(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に所定の間隔をあけて配置された複数の素子と、
複数のリード部であって、各リード部が各素子と電気的に接続されている、複数のリード部と、
上記第１の方向に隙間をあけて配置された複数の放熱用金属ブロックであって、各金属ブロックは各素子とこの素子に対応するリード部に対応して設けられている、複数の金属ブロックと、
電気的に絶縁性の樹脂からなり、上記複数の素子・リード部・金属ブロックに一体的に成形され、これら複数の素子・リード部・金属ブロックを保持するパッケージとを備えており、
上記複数の金属ブロックはそれぞれ、上方から見て長方形の形をしており、かつ、第１の方向に所定の間隔をあけて等間隔に配置されている樹脂モールド型デバイスの製造方法であって、
上記パッケージを成形する型の複数の樹脂注入口が、隣接する上記金属ブロックの間に形成された隙間の延長線上にそれぞれ配置されており、
上記樹脂注入口の幅が上記隙間の幅よりも大きく設計されており、
上記隙間の全てにほぼ同時に上記樹脂が到達し、また、ほぼ同時に上記樹脂が充填されることを特徴とする樹脂モールド型デバイスの製造方法。
【請求項２】
上記複数の金属ブロックはそれぞれ、対応する上記リード部に固着されていることを特徴とする請求項１の樹脂モールド型デバイスの製造方法。
【請求項３】
上記複数の金属ブロックはそれぞれ、上記樹脂注入口に近接する角部が面取りされて曲面形状又は斜めの傾斜面に仕上げられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一に記載の樹脂モールド型デバイスの製造方法。
【請求項４】
上記複数の金属ブロックはそれぞれ、主要部分と上記主要部分の上部から突出するように一体的に形成された、上記主要部分よりも小さな上方突出部分を有し、上記上方突出部分の上端面がそれぞれ対応する上記リード部に固着されていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂モールド型デバイスの製造方法。
【請求項５】
上記複数のリード部はそれぞれ、一方の面に対応する上記素子を搭載し、他方の面に対応する上記金属ブロックを固着したことを特徴とする請求項１〜４に記載の樹脂モールド型デバイスの製造方法。
【請求項６】
上記複数の金属ブロックは、それぞれ上記パッケージから露出することなく上記パッケージに収容されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載の樹脂モールド型デバイスの製造方法。
【請求項７】
上記複数の素子は、それぞれ対応する上記金属ブロックに固着されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂モールド型デバイスの製造方法。
【請求項８】
第１の方向に所定の間隔をあけて配置された複数の素子と、
複数のリード部であって、各リード部が各素子と電気的に接続されている、複数のリード部と、
上記第１の方向に隙間をあけて配置された複数の放熱用金属ブロックであって、各金属ブロックは各素子とこの素子に対応するリード部に対応して設けられている、複数の金属ブロックと、
電気的に絶縁性の樹脂からなり、上記複数の素子・リード部・金属ブロックに一体的に成形され、これら複数の素子・リード部・金属ブロックを保持するパッケージとを備えており、
上記複数の金属ブロックはそれぞれ、上方から見て長方形の形をしており、かつ、第１の方向に所定の間隔をあけて等間隔に配置されている樹脂モールド型デバイスの製造装置であって、
上記パッケージを成形する型を備えており、
上記型の複数の樹脂注入口が、隣接する上記金属ブロックの間に形成された隙間の延長線上にそれぞれ配置されており、
上記樹脂注入口の幅が上記隙間の幅よりも大きく設計されており、
上記隙間の全てにほぼ同時に上記樹脂が到達し、また、ほぼ同時に上記樹脂が充填されるようにしてあることを特徴とする樹脂モールド型デバイスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の素子・リード部・放熱用金属ブロックを樹脂パッケージに一体的に保持したデバイスを製造する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子デバイスの一つとして、たとえばエアコン、洗濯機などのインバータ用スイッチング素子として用いられる電力用半導体装置がある。この電力用半導体装置は、例えば図２２に示すように、概略、金属薄板より形成されるリードフレーム１０１、電力用素子１０２、放熱用ヒートシンクとして機能する金属ブロック１０３を備えており、これらの各部品が樹脂パッケージ１０４によって一体的に保持されている。
【０００３】
