(57)【要約】【課題】放熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子６のゲート電極６Ａとソース電極６Ｂを有する表面に第１の電極板２が配置され、ドレイン電極６Ｃを有する裏面に第２の電極板４が配置される。第２の電極板４の第２の脚部４Ｂは、第１の電極板２の第１の脚部２Ｂと略面一になるように配置される。第１の電極板２側が、プリント配線基板上に実装される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極が配置される第１の主面と、第２の電極が配置される第２の主面とを有する半導体素子と、
前記第１の電極と電気的に接続され前記第１の主面上に配置される第１の部位と、前記半導体素子の外周に配置される第２の部位とを有する第１の電極板と、
前記第２の電極と電気的に接続され前記第２の主面上に配置される第３の部位と、前記第２の部位と並んで配置される第４の部位と、前記第３の部位と前記第４の部位とを接続する第５の部位とを有する第２の電極板と、
前記半導体素子を封止し、前記第２の部位と前記第５の部位との間に配置される封止樹脂層と
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第４の部位が、前記第２の部位と略面一で配置され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】
前記半導体素子が、パワーＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の電極及び前記第１の部位、ならびに、前記第２の電極及び前記第３の部位が、それぞれ導電性接合材を介して電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
第１の電極が配置される第１の主面と、第２の電極が配置される第２の主面とを有する半導体素子の前記第１の主面上に、第１の電極板を配置するステップと、
前記半導体素子の第２の主面上に、脚部を有する第２の電極板を配置するステップと、
前記第１の電極板と第２の電極板との間に封止樹脂層を形成し、前記半導体素子を封止するステップと、
前記第２の電極の脚部を折り曲げて、前記第１の電極板と並んで配置させるステップと、
を具備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、例えばパワーＭＯＳＦＥＴなどの電力用の半導体素子を封止した半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電力用の半導体素子を用いた半導体装置では、半導体素子から発生する熱を放熱させるために放熱板を設けた構造が知られている。しかし、放熱板は、半導体装置の一方の面に設置される場合が多く、放熱効果が十分といえるものではなかった。
【０００３】
そこで、半導体素子の一方の面に電極板を接合し、半導体素子の他方の面に導電性の構造体を接合し、この構造体に設けられた延在部を放熱板に接合した半導体装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。半導体素子で発生した熱が、半導体素子の一方の面から電極板へ放熱されるとともに、半導体素子の他方の面から導電性構造体の延在部を経由して放熱板へ放熱される。
【０００４】
しかしながら、このような半導体装置では、導電性の構造体に延在部を設け、延在部に放熱板を接合しているため、延在部の形状や大きさによっては、十分な放熱性が得られにくい。
【特許文献１】特開２００６−２９４７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、放熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る半導体装置は、第１の電極が配置される第１の主面と、第２の電極が配置される第２の主面とを有する半導体素子と、前記第１の電極と電気的に接続され前記第１の主面上に配置される第１の部位と、前記半導体素子の外周に配置される第２の部位とを有する第１の電極板と、前記第２の電極と電気的に接続され前記第２の主面上に配置される第３の部位と、前記第２の部位と並んで配置される第４の部位と、前記第３の部位と前記第４の部位とを接続する第５の部位とを有する第２の電極板と、前記半導体素子を封止し、前記第２の部位と前記第５の部位との間に配置される封止樹脂層とを具備することを特徴としている。
【０００７】
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、第１の電極が配置される第１の主面と、第２の電極が配置される第２の主面とを有する半導体素子の前記第１の主面上に、第１の電極板を配置するステップと、前記半導体素子の第２の主面上に、脚部を有する第２の電極板を配置するステップと、前記第１の電極板と第２の電極板との間に封止樹脂層を形成し、前記半導体素子を封止するステップと、前記第２の電極の脚部を折り曲げて、前記第１の電極板と並んで配置させるステップと、を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、放熱性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の半導体装置を他の方向（図１の裏面側）から見た斜視図である。図３は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。図４は、図１の半導体装置の構成を示す分解斜視図である。
