CN115763413A - 引线框架一体型基板、半导体装置及它们的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种引线框架一体型基板、半导体装置、引线框架一体型基板的制造方法及半导体装置的制造方法。得到一种能够通过绝缘基板确保散热性并实现小型化的引线框架一体型基板。引线框架一体型基板11包括引线框架部12以及绝缘基板18，该引线框架部12包括引线框架的一部分，且具有构成基板图案的基板图案部14及引线端子部16，该绝缘基板18与基板图案部14及引线端子部16接合。

Description

引线框架一体型基板、半导体装置及它们的制造方法

相关技术的交叉引用

本申请要求于2021年9月2日提交日本知识产权局的、申请号为2021-143508的日本专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及一种引线框架一体型基板、半导体装置、引线框架一体型基板的制造方法及半导体装置的制造方法。

背景技术

日本专利申请特开2012-15202号公报中公开的半导体装置包括：第一引线至第三引线；配置在第三引线上的半导体元件；将半导体元件的源极电极与第一引线连接的第一金属带；将半导体元件的栅极电极与第二引线连接的第二金属带；以及将第一引线至第三引线的一部分、半导体元件以及第一金属带和第二金属带密封的密封树脂，其中，第一引线至第三引线的前端部被导出到密封树脂的外部。

发明内容

发明要解决的课题

上述半导体装置不包括安装有半导体元件的绝缘基板，因此能够使半导体装置小型化。但是，与包括绝缘基板的半导体装置相比，存在散热性、绝缘性差的问题。

本发明考虑到上述问题，其目的在于得到一种能够通过绝缘基板确保散热性、绝缘性并实现小型化的引线框架一体型基板及半导体装置和它们的制造方法。

解决课题的手段

本发明所涉及的引线框架一体型基板包括引线框架部以及绝缘基板，该引线框架部包括引线框架的一部分，具有构成基板图案的基板图案部及引线端子部，该绝缘基板与所述基板图案部及所述引线端子部接合。

本发明所涉及的半导体装置包括：上述引线框架一体型基板、半导体元件、以及密封树脂，该半导体元件配置在所述引线框架部的所述基板图案部上，该密封树脂将所述引线框架一体型基板及所述半导体元件密封。

本发明所涉及的引线框架一体型基板的制造方法具有：重叠工序，在该重叠工序中，将具有由热固性的树脂半固化而成的树脂层的B级绝缘基板的所述树脂层与引线框架部重叠，其中，该引线框架部具有构成基板图案的基板图案部及引线端子部；以及接合工序，在该接合工序中，将重叠工序后的所述B级绝缘基板及所述引线框架部压接的同时加热，使得所述树脂层与所述基板图案部及所述引线端子部接合。

本发明所涉及的半导体装置的制造方法具有：元件接合工序，在该元件接合工序中，将半导体元件接合到具有构成基板图案的基板图案部及引线端子部的引线框架部的所述基板图案部；模具内重叠工序，在该模具内重叠工序中，将具有由热固性的树脂半固化而成的树脂层的B级绝缘基板的所述树脂层、与所述元件接合工序后的所述引线框架部在模制模具的型腔内重叠；以及模具内接合工序，在该模具内接合工序中，使用所述模制模具进行传递成形，使将所述B级绝缘基板、所述半导体元件及所述引线框架部密封的密封树脂成形，同时将所述B级绝缘基板与所述基板图案部及所述引线部接合。

发明效果

根据本发明所涉及的引线框架一体型基板，包括引线框架的一部分的引线框架部具有构成基板图案的基板图案部及引线端子部。在基板图案部及引线端子部上接合有绝缘基板。通过该绝缘基板能够确保散热性、绝缘性。而且，与在形成于绝缘基板的基板图案上接合有引线框架的结构相比，由于不需要用于接合的区域，相应地能够使绝缘基板小型化，因此能够使整体结构小型化。

根据本发明所涉及的半导体装置，在上述引线框架一体型基板所具有的引线框架部的基板图案部上配置有半导体元件，并利用密封树脂密封该引线框架一体型基板及半导体元件。如上所述，由于能够使引线框架一体型基板小型化，因此能够使本半导体装置小型化。

根据本发明所涉及的引线框架一体型基板的制造方法，在重叠工序中，具有由热固性的树脂半固化而成的树脂层的B级绝缘基板的树脂层、与具有构成基板图案的基板图案部及引线端子部的引线框架部重叠。在接合工序中，将重叠工序后的B级绝缘基板及引线框架部压接的同时加热，使得树脂层与基板图案部及引线端子部接合。由此，能够制造上述引线框架一体型基板。

