CN103794574B - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体装置及其制造方法，该半导体装置在制造半导体装置时能够防止树脂材料从引线框的彼此相邻的岛部之间的间隙不必要地流出。半导体装置具有：金属制基板（12）；位于金属制基板（12）上并进行热硬化而成的电气绝缘性的下层树脂（15s）；位于下层树脂（15s）上并进行热硬化而成的上层树脂（16s）；位于上层树脂（16s）上，并具有彼此相邻的岛部（30a、30b）的引线框（18）；以及配置于岛部（30）上的半导体元件（22）。在下层树脂（15s）的热硬化反应完成后，上层树脂（16s）的热硬化反应完成。而且，上层树脂（16s）的一部分进入除去岛部（30a、30b）的上层树脂（16s）侧的部分中彼此面对的相对边部（32a、32b）而成的除去空间（S）内。

Description

半导体装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及对半导体元件模塑成型而成的半导体装置及其制造方法。

背景技术

在金属制基板上依次配置电气绝缘性的树脂层、引线框、半导体元件并模塑成型而成的半导体装置正在被广泛使用。在该半导体装置中，在使用时半导体元件的发热从金属制基板释放到外部。

以往，在制造这样的半导体装置时，在金属制基板上层状地配置热硬化性的电气绝缘性的树脂材料配置，进而配置引线框，并对未硬化的树脂材料进行加热压接而使其热硬化，形成与金属制基板一体化的树脂层（例如，参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开2004-165281号公报

然而，在引线框上形成有多个岛部，以配置半导体元件等。而且，为了使半导体装置小型化，大多数情况下岛部以彼此相邻的方式形成。

但是，当将引线框向树脂材料上按压并进行加热压接时，树脂材料容易从相邻的岛部之间的间隙突出而上升。其结果是，在进行树脂密封时，突出并上升的树脂材料向周围流出，可能会阻碍半导体元件与密封树脂之间的密着性、或者引线框与密封树脂之间的密接性。

发明内容

本发明正是鉴于上述课题而完成的，其课题在于提供一种半导体装置及其制造方法，该半导体装置能够防止在制造半导体装置时，树脂材料从引线框的彼此相邻的岛部之间的间隙中不必要地从间隔空间的上端突出而向周围流出。

为了解决上述课题，本发明的半导体装置的特征在于，其具有：金属制基板；电气绝缘性的下层树脂，其位于所述金属制基板上，且通过进行热硬化而成；上层树脂，其位于所述下层树脂上，且通过进行热硬化而成；引线框，其位于所述上层树脂上，且具有彼此相邻的岛部；以及半导体元件，其配置于所述岛部上，在完成所述下层树脂的热硬化反应后，完成所述上层树脂的热硬化反应，所述岛部的上层树脂侧的部分中彼此面对的相对边部被设为除去了至少一部分的形状，所述上层树脂的一部分进入到通过该除去而形成的除去空间内。

此外，本发明的半导体装置的制造方法是制造第1方面所述的半导体装置的半导体装置的制造方法，其特征在于包括：第1工序，制造在所述金属制基板上形成所述下层树脂和未硬化上层树脂而成的中间体，其中，该未硬化上层树脂形成于所述下层树脂上，且该未硬化上层树脂是所述上层树脂的形成材料；以及第2工序，将搭载了所述半导体元件的所述引线框载置于所述中间体的所述未硬化上层树脂上并进行按压，由此使所述未硬化上层树脂流入到所述除去空间内。

根据本发明，能够提供一种半导体装置及其制造方法，该半导体装置能够在制造半导体装置时，防止树脂材料从引线框的彼此相邻的岛部之间的间隙不必要地流出。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的半导体装置的侧面剖视图。