【００１１】
半導体装置１は、半導体素子６と、第１の電極板２と、第２の電極板４と、封止樹脂層３とを備えている。この半導体装置１は、第１の電極板２側がプリント配線基板上に実装される。
【００１２】
半導体素子６としては、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの電力用の半導体素子が挙げられ、本実施形態では、ゲート電極６Ａ及びソース電極６Ｂを第１の主面（図１、図３、図４では表面、以下表面と示す。）に有し、ドレイン電極６Ｃを第２の主面（図１、図３、図４では裏面、以下裏面と示す。）に有する略正方形のパワーＭＯＳＦＥＴを用いて説明する。ゲート電極６Ａは素子６表面の四隅の一つに矩形状で配置され、ゲート電極６Ａから離れた位置に封止樹脂層３を挟んでソース電極６Ｂが配置されている。ドレイン電極６Ｃは、略正方形の素子６裏面にこの裏面と略同一形状で配置されている。
【００１３】
第１の電極板２は、例えば銅もしくは銅合金から構成され、半導体素子６のゲート電極６Ａ及びソース電極６Ｂを有する表面に導電性接合材５を介して接合されている。第１の電極板２は、第１の支持部２Ａ（第１の部位）と、第１の脚部２Ｂ（第２の部位）とを備える。第１の支持部２Ａと第１の脚部２Ｂは、全体として一体的に形成される平板形状を有する。この平板のうち、半導体素子６と対応する領域（すなわち、半導体素子６との接合面）が第１の支持部２Ａ、その外周が第１の脚部２Ｂとなる。
【００１４】
第１の支持部２Ａは、図３に示すように、半導体素子６の表面に配置されたゲート電極６Ａと導電性接合材５を介して電気的に接続されたゲート電極接続部２αと、ソース電極６Ｂと導電性接合材５を介して電気的に接続されたソース電極接続部２βとから構成される。ゲート電極接続部２αとソース電極接続部２βは、封止樹脂層３を挟んで、それぞれ独立して配置され、半導体素子６のゲート電極６Ａ及びソース電極６Ｂに対応した形状を有している。
【００１５】
第１の脚部２Ｂは、半導体素子６の外周に配置されており、封止樹脂層３と一部接している。また、第１の脚部２Ｂは、図１に示すように、四方に向けて突出した４つの突出部２γを備えている。突出部２γは、製造工程において、装置を連結しておくためのものであり、メッキ工程の後で切り離す吊ピンである。
【００１６】
第２の電極板４は、上記第１の電極板２と同様の材料（例えば銅もしくは銅合金）から構成され、半導体素子６の裏面に配置されたドレイン電極６Ｃ上に導電性接合材５を介して接合されている。また、第２の電極板４は、第２の支持部４Ａ（第３の部位）と、第２の脚部４Ｂ（第４の部位）と、第３の脚部４Ｃ（第５の部位）とを備える。第２の支持部４Ａと第２の脚部４Ｂと第３の脚部４Ｃは、全体として一体的に形成される。詳しくは後述するが、第２の脚部４Ｂと第３の脚部４Ｃは、平板状の電極板の外周を所定位置で折り曲げることで形成される。これらのうち、半導体素子６と対応する領域（すなわち、半導体素子６との接合面）が第２の支持部４Ａ、第２の支持部４Ａから延在し封止樹脂層３と一部対応するとともに四方に向けてクの字状に屈曲した領域が第３の脚部４Ｃ、第１の脚部２Ｂと略面一となる領域が第２の脚部４Ｂである。
【００１７】
第２の支持部４Ａは、半導体素子６の裏面に配置されたドレイン電極６Ｃと電気的に接続されており、ドレイン電極６Ｃに対応した略正方形の形状を有している。
【００１８】
第２の脚部４Ｂは、第１の電極板２の第１の脚部２Ｂと略面一になるように配置されている。このように配置することで、第１の電極板２をプリント配線基板上に実装した場合に、第２の脚部４Ｂも同様にして実装することができるため、半導体装置１をプリント配線基板上に実装した場合に、半導体素子６で発生した熱を第１の電極板２と第２の電極板４にそれぞれ経由させて、プリント配線基板上に放熱することができ、放熱性の向上を図ることができる。また、第２の脚部４Ｂは、放熱性を高める上で、複数設けることが好ましく、本実施形態では、四方に向けて４個配置されている。第２の脚部４Ｂの形状は、本実施形態では、矩形状である。
【００１９】
第３の脚部４Ｃは、第２の支持部４Ａと第２の脚部４Ｂとを接続する。また、第３の脚部４Ｃは、Ａ−Ａ線（図３参照）を堺にして、第２の支持部４Ａから延在して封止樹脂層３と一部接する領域と、第２の脚部４Ｂ側に向けて斜め上方へ屈曲した領域とから構成される。
【００２０】