リードフレーム１０１は、ダイパッド部１０５と、インナーリード部１０６とを有しており、電力用素子１０２はダイパッド部１０５にはんだ１０７で接合されている。電力用素子１０２とインナーリード部１０６とは、アルミワイヤ１０８によって接続されている。金属ブロック１０３は、その略中央部に凸部１０９を有しており、その凸部１０９がリードフレーム１０１の電力用素子１０２に対向する面とは反対側の面と所定距離をあけて電力用素子１０２に対向して配置されている。金属ブロック１０３の凸部１０９と、リードフレーム２との間に形成されている樹脂パッケージを樹脂絶縁層１１０と呼ぶ。樹脂パッケージ１０４は、金属ブロック１０３のリードフレーム１０１とは反対側の面を露出させた状態で、電力用素子１０２、リードフレーム１０１及び金属ブロック１０３を封止し、一体的に保持しており、金属ブロック１０３の露出部分に外部放熱器（図示せず）が取り付けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の半導体装置では、電力用素子１０２で発生した熱が、リードフレーム１０１、絶縁樹脂層１１０、金属ブロック１０３を通って、外部放熱器から放出される。ここで、金属ブロック１０３はアルミニウムあるいは銅材から形成され、その熱伝導率は、それぞれ２００Ｗ／ｍＫ、３９０Ｗ／ｍＫである。リードフレーム１０１も銅材等の金属で形成されるため、金属ブロックと同等の熱伝導率を有する。しかし、絶縁樹脂層１１０の熱伝導率は１〜３Ｗ／ｍＫであり、その他の材料の約１／１００程度しかない。そのため、絶縁樹脂層１１０が熱伝導の主たる阻害要因となっている。換言すると、従来の半導体装置の内部熱抵抗のほとんどは、絶縁樹脂層１１０によって占められている。
【０００５】
ところで、半導体装置の放熱特性は、熱が通過する材料の厚さや熱伝導率、及び熱が材料を通過する面積、いわゆる伝熱面積で決定される。そのため、絶縁樹脂層１１０の厚さを薄くすることで、当該従来の半導体装置の内部熱抵抗を低減させることも考えられる。しかしながら、当該部位には数千Ｖの絶縁耐圧が必要であるため、その厚さは０.３ｍｍ前後が限界であり、放熱特性の改善にも限界を生じている。
【０００６】
この問題を解決するため、絶縁樹脂層よりも上流側にヒートスプレッダとして機能する金属ブロックを設け、そこでの熱の拡がりを確保し、樹脂絶縁層での伝熱面積を増大させることで、放熱性能を向上させようということが考えられている。この場合、複数の電力用素子を搭載する半導体装置においては、少なくとも絶縁単位ごとには金属ブロックを分割し、相互の絶縁を確保する必要が生じるため、半導体装置は複数の金属ブロックを備えることになる。このような複数の金属ブロックを備える半導体装置は、樹脂パッケージを形成する際に、金属ブロック間においても良好な樹脂充填が必要となるという点で、従来の半導体装置と異なる。しかしながら、従来の半導体装置においては、当然ではあるが金属ブロック間の樹脂充填については全く考慮されていない。そのため、これを複数の金属ブロックを備える本半導体装置に適用した場合には、種々の問題があった。
【０００７】
この問題点について、具体的に説明する。図２３に示すように、特開２０００-１３８３４３号公報で提案されている樹脂注入口１１１から液状の樹脂を注入することによって半導体装置の樹脂パッケージの形成を試みた場合には、以下に示す問題が発生する。第１に、金属ブロック間の隙間に樹脂が注入されるタイミングが一様にならないため、樹脂が先に流入した隙間において、樹脂注入圧力に起因する、当該隙間を押し広げようとする力が発生する。この力により、当該金属ブロックの位置が移動し、当該隙間は拡大し、隣接する隙間は狭くなる。この様子を図２４に示す。
【０００８】
図２４は、複数の金属ブロックを備えた半導体装置に対して、従来の樹脂注入口位置を適用した半導体装置樹脂パッケージ成形工程における１局面について、金属ブロック裏面に視点をおいた平面図を模式的に示したものである。図において、隣接する金属ブロック１０２の一つの隙間１１２ａでは、近隣の隙間１１２ｂ、１１２ｃに比べて、樹脂１１３の充填が大きく遅れる。そのため、上述の通り、隙間１１２ｂ、１１２ｃは幅が大きくなり、一方隙間１１２ａは幅が小さくなる。その結果、狭小化された隙間では、より一層樹脂が注入されにくくなり、充填完了のタイミングが遅れる。この場合、隣接する金属ブロック同士が接触し、金属ブロック間での絶縁が確保されず、製品不良になるという問題が発生するおそれが高い。また金属ブロックに負荷される力が過大な場合は、リードフレームと金属ブロック間の固着層が損傷を受けるおそれもある。
【０００９】
第２に、仮に金属ブロック間の接触は免れたとしても、上述の通り、狭小化した隙間では樹脂の注入性が極端に劣化するため、樹脂の未充填部が発生し、金属ブロック間で絶縁が確保できず、製品不良になるという問題もある。
【００１０】
第３に、金属ブロックの移動が起こらない場合であっても、金属ブロック間の隙間内に存在する空気を完全に排斥しなければ、残留空気が“ボイド”と呼ばれる樹脂未充填部を形成するため、金属ブロック間の絶縁を確保できないという問題も有る。つまり、従来の半導体装置で用いられる樹脂注入口位置では、各隙間において樹脂の注入が均一にならないため、樹脂の回り込みによる空気残りが発生し、空気がボイドとして該隙間部に残存してしまう。
【００１１】
図２５は、図２４に示した局面よりも、時間が進み、充填が最終的に完了した局面を示した模式図である。図中、各隙間を流れる樹脂の流動方向を矢印で示した。上述の通り、隙間１１２ａにおいて充填が遅れるため、この隙間１１２ａでは、樹脂注入口からの樹脂流れと、近接する隙間を充填し終えて隙間１１２ａに流入する樹脂の流れが空気をトラップし、ボイド１１４を形成する。そして、ボイド１１４が、隣接する金属ブロック間の絶縁性を低下する。
【００１２】