图2的（a）～（c）分别是本发明一个实施方式中说明半导体装置的制造方法的每个工序的侧面剖视图。

图3的（a）和（b）分别是本发明一个实施方式中说明半导体装置的制造方法的每个工序的侧面剖视图。

图4是示出本发明一个实施方式的半导体装置的变形例的侧面剖视图。

图5是示出本发明一个实施方式的半导体装置的变形例的侧面剖视图。

图6是示出本发明一个实施方式的半导体装置的变形例的侧面剖视图。

图7的（a）和（b）分别是说明比较例的半导体装置的制造方法的每个工序的侧面剖视图。

标号说明

10：半导体装置12：金属制基板14：热硬化性树脂材15s：下层树脂16f：未硬化上层树脂16s：上层树脂17：中间体18：引线框22：半导体元件30a、30b：岛部32a、32b：相对边部34：C面状36：R面状S：除去空间Q：间隔空间

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。另外，附图是示意性的图，应该注意尺寸比等与实际不同。因此，应该参照以下的说明来判断具体的尺寸比等。此外，在附图相互间当然也包含彼此尺寸的关系和比率不同的部分。

此外，以下示出的实施方式是用于将该发明的技术思想具体化的例示，该发明的实施方式不将结构部件的材质、形状、构造、配置等限定于下述内容。该发明的实施方式能够在不脱离主旨的范围内进行各种变更而实施。

图1是本发明一个实施方式（以下称作本实施方式）的半导体装置10的侧面剖视图。图2的（a）～（c）分别是半导体装置10的每个制造工序的侧面剖视图，相当于各制造工序中的图1的箭头视图II-II的剖视图。图3的（a）和（b）分别是本发明一个实施方式中说明半导体装置的制造方法的每个工序的侧面剖视图，相当于各制造工序中的图1的箭头视图II-II的剖视图。在此，图3的（a）是与图2的（c）连续的工序，图2和图3示出一系列的工序。

本实施方式的半导体装置10具有散热性的金属制基板12，以及位于金属制基板12上的热硬化性树脂材14。热硬化性树脂材14由位于金属制基板12上并进行热硬化而成的电气绝缘性的下层树脂15s，以及位于下层树脂15s上并进行热硬化而成的上层树脂16s构成。上层树脂16s的热硬化温度（其温度以上为进行热硬化的温度）比下层树脂15s高。此外，在上层树脂16s中，在进行热硬化时产生粘接力，上层树脂16s实现作为粘接层的作用。另外，为了方便说明，在本说明书中，关于热硬化性树脂材14，未硬化的、一部分硬化、全部硬化的热硬化性树脂材均作为热硬化性树脂材14进行说明。

在此，热硬化性树脂在由热引起的硬化反应的初始阶段中粘度连续地降低，在某个时期粘度成为最低，热硬化性树脂成为熔化状态。当进一步持续加热时，由于热硬化反应而使粘度转换为上升，当粘度达到最大，反应结束时，热硬化完成。下层树脂15s和上层树脂16s是这样热硬化反应完成后的树脂，未硬化下层树脂（下层树脂15s的形成材料，并且是进行热硬化之前的树脂）和未硬化上层树脂16f是热硬化反应未完成的阶段的树脂。此外，到未硬化下层树脂和未硬化上层树脂16f的热硬化反应完成为止的时间，根据进行热硬化时的温度的保持时间（温度保持时间）的不同而变化，但在本实施方式中，对即便充足地延长使未硬化下层树脂进行热硬化的温度的温度保持时间，未硬化上层树脂16f的热硬化反应也不完成的例子进行说明。

半导体装置10还具有上层树脂16s上的引线框18、通过粘接材料20与引线框18上接合（安装）的半导体元件22、以及以露出金属制基板12的下表面侧的方式覆盖整体的模塑树脂24。

在引线框18中形成有彼此相邻的岛部（芯片岛（chip island））30a、30b。岛部30a与岛部30b之间的距离d在岛部30a、30b的厚度t的0.6～2.0倍的范围内。如果小于0.6倍，则在制造半导体装置10时未硬化上层树脂16f容易从后述的间隔空间Q的上端不必要地隆起。此外，如果大于2.0倍，则从提高半导体元件22的配置面积比（安装效率）的方面考虑不优选。