導電性接合材５としては、例えば半田、もしくは、銀粉末を配合した熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂）を使用することができる。本実施形態では、液状の導電性接合材５を塗布して使用するため、塗布しやすい粘度範囲に適宜調整しておく。導電性接合材５の厚みは、１０〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００２１】
封止樹脂層３は、半導体素子６を封止樹脂で封止する封止層であって、半導体素子６の周りを取り囲むようにして、第１の電極板２の第１の脚部２Ｂと、第２の電極板４の第３の脚部４Ｃとの間に形成されている。この封止樹脂層３は、半導体素子６の両面に第１の電極板２と第２の電極板４とをそれぞれ接合した後、第１の電極板２と第２の電極板４との間隙に封止樹脂として液状の熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂）を流し込み、硬化させることで形成される。該樹脂は、ディスペンサーなどから吐出しやすく、液ダレしにくい粘度範囲に適宜調整しておく。
【００２２】
上述した本実施形態の半導体装置１は、例えば以下のようにして製造される。図５は、本実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの流れを示すフローチャートである。図６〜１１は、図１に示す半導体装置１の製造工程を示す斜視図である。
【００２３】
まず、半導体素子６の接合面となる位置から延在して四方に向けて突出した折り曲げ脚部８１を有する平板状の第２の電極板４を保持装置（不図示）に取り付ける（ステップ１）。後述するが、折り曲げ脚部８１を所定位置で折り曲げることで、第２の脚部４Ｂと第３の脚部４Ｃを形成することができる。保持装置は、平板状の第２の電極板４を水平に保持して良好な作業性を付与するものであれば特に限定されるものではないが、本実施形態では、封止樹脂層３を形成した後、第１の電極板２及び第２の電極板４の外部に露出した箇所に電気めっきでめっき処理を行うため、吊りピン５１で第２の電極板４の一端を保持する（図６参照）。
【００２４】
そして、図７に示すように、半導体素子６の裏面のドレイン電極６Ｃ上に液状の導電性接合材５（例えば、半田や銀粉末を配合したエポキシ樹脂）をディスペンサーなどで塗布して平板状の第２の電極板４を接合し、半導体素子６と対応する領域（半導体素子６との接合面）を第２の支持部４Ａとする（ステップ２）。
【００２５】
次に、図８に示すように、半導体素子６の表面のゲート電極６Ａとソース電極６Ｂに液状の導電性接合材５（例えば、半田や銀粉末を配合したエポキシ樹脂）をそれぞれ塗布する。続けて、図９に示すように、液状の導電性接合材５が塗布された半導体素子６の表面に第１の電極板２を接合し、半導体素子６と対応する領域（半導体素子６との接合面）を第１の支持部２Ａとし、その外周を第１の脚部２Ｂとする（ステップ３）。第１の支持部２Ａのうち、ゲート電極６Ａと電気的に接続される箇所をゲート電極接続部２αとし、ソース電極６Ｂと電気的に接続される箇所をソース電極接続部２βとする（図３参照）。
【００２６】
図１０に示すように、第１の電極板２と第２の電極板４との間隙に液状の熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）をシリンジやディスペンサーなどで注入し、加熱して（例えば１００〜１８０℃）硬化させ、封止樹脂層３を形成する（ステップ４）。封止樹脂層３は、半導体素子６の外周に形成され、半導体素子６を封止する。このとき、封止樹脂層３は、第１の脚部２Ｂと第３の脚部４Ｃとの間や、ゲート電極接続部２αとソース電極接続部２βとの間に配置され、ゲート電極接続部２αとソース電極接続部２βとは電気的に絶縁される。液状の熱硬化性樹脂の粘度は、作業性を良好にするような範囲（例えば常温で３０〜５００Ｐａ・ｓ）であればよい。加熱時間は、加熱温度に応じて適宜調整する。
【００２７】
次に、半導体素子６の両面に第１の電極板２と第２の電極板４を接合した積層体をめっき液に漬け、通電して電気めっきを行い、第１の電極板２及び第２の電極板４の外部に露出した箇所に金属膜を付着させる（ステップ５）。そして、第２の電極板４から吊りピン５１を切り離し、保持装置から取り外す（ステップ６）。
【００２８】
平板状の第２の電極板４の四方に突出した折り曲げ脚部８１を所定位置で折り曲げて、図１１に示すように、第２の脚部４Ｂと第３の脚部４Ｃを形成する。これにより、第２の脚部４Ｂは第１の脚部２Ｂと略面一になるように位置する。また、第３の脚部４Ｃは、Ａ−Ａ線（図３参照）を堺にして、第２の支持部４Ａから延在して封止樹脂層３と一部接する領域と、第２の脚部４Ｂ側に向けて斜め上方へ屈曲した領域とを有する。
【００２９】
このようにして、本実施形態の半導体装置１が得られる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態では、半導体素子６の両面に第１の電極板２と第２の電極板４を接合し、第２の電極板４の第２の脚部４Ｂを第１の電極板２の第１の脚部２Ｂと略面一になるように配置している。これによって、第１の電極板２側をプリント配線基板上に実装した場合に、半導体素子６で発生した熱を第１の電極板２と第２の電極板４に直に伝導させて、プリント配線基板上に放熱することができるため、放熱性の向上を図ることができる。
