JP2000150553A - 半導体モジュール及び半導体モジュール製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】樹脂封止時に樹脂粘度を高くすることなく未充
填部分の発生を防止し、高い電気絶縁性と高い熱伝導性
を有する半導体モジュールを提供すること。 【解決手段】その一辺側から射出される樹脂Ｍにより封
止されたパッケージ１５と、その一端側が前記パッケー
ジ１５内に位置するとともに、他端側がパッケージ１５
の他辺側から突出したリードフレーム１１と、パッケー
ジ１５に収容されるとともに、リードフレーム１１の一
端側に設けられたＩＣチップマウントベッド１２と、こ
のＩＣチップマウントベッド１２に搭載されたＩＣチッ
プ１３とを備え、ＩＣチップマウントベッドには、パッ
ケージ１５の一辺側に延設された延設部１２ａが形成さ
れ、この延設部１２ａにはＩＣチップマウントベッド１
２の両面側間の通孔１２ｂが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばエアコン・
冷蔵庫等のモータ駆動用電力制御半導体等の半導体モジ
ュール及び半導体モジュール製造方法に関し、特に樹脂
の未充填部分の発生を防止し、高い電気絶縁性と高い熱
伝導性を達成するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、世界規模での省エネルギーの推進
や二酸化炭素排出に伴う地球温暖化の問題等により、産
業界を取り巻く環境は厳しいものとなってきている。こ
のため、各種産業用モータや無停電電源、エアコン・冷
蔵庫に代表される家電製品用モータ等の電力を制御する
あらゆる分野において、インバータ化が拡大している。

【０００３】そして、これらインバータ化を支えるの
が、電力制御用半導体、すなわちバワーデバイスであ
る。バワーデバイスは、高周波動作が可能でかつ総合損
失を低減するためにサイリスタからバイポーラトランジ
スタへ、更にＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ
Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）へと進展し
てきており、現在主流はＩＧＢＴである。そして、この
ＩＧＢＴチップを内蔵した半導体モジュールでモータ等
の駆動電力制御を行っている。

【０００４】図９の（ａ）は、このような半導体モジュ
ールの一例を示す図である。すなわち、半導体モジュー
ル１００は、リードフレーム１０１と、このリードフレ
ーム１０１の先端側に設けられたＩＣチップマウントベ
ッド１０２と、このＩＣチップマウントベッド１０２上
に設けられたＩＣチップ１０３と、ＩＣチップマウント
ベッド１０２に対向配置された板状のヒートシンク１０
４と、リードフレーム１０１の先端側、ＩＣチップマウ
ントベッド１０２、ＩＣチップ１０３、ヒートシンク１
０４をエポキシ系の樹脂Ｍにて封止することにより形成
されたパッケージ１０５とを備えている。

【０００５】図９の（ｂ）は半導体モジュール１００の
パッケージ１０５を製造するための金型１１０を示す図
である。金型１１０には樹脂注入ゲート１１１が設けら
れている。また、図９の（ｂ）中１１２はキャビティを
示している。

【０００６】半導体モジュール１００は、ＩＣチップ１
０３をチップマウントベッド１０２にはんだ等でマウン
トした後、ＩＣチップ１０３とリードフレーム１０１を
Ａｕワイヤ等のボンディングワイヤ１０３ａで接合す
る。

【０００７】次にこのリードフレーム１０１とヒートシ
ンク１０４を樹脂注入ゲート１１１から樹脂Ｍをキャビ
ティ１１２内に注入して一体成形する。このとき、リー
ドフレーム１０１とヒートシンク１０４は樹脂Ｍにより
電気的に絶縁されると共に、ＩＣチップ１０３で発生す
る熱がリードフレーム１０１から樹脂Ｍを介してヒート
シンク１０４に伝えられる。このため、樹脂Ｍには高い
電気絶縁性かつ高い熱伝導性が要求され、リードフレー
ム１０１とヒートシンク１０４間の樹脂厚みは適当な厚
みを確保しなければならない。よって、最適な成形条件
により成形を行うことが重要であるが、バッケージデザ
インや各要素の構造によっては、この適当な樹脂厚みを
確保できず、ピンホール等が発生して絶縁不良を起こし
てしまう場合が多かった。