然后，岛部30a、30b的上层树脂16s侧的部分中彼此面对的相对边部32a、32b被除去，上层树脂16s的一部进入了通过该除去而形成的除去空间S内。在本实施方式中，将相对边部32a、32b设为倒角为C面状34的形状。

（制造方法）

以下，对半导体装置10的制造方法进行说明。在本实施方式中，预先制造在金属制基板12上形成下层树脂15s和未硬化上层树脂16s而成的中间体17，其中，该未硬化上层树脂16s形成于下层树脂15s上并且作为上层树脂16s的形成材料。

为了制造中间体17，例如，首先，将由作为下层树脂15s的形成材料的未硬化下层树脂和作为上层树脂16s的形成材料的未硬化上层树脂16f构成的热硬化性树脂材14载置于金属制基板12上。未硬化上层树脂16f是进行热硬化时产生粘接力的树脂，并且使用能够在未硬化下层树脂的热硬化反应完成时未完成热硬化反应性质的树脂。另外，通过增大未硬化上层树脂16f的二氧化硅的含有量，能够提高上层树脂16s的热传导性，使半导体元件22中产生的热容易释放到金属制基板12，从冷却半导体元件22的方面考虑进行优选。

在载置热硬化性树脂材14后，在未硬化下层树脂的热硬化完成而形成下层树脂15s，并且未硬化上层树脂16f没有完成热硬化而成为软化状态的条件下，在金属制基板12上载置热硬化性树脂材14而进行热处理，由此得到中间体17。

在本实施方式中，首先，制造第2中间体37，该第2中间体37是通过粘接材料20等将半导体元件22与引线框18的岛部30a、30b接合而成的。

然后，将预先制造的中间体17载置于按压用位置，以使金属制基板12位于下方侧，在中间体17上载置第2中间体37（参照图2的（a））。

此外，如图2的（b）所示，通过将引线框18从上方朝向下方进行按压，未硬化上层树脂16f（稍微硬化的情况下为半硬化状态的树脂）流入除去空间S。进而，如图2的（c）和图3的（a）所示，未硬化上层树脂16f被按压并上升至相邻的岛部30之间的间隔空间Q并填充间隔空间Q，并且，成为未硬化上层树脂16f没有从间隔空间Q不必要地隆起的状态。在本实施方式中，为了成为这样的状态，引线框18和未硬化上层树脂16f的各厚度、间隔空间Q的尺寸等是考虑未硬化上层树脂16f的粘度等而决定的。

然后，以露出金属制基板12的下面侧的方式模塑成型，由此得到图1和图3的（b）所示的半导体装置10。该模塑成型时，未硬化上层树脂16f完全地热硬化而成为上层树脂16s。

如以上说明的那样，在本实施方式中，在按压载置于未硬化上层树脂16f上的引线框18时，未硬化上层树脂16f被收纳在除去空间S内。即，除去空间S实现作为未硬化上层树脂16f的退槽的作用，因此避免了从间隔空间Q的上端不必要地突出的树脂材料向周围流出而附着在引线框上。因此，能够防止半导体元件22与模塑树脂24之间的密着性被未硬化上层树脂16f阻碍。而且在引线框18比上层树脂16s越薄时，和相邻的岛部30a与岛部30b之间的距离d（即间隔空间Q的宽度）越小时，该效果越特别地显著。

此外，通过将相对边部32a、32b设为C面状34的倒角形状来形成上述除去空间S，能够容易地形成除去空间S。

此外，未硬化上层树脂16f进入到间隔空间Q，其结果是，在模塑成型时成为间隔空间Q被上层树脂16s填充的结构。因此，由于在间隔空间Q中不存在模塑树脂24，因此，假设即便在半导体装置10的使用中发生模塑树脂24从半导体元件22剥落的情况，由于间隔空间Q中残存有上层树脂16s，因此也能够确保与间隔空间Q的两边侧相邻的岛部30a与岛部30b之间的电气绝缘性。

