(57)【要約】【課題】放熱板の放熱特性を損ねることなく、電位の発生を防止しうる樹脂封止型半導体装置および半導体装置を構成するための組立構造を提供する。【解決手段】実装用組立構造Ａは、放熱板１１と、放熱板１２を固定している樹脂キャリア１２と、放熱板１１の上に載置された電極パターン１４付きのサブマウント１３と、樹脂キャリア１２に固定されたインナーリード２１ａとを備えている。サブマウント１３上の電極パターン１４の上に、半導体チップ３０が搭載され、ワイヤボンディングにより、半導体チップ３０上の各電極及び電極パターン１４と、インナーリード２１ａとがワイヤ３１，３２，３３によって接続される。その後、全体が封止樹脂３５によって封止されて、樹脂封止型半導体装置Ｂが形成される。【選択図】図５
2009194275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが搭載される基台部材と、
前記半導体チップに近接する部位まで延びる複数のリード部材と、
前記基台部材の少なくとも半導体チップ搭載領域と、前記複数のリード部材の一部とを露出させた状態で固定する樹脂キャリアとを備え、
前記複数のリード部材のすべてのリード部材と、前記基台部材とは、互いに切り離されている、実装用組立構造。
【請求項２】
請求項1記載の実装用組立構造において、
前記半導体チップは、下面電極を有する半導体チップであり、
前記基台部材は、放熱板と該放熱板上に積層された絶縁性サブマウントとにより構成され、
前記サブマウントの上面は前記樹脂キャリアの上面から露出しており、かつ、上面に電極が形成されている、実装用組立構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の実装用組立構造と、
前記基台部材の上に載置された半導体チップと、
前記半導体チップと前記複数のリード部材とを接続するワイヤ部材と、
前記半導体チップ，前記基台部材，前記複数のリード部材，ワイヤ部材および樹脂キャリアを封止する封止樹脂と、
を備えている、樹脂封止型半導体装置。
【請求項４】
請求項３記載の樹脂封止型半導体装置において、
前記基台部材の少なくとも下面を含む下部は、前記封止樹脂から露出している、樹脂封止型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用の半導体チップを搭載した樹脂封止型半導体装置およびこれを形成するための組立構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電力用半導体デバイスが形成された半導体チップを樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置は、各種電子機器に内蔵されている。電力用半導体デバイスは、大電力を消費するので、半導体チップから発生する熱を放出するために、はんだ付けにより半導体チップをＣｕからなる放熱台の上に取り付けた構造が一般的である。
【０００３】
しかしながら、上記の樹脂封止型半導体装置においては、放熱台がリード部材と連続していることで、樹脂パッケージの下方、つまり放熱板の下面に取り付けられる放熱シンクに電位が生じることがある。
【０００４】
そこで、特許文献１の技術では、トランスファモールドによって樹脂封止した後に、放熱板の下面に高絶縁性の薄い樹脂シート（高熱伝導性フィルム）を形成することで、樹脂パッケージの下方に取り付けられる放熱シンクに電位が生じないようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１８９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、放熱台と放熱シンクとの間に、Ｃｕに比して熱伝導性が大きく劣る樹脂シートが介在する。樹脂シートは、電力用半導体デバイスに印加される高電圧に耐えうるために、相当の厚みが必要であり、しかも、絶縁性樹脂シートの場合、導電性樹脂シートに比べ、はるかに熱伝導率が低いので、放熱特性の悪化を免れることはできない。
【０００７】
また、トランスファモールドによって樹脂封止後に、放熱台の放熱面である下面に樹脂シートを貼り合わせ、加熱処理によって密着させているが、樹脂シートの場合、放熱フィン密着性が十分でない場合が多いので、熱抵抗がさらに大きくなるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、放熱台の放熱特性を損ねることなく、電位の発生を防止しうる樹脂封止型半導体装置および半導体装置を構成するための組立構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実装用組立構造は、半導体チップの基台部材とリード部材の一部とを露出させた状態で固定する樹脂キャリアを設け、すべてのリード部材と基台部材とを互いに切り離したものである。