根据本发明所涉及的半导体装置的制造方法，在元件接合工序中，将半导体元件接合在具有构成基板图案的基板图案部和引线端子部的引线框架部的所述基板图案部上。在模具内重叠工序中，将具有由热固性的树脂半固化而成的树脂层的B级绝缘基板的所述树脂层、与元件接合工序后的引线框架部在模制模具的型腔内重合。在模具内接合工序中，使用所述模制模具进行传递成形，使将B级绝缘基板、半导体元件及引线框架部密封的密封树脂成形，同时将B级绝缘基板与基板图案部及引线部接合。由此，能够制造上述半导体装置。

附图说明

图1是示出了第一实施方式所涉及的半导体装置的立体图。

图2是示出了第一实施方式所涉及的半导体装置的俯视图。

图3是省略了密封树脂的图示的与图1对应的立体图。

图4是省略了密封树脂的图示的与图2对应的俯视图。

图5是示出了第一实施方式所涉及的半导体装置的制造过程中的状态的俯视图。

图6是示出了第一实施方式所涉及的半导体装置所具备的绝缘基板的俯视图。

图7是示出了沿着图6的F7-F7线的剖面的剖视图。

图8是示出了第一实施方式所涉及的半导体装置所具备的引线框架部的俯视图。

图9是示出了第一实施方式所涉及的引线框架一体型基板的俯视图。

图10是示出了沿着图9的F10-F10线的剖面的剖视图。

图11是用于说明第一实施方式所涉及的引线框架一体型基板的制造方法中的接合工序的剖视图。

图12是示出了比较例所涉及的现有半导体装置的俯视图。

图13是示出了从图12所示的结构中省略了密封树脂的状态的俯视图。

图14是示出了比较例所涉及的现有半导体装置的制造过程中的状态的俯视图。

图15是示出了沿着图14的F15-F15线的剖面的剖视图。

图16是示出了第二实施方式所涉及的半导体装置的制造方法中绝缘基板放置于模制模具的下模的状态的剖视图。

图17是用于说明第二实施方式所涉及的半导体装置的制造方法中的模具内接合工序的剖视图。

图18是示出了具有用于防止绝缘基板的位置偏移的拒绝销(リジェクトピン)的模制模具的下模的剖视图。

图19是示出了通过图18所示的下模、和设有按压销的模制模具的上模来将引线框架部按压到绝缘基板上的状态的剖视图。

具体实施方式

<第一实施方式>

以下，参照图1～图11，对本发明的第一实施方式所涉及的引线框架一体型基板11、半导体装置10及引线框架一体型基板的制造方法进行说明。此外，在各图中，为了容易观察附图，有时省略一部分的附图标记。

如图1至图4所示，本实施方式所涉及的半导体装置10包括：包括引线框架部12及绝缘基板18的引线框架一体型基板11、半导体元件24、以及将引线框架一体型基板11及半导体元件24密封的密封树脂34。图3和图4示出了从图1和图2所示的结构中去除密封树脂34的状态。

引线框架部12包括图5所示的引线框架LF的一部分，且具有构成基板图案的基板图案部14和引线端子部16。引线框架LF是通过对具有导电性的平板材料(在此为铜板)施加蚀刻、利用冲压的冲裁而制造出来的，形成为矩形的平板状。基板图案部14形成在引线框架LF的中央部，并形成为左右并列的两个大致矩形平板状。引线端子部16设置成从基板图案部14向引线框架LF的外周侧延伸。引线端子部16在基板图案部14的一侧具有从基板图案部14的一侧延伸的两个漏极端子部16A。此外，引线端子部16在基板图案部14的另一侧具有一个源极端子部16B、两个栅极端子部16C、从源极端子部16B的基端部侧延伸的一个源极传感端子16D(半导体元件24的源电极侧的电流检测用端子)、从基板图案部14的另一侧延伸的两个漏极传感端子部16E(半导体元件24的漏电极侧的电流检测用端子)、两个热敏电阻用端子部16F、以及接地用端子16G(为在增加了必要的端子的情况下可添加的端子、以及用于使基板接地的端子)。在两个热敏电阻用端子部16F的基端部侧，以横跨两个热敏电阻用端子部16F的方式设置有热敏电阻S(参见图4)。

如图6和图7所示，绝缘基板18包括树脂层20和金属层22。树脂层20与引线框架部12的基板图案部14和引线端子部16接合。金属层22包括导热性高的金属(在此为铜箔)，与树脂层20接合。在半导体装置10中，金属层22的下表面从密封树脂34露出到外部。

