(57)【要約】【課題】製造工程を削減し、生産性を高め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。【解決手段】本発明の半導体装置は、半導体素子と、フレームと、基板と、放熱板と、を備える半導体装置において、前記半導体素子は、前記フレームの上面に、載置され、前記フレームは、前記基板の上面に載置され、前記基板は、前記放熱板の上面に載置され、それぞれが接合材を介して接合され、前記接合材の材質が同じはんだであることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、フレームと、基板と、放熱板と、を備える半導体装置において、前記半導体素子は、前記フレームの上面に載置され、前記フレームは、前記基板の上面に載置され、前記基板は、前記放熱板の上面に載置され、それぞれが接合材を介して接合され、前記接合材の材質が同じはんだであることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記基板は、絶縁層の上下面に金属層を配置してなり、前記上面の金属層と前記下面の金属層とが、金属接合部が設けられたスルーホールで繋がっており、前記基板の上面に接合材を介して前記フレームを配置し、下面に接合材を介して前記放熱板を配置し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】
前記フレームと、ケースと、が一体成型され、前記ケースが、前記半導体素子を囲むよに形成される領域を、封止樹脂で封止した封止体で構成す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４】
前記半導体素子と、前記フレームと、前記基板と、前記放熱板と、をそれぞれ前記接合材を介して重ね、それらを同時に接合することを特徴と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】
本発明は、ケース内を樹脂で封止してなる半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型を使用したトランスファーモールドに代えて、樹脂ケースを使用した半導体装置がある。この種の半導体装置においては、特に半導体素子が電力用半導体素子（ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなど）である場合には、半導体素子からの放熱が効率的に行われることが要求されている。
【０００３】
従来技術として、基板の回路面に、導電性の接合材を介して、半導体素子が固定され、基板の回路面と反対側の面には、伝熱性の接合材を介して、放熱板が接合されている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５０２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術によれば、半導体素子と基板との接合、基板と放熱板との接合工程は同時ではなく、製造工程が多くなり、生産性に劣るといった課題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑み、製造工程を削減し、生産性を高め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】
【０００７】
上述の課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、フレームと、基板と、放熱板と、を備える半導体装置において、前記放熱板の上面に、前記基板が載置され、前記基板の上面に、前記フレームが載置され、前記フレームの上面に、前記半導体素子が載置され、それぞれが接合材を介して接合され、前記接合材の材質が同じはんだであることを特徴とする。
また、前記基板は、絶縁層の上下面に金属層を配置してなり、前記上面の金属層と前記下面の金属層とが、金属接合部が設けられたスルーホールで繋がっており、前記基板の上面に接合材を介して前記フレームを配置し、下面に接合材を介して前記放熱板を配置していることを特徴とする。
また、前記フレームと、ケースと、が一体成型され、前記ケースが、前記半導体素子を囲むよに形成される領域を、封止樹脂で封止した封止体で構成することを特徴とする。
また、前記半導体素子と、前記フレームと、前記基板と、前記放熱板と、をそれぞれ前記接合材を介して重ね、それらを同時に接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製造工程を削減し、生産性を高め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ができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係る半導体装置１００の断面概念図である。である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法における第１工程を示す断面概念図である。
【図３】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法における第２工程を示す断面概念図である。
【図４】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法における第３工程を示す断面概念図である。
【図５】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法における第４工程を示す断面概念図である。
【図６】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法における第５工程を示す断面概念図である。
【図７】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法における一括リフロー工程を示す断面概念図である。
【図８】本発明の変形例に係る半導体装置１００の断面概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。なお以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一また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。