此外，未硬化上层树脂16f在模塑成型前没有完全地热硬化，在后续硬化（postcure）时完全地热硬化而成为上层树脂16s。因此，与在模塑成型前完全地热硬化的情况相比，能够缓和在模塑成型时在上层树脂16s中产生的内部应力，使上层树脂16s与引线框18难以剥离。

当然能够将半导体装置10安装于电路基板等来进行使用。此外，作为半导体装置10也可以制造IPM（Intelligent Power Module：智能功率模块）。

此外，在本实施方式中，对间隔空间Q被上层树脂16s填充的例子（严密地讲，如图3的（b）所示，上层树脂16s稍稍隆起的例子）进行了说明，但也可以是，不用未硬化上层树脂16f填充间隔空间Q，或者到间隔空间Q的中途为止用上层树脂16s填充，用模塑树脂24填充间隔空间Q的一部分或者全部。由此，不需要严格地设定引线框18的按压深度，引线框18的按压作用变得简单，缩短了制造时间。

此外，在本实施方式中，对将相对边部32a、32b设为C面状34的倒角形状，通过基于倒角的除去部分而形成除去空间S的情况进行了说明，但只要能够形成未硬化上层树脂16f能够流入的空间，则相对边部32a、32b的形状没有特别的限定，例如，如图4所示，也可以将相对边部32a、32b设为R面状36。

此外，如果设为C面状34的部分的厚度p1（参照图2和图3）或设为R面状36的部分的厚度p2（参照图4）是引线框18的厚度t的一半以上的厚度，则可显著地起到防止未硬化上层树脂从间隔空间Q的上端不必要地隆起的效果。

此外，也可以是，通过模塑成型时的成型压力将未硬化上层树脂16f压入岛部30a、30b的周围，上层树脂16s位于岛部周围的结构，进而可以是稍稍隆起的结构。由此，能够进一步提高上层树脂16s与半导体元件22之间的粘接力。此外，岛部30a、30b的形状没有特别的限定，其他形状的岛部也能够应用本实施方式。

此外，在本实施方式中，对在岛部30a、30b的彼此面对的相对边部中，除去上层树脂16s侧（图3所示的岛部30a、30b的下侧）的角部而形成除去空间S的例子进行了说明，但如图5所示，也可以是，在岛部40a、40b的彼此面对的相对边部中，将半导体元件22侧（图3、图5所示的岛部40a、40b的上侧）的角部倒角成C面状44而形成除去空间S，使未硬化上层树脂16f进入该除去空间S并进行热硬化。此外，如图6所示，也可以是，倒角成R面状46而非C面状44而形成除去空间S，使未硬化上层树脂16f进入该除去空间S并进行热硬化。

另外，在本实施方式中，对在使未硬化下层树脂热硬化的温度中，即便充分地延长温度保持时间，未硬化上层树脂16f的热硬化反应也不完成的例子进行了说明，但不限于此，只要能够在未硬化下层树脂的热硬化反应完成时未硬化上层树脂的热硬化反应未完成，并在未硬化上层树脂上载置引线框78进行按压而使未硬化上层树脂流入除去空间S，就能够起到与本实施方式相同的效果。因此，即便在使用了当使未硬化下层树脂热硬化时，如果延长该温度的保持时间则热硬化反应会完成的性质的未硬化上层树脂的情况下，只要能够在未硬化下层树脂的热硬化反应的完成后且未硬化上层树脂的热硬化反应的完成前，在未硬化上层树脂上载置引线框78并进行按压而使未硬化上层树脂16f流入除去空间S，就能够与本实施方式同样地，设为将使未硬化上层树脂16f热硬化而成的上层树脂16s的一部分进入除去空间S的方式。