【０００８】また、リードフレーム１０１とヒートシン
ク１０４間の樹脂厚みを確保しピンホール発生を防止す
るために、樹脂Ｍの粘度を高くして樹脂Ｍの充填性を改
善する試みもあるが、樹脂Ｍの粘度が高いとＩＣチップ
１０３とリードフレーム１０１をつなぐボンディングワ
イヤ１０３ａの曲りが発生し易くなり、曲り量が大きい
場合はボンディングワイヤ１０３ａ間でショートした
り、ボンディングワイヤ１０３ａがＩＣチップ１０３と
エッジタッチ（接触）して機能不良になってしまうとい
う問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
モジュールの形状及び各要素の構造では、樹脂封止時の
樹脂充填性が悪くピンホールが発生して絶縁不良を起こ
し易いという問題や、樹脂粘度を高くして樹脂充填性を
良くした場台にもＡｕワイヤ等のボンディングワイヤ曲
りによる機能不良を起こし易いという問題があった。

【００１０】そこで本発明は、樹脂封止時に樹脂粘度を
高くすることなく樹脂の未充填部分の発生を防止し、高
い電気絶縁性と高い熱伝導性を達成することができる半
導体モジュール及び半導体モジュール製造方法を提供す
ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載された発明は、樹脂に
より封止されるパッケージと、その一端側が前記パッケ
ージ内に位置するとともに、他端側が前記パッケージの
側部から突出するリードフレームと、前記パッケージに
収容されるとともに、前記リードフレームの前記一端側
に対向して設けられるチップマウントベッドと、このチ
ップマウントベッドに搭載される半導体チップとを備
え、前記チップマウントベッドには、前記パッケージの
側部に延設された延設部が形成され、この延設部には通
孔が形成されるようにした。

【００１２】請求項２に記載された発明は、その一辺側
に設けられたゲートから射出される樹脂により封止され
たパッケージと、その一端側が前記パッケージ内に位置
するとともに、他端側が前記パッケージから突出したリ
ードフレームと、前記パッケージに収容されるととも
に、前記リードフレームの前記一端側に設けられたチッ
プマウントベッドと、このチップマウントベッドに搭載
された半導体チップとを備え、前記パッケージは、前記
ゲート近傍において、前記チップマウントベッドの表面
側の厚さと前記チップマウントベッドの裏面側の厚さと
が略等しくなるように形成されるようにした。

【００１３】請求項３に記載された発明は、前記チップ
マウントベッドは、前記パッケージの一辺側の近傍に配
置されている。

【００１４】請求項４に記載された発明は、その一辺側
に樹脂注入用のゲートを有する金型内に、その一端側を
前記金型内に、その他端側を前記金型の他辺側から突出
させてリードフレームを配置するリードフレーム位置決
め工程と、前記リードフレームの前記一端側に半導体チ
ップを搭載し、かつ、その両面側間の通孔が設けられた
延設部を有するチップマウントベッドを、前記延設部を
前記ゲート側に向けて位置決めするチップマウントベッ
ド位置決め工程と、前記金型内に樹脂を充填してパッケ
ージを成形する成形工程とを備えるようにした。

【００１５】請求項５に記載された発明は、樹脂注入用
のゲートを有する金型内に、その一端側を前記金型内
に、その他端側を前記金型から突出するようにリードフ
レームを配置するリードフレーム位置決め工程と、前記
金型内に前記リードフレームの前記一端側に半導体チッ
プを搭載するチップマウントベッドを、前記ゲート側に
向け、かつ、前記チップマウントベッドの表面側の樹脂
の厚さと前記チップマウントベッドの裏面側の樹脂の厚
さとが略等しくなるように位置決めするチップマウント
ベッド位置決め工程と、前記金型内に樹脂を充填してパ
ッケージを成形する成形工程とを備えるようにした。