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【実施例】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例に係る半導体装置１００を説明する。図１は、本発明の実施例に係る半導体装置１００の断面概念図である。
【００１２】
図１に示す半導体装置１００は、半導体素子１、樹脂成形フレーム２、基板３、放熱板４、接合体５、封止体６からなる。
【００１３】
半導体素子１は、フレーム２１の上面に、接合体５を介して載置される。例えばＳｉＣ半導体やＧａＮ半導体等の化合物半導体で構成する電力用半導体素子である。Ｓｉ半導体に比べて高温状態での動作が可能であり、またスイッチング速度が速く、低損失である。
【００１４】
樹脂成形フレーム２は、フレーム２１とケース２２とを一体化するように成型してなる。
フレーム２１は、フレーム２１の上面に、接合体５を介して半導体素子１を載置する。またフレーム２１は、フレーム２１の下面に接合体５を介して、基板３を載置する。フレーム２１は、例えば、１．０ｍｍ厚の平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工が施されて形成され、材質は銅または銅合金が多く使用され、表面は銀めっき等を施すことができる。
ケース２２は、放熱板４の一方の主面に配置され、平面視において、半導体素子１を囲むように設けられている。本実施例においては、ケース２２を放熱板４の外周縁に沿って配置し、放熱板４の側面の延長線上にケース２２の外壁が位置するようにしている。このため、ケース２２は、半導体素子１を保護するパッケージ（外囲体）の一部として機能するとともに、封止樹脂が注入される器として機能する。ケース２２は、例えば、加工性がよく融点も２８０℃と高い、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）が望ましい。
【００１５】
基板３は、放熱性と絶縁性に優れた部材が好ましく、例えば、ＡｌＮ基板あるいは、アルミナセラミックス基板の上下面に、銅を基材とする金属層を、Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄ法にて接合したＤＢＣ基板である。
基板３は、接合体５を介して、上面にフレーム２１を配置し、下面に接合体５を介して、放熱板４を配置する。
上面の金属層と下面の金属層とは、金属接合部が設けられたスルーホール（図示せず）で繋がっている。これにより半導体素子１で発生する熱を、効率良く放熱板まで放熱できる熱経路が形成され、半導体装置１００の放熱性が向上する。
【００１６】
放熱板４は、放熱板４の上面に、接合体５を介して基板３を載置する。放熱板４は、銅または銅合金を基材とし、めっきが施されている。
放熱板４の下面は、半導体装置１００の外表面に露出している。これにより半導体装置１００の放熱性を向上させる。
【００１７】
接合材５は、高い熱伝導性を有することが好ましく、例えば、はんだが用いられる。接合材５は、半導体素子１と、フレーム２と、基板３と、放熱板４と、をそれぞれ介するように配置されており、それらを同時に熱処理（リフロー）にて接合するために、同じ材質である。
【００１８】
封止体６は、放熱板４の上面において、ケース２２で囲まれた領域に形成されている。封止体６は、熱による物性変化が少なく耐熱性が優れた樹脂から成る。例えばシリコン系樹脂が用いられる。
【００１９】
次に、上述の実施例に係る半導体装置１００の製造方法を説明する。
【００２０】
まず、図２に示すように、基板３を用意し、例えば、はんだ印刷機を用いて、基板３の上面に接合体５を塗布する。（第１工程）
次に、図３に示すように、フレーム２１とケース２２とを一体成型した樹脂成形フレーム２を用意し、フレーム２１の上面に、接合体５を塗布する。この際、樹脂成形フレーム２には、ケース２２が一体成型されているため、はんだ印刷機は使用できない。このため、ディスペンサーによるはんだ塗布機を用いる。（第２工程）
次に、図４に示すように、基板３の上面に、接合体５を介して、フレーム２１を載置する。ここではまだリフローは行わない。（第３工程）
次に、図５に示すように、フレーム２１の上面に、接合体５を介して、半導体素子１を搭載する。ここではまだリフローは行わない。（第４工程）
次に、図６に示すように、放熱板４を用意し、放熱板４の上面に、はんだ印刷機を用いて、接合体５を塗布する。（第５工程）
次に、図７に示すように、放熱板４の上面に、接合体５を介して、基板３を載置し、その後、これまでに組み立てられた構成部品を同時に熱処理（リフロー）し、接合する。（一括リフロー工程）
その後、図１に示すように、基板３の上面において、ケース２２で囲まれた領域に、封止樹脂を塗布して封止体６を形成し、半導体装置１００が完成する。
【００２１】
次に、上述の実施例に係る半導体装置および半導体装置の製造方法について、その効果を説明する。
本発明の実施例に係る半導体装置および半導体装置の製造方法では、各構成部品を接合する接合材が同じ材質を用いることで、同時に熱処理を行い接合することができ、製品の熱処理工程が１回で済む。このため製造工程を削減して生産性を高めることができる。
また、熱処理工程を削減することによって、製品における熱履歴に伴うひずみや、そりの発生を低減できることから、高い信頼性の製品を得ることもできる。
【００２２】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることは明らかである。ある。
【００２３】
ケース２２はＰＰＳ材を主材としたが、金属よりも軽くて絶縁性が保たれる材料が好ましく、塩化ビニール樹脂、ＡＢＳ樹脂などでもよい。
【００２４】
変形例として、図８に示すように、半導体装置１００は、ケース２２の上面に蓋７を取り付けてもよい。これにより、密着性が良好に得られ、耐湿性に優れた半導体装置を実現できる。
【符号の説明】
【００２５】
１、半導体素子
２、樹脂成形フレーム
２１、フレーム
２２、ケース
３、基板
４、放熱板
５、接合材
６、封止体
１００、半導体装置
【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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【図７】
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【図８】
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