(57)【要約】【課題】  射出成形によるボンディングワイヤと他の部材との間の短絡を抑制する。【解決手段】  半導体素子の製造方法は、ボンディングワイヤが接続されているとともにリードフレーム上に配置された半導体素子を金型内に配置する配置工程と、金型内に開口する注入口から半導体素子が配置された金型内へ加熱された樹脂を注入する注入工程とを備える。注入工程では、リードフレームと金型の少なくとも一方に設けられた壁部が、注入口とボンディングワイヤとの間に介在する。【選択図】図９
2017126667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングワイヤが接続された半導体素子を樹脂によって封止した半導体装置の製造方法であって、
ボンディングワイヤが接続されているとともにリードフレーム上に配置された半導体素子を金型内に配置する配置工程と、
前記金型内に開口する注入口から、前記半導体素子が配置された金型内へ加熱された樹脂を注入する注入工程と、を備え、
前記注入工程では、前記リードフレームと前記金型の少なくとも一方に設けられた壁部が、前記注入口と前記ボンディングワイヤとの間に介在する、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボンディングワイヤが接続された半導体素子を樹脂によって封止した半導体装置が知られている。この種の半導体装置の製造方法では、通常、半導体素子を樹脂によって封止するために、金型を用いた射出成形が実施される。この射出成形では、ボンディングワイヤが接続された半導体素子を金型内に配置する配置工程と、金型内に開口する注入口から半導体素子が配置された金型内へ加熱された樹脂を注入する注入工程とが実施される。
【０００３】
上記した注入工程では、金型内を流動する樹脂によって、ボンディングワイヤが倒れ込むことがある。ボンディングワイヤが倒れ込むと、ボンディングワイヤが他の部材（例えば半導体素子や他のボンディングワイヤ）と接触することがあり、この場合、それらの間で短絡が生じてしまう。このような問題に対して、特許文献１には、半導体素子を金型内へ配置する前に、半導体素子に接続されたボンディングワイヤを、樹脂によって予めコーティングしておくことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６４１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された技術では、ボンディングワイヤを樹脂によって予めコーティングする必要があるため、製造工程の煩雑化や高コスト化といった問題が生じる。本明細書は、このようなコーティングを必要とすることなく、射出成形によるボンディングワイヤの短絡を抑制し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、ボンディングワイヤが接続された半導体素子を樹脂によって封止した半導体装置の製造方法を開示する。この製造方法は、ボンディングワイヤが接続されているとともにリードフレーム上に配置された半導体素子を金型内に配置する配置工程と、金型内に開口する注入口から、半導体素子が配置された金型内へ加熱された樹脂を注入する注入工程とを備える。そして、注入工程では、リードフレームと金型の少なくとも一方に設けられた壁部が、注入口とボンディングワイヤとの間に介在する。
【０００７】
上記した製造方法では、注入工程において金型内を樹脂が流動するときに、注入口とボンディングワイヤとの間に壁部が存在することから、ボンディングワイヤの近傍における樹脂の流速が低下する。これにより、樹脂の流動によるボンディングワイヤの移動や倒れ込みが抑制され、ボンディングワイヤと他の部材（例えば半導体素子や他のボンディングワイヤ）との間で短絡が生じることが抑制される。なお、上記した製造方法によると、樹脂の注入口をボンディングワイヤの近くに設けることができ、それにより、ボンディングワイヤの近傍において空洞が生じることを抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体装置１０を模式的に示す正面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】半導体装置１０の構成を模式的に示す分解斜視図。
【図５】半導体装置１０の半製品１０ａを模式的に示す図。
【図６】金型６０内に配置された半製品１０ａを模式的に示す図。
【図７】金型６０の注入口６６、壁部５２及びボンディングワイヤ５０の位置関係を模式的に示す図。
【図８】金型６０の注入口６６、壁部５２及びボンディングワイヤ５０の位置関係を別の視点で模式的に示す図。
【図９】注入工程において金型６０内で流動する樹脂を模式的に示す図。