【００１０】
これにより、基台部材とリード部材とを固定する樹脂キャリアを媒介させることで、基台部材をリード部材と切り離すことが可能になる。その結果、樹脂封止後に、基台部材を放熱シンクに接触させても、放熱シンクに電位を生じることはないので、高い放熱機能を発揮することができる。
【００１１】
半導体チップが下面電極を有する半導体チップである場合には、基台部材を放熱板と絶縁性サブマウントとの積層体によって構成し、サブマウントの上面を樹脂キャリアの上面から露出させ、上面に電極を形成しておけばよい。これにより、放熱シンクに電位を生じさせることなく、高い放熱機能を維持することができる。
【００１２】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、実装用組立構造の基台部材の上に半導体チップを搭載し、半導体チップと複数のリード部材とをワイヤ部材により接続し、半導体チップ，基台部材，リード部材，ワイヤ部材および樹脂キャリアを封止樹脂によって封止したものである。
【００１３】
これにより、上述のような実装用組立構造を利用した放熱機能の高い樹脂封止型半導体装置が得られる。  
【００１４】
特に、基台部材の少なくとも下面を含む下部が封止樹脂から露出していることにより、下方に放熱シンクを取り付ける際に、放熱シンクを基台部材に直接接触させることができ、放熱機能を確保することができる。
下面を含む下部が封止樹脂から露出しているとは、基台部材の下面だけが露出している場合と、基台部材の下部が封止樹脂の下面よりもさらに下方に突出している場合とを含んでいる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の脂封止型半導体装置および実装用組立構造によると、半導体チップの基台部材の放熱特性を損ねることなく、電位の発生を防止を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態）
−実装用組立構造−
図１は、本発明の実施の形態における実装用組立構造Ａの平面図である。図２は、図１に示すII-II線における縦断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施の形態における実装用組立構造Ａは、図中破線で示す半導体チップ３０を搭載するための放熱板１１と、放熱板１２を固定している樹脂キャリア１２と、放熱板１１の上に固着されたサブマウント１３と、サブマウント１３の上に形成された電極パターン１４と、樹脂キャリア１２に固定されたリード部材であるインナーリード２１ａとを備えている。本実施の形態では、放熱板１１とサブマウント１３とにより、半導体チップの基台部材が構成されている。放熱板１１には、放熱フィン取り付け用の開口部１６が形成されている。
【００１７】
放熱板１１は、Ｎｉめっき，Ａｕめっきなどのめっき付きＣｕ板によって形成され、厚みは１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度である。サブマウント１３は、ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｃ−ＢＮ等の高熱伝導率セラミックスによって構成されており、厚みは０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度である。サブマウント１３の下面にはメタライズ層を形成してもよく、その場合には、サブマウント１３は、Ｐｂフリーはんだ、Ｐｂ含有はんだ，ＡｕＳｎ系はんだ，ＡｕＧｅ系はんだ等によって放熱板１１に取り付けられる。
【００１８】
また、サブマウント１３の下面にメタライズ層を形成せずに、サブマウント１３を、Ａｇが充填されたエポキシ樹脂（銀ペースト）によって放熱板１１に取り付けてもよい。導電性樹脂の場合、樹脂に高熱伝導の金属粉（Ａｇ粉，Ｃｕ粉など）を混入できるので、絶縁性樹脂よりも大幅に高い熱伝導を得ることが可能である。しかも、放熱板１１とインナーリード２１ａとが切り離されているので、耐圧性は不問となり、銀ペーストは薄くてもよい。よって、Ｃｕからなる放熱板の高い捏伝導率（３９３ｗ／ｍｋ）を活かして、熱抵抗の増大を抑制することができる。
【００１９】
電極パターン１４は、Ｃｕ等の導体材料からなり、厚みは０．３μｍ〜０．４μｍ程度である。樹脂キャリア１２は、たとえばエポキシ樹脂，液晶ポリマー樹脂等の樹脂によって構成され、幅（図１の縦方向寸法）が８．０ｍｍ〜２３ｍｍ程度で、長さ（図１の横方向寸法）が８．０ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。インナーリード２１ａは、めっき付きＣｕ等によって構成され、厚みが０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程度で、幅が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。