树脂层20包括热固性树脂，通过该树脂的热固化，引线框架部12与树脂层20粘合。作为热固性树脂，例如使用在环氧系树脂中混炼有热传导性填料的树脂。作为导热性填料，例如可列举氧化铝填料、氮化硼填料。

如图5所示，绝缘基板18与作为引线框架LF的一部分的引线框架部12接合。之后，在引线框架部12的基板图案部14上安装有两个半导体元件24(参见图3和图4)。半导体元件24例如是功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。半导体元件24具有形成在安装于基板图案部14的面(绝缘基板18侧的面(下表面))上的漏极电极、和形成在相反侧的面(与绝缘基板18相反一侧的面(上表面))上的源极电极26及栅极电极28。

如图3和图4所示，半导体元件24的漏极电极经由导电性接合材料接合在基板图案部14上。在半导体元件24的源极电极26的上方配置有包括具有导电性的平板材料(在此为铜板)的导体板30。导体板30通过导电性接合材料接合到两个半导体元件24的源极电极26和源极端子部分16B的端部侧。两个半导体元件24的栅极电极28分别经由连接构件32电连接到栅极端子部16C的端部侧。连接构件32是通过对具有导电性的平板材料(在此为铜板)进行冲压成型而制造出来的，并且经由导电性接合材料接合到栅极电极28和栅极端子部16C的端部侧。作为导电性接合材料，使用焊锡、无铅焊锡、具有导电性和粘合性的合金或金属、或者具有银膏、银纳米粒子的导电性粘合剂等。

如上所述，在与引线框架LF接合的绝缘基板18上安装有半导体元件24等的状态下，进行密封树脂34的模制成型。之后，引线框架部12被从引线框架LF的其他部分切割并分离。关于引线框架部12的引线端子部16的漏极端子部16A、源极端子部16B、栅极端子部16C、源极传感端子16D、漏极传感端子部16E、热敏电阻用端子部16F以及接地用端子16G，它们的基端部侧被密封在密封树脂34的内部，它们的前端部侧从密封树脂34向外部突出而配置(参见图1以及图2)。漏极端子部16A和源极端子部16B的突出部分沿着密封树脂34的侧面延伸，并且以与密封树脂34的上表面相对的方式弯曲成截面为大致J字形。由此，完成图1和图2所示的半导体装置10。该半导体器件10具备本实施方式的引线框架一体型基板11。

引线框架一体型基板11是通过本实施方式的引线框架一体型基板的制造方法制造的。该制造方法具有重叠工序和接合工序。在重叠工序中，使B级绝缘基板18B与引线框架部12重叠。B级绝缘基板18B是在图6及图7所示的绝缘基板18中，由树脂层20的树脂半固化而成的。如图8所示，引线框架部12具有前述的基板图案部14和引线端子部16，是图5所示的引线框架LF的一部分。在重叠工序中，如图9和图10所示，在B级绝缘基板18B的树脂层20上重叠有引线框架部12。

在接合工序中，将重叠工序后的B级绝缘基板18B及引线框架部12压接的同时加热，将树脂层20与基板图案部14及引线端子部16接合。在该接合工序中，使用图11所示的上侧夹具36和下侧夹具38。上侧夹具36安装于冲压机的上侧顶板40，下侧夹具38安装于冲压机的下侧顶板42。

在上侧夹具36与下侧夹具38之间配置有重叠工序后的B级绝缘基板18B和引线框架部12，通过冲压机使B级绝缘基板18B的树脂层20与引线框架部件12相互压接。此时，上侧夹具36和下侧夹具38被未图示的加热器加热。由此，树脂层20和引线框架部12被热压，并且引线框架部12被粘合到通过该热压而固化的树脂层20。由此，完成引线框架一体型基板11。另外，在本实施方式中，在引线框架部12与引线框架LF的其他部位分离之前，进行重叠工序和接合工序。之后，进行前述的密封树脂34的模制成型。

在上述结构的引线框架一体型基板11中，包括引线框架LF的一部分的引线框架部12具有构成基板图案的基板图案部14及引线端子部16。在基板图案部14及引线端子部16上接合有绝缘基板18。通过该绝缘基板18能够确保散热性。而且，与在形成于绝缘基板的基板图案上接合有引线框架的现有结构相比，由于不需要用于接合的区域，相应地能够使绝缘基板18小型化，因此能够使整体结构小型化。其结果是，包括引线框架一体型基板11的半导体装置10的小型化成为可能。

