CN1136710A - 半导体器件的结构及形成该器件外壳的方法 - Google Patents

Abstract

形成半导体器件的外壳的方法，将一个具有半导体元件的引线框架置入到一个模中，将密封树脂注入模中，模包括一个用来确定半导体器件的外壳形状的空腔，和一个提供树脂注入通路的门和入口。框架支承装置配有用来暂时夹持辐射板的夹持条。通过在模中形成的通孔来夹持辐射板，框架支承装置包括用来夹持引线框架的辐射板的夹持条，用来以预定压力压住夹持条的压力调节器，和用来制止夹持条的制动器。

Description

半导体器件的结构及形成该器件外壳的方法

本发明涉及一种半导体器件结构和形成半导体器件外壳的方法。具体地说涉及一种用来辐射由如功率晶体管和功率集成电路这样的半导体元件产生的热的半导体器件的结构，和形成该器件外壳的方法。

在图4a-4d中示出了一种具有一个用来辐射由一个半导体元件产生的热的辐射板的常规半导体器件的结构，和形成该半导体器件的外壳的方法。图4a是一个说明半导体器件的平面示图，图4b是沿图4a的Z3-Z4线的剖视图，图4c是半导体器件的立体视图，而图4d则用来解释用于形成半导体器件的外壳的装置的剖视图。

在图4a-4c所示的半导体器件由一个包括引线端2a和辐射板2b的金属引线框架，一个半导体元件1，即一个安装在辐射板2b上的、与引线端2a相连的晶体管，用来把半导体元件1连接到引线端2a的金属线3，和一个由环氧树脂制成的用来封装这些部件的封装树脂组成。与辐射板2b相连的引线端2A在辐射板的断面或靠近辐射板处弯曲，和在厚度方向上在外壳的中心或靠近的位置突出来。剩下的引线2a用金属线3与半导体元件1相连。在辐射板2b和外壳4上形成有一个孔4a。当辐射板2b与辐射器(未示出)相连接时，将一个螺丝插入该孔中。在引线框架封装前，通常做成包括安装在其上的多个半导体器件的一系列框架的带条。

现在参阅图4d来描述形成半导体器件的外壳的方法。半导体元件1被每冲压到加工成预定形状的引线框架的辐射板2b的预定位置。半导体元件1用导线3连接到引线端2a。引线端2a被夹持在下模6a和上模6b之间。该模包括一个用来确定半导体器件的外壳的形状的空腔6c，和一个浇铸门6e和一个浇铸口6d用来提供向空腔浇铸时该被浇铸的树脂提供一个通道。树脂以箭头方向注入到模中直到注满为止。然后使树脂固化。在固化之后，将半导体器件从模中取出。然后，对半导体器件去毛刺，即用来削去连接引线端等的连接条的连接条切除处理。至此，一个半导体器件的制造过程便告结束。

在上述形成半导体器件的的外壳的方法中，当密封树脂4注入到空腔用于封装半导体元件时，注入的封装树脂的压力可能使辐射板翘起，如图4d所示。铺在辐射板2b的表面上的密封树脂4的厚度是0.3毫米，该表面与半导体元件1所在表面相对。如果辐射板2b翘起和在辐射板周围的密封树脂的厚度有变化，则辐射板的导热性能不连续，这样，热辐射就极大地减少。在极端的情形下，半导体元件1的热量不充分被辐射，或者在半导体元件1中产生3温差，由此可能破坏半导体元件1。

为了防止辐射板2b翘起，用来以夹持方式将辐射板固定的框架固定部分(虚线表示)6f在模子中成形(图4d〕。然而，在框架固定部分6f夹持的辐射板的部分没有浇铸树脂。于是，最后得到的半导体器件如图4a-4c所示有一些槽4b。换言之，辐射板2B未被树脂充分密封好。

还有另外一些解决辐射板翘起的问题。在该方法中，辐射板伸出密封树脂外面。突出于密封树脂的辐射板的部分用一个适当的方式夹持住。在树脂固化之后，辐射板的突出部分被削去。或者，单独形成密封树脂，然后将它们粘接在一起形成单个密封树脂4。

在用上下模子夹持辐射板的半导体器件外壳形成方法中，为了密封目的覆盖辐射板的密封树脂的厚度是不均匀的或者外壳的辐射板的一部分是暴露的。因此，有这样一种危险，其他元件或者导线与辐射板的暴露部分相接触，造成短路或者引线框架的暴露部分被锈蚀，减少了半导体器件的抗潮湿性。此外，由于在密封树脂的薄的部分集中了静电，会造成静电破坏，锁定现象等。在单独密封树脂成形并粘接的半导体器件的形成方法中，粘接部分的机械强度较弱，从而使最后的半导体器件的可靠性变差。

因此，本发明的目的是为了提供一种半导体器件，这种半导体器件提供简单替换一个半导体外壳成形装置，可成功地解决半导体器件的热辐射性能和可靠性降低的问题，该问题起因于在密封树脂中的辐射板的翘起，此时辐射板的整个表面均匀地覆盖了密封树脂，和为了提供一种形成半导体器件的外壳的方法。