【００１６】上記手段を講じた結果、次のような作用が
生じる。すなわち、請求項１に記載された発明では、チ
ップマウントベッドに形成された延設部に通孔が形成さ
れるようにしたので、樹脂充填の際に、チップマウント
ベッドの表裏面間において樹脂が通流し、樹脂圧力が均
等になる。このため、チップマウントベッドが変位する
ことがない。

【００１７】請求項２及び３に記載された発明では、チ
ップマウントベッドの表面側の厚さとチップマウントベ
ッドの裏面側の厚さとが略等しくなるように形成される
ようにしたので、樹脂充填の際に、チップマウントベッ
ドの表裏面における樹脂の量がほぼ等しくなり、樹脂圧
力が均等になる。このため、チップマウントベッドが変
位することがない。

【００１８】請求項４に記載された発明では、両面側間
の通孔が設けられた延設部を有するチップマウントベッ
ドを、延設部をゲート側に向けて位置決めするようにし
たので、樹脂充填の際に、チップマウントベッドの表裏
面間において樹脂が通流し、樹脂圧力が均等になる。こ
のため、チップマウントベッドが変位することがない。

【００１９】請求項５に記載された発明では、チップマ
ウントベッドの表面側の樹脂の厚さとチップマウントベ
ッドの裏面側の樹脂の厚さとが略等しくなるように位置
決めするようにしたので、樹脂充填の際に、チップマウ
ントベッドの表裏面における樹脂の量がほぼ等しくな
り、樹脂圧力が均等になる。このため、チップマウント
ベッドが変位することがない。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１の（ａ），（ｂ）は本発明の
第１の実施の形態に係る半導体モジュール１０を示す図
であって、図１の（ａ）は側面図、図１の（ｂ）は平面
図である。この半導体モジュール１０は、例えばエアコ
ン・冷蔵庫等のモータ駆動用電力制御半導体等であり、
そのバッケージ形状としては、ＳＩＰ（Ｓｉｎｇｌｅ
Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＺＩＰ（Ｚｉｇｚａ
ｇ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃａｇｅ）のようなものがあ
る。

【００２１】半導体モジュール１０は、リードフレーム
１１と、このリードフレーム１１の先端側に設けられた
ＩＣチップマウントベッド１２と、このＩＣチップマウ
ントベッド１２上に設けられたＩＣチップ１３と、ＩＣ
チップマウントベッド１２に対向配置された板状のヒー
トシンク１４と、リードフレーム１１の先端側、ＩＣチ
ップマウントベッド１２、ＩＣチップ１３、ヒートシン
ク１４を樹脂封止することにより形成されたパッケージ
１５とを備えている。なお、ＩＣチップ１３の各端子と
リードフレーム１１とはＡｕワイヤ等のボンディングワ
イヤ１３ａ等で接続されている。

【００２２】また、ＩＣチップマウントベッド１２の図
１の（ａ），（ｂ）中左端に延設部１２ａが形成されて
おり、この延設部１２ａには通孔１２ｂがパンチング又
はエッチング等により多数貫通して形成されている。な
お、延設部１２ａは、後述する樹脂注入ゲート２１に対
向配置されている。これら通孔１２ｂは、ＩＣチップマ
ウントベッド１２の表裏両面側の空間を連通させるもの
であり、後述するように樹脂圧力を平衡させるためのも
のである。

【００２３】なお、バッケージ１５の寸法は例えば、３
６ｍｍ（幅）×１６ｍｍ（高さ）×５ｍｍ（奥行き）、
ＩＣチップ１３はシリコン製で寸法は８ｍｍ（幅）×６
ｍｍ（高さ）×０．４ｍｍ（厚み）、リードフレーム１
１は銅製でピン数は２０、ボンディングワイヤ５はＡｕ
製で外径３０μｍ、ヒートシンク１４はＡＩ製で厚み
１．８ｍｍである。