此外，在本实施方式中，对在引线框18的岛部30a、30b上通过粘接材料20等将半导体元件22进行接合来制作第2中间体37的例子进行了说明，但是，也能够在将半导体元件22与引线框18接合前，将引线框18载置于热硬化性树脂材14上，然后使半导体元件22与引线框18接合。

（比较研究例）

图7的（a）和（b）分别是比较例的半导体装置的每个制造工序的侧面剖视图。在本比较例中，使用未在上层树脂侧的相对边部形成除去空间S的以往的引线框78来代替引线框18。

在本比较例中，预先制作在金属制基板12上形成下层树脂15s和未硬化上层树脂16s而成的中间体17，其中，该未硬化上层树脂16s形成于下层树脂15s上并作为上层树脂16s的形成材料。然后，在引线框78的岛部80a、80b上通过粘接材料20等将半导体元件22进行接合。

然后，如图7的（a）所示，在金属制基板12上的预定位置载置热硬化性树脂材14，进而在热硬化性树脂材14上载置接合了半导体元件22的引线框78。

进而，图7的（b）所示，当按压载置于未硬化上层树脂16f上的引线框78时，未硬化上层树脂16f进入通过相邻的岛部80a和岛部80b而形成的间隔空间N并被推升。

此时，与上述实施方式不同，未硬化上层树脂16f没有退避的场所，因此，形成了未硬化上层树脂16f从间隔空间N的上端不必要地隆起而成的隆起部82。其结果是，在通过模塑成型进行树脂密封时，阻碍了半导体元件22与模塑树脂24之间的密接性。

另一方面，在上述实施方式的半导体装置10中，如上所述，上层树脂16s的一部分进入在引线框18的上层树脂侧（纸面下侧）的相对边部32a、32b形成的除去空间S，因此，与间隔空间Q连通的除去空间S实现作为未硬化上层树脂16f的退槽的作用。因此，避免了未硬化上层树脂16f从间隔空间Q的上端不必要地流出。

如以上那样，在本发明的半导体装置及其制造方法中，通过除去引线框的上层树脂侧的相对边部的至少一部分而得到的除去空间实现作为未硬化上层树脂的退槽的作用，因此适合用作防止了未硬化上层树脂从彼此相邻的岛部之间的间隔空间不必要地流出的半导体装置及其制造方法。

Claims (4)

1.一种半导体装置，其特征在于具有：

金属制基板；

电气绝缘性的下层树脂，其位于所述金属制基板上，且通过进行热硬化而成；

上层树脂，其位于所述下层树脂上，且通过进行热硬化而成；

引线框，其位于所述上层树脂上，且具有彼此相邻的岛部；以及

半导体元件，其配置于所述岛部上，

在完成了所述下层树脂的热硬化反应后，完成了所述上层树脂的热硬化反应，

所述岛部的上层树脂侧的部分中彼此面对的相对边部被设为除去了至少一部分的形状，所述上层树脂的一部分进入到通过该除去而形成的除去空间内，

彼此相邻的所述岛部之间的距离在所述岛部的厚度的0.6倍～2.0倍的范围内，

所述相对边部被设为C面状或R面状，

所述被设为C面状或R面状的部分的厚度是所述引线框的厚度的一半以上。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

与所述除去空间的上侧连通的所述岛部之间的间隔空间被所述上层树脂填充。

3.一种半导体装置的制造方法，制造权利要求1所述的半导体装置，该制造方法的特征在于包括：

第1工序，制造中间体，该中间体是在所述金属制基板上形成所述下层树脂和未硬化上层树脂而成的，其中，该未硬化上层树脂形成于所述下层树脂上，且该未硬化上层树脂是所述上层树脂的形成材料；以及

第2工序，将搭载了所述半导体元件的所述引线框载置于所述中间体的所述未硬化上层树脂上而进行按压，由此使所述未硬化上层树脂流入到所述除去空间内。

4.根据权利要求3所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述第2工序后，在模塑成型时，使所述未硬化上层树脂完全地热硬化而成为所述上层树脂。