使用图12～图15所示的现有半导体装置50(比较例)来对上述效果进行补充说明。另外，在图12～图15中，对与本实施方式所涉及的半导体装置10相同的结构标注相同的附图标记。该半导体装置50包括具有绝缘性的DCB(Direct Copper Bonding，直接铜键合)基板52来代替本实施方式中的绝缘基板18。该DCB基板52包括陶瓷基板54、形成在陶瓷基板54的一个面上的配线图案56、以及形成在陶瓷基板52的另一个面上的用于散热的金属层(省略图示)。DCB基板52的配线图案56和金属层例如包括铜箔。

如图14和图15所示，在DCB基板52的配线图案56上，使用焊锡等导电性接合材料对包括铜板的引线框架LF进行接合以用于输入输出配线。该引线框架LF与本实施方式的引线框架LF相同，是对铜板实施蚀刻及利用冲压的冲裁而制造出来的，但不具有相当于基板图案部14的部分。

此外，在DCB基板52的配线图案56上，与本实施方式所涉及的半导体装置10同样地安装有两个半导体元件24等(参见图13)。并且，在与引线框架LF接合的DCB基板52上安装有半导体元件24等的状态下，进行密封树脂34的模制成型(参见图14的双点划线)。之后，去除引线框架LF的不需要的部分，并且将漏极端子部16A和源极端子部16B弯曲成预定形状，从而成为图12所示的成品状态。

在该半导体装置50中，由于具有用来将DCB基板52的配线图案56与引线框架LF接合的接合区域JA1、JA2(参见图13)，因此与本实施方式所涉及的半导体装置10相比，与这些接合区域JA1、JA2的部分相应地变得大型化。特别是，在与大电流(例如300A～600A)对应的规格中，为了抑制引线端子部16的温度上升，接合区域JA1、JA2的面积变大，因此存在半导体装置50的封装尺寸变大的倾向。此外，由于引线框架LF与DCB基板52的配线图案56接合，是配线图案56和引线框架LF层叠的结构，因此浪费了与配线图案56相应的部分的铜材料。

与此相对，在本实施方式所涉及的半导体装置10中，由于不使用DCB基板52，而是对B级绝缘基板18与具有基板图案部14的引线框架部12进行热压接，因此不需要上述接合区域JA1、JA2，实现了封装的大幅度的小型化。此外，在本实施方式所涉及的半导体装置10中，不仅不需要相当于DCB基板52的配线图案56的铜材料，而且在引线框架LF中由于蚀刻及冲压冲裁而废弃的铜材料作为基板图案部14被有效利用，因此铜材料的浪费大幅减少。其结果是，能够实现低成本化。此外，由于引线框架部12的基板图案部14与绝缘基板18直接接合，因此能够缩短配线长度。其结果是，能够降低配线电阻和寄生电感。

在本实施方式中，绝缘基板18具有包括热固性树脂的树脂层20，并且通过该树脂的热固化，引线框架部12与树脂层20粘合。因此，与例如使用与树脂层20不同的粘合剂将引线框架部12粘合到树脂层20的结构相比，能够简化制造工艺。

此外，在本实施方式中，绝缘基板18具有在与引线框架部12相反的一侧接合的金属层22，该金属层22配置成从密封树脂34露出。由此，容易确保散热性。

<第二实施方式>

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。另外，对于与第一实施方式基本相同的结构及作用，标注与第一实施方式相同的附图标记并省略其说明。

图16以剖视图示出了第二实施方式所涉及的半导体装置的制造方法中，绝缘基板18为放置于模制模具60的下模62的状态。图17以与图16对应的剖视图示出了第二实施方式所涉及的半导体装置的制造方法中的模具内接合工序的状况。

在第二实施方式所涉及的半导体装置的制造方法中，制造与第一实施方式所涉及的半导体装置10相同的半导体装置10。该制造方法具有元件接合工序、模具内重叠工序和模具内接合工序。在元件接合工序中，将半导体元件24、连接部件32(在图17中省略图示)等接合于引线框架部12的基板图案部14。

在模具内重叠工序中，如图16所示，B级绝缘基板18B的树脂层20与元件接合工序后的引线框架部12在模制模具60的下模62的型腔66内重叠。在该下模62上形成有用于防止位置偏移的凹部62A，在该凹部62A内插入B级绝缘基板18B的下表面侧。由此，防止B级绝缘基板18相对于下模62的位置偏移。