【図１０】リードフレームの壁部５２に代えて、金型６０に壁部６８を設けた変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して、実施例の半導体装置１０及びその製造方法について説明する。最初に、図１から図４を参照して、半導体装置１０の構成について説明する。本実施例の半導体装置１０は、電力の変換や制御を行うための電力変換装置に用いられ、特に、インバータ回路又は昇降圧コンバータにおいて一つの上下アームを構成する。図２、図３に示すように、半導体装置１０は、第１半導体素子１２と、第２半導体素子１４と、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４とを封止する封止体１６を備える。
【００１０】
第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は、パワー半導体素子に属するものであり、例えば１００アンペア以上の電流を許容する。第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は、電気的に直列に接続されている。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４の構成は特に限定されない。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）といったトランジスタ素子を含むことができる。
【００１１】
封止体１６は、樹脂で構成されている。なお、封止体１６を構成する樹脂は特に限定されず、パワー半導体素子向けの封止材である各種の樹脂を採用することできる。図１から図３に示すように、封止体１６は、概して板状の形状を有している。後述するように、封止体１６は、金型６０（例えば図９参照）を用いた射出成形によって成形される。
【００１２】
図１から図４に示すように、半導体装置１０は、第１放熱板２２と、第２放熱板２４と、第３放熱板２６と、第４放熱板２８とを備える。第１放熱板２２と第３放熱板２６は、封止体１６の一方の表面１６ａに露出している。第２放熱板２４と第４放熱板２８は、封止体１６の他方の表面１６ｂに露出している。それぞれの放熱板２２、２４、２６、２８（以下、放熱板２２〜２８と称することがある）は、封止体１６を構成する材料よりも熱伝達率の高い材料で構成されており、封止体１６内で発生した熱（特に半導体素子１２、１４の発熱）を、封止体１６の外部へ放出する。一例ではあるが、本実施例における放熱板２２〜２８は、金属材料（詳しくは銅）で構成されている。但し、放熱板２２〜２８を構成する材料は特に限定されない。また、封止体１６の各表面１６ａ、１６ｂに露出する放熱板２２〜２８の位置、大きさ、数も特に限定されない。
【００１３】
図２から図４を参照して、封止体１６の内部の構成について説明する。なお、下記する説明は一例であり、半導体装置１０の構成を特に限定するものではない。図２に示すように、第１放熱板２２と第２放熱板２４は互いに対向しており、それらの間に第１半導体素子１２が配置されている。第１放熱板２２は、はんだ層３１を介して第１半導体素子１２の下面電極１２ａに接合されている。第２放熱板２４は、第１スペーサブロック１８及びはんだ層３２、３３を介して、第１半導体素子１２の上面電極１２ｂに接合されている。第１スペーサブロック１８は、金属材料（詳しくは銅）で構成されており、封止体１６を構成する材料よりも高い熱伝達率を有する。このような構成により、第１半導体素子１２で発生した熱は、第１放熱板２２及び第２放熱板２４へ伝達され、封止体１６の外部へ放出される。
【００１４】
同様に、第３放熱板２６と第４放熱板２８は互いに対向しており、それらの間に第２半導体素子１４が配置されている。第３放熱板２６は、はんだ層３４を介して第２半導体素子１４の下面電極１４ａに接合されている。一方、第４放熱板２８は、第２スペーサブロック２０及びはんだ層３５、３６を介して、第２半導体素子１４の上面電極１４ｂに接合されている。第２スペーサブロック２０は、金属材料（詳しくは銅）で構成されており、封止体１６を構成する材料よりも高い熱伝達率を有する。このような構成により、第２半導体素子１４で発生した熱は、第３放熱板２６及び第４放熱板２８へ伝達され、封止体１６の外部へ放出される。
【００１５】
四つの放熱板２２〜２８及び二つのスペーサブロック１８、２０は、放熱用の部材として機能するだけでなく、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４へ電気的に接続された導電経路を構成する。図４に示すように、第２放熱板２４と第３放熱板２６には継手２５、２７がそれぞれ設けられており、それらの継手２５、２７が、はんだ付けによって互いに接合されている。これにより、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は電気的に直列に接続される。
【００１６】