第４に、金属ブロックが樹脂パッケージ中に完全に内包される、いわゆるフルモールドタイプの半導体装置においては、さらに問題が顕著化する。すなわち、このようなタイプの半導体装置では、外部放熱器に近い側の金属ブロック裏面側にも樹脂パッケージを完全に形成し、外部放熱器との間で絶縁を確保する必要があるが、従来の半導体装置で用いられる樹脂注入口を用いる場合においては、やはり上述のような樹脂の回り込みが原因で、金属ブロック裏面の樹脂絶縁層形成部にボイドや未充填が発生する。この様子を図２６に示す。図２６は、樹脂充填が完了した時点において、図２４、２５と同様の視点から見た外観模式図である。このように、ボイド等による樹脂未充填部１１５が存在した場合、外部放熱器との間で絶縁を確保できないため、製品不良になるという問題もあった。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、絶縁性能に優れた樹脂モールド型デバイス及びその製造方法と製造装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、
第１の方向に所定の間隔をあけて配置された複数の素子と、
複数のリード部であって、各リード部が各素子と電気的に接続されている、複数のリード部と、
上記第１の方向に隙間をあけて配置された複数の放熱用金属ブロックであって、各金属ブロックは各素子とこの素子に対応するリード部に対応して設けられている、複数の金属ブロックと、
電気的に絶縁性の樹脂からなり、上記複数の素子・リード部・金属ブロックに一体的に成形され、これら複数の素子・リード部・金属ブロックを保持するパッケージとを備えており、
上記複数の金属ブロックはそれぞれ、上方から見て長方形の形をしており、かつ、第１の方向に所定の間隔をあけて等間隔に配置されている樹脂モールド型デバイスの製造方法であって、
上記パッケージを成形する型の複数の樹脂注入口が、隣接する上記金属ブロックの間に形成された隙間の延長線上にそれぞれ配置されており、
上記樹脂注入口の幅が上記隙間の幅よりも大きく設計されており、
上記隙間の全てにほぼ同時に上記樹脂が到達し、また、ほぼ同時に上記樹脂が充填されることを特徴とする。
【００１５】
本発明はまた、
第１の方向に所定の間隔をあけて配置された複数の素子と、
複数のリード部であって、各リード部が各素子と電気的に接続されている、複数のリード部と、
上記第１の方向に隙間をあけて配置された複数の放熱用金属ブロックであって、各金属ブロックは各素子とこの素子に対応するリード部に対応して設けられている、複数の金属ブロックと、
電気的に絶縁性の樹脂からなり、上記複数の素子・リード部・金属ブロックに一体的に成形され、これら複数の素子・リード部・金属ブロックを保持するパッケージとを備えており、
上記複数の金属ブロックはそれぞれ、上方から見て長方形の形をしており、かつ、第１の方向に所定の間隔をあけて等間隔に配置されている樹脂モールド型デバイスの製造装置であって、
上記パッケージを成形する型を備えており、
上記型の複数の樹脂注入口が、隣接する上記金属ブロックの間に形成された隙間の延長線上にそれぞれ配置されており、
上記樹脂注入口の幅が上記隙間の幅よりも大きく設計されており、
上記隙間の全てにほぼ同時に上記樹脂が到達し、また、ほぼ同時に上記樹脂が充填されるようにしてあることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るデバイス及びその製造装置の実施の形態を説明する。なお、複数の実施の形態において同一又は類似の部分又は部材には同一の符号を付す。また、実施の形態の説明中に方向を特定する用語（例えば、「上」、「下」、「表」、「裏」及びそれらの用語を含む別の用語「上方」、「下方」）を用いるが、これは発明の理解を容易にするためであって、発明の範囲を限定するものではない。
【００２８】
実施の形態１．
実施の形態１に係る樹脂モールド型デバイスの一例である半導体装置について説明する。この半導体装置の平面外観模式図を図１に示し、その代表断面の模式図を図２に示す。図２に示すように、半導体装置１は、半導体部品を含む複数の電力用素子２を有する（図３参照）。各電力用素子２は、導電性金属からなる放熱用金属ブロック３にはんだ４を介して固着されている。また、金属ブロック３は、はんだ５を介して、第１の外部リード（リード部）６に接続されている。そして、電力用素子２は、金属ブロック３に対向する下面に一つの端子（図示せず）を備えており、この端子がはんだ４、金属ブロック３、はんだ５を介して、第１の外部リード６と電気的に接続されている。一方、金属ブロック３とは反対側にある電力用素子２の上面には２つの端子（図示せず）が設けてあり、これらの端子がアルミワイヤ７を介して第２の外部リード（リード部）８とそれぞれ電気的に接続されている。そして、第１及び第２の外部リード６，８は途中で図面の上方に向けて折り曲げられている。これらの電力用素子２、金属ブロック３、外部リード６，８、アルミワイヤ７は、外部リード６，８の自由端側と金属ブロック３の底面を除いて、電気的に絶縁性の樹脂材料からなるパッケージ１０によって封止され、図１及び図２に示す状態に保持されている。
【００２９】