在模具内接合工序中，如图17所示，使用模制模具60的上模64和下模62进行传递成形。由此，使将B级绝缘基板18、半导体元件24及引线框架部12密封的密封树脂34成形，同时将B级绝缘基板18与基板图案部14及引线端子部16接合。即，在模具内接合工序中，利用模制树脂的热量，加热B级绝缘基板18的树脂层20并使其固化。然后，通过该树脂层20的热固化，引线框架部12与树脂层20粘合。

之后，引线框架部12与引线框架LF的其他部分分离，并且对漏极端子部16A和源极端子部16B施加弯曲加工，从而完成半导体装置10。在本实施方式中，与第一实施方式相比，例如能够减少制造工序的工时。除此之外，能够得到与第一实施方式基本同样的效果。

另外，在上述第二实施方式中，公开的是下模62形成有用于防止位置偏移的凹部62A的结构，但不限于此。例如，如图18所示的变形例所述，也可以是将用于防止绝缘基板18的位置偏移的拒绝销68设置于下模62的结构。在该变形例中，如图19所示，利用设置于上模64的按压销70将引线框架部12按压到绝缘基板18，使拒绝销68退回到下模62内。之后，在型腔66内填充模制树脂。

此外，虽然在上述各实施方式中，公开了设置成绝缘基板18具有包括热固性树脂的树脂层20，并且通过该树脂的热固化，引线框架部12与树脂层20粘合的结构，但不限于此。例如，也可以是使用与树脂层20不同的粘合剂将引线框架部件12粘合到树脂层20的结构。

另外，虽然在上述各实施方式中，公开了设置成使用具有由热固性的树脂半固化而成的树脂层20的B级绝缘基板18B来制造引线框架一体型基板11的结构，但不限于此。例如，绝缘基板18也可以是具有导热性绝缘片来代替树脂层20的结构。

此外，虽然在上述各实施方式中，绝缘基板18设置成具有金属层22的结构，但不限于此，绝缘基板18也可以设置成不具有金属层22的结构。另外，金属层的材料不限于铜，只要是铝、钛镍等导热性高的材料即可。

此外，本发明在不脱离其主旨的范围内能够进行各种改变来实施。另外，本发明的权利范围不限定于所述各实施方式，这是显而易见的。

Claims (7)

1.一种引线框架一体型基板，所述引线框架一体型基板包括：

引线框架部，所述引线框架部包括引线框架的一部分，且具有构成基板图案的基板图案部及引线端子部，以及

绝缘基板，所述绝缘基板与所述基板图案部及所述引线端子部接合。

2.根据权利要求1所述的引线框架一体型基板，其中，

所述绝缘基板具有包括热固性的树脂的树脂层，

所述引线框架部通过所述树脂的热固化来与所述树脂层粘合。

3.根据权利要求1或2所述的引线框架一体型基板，其中，所述绝缘基板具有在与所述引线框架部相反的一侧接合的金属层。

4.一种半导体装置，所述半导体装置包括：

根据权利要求1或2所述的引线框架一体型基板；

半导体元件，所述半导体元件配置在所述引线框架部的所述基板图案部上；以及

密封树脂，所述密封树脂将所述引线框架一体型基板及所述半导体元件密封。

5.一种半导体装置，所述半导体装置包括：

根据权利要求3所述的引线框架一体型基板；

半导体元件，所述半导体元件配置在所述引线框架部的所述基板图案部上；以及

密封树脂，所述密封树脂将所述引线框架一体型基板及所述半导体元件密封。

6.一种引线框架一体型基板的制造方法，所述方法具有：

重叠工序，在所述重叠工序中，将具有树脂层的B级绝缘基板的所述树脂层与引线框架部重叠，所述树脂层由热固性的树脂半固化而成，其中，所述引线框架部具有构成基板图案的基板图案部及引线端子部；以及

接合工序，在所述接合工序中，将重叠工序后的所述B级绝缘基板及所述引线框架部压接的同时加热，使得所述树脂层与所述基板图案部及所述引线端子部接合。

7.一种半导体装置的制造方法，所述方法具有：

元件接合工序，在所述元件接合工序中，将半导体元件接合到具有构成基板图案的基板图案部及引线端子部的引线框架部的所述基板图案部；

模具内重叠工序，在所述模具内重叠工序中，将具有树脂层的B级绝缘基板的所述树脂层、与所述元件接合工序后的所述引线框架部在模制模具的型腔内重叠，所述树脂层由热固性的树脂半固化而成；以及

模具内接合工序，在所述模具内接合工序中，使用所述模制模具进行传递成形，使将所述B级绝缘基板、所述半导体元件及所述引线框架部密封的密封树脂成形，同时将所述B级绝缘基板与所述基板图案部及所述引线部接合。

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