そして、放熱板１１の下部において、樹脂キャリア１２から露出している部分の突出量は、１ｍｍ以下である。
【００２０】
樹脂キャリア１２は、インナーリード２１ａおよび放熱板１１を成型用型に取り付けた状態で、エポキシ樹脂，液晶ポリマー樹脂等の樹脂を用いて、インサート成形される。図中破線で示される吊りリード１９は、インサート成形の際、放熱板１１を支持するものであるが、吊りリードを設けずに、インサート成形することも可能である。
【００２１】
図３は、リードフレームのインナーリード２１ａに樹脂キャリア１２をインサート成形により取り付けた後、半導体チップを搭載し、ワイヤボンディングを施した状態を示す平面図である。
同図に示すように、リードフレーム２０は、横方向に延びる横フレーム２４と、横フレーム２４同士をつなぐ縦フレーム２５と、横フレーム２４から放熱板１１に向かって延びるインナーリード２１ａおよびアウターリード２１ｂと、インナーリード２１ａ間、あるいはアウターリード２１ｂ間をつなぐ横ダムバー２２と、横フレーム２４同士を接続する縦ダムバー２３とを備えている。
【００２２】
リードフレーム２０は、Ｃｕ板を用いて形成され、表面にはＮｉめっき，Ａｕめっき等が施されている。ワイヤー３１，３２，３３としては、ＡｌワイヤーまたはＡｕワイヤーが用いられている。
【００２３】
半導体チップ３０には、ＳｉＣ，ＧａＮ等の基板を用いたＩＧＢＴ等の縦型半導体デバイスが形成されており、半導体チップ３０の寸法は、厚みが０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度で、幅が１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度で、縦が１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度である。
【００２４】
電極パターン１４が形成されたサブマウント１３の放熱板１１への取付は、樹脂キャリア１２をインナーリード２１ａに取り付ける前でもよく、後でもよい。
【００２５】
樹脂キャリア１２の取付後、サブマウント１３上の電極パターン１４の上に、半導体チップ３０が搭載される。図示されていないが、本実施の形態では半導体チップ１１に縦型半導体デバイスが形成されているので、半導体チップ１１の下面全体は、Ｎｉなどからなる下面電極が形成されている。そして、半導体チップ１１の下面電極とサブマウント１３上の電極パターン１４の一部とが、銀ペースト，はんだ等により、接合される。
【００２６】
サブマウント１３と半導体チップ１１の取付は、同時に行なってもよい。
したがって、実装用組立構造Ａは、サブマウント１３および半導体チップ１１を含んでいてもよいし、両者を含んでいなくてもよい。また、図１及び図２に示すように、サブマウント１３（電極パターン１４付き）だけを含んでいてもよい。
【００２７】
その後、ワイヤボンディングにより、半導体チップ３０上の上部電極（図示せず）と図中右方のインナーリード２１ａとが電力供給用ワイヤ３１によって接続され、電極パターン１４と図中中央のインナーリード２１ａとが接地用ワイヤ３２によって接続され、半導体チップ３０上のゲート電極（図示せず）と図中左方のインナーリード２１ａとがゲート信号用ワイヤ３３によって接続される。
【００２８】
なお、図３のごとく１つのリードフレーム２０に１つずつ実装用組立構造Ａを形成するのではなく、１つのリードフレーム２０に多数個の実装用組立構造Ａを形成することもできる。
図４は、リードフレーム２０に複数の実装用組立構造Ａを形成した例を示す平面図である。同図においては、横フレーム２４の一方は図示されていないが、リードフレーム２０は、横フレーム２４同士を接続する縦ダムバー２３領域ごとに、実装用組立構造Ａを設けている。これにより、製造ラインにおける高能率化を図ることができ、製造コストの削減を図ることができる。ただし、縦ダムバー２３は、なくてもよい。
【００２９】
−樹脂封止型半導体装置−
図５は、本発明の実施の形態に係る樹脂封止型半導体装置の平面図である。図６は、図５に示すVI-VI線における縦断面図である。
図３または図４に示す処理が行われた後、図５および図６に示すように、トランスファーモールドにより、封止金型のダイキャビティに封止樹脂３５を流し込んで、樹脂キャリア１２，放熱板１１，サブマウント１３，電極パターン１４，半導体チップ３０，ワイヤ３１，３２，３３及びインナーリード２１ａを封止する。