図３は、半導体装置１の製造工程において、電力用素子２を金属ブロック３に固着する工程、金属ブロック３とリードフレーム２を固着する工程、及び電力用素子２とリード部８とをワイヤボンディングする工程を終了し、樹脂パッケージ１０を形成する工程の直前の半製品の構造を示し、そこには樹脂パッケージ１０を形成する工程で用いられる金型の樹脂注入口１２が併せて表示してある。図示するように、この段階では、第１及び第２の外部リード６、８は真直ぐに伸びており、その自由端は外部リード６，８を囲む四角形の外側部分１３に接続されており（すなわち、分離されておらず）、この外側部分１３と共にリードフレームを構成している。また、金属ブロック３はこれを上方（電力用素子側）から見たとき長方形の形をしており、矢印Ｘ方向（第１の方向）に所定の間隔をあけて等間隔に配置され、隣接する金属ブロック３の間には矢印Ｘと直交する矢印Ｙ方向（第２の方向）に伸びる細長い隙間１４が形成されている。また、各金属ブロック３に固着される第１の外部リード６も所定の間隔を矢印Ｘ方向にあけて配置されている。一方、ワイヤ７が接続される他方の第２の外部リード８は、所定の間隔を矢印Ｘ方向に間隔をあけて配置されている。
【００３０】
図４は、図３に示す半製品の半導体装置１を金型１５に保持した状態を示す。図示するように、金型１５は上型１６と下型１７とからなり、これら上型１６と下型１７で半製品を保持している。上型１６と下型１７の対向する面には、樹脂パッケージ１０の輪郭を模ったキャビティ１８が形成されている。キャビティ１８内に樹脂を注入する注入口１２は上型１６の側壁（図面上、左側の側壁）に形成されており、この注入口１２を介して所定の樹脂がキャビティ１８内に注入されるようにしてある。ただし、注入口を設ける位置は実施の形態が限定されるものでなく、図示する注入口１２の下方に設けてもよい。なお、図示しないが、上型１６又は下型１７の反対側側壁（図面上、右側の側壁）には排気孔が形成されている。特に図３に示すように、各注入口１２は、隣接する金属ブロック３の間の隙間１４の延長線上に配置され、この隙間１４の延長方向に向けて樹脂が射出されるようにしてある。また、各注入口１２の幅（矢印Ｘ方向の幅）は、隙間１４の幅よりも広く設計されている。
【００３１】
この金型１５を用いて半製品に樹脂パッケージ１０をトランスファーモールド又はインジェクションモールドする場合、図３に示す半製品が図４に示すように上型１６と下型１７に挟持され、複数の注入口１２から注入された樹脂１９によって樹脂パッケージ１０が形成される。このとき、上述のように注入口１２は隣接する金属ブロック３の間の隙間１４の延長上にその延長方向に向けて配置されているので、注入口１２から射出された樹脂１９は隣接する金属ブロック３の隙間１４にまっすぐ進み、その隙間１４内に充填される。また、注入口１２の幅は隙間１４の幅よりも大きいため、注入口１２側と排気口側の隙間端部にあっても、隙間の全体に確実に樹脂１９が充填される。さらに、図３に示すように、各注入口１２とこれに対向する隙間１４との距離はすべての場所で同一としてあるので、図５に示すように全ての隙間１４にほぼ同時に樹脂が到達し、また充填されていく。
【００３２】
したがって、隙間１４への樹脂充填のタイミングのずれに起因して金属ブロック３が矢印Ｘ方向に移動することがない。そのため、樹脂パッケージ形成工程の間、それぞれの隙間１４の幅は変化せず、一部の隙間１４が狭くなる又は広くなるということがない。また、一部の隙間１４に充填された樹脂１９が金属ブロック３の反対側（排気口側）を回って隣接する隙間１４に入り込み、この隙間１４に充填口側から進んで来る樹脂１９との間で空気をトラップし、このトラップされた空気がボイドとなる、いわゆる樹脂回り込みによるボイドの発生を防ぐことができる。その結果、隣接する金属ブロック３の間に、ボイドの無い、一定の厚みの樹脂層が介在し、これら金属ブロック３を相互に良好に絶縁する。
【００３３】
ところで、金属ブロックの隙間が狭くなると、充填が困難になるばかりでなく、良好に充填された場合であっても、絶縁を確保できない恐れがある。金属ブロック間の絶縁耐力は、外部放熱器との間で必要とされる絶縁耐力よりも小さなものとなることも多いが、それでも最低限０.１ｍｍ以上はないと絶縁を確保できない。逆に、隙間の幅を３ｍｍ以上にしても充填性は改善しないことが実験で確認された。したがって、隙間の幅を３ｍｍ以上にしても、半導体装置の大きさをいたずらに大きくするばかりでメリットがない。このような理由から、隙間の幅は、０.１ｍｍ以上で且つ３ｍｍ以下であることが望ましい。さらに望ましくは、樹脂パッケージ形成工程での安定的な樹脂の注入及び充填を確保するとともに、半導体装置の小型化を考慮すると、隙間の幅は０.３ｍｍ以上で且つ２ｍｍ以下となる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、電力用素子のみが搭載される例について説明したが、制御用素子が例えば第１又は第２の外部リード上に搭載されていても良い。また、本実施の形態では、放熱性を最大限向上させる目的で、電力用素子を金属ブロック上に搭載した場合を説明したが、内蔵された素子同志の配線を容易にするため、あるいは半導体装置の製造をより容易にするために、図６に示すように電力用素子２を外部リード６に直接搭載しても良い。この場合、電力用素子２と外部リード６、外部リード６と金属ブロック３は、はんだ２０，２１を用いてそれぞれ固着される。
【００３５】
実施の形態２．