図１、図３、図４に示すように、半導体装置１０はさらに、複数の第１信号端子４２と、複数の第２信号端子４４を備える。第１信号端子４２及び第２信号端子４４は、封止体１６から突出している。図３に示すように、複数の第１信号端子４２は、第１半導体素子１２に設けられた複数の信号パッド１２ｃへ、ボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続されている。一例であるが、複数の第１信号端子４２には、ゲート信号用の信号端子、温度センス用の信号端子及び電流センス用の信号端子が含まれる。図示省略するが、複数の第２信号端子４４についても、第２半導体素子１４に設けられた複数の信号パッドへ電気的に接続されている。複数の第２信号端子４４にも、ゲート信号用の信号端子、温度センス用の信号端子及び電流センス用の信号端子が含まれる。
【００１７】
半導体装置１０はさらに、正極端子４６と負極端子４７と出力端子４８とを備える。正極端子４６、負極端子４７及び出力端子４８は、第１信号端子４２及び第２信号端子４４とは反対側の位置で、封止体１６から突出している。正極端子４６は、第１放熱板２２と一体に形成されており、第１半導体素子１２の下面電極１２ａと電気的に接続されている。負極端子４７は、第４放熱板２８の継手２９にはんだ付けされており（図４参照）、第２半導体素子１４の上面電極１４ｂと電気的に接続されている。そして、出力端子４８は、第３放熱板２６と一体に形成されており、第１半導体素子１２の上面電極１２ｂ及び第２半導体素子１４の下面電極１４ａの両者と電気的に接続されている。
【００１８】
図４に示すように、第１放熱板２２には、壁部５２が設けられている。壁部５２は、第１放熱板２２に対して垂直に立設されており、第１半導体素子１２に接続されたボンディングワイヤ５０の近傍に位置している。一例ではあるが、本実施例における壁部５２は、第１放熱板２２と一体に形成されており、具体的には、第１放熱板２２を含むリードフレームの一部を曲げ加工することによって形成されている。このような構成であると、壁部５２を別部材で構成する場合と比較して、例えば製造コストの増加を避けることができる。
【００１９】
次に、図５から図９を参照して、半導体装置１０の製造方法について説明する。先ず、図５に示すように、半導体装置１０を構成する部品群を組み立てて、半導体装置１０の半製品１０ａを製造する。具体的には、第１半導体素子１２を第１放熱板２２上にはんだ付けによって接合する。図示省略するが、第２半導体素子１４についても、第３放熱板２６上にはんだ付けによって接合する。なお、この段階では、第１放熱板２２と第３放熱板２６が、一体のリードフレームとして用意される。このリードフレームには、図５に示される正極端子４６に加えて、複数の第１信号端子４２、複数の第２信号端子４４及び出力端子４８についても一体に形成されている。さらに、このリードフレームには、図４に示した壁部５２も一体に形成されている。
【００２０】
次いで、第１半導体素子１２の信号パッド１２ｃに、ボンディングワイヤ５０を用いて第１信号端子４２を接続する。その後、第１半導体素子１２上に、第１スペーサブロック１８を介して第２放熱板２４をはんだ付けする。図示省略するが、同様に、第２半導体素子１４の信号パッドにも、ボンディングワイヤ５０を用いて第２信号端子４４を接続する。そして、第２半導体素子１４上に、第２スペーサブロック２０を介して第４放熱板２８をはんだ付けする。その他、必要な工程を経て、図５に示す半製品１０ａが製造される。
【００２１】
半製品１０ａの製造後、射出成形によって封止体１６を成形する。先ず、図６に示すように、金型６０内のキャビティ６２に半製品１０ａを配置する。金型６０のキャビティ６２は、封止体１６の形状に応じた空間を画定している。図７、図８に示すように、金型６０には、過熱された樹脂をキャビティ６２内へ導入するための樹脂ゲート６４が設けられている。樹脂ゲート６４は、金型６０の外部からキャビティ６２まで伸びており、キャビティ６２に開口する注入口６６を有する。これにより、樹脂ゲート６４から導入される樹脂は、注入口６６からキャビティ６２内へ流入する。
【００２２】
前述したように、第１放熱板２２等を含むリードフレームには、壁部５２が一体に設けられている。図７、図８に示すように、壁部５２は、半製品１０ａを金型６０内に配置したときに、金型６０の注入口６６とボンディングワイヤ５０との間に介在する。ここでいう「介在する」とは、注入口６６から壁部５２を通過してボンディングワイヤ５０に至る直線が存在することを意味する。壁部５２の大きさ及び形状は特に限定されないが、図８中の破線Ｈで示されるように、壁部５２の最上部５２ａは、ボンディングワイヤ５０の最上部よりも高くなることが好ましい。ここで、壁部５２は、複数のボンディングワイヤ５０のなかで、少なくとも注入口６６に対して最寄りに位置するボンディングワイヤ５０と注入口６６との間に介在するとよい。なお、本実施例における壁部５２は、全てのボンディングワイヤ５０に関して、各々のボンディングワイヤ５０と注入口６６との間に介在するように設計されている。
【００２３】