封止樹脂としては、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が用いられている。
【００３０】
周知の構造として、封止金型（図示せず）の上金型及び下金型は、図３または図４に示すリードフレーム２０の横ダムバー２２及び縦ダムバー２３に当接して型締め力が加えられており、その間の領域が封止金型のダイキャビティとなっている。そして、トランスファーモールド成形時、封止樹脂３５は、図３または図４に示すリードフレーム２０の横ダムバー２２及び縦ダムバー２３でせき止められる。
【００３１】
トランスファーモールド成形後、アウターリード２１ｂおよび各ダムバー２２，２３は、切断除去される。これにより、図５および図６に示す樹脂封止型半導体装置Ｂが得られる。ここで、樹脂封止型半導体装置Ｂにおいて、放熱板１１の下面は封止樹脂３５から露出しており、放熱板１１の下面に、放熱フィン等の放熱シンクが取り付けられる（図示せず）。放熱板１１の下部が、封止樹脂３５の下面から下方に突出していてもよい。
【００３２】
このとき、上述のように、樹脂キャリア１１の下面からの放熱板１２の突出量（本実施の形態では、１ｍｍ以下）をある程度確保しておくことにより、封止樹脂３５が樹脂キャリア１２の下方に回り込むので、樹脂キャリア１２が確実に把持される。
【００３３】
本実施の形態の実装用組立構造Ａおよび樹脂封止型半導体装置Ｂによると、予め樹脂キャリア１２に放熱板１１を埋め込んでおいて、樹脂キャリア１２の端部の平坦部を、リードフレーム２０のインナーリード２１ａに取り付ける構造とすることにより、インナーリード２１ａと放熱板１１とが電気的に導通していない構造を実現することができる。
【００３４】
これにより、放熱板１１に電位が生じることがないので、放熱板１１に放熱シンクを直接取り付けることができ、高い放熱機能を発揮することができる。
それに対し、特許文献１等の従来の構造においては、特許文献１の図１，図３，図５，図６等に示される構造に示されるように、インナーリード２ｂと放熱台２ｃとが、いずれもリードフレーム２の一部として互いにつながっている。したがって、放熱シンクを放熱台２ｃに取り付けるには、熱伝導率が低い，かつ，厚い絶縁性樹脂を介在させる必要があるので、放熱機能の劣化を抑制することは困難である。
【００３５】
特に、本実施の形態のごとく、放熱板１１の少なくとも下面を含む下部を封止樹脂３５から露出させることにより、放熱シンクを確実に放熱板１１に接触させることができる。
【００３６】
（その他の実施の形態）
上記実施の形態においては、放熱板１１の上にサブマウント１３を搭載して、放熱板１１とサブマウント１３とにより、半導体チップの基台部材を構成した、半導体チップ３０に、Ｊ−ＦＥＴ等の横型デバイスしか形成されていない場合には、サブマウント１３は必要でなく、放熱板１１に直接半導体チップ３０を固着してもよい。その場合、半導体チップの基台部材は、放熱板１１だけによって構成されることになる。
【００３７】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、ハイブリッド車、電気自動車等の各種機器に用いられる電子部品に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態における実装用組立構造の平面図である。
【図２】図１に示すII-II線における縦断面図である。
【図３】リードフレームに樹脂キャリアを取り付けた後、半導体チップを搭載し、ワイヤボンディングを施した状態を示す平面図である。
【図４】リードフレームに複数の実装用組立構造Ａを形成した例を示す平面図である。
【図５】発明の実施の形態に係る樹脂封止型半導体装置の平面図である。
【図６】図５に示すVI-VI線における縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ      実装用組立構造
Ｂ      樹脂封止型半導体装置
１１    放熱板（基台部材）
１２    樹脂キャリア
１２ａ  取付部
１３    サブマウント（基台部材）
１４    電極パターン
１６    開口部
２０    リードフレーム
２１ａ  インナーリード
２１ｂ  アウターリード
２２    横ダムバー
２３    縦ダムバー
２４    横フレーム
２５    縦フレーム
３１    電力供給用ワイヤー
３２    接地用ワイヤー
３３    ゲート信号用ワイヤー
３５    封止樹脂
【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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