図７は実施の形態２に係る樹脂モールド型デバイスの具体例である半導体装置を示し、図８はこの半導体装置の樹脂パッケージ形成工程における樹脂の流動状態を示す。これらの図に示すように、半導体装置１Ａにおいて、各金属ブロック３は、注入口１２側と排気口側の上下及び左右の角部と上下に伸びる角部が面取りされて曲面形状２２又は斜めの傾斜面に仕上げられており、隣接する金属ブロック３の間に形成される隙間１４の入口及び出口が拡幅されている。その他の構成は実施の形態１の半導体装置と同一である。
【００３６】
このような形状を有する金属ブロック３を備えた半導体装置１は、その半製品を金型１５に保持して樹脂モールドすると、図８に示すように、樹脂注入口１２からキャビティ１８内に注入された樹脂１９は曲面形状２２によって容易に隙間１４に導かれて排出口に向けて移動し、各隙間に確実に充填される。
【００３７】
金属ブロックの角部が面取りされていない場合と、面取りされている場合について、隙間１４の端部における樹脂の充填性及び樹脂の流動性について検討する。例えば、図９に示すように、金属ブロック３の端部が曲面状に面取りされていない場合、金属ブロック３のエッジ２３が樹脂１９の流れの特異点となる。そのため、エッジ２３の近傍で樹脂１９の流れが乱され、端部近傍に樹脂の未充填部（ボイド）２４が発生し得る。その結果、この未充填部２４で十分な絶縁性を得ることができない。一方、図１０に示すように、金属ブロック３の端部を曲面形状２２に面取りした場合、樹脂１９の流れを乱す原因となるエッジ自体がないため、樹脂１９の流れが乱されることもなく、樹脂１９の流れが金属ブロック３から離れて未充填部を生じることがない。
【００３８】
ところで、半導体装置が使用される環境の温度変化や、半導体装置の動作時に発生する熱に起因する温度変化によって、金属ブロック３と樹脂パッケージ１０との間にはそれぞれの線膨張係数の違いに起因する応力が発生する。この応力は金属ブロック３の端部で大きくなり、エッジがある場合にはその近傍に大きな応力集中を生じる。そして、この応力集中は、樹脂パッケージ１０が金属ブロック３から剥離するといった不具合や、樹脂パッケージ１０に割れが生じるといった不具合を発生する。しかし、金属ブロック３の端部を曲面状に面取りすることで応力集中が減少し、そのような剥離や割れの問題が無くなり、信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【００３９】
なお、曲面形状２２の半径について、応力解析と実験結果から、半径が０.１ｍｍ以下では応力低減の効果が小さいこと、また２ｍｍ以上にしても応力低減の効果が向上しないことがわかった。逆に半径を大きくすると、伝熱面積を小さくなるデメリットが発生する。したがって、曲面形状２２の半径は、０.１ｍｍ以上で且つ２ｍｍ以下が望ましい。さらに望ましくは、曲面形状２２の加工精度の安定性、応力の低減、さらには放熱特性をも考慮すると、半径は０.３ｍｍから１.５ｍｍとなる。
【００４０】
実施の形態３．
実施の形態３に係る半導体装置の平面図、側面図、及び他の側面図をそれぞれ図１１、１２、１３に示す。この半導体装置１はいわゆるフルモールド型デバイスであって、外部放熱器（図示せず）を取り付けるための取り付け穴２５を有する。通常、半導体装置１は、外部放熱器に対して、放熱性を改善する目的で該半導体装置１との間に放熱グリスを介在させた状態で、取り付け穴２５に、外部放熱器の対応する部位に形成された穴を介してねじを嵌め込み、外部放熱器に固定される。
【００４１】
半導体装置の代表断面の模式図を図１４に示す。図示するように、半導体装置１Ｂは、電力用素子として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor、以下「ＩＧＢＴ」と記す）２６と、フライホイールダイオード（Fly Wheel Diode、以下「ＦＷＤ」と記す）２７を有する。これらＩＧＢＴ２６とＦＷＤ２７は、外部リード６に形成された、電力用素子を搭載するための回路を形成したパワー回路部２８に、はんだ２９によって接続されて固着されている。半導体装置１Ｂはまた、制御用素子として、低電圧集積回路（Low Voltage Intelligent Circuit、以下「ＬＶＩＣ」と記す）３０と、高電圧集積回路（High Voltage Intelligent Circuit、以下「ＨＶＩＣ」と記す）３１を有する。これらＬＶＩＣ３０とＨＶＩＣ３１は、外部リード８に形成された、制御用素子を搭載するための回路を有する制御回路部３２に、はんだ３３によって接続されて固着されている。
【００４２】
外部リード６，８を挟んでＩＧＢＴ２６とＦＷＤ２７の反対側には、金属ブロック３が配置されている。金属ブロック３は、主要部分３４と該主要部分３４の上部にそこから突出するように一体的に形成された、主要部分３４よりも小さな上方突出部分３５とからなり、この上方突出部分３５の上端面が外部リード６にはんだ３６によって固着されている。そして、金属ブロック３の主要部分はその放熱面積を大きくするために第２の外部リード８の下方に伸びているが、上方突出部分３５の高さ３７分だけ第２の外部リード８から離れているので、この第２の外部リード８との間には十分な絶縁距離が確保されている。また、金属ブロック３の主要部分は、その上下と左右の角部及び上下方向に伸びる角部が曲面形状３８に仕上げられており、隣接する金属ブロック間の隙間に樹脂がスムーズに流れ込むようにしてあるとともに、金属ブロック３の角部近傍に大きな応力集中が生じないようにしてある。
【００４３】