【００３１】
また、封止樹脂層３を形成した後、平板状の第２の電極板４の折り曲げ脚部８１を所定位置で折り曲げて、第２の脚部４Ｂを形成している。これによって、第２の脚部４Ｂを、第１の電極板２の第１の脚部２Ｂに対して、容易かつ確実に、略面一に配置することができる。
【００３２】
（比較例）
以下、比較例について説明する。図１２は、従来の半導体装置を模式的に示す斜視図である。図１３は、図１２の半導体装置から放熱板を取り外した斜視図である。
【００３３】
半導体装置６１は、半導体素子６２の裏面には電極板６３が接合され、半導体素子６２の表面には導電性構造体６４が接合されている。導電性構造体６４には、延在部６４Ａが配置され、この延在部６４Ａに放熱板６６が接合される。この半導体装置６１は、モールド樹脂６７でパッケージされており、電極板６３の一部と、導電性構造体６４の一部（すなわち、延在部６４Ａの一部）と、外部リード線６８の一部が外部に露出している。放熱経路としては、半導体素子６２で発生した熱が、半導体素子６２の裏面から電極板６３へ放熱されるとともに、半導体素子６２の表面から延在部６４Ａを経由して放熱板６６へ放熱される。
【００３４】
比較例の半導体装置６１では、モールド樹脂６７でパッケージする際に、モールド金型にモールド樹脂６７を流し込んでパッケージするため、半導体素子６２や電極板６３などの構成部品の厚みや半導体素子６２と電極板６３とを接合する導電性接合材の厚みなどによって、例えば積層体の厚みが通常よりも厚くなる場合、モールド金型の型締めによる圧縮力が過剰となってダメージを与えやすい。これは、半導体装置６１の製造効率、製造歩留まりの低下要因となる。
【００３５】
さらに、このような半導体装置が複数ある場合、通常、１枚の放熱板６６を共有して使用するため、放熱性を高める上で、放熱板６６を設ける面が略面一で配置されるように個々の半導体装置の高さを揃える必要がある。
【００３６】
このような比較例の半導体装置６１に対して、本実施形態の半導体装置１によれば、封止樹脂層３を形成する際に、モールド金型を使用せずに、第１の電極板２と第２の電極板４との間隙に液状の封止樹脂を注入して封止樹脂層３を形成するため、電極板２，４などの部品厚みや導電性接合材５の厚みによって厚さ方向に変動が生じても、製造歩留まりを低下させることなく、容易に半導体装置１を製造することができる。
【００３７】
さらに、図１２や図１３に示したような放熱板６６が不要であるため、半導体装置が複数あっても、個々の半導体装置の高さを調整する必要もない。
【００３８】
なお、本実施形態では、半導体素子６に液状の導電性接合材５を塗布して、第１の電極板２と第２の電極板４を該素子６の両面に接合したが、導電性接合材５として、複数の半田製のバンプを使用することもできる。例えば、半導体素子６のゲート電極６Ａ及びソース電極６Ｂが配置された表面に複数の半田製バンプを形成して第１の電極板２を接合し、半導体素子６のドレイン電極６Ｃを有する裏面に液状の導電性接合材５を塗布して第２の電極板４を接合してもよい。もしくは、半導体素子６のゲート電極６Ａ及びソース電極６Ｂを有する表面に液状の導電性接合材５を塗布して第１の電極板２を接合し、半導体素子６のドレイン電極６Ｃを有する裏面に複数の半田製バンプを形成して第２の電極板４を接合してもよい。バンプを形成する場合には、バンプの高さは、１００〜１５０μｍであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す斜視図。
【図２】図１の半導体装置を他の方向から見た斜視図。
【図３】図１の半導体装置のＸ−Ｘ線断面図。
【図４】図１の半導体装置の構成を示す分解斜視図。
【図５】本実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの流れを示したフローチャート。
【図６】図１の半導体装置の製造プロセスを示す斜視図。
【図７】図１の半導体装置の製造プロセスを示す斜視図。
【図８】図１の半導体装置の製造プロセスを示す斜視図。
【図９】図１の半導体装置の製造プロセスを示す斜視図。
【図１０】図１の半導体装置の製造プロセスを示す斜視図。
【図１１】図１の半導体装置の製造プロセスを示す斜視図。
【図１２】従来の半導体装置を模式的に示す斜視図。
【図１３】図１２の半導体装置から放熱板を取り外した斜視図。
【符号の説明】
【００４０】
１…半導体装置、２…第１の電極板、２Ａ…第１の支持部、２Ｂ…第１の脚部、３…封止樹脂層、２α…ゲート電極接続部、２β…ソース電極接続部、２γ…突出部、４…第２の電極板、４Ａ…第２の支持部、４Ｂ…第２の脚部、４Ｃ…第３の脚部、５…導電性接合材、６…半導体素子、６Ａ…ゲート電極、６Ｂ…ソース電極、６Ｃ…ドレイン電極。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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