【００２４】図２は半導体モジュール１０のパッケージ
１５を形成するための金型２０を示す断面図である。金
型２０には、樹脂を注入するための樹脂注入ゲート２１
が設けられている。なお、図２中２２はキャビティであ
る。また、パッケージ１５を形成する封止樹脂として
は、低粘度、高熱伝導タイブのエボキシ樹脂である。

【００２５】図３の（ａ）〜（ｄ）及び図４の（ａ）〜
（ｄ）は、上述した半導体モジュール１０を金型２０を
用いて製造する際の工程を示す図である。なお、成形条
件は、金型温度１７０℃、保持圧力１ｔｏｎ、樹脂注入
速度２ｍｍ／ｓｅｃ．でトランスファモールド法であ
る。

【００２６】図３の（ａ）に示すように、キャビティ２
２内にリードフレーム１１、ＩＣチップマウントベッド
１２を位置決めした後、樹脂注入ゲート２１から樹脂Ｍ
を注入する。この樹脂Ｍにより、一旦、ＩＣチップマウ
ントベッド１２を持ち上げるように変位させる。しか
し、ＩＣチップマウントベッド１２の延設部１２ａと、
樹脂注入ゲート２１が近いため、樹脂Ｍが延設部１２ａ
の上下に均等に入り込むとともに、図３の（ｂ）〜
（ｄ）に示すように樹脂Ｍが通孔１２ｂを通してＩＣチ
ップマウントベッド１２上下に通流するため、ＩＣチッ
プマウントベッド１２の上下の樹脂が流動し樹脂圧力は
平衡状態となる。このため、ＩＣチップマウントベッド
１２が金型２０内でほとんど変位することなく、樹脂Ｍ
が充填されてゆく。

【００２７】さらに、図４の（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、リードフレーム１１の上下をほぼ均等に樹脂Ｍが充
填されてゆき、樹脂Ｍはピンホールを発生させることな
くリードフレーム１１とヒートシンク１４間に十分充填
される。これにより、４００μｍ程度の樹脂厚みを確保
することができた。

【００２８】尚、樹脂封止後に電気絶縁耐圧を測定した
ところ、４７００Ｖという高い値を示した。また、その
後Ｘ線透過装置を用いてボンディングワイヤ１３ａの曲
りを評価したところ、ワイヤ曲り率は１０％以内であ
り、エッジタッチもないことがわかった。

【００２９】上述したように、本発明の第１の実施の形
態に係る半導体モジュール及びその製造方法によれば、
樹脂封止時に低粘度の封止樹脂を用いてもリードフレー
ム１１とヒートシンク１４間の樹脂充填性が良く、ピン
ホールの発生もないため、高い電気絶縁性と高い熱伝導
性を達成することが可能となる。また、封止樹脂の粘度
を高くする必要はないため、ボンディングワイヤ曲りが
防止され、エッジタッチ等による機能不良も発生しにく
くなる。よって半導体モジュール製造時の不良率が低下
して製造コストを低減させることが可能となる。

【００３０】図５の（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実
施の形態に係る半導体モジュール３０を示す図であっ
て、図５の（ａ）は側面図、図５の（ｂ）は平面図であ
る。また、図６はこの半導体モジュール３０を製造する
ための金型４０を示す図である。この半導体モジュール
３０は、上述した半導体モジュール１０と同様に用いら
れるものである。なお、図５及び図６において図１及び
図２と同一機能部分には同一符号を付した。