为了达到上述目的，本发明的第一方面提供了一种半导体器件，它包括：一个半导体元件：一个用来辐射在半导体元件中产生的辐射热的辐射板；和一个用来均匀地覆盖辐射板的整个表面的预定厚度的密封树脂。

此外，本发明的第二个方面提供一种用来形成具有一个用来辐射在半导体元件中产生的热的辐射板的半导体器件的外壳的方法，该方法包括如下步骤：提供一个支承设备工作的框架以便利用注入到模中的密封树脂的浇铸压力增加模子的容量；当密封树脂注入时，用框架支承装置固定辐射板直到注入压力达到一个预定值；和在注入压力达到预定值之后，框架支承设备从辐射板拆下来。

此外，本发明的第三个方面提供一种用来形成具有一个用来辐射在半导体元件中产生的热的辐射板的半导体器件的外壳的装置，该装置包括：一对压力夹持半导体器件的引线端的模子；和一个框架支承装置用于当密封树脂注入到上述一对模子后夹持半导体器件的辐射板和在密封树脂注入压力到达一个预定值之后移离辐射板。

图1a是一个显示本发明的半导体器件的结构的平面视图；

图1b是一个沿线图1a的Z1-Z2线的剖视图；

图2是一个如在图1b相同视向的本发明的显示用来形成半导体器件的外壳的装置的局部剖视侧视图；

图3a-3d示出了本发明的形成半导体器件的外壳的方法；

图4a是显示常规半导体器件的平面视图；

图4b是一个图4a的Z3-Z4线的剖视图；

图4c是一个显示半导体器件的的立体视图；

图4d是一个有助于解释用来形成半导体器件的外壳的装置和形成半导体器件的外壳的方法的视图。

现参阅图1a-3d来描述本发明的实施例。为了简明起见，所有图中相同或相似部件用相同的参考号表示。

图1a，1b和2是显示本发明的半导体器件和用来形成该半导体器件的外壳的装置的视图。图1a是一个显示本发明的半导体器件的结构的平面视图。图1b是一个沿图1a的Z1-Z2线的剖视图。图2是一个以图1b相同视向的用于显示用来形成本发明的半导体器件的外壳的装置的局部剖视侧视图。图3a-3d是显示形成本发明的半导体器件的外壳的方法的视图。

在图1a和1b所示的半导体器件和常规的一样是由引线端2a和辐射板2b的金属引线框架，一个半导体元件1，金属导线3和一个密封树脂(外壳)4组成。连接到辐射板2b的引线端2a在辐射板2b的端面或靠近位置弯曲。并从厚度方向看去从外壳的中心位置或靠近位置突出开来。剩余引线端2a用金属导线3与半导体元件1相连。在辐射板2b和树脂密封外壳形成有孔4a。当辐射板2比连接到另一个辐射其器(未示出)时，例如用一个螺丝插入到孔中。在引线框架被模压密封前，引线框架通常制成一个条带，该条带包括一系列用来安装多个半导体器件的框架。

本发明实施例的半导体器件与常规的主要不同处如下。消除了树脂极簿的槽4b或从外壳4突出开来的辐射板2b的部分，而这对常规的半导体器件是必不可少的。由框架支承装置5的夹持条5a(在实施例中是圆柱形条)造成了痕迹4c。辐射板2b的整个表面被均匀地覆盖了预定厚度的密封树脂。本实施例中的密封树脂的厚度是0.3毫米或以上。具有这些特征的本实施例的半导体器件是不敏感于静电引起的干扰噪声和具有高的抗潮性。

为了保证具有高的辐射性能，一个导热性尽可能大的金属板用作为辐射板2b。金属材料的例子是铜，铝和铁或镍合金。例如，近似1.3毫米厚的铜板常用作辐射板2b。此外，诸如环氧树脂的热塑性树脂常用作密封树脂。还有，金或铝的金属细线常用作金属导线3。

图2是显示用来形成本发明的半导体器件的外壳的装置的视图。模子包括一个上模6b和一个下模6a。模包括一个用来确定外壳形状的空腔6c，和用于提供注入树脂的通道的一个门6e和一个入口6d。框架支承装置5配有用来为固定板而暂时夹持辐射板的夹持条5a。在上下模中有两个通孔，夹持条5a可以移离辐射板2b。

框架支承装置5包括用来夹持引线框架的辐射板的夹持条5a，压力调节器5b用来以预定力压住4夹持条5b和用来当支承条移离辐射板一个预定距离时制止夹持条的制动器5c。各个夹持条的顶部是球形的，平坦的或凸起的。