ＩＧＢＴ２６とＦＷＤ２７との間、ＩＧＢＴ２６と所定の内部外部リードとの間、ＦＷＤ２７と所定の内部外部リードとの間、及びパワー回路部２８と制御回路部３２との間は、例えば線径３００μｍのアルミワイヤ３９で電気的に接続される。ＬＶＩＣ３０及びＨＶＩＣ３１と対応する外部リードとの間は、アルミワイヤよりも線径の小さな金ワイヤ４０によって、電気的に接続されている。
【００４４】
これら電力用素子、制御用素子、金属ブロック３、及び外部リード６，８の基部は、絶縁性の樹脂からなるパッケージ１０によって封止されて一体的に保持されている。ここで、金属ブロック３と、制御回路部３２との間の樹脂パッケージの厚さ３７’は、電気的ノイズによる制御用素子であるＬＶＩＣ３０やＨＶＩＣ３１の誤動作を防ぐ目的から、シミュレーション及び実験によって０.４ｍｍ以上は必要であることを確認している。より望ましくは、０.５ｍｍ以上必要である。従って、金属ブロック３の上方突出部分３５の高さ３７は、樹脂パッケージ形成工程を含む本半導体装置の製造工程における、制御回路部３２の位置変動を考慮すると、０.５ｍｍ以上は必要であり、より望ましくは１ｍｍ以上必要である。また、金属ブロック３裏面の樹脂層４１は、外部放熱器（図示せず）との間の絶縁特性を満足させるために、その厚さが０.３ｍｍ以上必要である。一方、樹脂パッケージ１０の熱伝導率は、金属ブロックを構成する銅やアルミニウムの１／１００程度しかないため、金属ブロック３の伝熱面積を大きくしたとしても、金属ブロック裏面の樹脂層４１の厚さは、高い放熱特性を達成するために１.０ｍｍ以下にすることが望ましい。より望ましくは、例えば特に高い放熱特性を要求される、より大きな電流を取り扱う半導体装置などでは、０.６ｍｍ以下となる。そのため、金属ブロック裏面の樹脂層４１は、０.３ｍｍ以上で且つ１.０ｍｍ以下が望ましく、更に望ましくは０.３ｍｍ以上で且つ０.６ｍｍ以下となる。
【００４５】
このような、フルモールド型の半導体装置では、この半導体装置としての製品に対し、外部放熱器との間に十分な絶縁耐力を保証できる。しかも、個々の半導体装置の絶縁耐力を検査し、必要な絶縁耐力を備えた製品を市場に提供できる。したがって、エンドユーザーが半導体装置と外部放熱器とを組み立てる際、これら半導体装置と外部放熱器との間に、放熱性を維持しながら絶縁を確保するために従来必要とされていた熱伝導性絶縁部材を設ける必要が無くなり、半導体装置の外部放熱器への組み立て性が向上するばかりでなく、組み立て不良や、熱伝導性の絶縁部材の不良に起因する、不具合を防止できるという利点がある。
【００４６】
図１５と図１６は、半導体装置の製造工程において、樹脂パッケージを形成する工程の前工程まで終了した時点での構造を、上方と下方から見た図で、特に図１５の点線で囲まれた領域は、パワー回路部２８、制御回路部３２、樹脂パッケージ１０のアウトライン（樹脂パッケージのアウトラインを符号４２で示す。）を示す。また、これらの図には、樹脂パッケージ１０を形成する工程で用いられる金型の樹脂注入口１２が併せて表示してあり、各注入口１２が隣接する金属ブロック３の間に形成された隙間１４の延長線上に配置されている。したがって、金属ブロック３間の隙間１４への樹脂の充填は実施の形態１と同様に良好に行われる。また、図１７と図１８に示すように、金属ブロック３間の隙間１４を、樹脂１９が充填されていく過程で、金属ブロック裏面は樹脂注入口１２に近い端部側から徐々に充填されていく。また、金属ブロック３の裏面における、樹脂１９の最後端面４３は、金属ブロック間の隙間１４における樹脂１９の最先端面４４よりも、わずかに遅れるものの、各隙間を充填する樹脂１９の速度が一様なため（つまり、各隙間における樹脂の最先端面４４が一様なため）、金属ブロック３の裏面部に残存する空気を排斥するように一方向に充填されていく。したがって、各隙間内での樹脂の充填速度が異なる場合、樹脂の回りこみによる空気トラップが発生し、その結果充填不良による絶縁不具合を起すおそれがあるが、樹脂注入口の配置を適正な位置に規制すること等によって空気トラップの問題が解消されている。
【００４７】
本実施の形態の半導体装置では、放熱性ならびに絶縁性の両方を良好に確保するために、金属ブロック３裏面の絶縁樹脂層４１の厚みを、薄く一様に規定することが望ましい。そのために、樹脂パッケージ形成工程における１局面の断面模式図である図１９に示すように、樹脂成形金型の下型１７には各金属ブロック３の下面に対向する部位に該下面に向けてキャビティ１８に進退する可動ピン４５が設けられている。この可動ピン４５は、例えば図示しない駆動部（例えば、シリンダ）に駆動連結されており、樹脂１９が金型内を充填し終わるまではキャビティ１８に突出して金属ブロック３を支え、金属ブロック３の裏面に接する樹脂層の厚みを一定に保つ。樹脂１９が金型内に完全に充填されると、樹脂１９が硬化する前に、可動ピン４５を金型内に引き込み収納する。このとき、可動ピンが占有していたキャビティ内の空間は、周囲の樹脂が引き込まれて埋められる。
【００４８】
金属ブロック３の裏面部への樹脂１９の注入性を更に向上させるため、リードフレーム２を介して金属ブロック３とは反対側に、樹脂１９の流動性を抑制するような流動障害を設けても良い。この流動障害は、図２０に示すように、第１の外部リード６と第２の外部リード８との間の領域に向けて下方に突出するか一つ又は複数の突起４６又は壁を上型１６に形成することで得られる。この流動障害に関しては、図２１に示すように、突起４６や壁に加えて、注入口１２の近くに一つ又は複数の膨出部４７を上型１６に形成してもよい。さらに、金属ブロック３の裏面部への樹脂１９の注入性を更に向上させるため、樹脂パッケージ形成工程において、金型内を減圧しても良い。