【００３１】半導体モジュール３０は、リードフレーム
１１と、このリードフレーム１１の先端側に設けられた
ＩＣチップマウントベッド１２と、このＩＣチップマウ
ントベッド１２上に設けられたＩＣチップ１３と、ＩＣ
チップマウントベッド１２に対向配置された板状のヒー
トシンク１４と、リードフレーム１１の先端側、ＩＣチ
ップマウントベッド１２、ＩＣチップ１３、ヒートシン
ク１４を樹脂封止することにより形成されたパッケージ
３１とを備えている。なお、ＩＣチップ１３の各端子と
リードフレーム１１とはＡｕワイヤ等のボンディングワ
イヤ１３ａ等で接続されている。

【００３２】パッケージ３１の図５の（ａ）中左下部に
切欠部３２が形成されており、ＩＣチップマウントベッ
ド１２の図５の（ａ）中表裏面において樹脂Ｍの厚みが
略等しくなるように形成されている。

【００３３】図６は半導体モジュール３０のパッケージ
３１を形成するための金型４０を示す断面図である。金
型４０には、樹脂を注入するための樹脂注入ゲート４１
が設けられている。なお、図４中４２はキャビティであ
る。また、パッケージ３１を形成する封止樹脂として
は、低粘度、高熱伝導タイブのエボキシ樹脂である。

【００３４】図７の（ａ）〜（ｄ）及び図８の（ａ）〜
（ｃ）は、上述した半導体モジュール３０を金型４０を
用いて製造する際の工程を示す図である。なお、成形条
件は、金型温度１７０℃、保持圧力１ｔｏｎ、樹脂注入
速度２ｍｍ／ｓｅｃ．でトランスファモールド法であ
る。

【００３５】図７の（ａ）に示すように、キャビティ４
２内にリードフレーム１１、ＩＣチップマウントベッド
１２を位置決めした後、樹脂注入ゲート４１から樹脂Ｍ
を注入する。流れ込んだ樹脂Ｍは、ＩＣチップマウント
ベッド１２上下に均等に充填され、樹脂圧力は平衡状態
となる。このため、ＩＣチップマウントベッド１２が金
型４０内でほとんど変位することなく、樹脂Ｍが充填さ
れてゆく。

【００３６】さらに、図８の（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、リードフレーム１１の上下をほぼ均等に樹脂Ｍが充
填されてゆき、樹脂Ｍはピンホールを発生させることな
くリードフレーム１１とヒートシンク１４間に十分充填
される。これにより、４００μｍ程度の樹脂厚みを確保
することができた。

【００３７】尚、樹脂封止後に電気絶縁耐圧を測定した
ところ、４７００Ｖという高い値を示した。また、その
後Ｘ線透過装置を用いてボンディングワイヤ１３ａの曲
りを評価したところ、ワイヤ曲り率は１０％以内であ
り、エッジタッチもないことがわかった。

【００３８】上述したように、本発明の第２の実施の形
態に係る半導体モジュール及びその製造方法によれば、
樹脂封止時に低粘度の封止樹脂を用いてもリードフレー
ム１１とヒートシンク１４間の樹脂充填性が良く、ピン
ホールの発生もないため、高い電気絶縁性と高い熱伝導
性を達成することが可能となる。また、封止樹脂の粘度
を高くする必要はないため、ボンディングワイヤ曲りが
防止され、エッジタッチ等による機能不良も発生しにく
くなる。よって半導体モジュール製造時の不良率が低下
して製造コストを低減させることが可能となる。

【００３９】なお、本発明は実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形
実施可能であるのは勿論である。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、樹脂充填の際に、チッ
プマウントベッドの表裏面間において樹脂圧力を均等に
することができるので、チップマウントベッドの変位を
防止することができる。このため、樹脂封止時に低粘度
の封止樹脂を用いてもリードフレームとヒートシンク間
の樹脂充填性が良く、ピンホールの発生もないため、高
い電気絶縁性と高い熱伝導性を達成することが可能とな
る。また、封止樹脂の粘度を高くする必要はないため、
ボンディングワイヤ曲りが防止され、エッジタッチ等に
よる機能不良も発生しにくくなる。よって半導体モジュ
ール製造時の不良率が低下して製造コストを低減させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体モジュ
ールを示す図。