因为引线框架有引线端2a和辐射板2b，因此引线端2a是弯曲的并且半导体元件1是通过冲压或导线结合到与连接到引线框架的辐射板联接到一个预定位置(称之为岛)。

在该实施例中，诸如弹簧一类弹性元件可用于压力调节器5b。其他合适的弹性元件，诸如橡胶，或利用空气或电磁力的弹性元件可用于压力调节器5b。一个具有粘住密封树脂4的磁阻材料和具有与模子一样的热膨胀材料最好用作夹持条5a。例如，夹持条采用与模子一样的材料。在本实施例中。夹持条采用圆柱形的，也可采用矩形棱柱条。辐射板2b可在一个或多个位置被夹住。此外，在本实施例中门6e是开在辐射板的延长线上，但也可在任何其他位置，只要能保证树脂通畅注入。

本发明的半导体器件的外壳的形成法将参阅图3a-3d来描述。图3a-3d是局部侧视图，说明图2的一部分半导体外壳形成装置。

在图3a中，引线框架的引线端部分2a用上下模6b和6a夹住.移动框架支承装置5并用夹持条5a夹持部分辐射板2b。夹持力选择为用来向模子浇铸树脂的压力的70％到90％。以箭头方向经由入口6d和门6e向模子注入树脂。此时，辐射板2b被密封树脂4挤压；然而，它不会翘起，因为被框架支承装置5的夹持条5a夹持着。

在图3b中，空腔6c中差不多填满了密封树脂4。然而，辐射板2b仍然被辐射板夹持，因为密封树脂的压力是在最终灌注压力的70-90％。当例如夹持条直径为1.2毫米和最后的注入压力为1.3千克/毫米时，可以通过将压力调节器的作用力设定到0.9千克/毫米来建立上述那种状态。

在图3c中，对空腔的树脂注入压力进一步增加到一个预定值，而夹持条移动来扩展其在空腔中的空间。此时，空腔已经充满了树脂而树脂的固化已经从与模子和引线框架相接触的部分开始。于是，当夹持条5a从辐射板2b撤离时，辐射板不会翘起。

在图3d中，夹持条5a的底端被放置得与制动器5c相接触，而顶端基本上与模子的内壁齐平以制止夹持条5a。在这种状态时，密封树脂被完全固化。然后将该半导体器件从模子中脱下来。该半导体器件要经过去毛刺处理和连接条切去处理，用以除去毛刺和切掉连接引线端的哑条(又称连接条)等。至此一个半导体器件制作完毕。在本实施例中，夹持条5a的顶面是球形的。框架支承装置的夹持条有时会在最后的半导体器件上留下痕迹4c。然而，痕迹4c不会造成问题，因为覆盖辐射板2b的密封树脂4是足够厚的。

虽然本发明是应用于具有三端的半导体器件，诸如晶体管，但是本发明也可应用于其他的半导体器件，如果它有一个辐射板的话。晶体管可以是多极型的，MOS型的，或这些晶体管类型的混合。

根据本发明，半导体器件辐射板的整个表面被均匀地覆盖了预定厚度或较厚的密封树脂。因此，不会发生由于辐射板与其他元件或导线相接触而发生短路问题。此外，半导体器件是不敏感于有静电引起的干扰噪声，并且具有良好的抗性。

Claims (9)

1.一种半导体器件，包括：

一个半导体元件；

一个用来辐射在所述的半导体元件产生的辐射热的辐射板；和

用来均匀地覆盖所述的辐射板的整个表面的预定厚度或更厚的密封树脂。

2.一种用来形成一个具有一个用以辐射在一个半导体元件中产生的辐射热的半导体器件的外壳的方法，所述方法包括步骤：

提供框架支承装置，用以利用注入到模子中的密封树脂的注入压力增加模子的容量；

当密封树脂注入时，用框架支承装置固定辐射板直到注入压力到达一个预定值；以及

在注入压力到达预定值之后，将框架支承装置从辐射板中取下来。

3.根据权利要求2的方法，其中在所述的辐射板的固定步骤中，辐射板被框架支承装置夹持着。

4.根据权利要求3的方法，其中在所述的辐射板的固定步骤中，辐射板被具有与模子相同材料制成的夹持装置的框架支承装置夹持。

5.一种用来形成一种具有用以辐射在一个半导体元件中产生的辐射热的辐射板的半导体器件的外壳的装置，所述装置包括：

一对用来夹住半导体器件的引线端的模子；和

一个框架支承装置，可以当密封树脂注入到所述一对模子时用来夹持该半导体器件的辐射板并在密封树脂到达一个预定值之后将其移离辐射板。

6.根据权利要求5的装置，其中所述的框架支承装置包括用来夹持辐射板的夹持装置，用来以预定力压住所述夹持装置的压力调节器装置，和用来当所述夹持装置移离辐射板一个预定距离时制止所述夹持装置的制动器装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述的框架支承装置的所述的夹持装置通过在所述模子中形成的通孔来夹持辐射板。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述的框架支承装置的所述的夹持装置是由与所述模子相同材料制成的。

9.根据权利要求6的装置，其中所述的框架支承装置的所述的夹持装置做成圆柱形的。

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