鋼等で形成されているので、上型８側の型本体８ａと下型９側の型本体９ａとで上側の電極板４のうち突出部を直接挟持部４ａとして加圧挟持する際には、型本体８ａ，９ａ側を上側の電極板４側に対してシールビード等をもって積極的に噛み込ませるか、あるいは食い込ませるようにするものとする。こうすることにより、上側の電極板４に対する型本体８ａ，９ａの当接部において樹脂材料の漏洩を防止するためのいわゆるシール効果が発揮されるとともに、過大入力による金型破損を防止する上でも有利となる。
【００１９】
図４は図２，３に示したモールド装置での成形時のより詳細な段階的な手順を示している。ただし、図２，３でのポット部１２およびプランジャ１４等は図示省略してある。
【００２０】
同図（ａ）に示すように、最初に金型１０の上型８と下型９との型開き状態において、下型９側に先の中間組立体Ｗをセットする。より具体的には、下側の電極板５および絶縁体６を当接部として、中間組立体Ｗを下型９側のフローティング型９ｂの上に位置決め載置する。続いて、同図（ｂ）に示すように型締め動作に移行し、最終的には同図（ｃ）の型締め完了をもって上下型８，９にて中間組立体Ｗを加圧拘束する。図４の（ｃ）の状態は先の図２の（Ｂ）の状態にほかならず、中間組立体Ｗのうち上側の電極板４の突出部が直接挟持部４ａとして上下型８，９の型本体８ａ，９ａにてリジッドに加圧挟持されるものの、それ以外の部分は上下のフローティング型８ｂ，９ｂにて弾性的に加圧拘束されていることになる。
【００２１】
こうして型締めが完了したならば、図４の（ｄ）の樹脂材料の充填または注入に移行し、図２，３にも示したように、上下の電極板４，５と絶縁体６との間に隔離形成されているモールド室Ｒに樹脂材料をフルの充填または注入し、固化後の樹脂モールド層７をもって半導体素子２を封止する。この後、図４の（ｅ）の型開き動作に移行し、最終的には同図（ｆ）に示すように製品である半導体装置１を離型しながら金型１０から取り出して一連の樹脂モールド作業を完了する。
【００２２】
したがって、図２の（Ａ）および図３に示すように、上下型８，９同士の型締め状態において、上側の電極板４のうち突出部を直接挟持部４ａとしてリジットに加圧挟持されてはいても、中間組立体Ｗのそれ以外の部位では、上側の電極板４に対して上型８側のフローティング型８ｂが弾性的に当接し、且つ下側の電極板５および絶縁体６に対して下型９側のフローティング型９ｂが弾性的に当接して、双方のフローティング型８ｂ，９ｂにより中間組立体Ｗを弾性的に加圧拘束しているかたちとなっている。
【００２３】
そのため、中間組立体Ｗが例えば厚み誤差を有している場合や上下の電極板４，５が傾きを有している場合であっても、上下のフローティング型８ｂ，９ｂがそれらの厚み誤差や電極板４，５の傾き等を吸収するべくそれらに追従して揺動変位することになるので、上下の電極板４，５に無理が力が加わって変形させてしまうこともなければ、過大入力によって半導体素子２を破損してしまうこともない。しかも、モールド室Ｒの密閉性も同時に確保されることになるので、樹脂材料の漏れ出しにより電極板４，５の表面までも樹脂で被覆してしまうような事態の発生も未然に防止することができる。
【００２４】
しかも、図２，３から明らかなように、絶縁体６は、上型８側では型本体８ａと上側の電極板４とに直接当接しているとともに、下型９側ではフローティング型９ｂに直接当接していて、言い換えるならば、絶縁体６には上下型８，９による型締め力が直接的に負荷されていることになる。そのため、絶縁体６はあたかも上側の電極板４と下側の電極板５との相互離間距離を規制するスペーサとして機能し、結果として型締め，型開き方向からの過大入力により半導体素子２を保護することができ、その半導体素子２の破損や傾きの発生を未然に防止することが可能となる。なお、下型９側のフローティング型９ｂが絶縁体６に及ぼす荷重は、その絶縁体６の耐荷重以下に設定されていることは言うまでもなく、同様にフローティング型８ｂを含む上型８が最終的に半導体素子２に及ぼす荷重は、その半導体素子２の耐荷重以下に設定されていることは言うまでもない。
【００２５】
ここで、図２，３に示した半導体装置１における枠状の絶縁体６は必ずしも必須ではなく、半導体装置１の仕様または要求される機能によっては省略することも可能である。例えば、図２，３の樹脂モールド層７が相応の絶縁性を有しているような場合には、図２，３の絶縁体６の領域まで樹脂モールド層７を拡大化することにより絶縁体６を省略または廃止することが可能である。
【００２６】
図５，６は本発明に係るモールド装置を実施するためのより具体的な第２，第３の形態を示していて、先の第１の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２７】
図５では、図２，３における圧縮コイルばね等の弾性体１５，１６に代えて、上下型８，９におけるそれぞれのフローティング型８ｂ，９ｂの背面側の空間８ｃ，９ｃに油等の液体を封入して、いわゆる流体ばねとしたものである。
【００２８】
また、図６では、図２，３における圧縮コイルばね等の弾性体１５，１６に代えて、油等の液体または所定のガスを封入したクッションシリンダ２５，２６を用い、上記と同様にいわゆる流体ばねを採用したものである。
【００２９】
これらの第２，第３の形態においても先の第１の実施の形態のものと同様の効果が得られることになる。
【符号の説明】
【００３０】
１…半導体装置
２…半導体素子
３ａ…はんだ層
３ｂ…はんだ層
４…上側の電極板
４ａ…直接挟持部
５…下側の電極板
６…絶縁体
７…樹脂モールド層
８…上型
８ａ…型本体
８ｂ…フローティング型
９…下型
９ａ…型本体
９ｂ…フローティング型
１０…金型
１１…型合わせ面
１５…弾性体
１６…弾性体
Ｒ…モールド室
Ｗ…中間組立体
【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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