【図２】同半導体モジュールを製造するための金型を示
す断面図。

【図３】同半導体モジュールの製造工程を示す図。

【図４】同半導体モジュールの製造工程を示す図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体モジュ
ールを示す図。

【図６】同半導体モジュールを製造するための金型を示
す断面図。

【図７】同半導体モジュールの製造工程を示す図。

【図８】同半導体モジュールの製造工程を示す図。

【図９】従来の半導体モジュールを示す図。

【符号の説明】

１０，３０…半導体モジュール １１…リードフレーム １２…ＩＣチップマウントベッド １２ａ…延設部 １２ｂ…通孔 １３…ＩＣチップ １３ａ…ボンディングワイヤ １５，３１…パッケージ ２０，４０…金型 ２１，４１…樹脂注入ゲート

フロントページの続き (72)発明者 津田 達也 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内 Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA01 CA21 FA03 GA05 5F061 AA01 BA01 CA21 DA05 DA06 DD12 FA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂により封止されるパッケージと、 その一端側が前記パッケージ内に位置するとともに、他
   端側が前記パッケージの側部から突出するリードフレー
   ムと、 前記パッケージに収容されるとともに、前記リードフレ
   ームの前記一端側に対して設けられるチップマウントベ
   ッドと、 このチップマウントベッドに搭載される半導体チップと
   を備え、 前記チップマウントベッドには、前記パッケージの側部
   に延設された延設部が形成され、この延設部には通孔が
   形成されていることを特徴とする半導体モジュール。
2. 【請求項２】その一辺側に設けられたゲートから射出さ
   れる樹脂により封止されたパッケージと、 その一端側が前記パッケージ内に位置するとともに、他
   端側が前記パッケージから突出したリードフレームと、 前記パッケージに収容されるとともに、前記リードフレ
   ームの前記一端側に設けられたチップマウントベッド
   と、 このチップマウントベッドに搭載された半導体チップと
   を備え、 前記パッケージは、前記ゲート近傍において、前記チッ
   プマウントベッドの表面側の厚さと前記チップマウント
   ベッドの裏面側の厚さとが略等しくなるように形成され
   ていることを特徴とする半導体モジュール。
3. 【請求項３】前記チップマウントベッドは、前記パッケ
   ージの一辺側の近傍に配置されていることを特徴とする
   請求項２に記載の半導体モジュール。
4. 【請求項４】その一辺側に樹脂注入用のゲートを有する
   金型内に、その一端側を前記金型内に、その他端側を前
   記金型の他辺側から突出させてリードフレームを配置す
   るリードフレーム位置決め工程と、 前記リードフレームの前記一端側に半導体チップを搭載
   し、かつ、その両面側間の通孔が設けられた延設部を有
   するチップマウントベッドを、前記延設部を前記ゲート
   側に向けて位置決めするチップマウントベッド位置決め
   工程と、 前記金型内に樹脂を充填してパッケージを成形する成形
   工程とを備えていることを特徴とする半導体モジュール
   製造方法。
5. 【請求項５】樹脂注入用のゲートを有する金型内に、そ
   の一端側を前記金型内に、その他端側を前記金型から突
   出するようにリードフレームを配置するリードフレーム
   位置決め工程と、 前記金型内に前記リードフレームの前記一端側に半導体
   チップを搭載するチップマウントベッドを、前記ゲート
   側に向け、かつ、前記チップマウントベッドの表面側の
   樹脂の厚さと前記チップマウントベッドの裏面側の樹脂
   の厚さとが略等しくなるように位置決めするチップマウ
   ントベッド位置決め工程と、 前記金型内に樹脂を充填してパッケージを成形する成形
   工程とを備えていることを特徴とする半導体モジュール
   製造方法。