金型６０における注入口６６の位置、大きさ及び形状といった構成は特に限定されず、注入口６６の構成に応じて、壁部５２の位置、大きさ及び形状等を適宜設計することができる。但し、封止体１６を射出成形したときに、ボンディングワイヤ５０の位置で空洞（気泡）が生じると、ボンディングワイヤ５０の絶縁性が低下するという問題がある。そのことから、半製品１０ａがキャビティ６２内に配置されたときに、樹脂ゲート６４の注入口６６が、ボンディングワイヤ５０の近傍に位置することが好ましい。これにより、ボンディングワイヤ５０の近傍において流動する樹脂の合流を避けることができ、ボンディングワイヤ５０の近傍に空洞が生じることを抑制することができる。
【００２４】
次に、金型６０内に樹脂を注入する注入工程が実施される。図９に示すように、この注入工程では、キャビティ６２に開口する注入口６６から、半製品１０ａが配置された金型６０内（即ち、キャビティ６２）へ、加熱された樹脂１７が注入される。図９中の矢印群Ａは、樹脂１７の流れを模式的に示す。注入口６６からキャビティ６２へ流入した樹脂１７は、キャビティ６２内を広がるように流動する。このとき、ボンディングワイヤ５０は柔軟性を有するので、従来の製造方法では、キャビティ６２内を流動する樹脂によって、ボンディングワイヤ５０が倒れ込むことがあった。この場合、ボンディングワイヤ５０が他の部材（例えば第１半導体素子１２や他のボンディングワイヤ５０）と接触して、それらの間で短絡が生じることがある。
【００２５】
上記の問題に対して、本実施例の製造方法では、注入口６６とボンディングワイヤ５０との間に壁部５２が存在する。これにより、注入口６６からボンディングワイヤ５０へ向かう樹脂１７は、ボンディングワイヤ５０の手前で壁部５２に衝突し、その結果、ボンディングワイヤ５０の近傍において樹脂１７の流速は低下する。樹脂１７の流速が低下することで、樹脂１７の流動によるボンディングワイヤ５０の移動や倒れ込みが抑制され、ボンディングワイヤ５０と他の部材との間で短絡が生じることが抑制される。
【００２６】
上述した注入工程により、封止体１６が成形される。封止体１６が成形された半製品１０ａを金型６０から取り出し、その他の必要な工程を実施することによって、半導体装置１０が完成する。
【００２７】
本実施例の製造方法によると、第１放熱板２２に設けられた壁部５２によって、射出成形（特に、注入工程）におけるボンディングワイヤ５０の移動や倒れ込みを抑制することができる。また、壁部５２が存在することにより、注入口６６をボンディングワイヤ５０の近くに設けることができる。それにより、ボンディングワイヤ５０の近傍に空洞が生じることを抑制することもできる。
【００２８】
本実施例の製造方法では、第１放熱板２２等を含むリードフレームに対して、壁部５２が一体に形成されている。このような構成であると、壁部５２のための新たな部材を用意する必要がなく、例えば部品点数の増加による製造コストの増大等を避けることができる。また、壁部５２をリードフレームから曲げ加工によって形成する構成であると、リードフレームを成形する際（例えばプレス加工時）に、壁部５２も同時に成形することができる。これにより、半導体装置１０の製造工程を複雑化することなく、リードフレームに壁部５２を設けることができる。なお、壁部５２を設けるリードフレームは、第１半導体素子１２が載置されたリードフレームであればよく、必ずしも第１放熱板２２その他の放熱板を含む必要はない。
【００２９】
以上、具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。例えば、リードフレームに壁部５２を設けることに代えて（又は、加えて）、金型６０に壁部６８を設けてもよい。この壁部６８についても、注入工程において、注入口６６とボンディングワイヤ５０との間に介在するように設けるとよい。それにより、リードフレームに設けた壁部５２と同様に、ボンディングワイヤ５０の近傍における樹脂１７の流速を低下させることによって、ボンディングワイヤ５０の移動や倒れ込みを抑制することができる。
【００３０】
本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０：半導体装置
１０ａ：半導体装置の半製品
１２：第１半導体素子
１４：第２半導体素子
１６：封止体
１８：第１スペーサブロック
２０：第２スペーサブロック
２２、２４、２６、２８：第１〜第４放熱板
３１〜３６：はんだ層
４２：第１信号端子
４４：第２信号端子
４６：正極端子
４７：負極端子
４８：出力端子
５０：ボンディングワイヤ
５２：第１電極板（リードフレーム）の壁部
６０：金型
６２：金型のキャビティ
６４：金型の樹脂ゲート
６６：樹脂ゲートの注入口
６８：金型の壁部
【図１】
2017126667.tif 000003
【図２】
2017126667.tif 000004
【図３】
2017126667.tif 000005
【図４】
2017126667.tif 000006
【図５】
2017126667.tif 000007
【図６】
2017126667.tif 000008
【図７】
2017126667.tif 000009
【図８】
2017126667.tif 000010
【図９】
2017126667.tif 000011
【図１０】
2017126667.tif 000012