【００４９】
このように、実施の形態３の半導体装置では、樹脂注入口を適正な位置に配置したこと、また金属ブロックを樹脂が流れやすい形にしたこと、さらには金属ブロックを露出させないように完全に樹脂パッケージ中に収納したこと等によって、複数の金属ブロックを備えた放熱特性の優れた半導体装置において、より一層優れた絶縁特性を確保することができる。
【００５０】
変形例．
以上、本発明に係る樹脂モールド型デバイス及びその製造装置について説明したが、樹脂パッケージを形成する樹脂材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化樹脂、ＰＰＳ(Polyphenylene Salfide）樹脂等の熱可塑樹脂、あるいはそれら数種類を適宜混合したものをベースに使用できる。また、このベース樹脂に熱伝導性を付与するため、あるいは線膨張係数を調整するため、さらにあるいは機械的強度を向上させるため等の理由にから、シリカ、アルミナ、その他無機材料、あるいは絶縁性コーティングが施された金属微粉等からなるフィラーを混在させたものが考えられる。しかし、本発明は、樹脂パッケージの材料によってその範囲が限定されるものでない。
【００５１】
また、各実施の形態では６個の金属ブロックを備えた半導体装置を図面に示したが、その個数は２個以上であれば何個でも良い。さらに、外部リードと金属ブロック及び、電力用素子ならびに制御用素子と外部リードあるいは金属ブロックは、はんだによって固着された例について説明したが、その手法は問わない。当然ながら、銀ろうや、導電性接着剤等の別のろう材でも構わないし、かしめ加工等による機械的な固定でも構わないし、超音波やレーザ、その他電気的エネルギや熱的エネルギ等を利用して、直接的に固着していても一向に構わない。
【００５２】
同様に、電力用素子や制御用素子と内部外部リード、外部リードと内部リード（リード部）、内部リード同士、あるいは異なるリードフレーム間をワイヤで電気的に接続する例について説明したが、当然ながらその材質やワイヤ径が限定されるわけではないし、電気的に両者が接続されていればその方法は問わない。その他の方法としては、銀、銅等の良導電体のワイヤ接続でも良いし、はんだや銀ろう等のろう材、あるいは導電性接着剤で接合しても良いし、かしめ加工等による機械的な固定でも良いし、超音波やレーザ、その他電気的エネルギや熱的エネルギ等を利用して固着することで電気的接続を得ても良いし、さらには電気的接続が確保されるなら、両者が接触しているだけでも良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のうち、請求項１の樹脂モールド型デバイスによれば、金属ブロック間の隙間の延長線上から樹脂が注入されるので、パッケージ形成時各金属ブロック間の隙間に樹脂が充填されるタイミングを一様に揃えることができる。そのため、各金属ブロック間の隙間での充填不良を防止でき、かつ、金属ブロックの移動や、それに伴う金属ブロック間での絶縁不良をふせぐことができる。
【００５４】
請求項２の樹脂モールド型デバイスによれば、金属ブロックがリード部に固着されていることによって、樹脂パッケージ形成時の金属ブロックの位置決めが容易になるため、製造効率が上がり、また金属ブロック間の隙間の幅を制御しやすくなるため、充填不良や絶縁不良を未然に防ぐことが容易となる。
【００５５】
請求項３の樹脂モールド型デバイスによれば、各金属ブロックは他の金属ブロックから電気的に絶縁されているので、電位の異なる複数の金属ブロックを半導体装置に備えることが可能となり、高機能化が容易となる。
【００５６】
請求項４の樹脂モールド型デバイスによれば、金属ブロック間の間隔が、略均等に配置されているので、各隙間での樹脂の充填速度を一様に揃えることが容易になり、各金属ブロック間の隙間での充填不良を防止でき、かつ金属ブロックの移動や、それに伴う金属ブロック間での絶縁不良を防ぐことができる。
【００５７】
請求項５の樹脂モールド型デバイスによれば、金属ブロック間の隙間が樹脂注入口の近傍で広くなっているので、樹脂がより各金属ブロック間の隙間に一層スムーズに注入され、該隙間での充填不良を防ぐことがさらに一層容易になる。
【００５８】
請求項６の樹脂モールド型デバイスによれば、金属ブロックは、リード部と固着された部分よりも大きい部分をリード部の反対側に備えているので、リード部と金属ブロックをショートさせることなく金属ブロックを最大限に大きくすることができる。その結果、デバイスを大きくすることなく、伝熱面積を大きくすることができ、放熱性能を高めることができる。
【００５９】
請求項７の樹脂モールド型デバイスによれば、各金属ブロックは、対応する素子と、これら金属ブロックと素子との間に配置されたリード部を介して対向しているので、素子同士の配線を容易にできる。また、デバイスを大きくすることなく、複雑な電気回路への対応が容易になる。さらに、デバイスの製造において、フレーム部に素子を固着するダイボンディング工程や、その後のワイヤボンディング工程において、従来から行われている一般的な半導体製造装置ならびに方法が用いることができるため、製造が容易となる。
【００６０】
請求項８の樹脂モールド型デバイスによれば、金属ブロックが素子に対向して配置されているので、素子から発生した熱を効率よく外部に伝熱することができるため、放熱性能を高めることができる。
【００６１】
請求項９の樹脂モールド型デバイスによれば、金属ブロックは樹脂パッケージから露出していないので、デバイス自身で外部放熱器との間の絶縁を確保することが可能となり、エンドユーザーでのアセンブリ工程において、該デバイスと外部放熱器との間に熱伝導性の絶縁部材を設ける必要が無くなる。したがって、デバイスの外部放熱器へのアセンブリが容易となる。また、デバイス単体での絶縁特性が検査、保証できるため、エンドユーザでのアセンブリに起因する絶縁不良や、放熱特性不良といった問題を解消できる。
【００６２】
請求項１０の樹脂モールド型デバイスによれば、素子が金属ブロックに固着されているので、素子から発生した熱を最短経路で、伝熱面積を大きくし、外部に伝熱することができるため、放熱性能をさらに高めることができる。
【００６３】
請求項１１に係る樹脂モールド型デバイスの製造装置によれば、金属ブロック間の隙間の延長線上から樹脂が注入されるので、パッケージ形成時各金属ブロック間の隙間に樹脂が充填されるタイミングを一様に揃えることができる。そのため、各金属ブロック間の隙間での充填不良を防止でき、かつ、金属ブロックの移動や、それに伴う金属ブロック間での絶縁不良をふせぐことができる。
【００６４】
請求項１２に係る樹脂モールド型デバイスの製造装置によれば、金属ブロックの隙間への樹脂注入時、注入される液状樹脂の流れの幅が隙間よりも確実に大きくなるので、隙間の全幅を良好に樹脂で充填できる。
【００６５】
請求項１３に係る樹脂モールド型デバイスによれば、金属ブロック間の隙間の延長線上から樹脂が注入されているので、各金属ブロック間の隙間の充填不良が無く、金属ブロック間での絶縁不良が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る樹脂モールド型デバイスの一例である半導体装置の平面外観模式図である。
【図２】  同実施の形態に係る半導体装置の代表断面の模式図である。
【図３】  同実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面外観模式図である。
【図４】  同実施の形態において、図３で示した工程における１局面を示した代表断面の模式図である。
【図５】  同実施の形態において、図４で示した局面での、Ｖ−Ｖ断面における断面の模式図である。
【図６】  同実施の形態に係る別の半導体装置の代表断面の模式図である。
【図７】  実施の形態２に係る樹脂モールド型デバイスの一例である半導体装置の代表断面の模式図である。
【図８】  同実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面外観模式図である。
【図９】  半導体装置において、金属ブロックに曲面形状を形成していない場合に、図８で示した局面において、生じるおそれのある不具合について説明した、平面拡大模式図である。
【図１０】  同実施の形態に係る半導体装置において、金属ブロックに曲面形状を形成した場合に、図８で示した局面において、不具合が生じないことを説明した、平面拡大模式図である。
【図１１】  実施の形態３に係る樹脂モールド型デバイスの一例である半導体装置の平面図である。
【図１２】  同実施の形態に係る半導体装置の側面図である。
【図１３】  同実施の形態に係る半導体装置の別の側面図である。
【図１４】  同実施の形態に係る半導体装置の代表断面の模式図である。
【図１５】  同実施の形態における半導体装置の製造方法の１工程を示す平面外観図である。
【図１６】  同実施の形態において、図１５に示した工程を示す別の平面外観図である。
【図１７】  同実施の形態において、図１５で示した工程における１局面を示した平面外観図である。
【図１８】  同実施の形態において、図１５で示した工程における１局面を示した別の平面外観図である。
【図１９】  同実施の形態における半導体装置の製造方法の１工程を示す代表断面の模式図である。
【図２０】  同実施の形態における別の半導体装置の代表断面の模式図である。
【図２１】  同実施の形態におけるさらに別の半導体装置の代表断面の模式図である。
【図２２】  従来の半導体装置における代表断面の模式図である。
【図２３】  従来の半導体装置の製造方法の１工程を示す平面外観図である。
【図２４】  従来の半導体装置において、図２３で示した工程の１局面における平面外観模式図である。
【図２５】  従来の半導体装置において、図２３で示した工程の別の１局面における平面外観模式図である。
【図２６】  従来の半導体装置において、図２３で示した工程のさらに別の１局面における平面外観模式図である。
【符号の説明】
１：半導体装置  ２：素子  ３：金属ブロック  ４，５：はんだ  ６，８：外部リード（リード部）  １０：樹脂パッケージ  １２：樹脂注入口  １５：金型  １９：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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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