JP2001077137A - 半導体モジュール及び半導体モジュール製造方法 - Google Patents

半導体モジュール及び半導体モジュール製造方法

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JP2001077137A JP25320699A JP25320699A JP2001077137A JP 2001077137 A JP2001077137 A JP 2001077137A JP 25320699 A JP25320699 A JP 25320699A JP 25320699 A JP25320699 A JP 25320699A JP 2001077137 A JP2001077137 A JP 2001077137A
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Tatsuya Tsuda
達也 津田
Yasuto Saito
康人 斉藤
Shinpei Yoshioka
心平 吉岡
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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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】樹脂Ｍにより封止されるパッケージ１５
と、一端側がパッケージ１５内に位置するとともに、他
端側がパッケージ１５の側部から突出するリードフレー
ム１１の一端側に対して設けられ、吊りリード１１ａに
より支持されるチップマウントベッド１２と、チップマ
ウントベッド１２に搭載されるＩＣチップ１３と、その
一面側がパッケージ１５内に位置するとともに、チップ
マウントベッド１２の裏面側に対向するように設けられ
たヒートシンクとを備え、ヒートシンク１４の一面側
の、少なくとも吊りリード１１ａが形成されていない部
分の近傍に対向する位置に、バンプ状既硬化樹脂１６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５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、吊りリード１０１ａに
より支持されたチップマウントベッド１０２と、このチ
ップマウントベッド１０２上に設けられたＩＣチップ１
０３と、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１０４と、リードフレーム１０１の
先端側、チップマウントベッド１０２、ＩＣチップ１０
３、ヒートシンク１０４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５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５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、チップマウント
ベッド１０２は、吊りリード１０１ａのない部分で特に
変位し易く、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、本発明の半導体モジュール及び半導体
モジュール製造方法は次のように構成されている。
【００１２】（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、吊り
リードにより支持さ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、そ
の一面側が前記パッケージ内に位置するとともに、前記
チップマウントベッドの裏面側に対向するように設けら
れたヒートシンクとを備え、前記ヒートシンクの前記一
面側の、少なくとも前記チップマウントベッドの前記吊
りリードから離間した部分に対向する位置に、スペーサ
が配置されていることを特徴とする。
【００１３】（２）上記（１）に記載された半導体モジ
ュールであって、前記スペーサは、前記樹脂と同じ成分
で形成されている硬化物であることを特徴とする。
【００１４】（３）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吊りリードにより支持される半導
体チップを搭載するチップマウントベッドを、前記ゲー
ト側に向けて位置決めするチップマウントベッド位置決
め工程と、その一面側の少なくとも前記チップマウンド
ベッドの前記吊りリードから離間した部分に対向する位
置に、スペーサが配設されたヒートシンクを、前記一面
側が、前記チップマウントベッドの裏面側に対向するよ
うに配置するヒートシンク位置決め工程と、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。
【００１５】（４）上記（１）に記載された半導体モジ
ュール製造方法であって、前記スペーサは、前記樹脂と
同じ成分で形成されている硬化物であることを特徴とす
る請求項３に記載の半導体モジュール製造方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１の（ａ），（ｂ）は本発明の
一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
パッケージ形状としては、ＳＩＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎ
ｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＺＩＰ（Ｚｉｇｚａｇ
Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）のようなものがある。
【００１７】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
チップマウントベッド１２と、このチップマウントベッ
ド１２上に設けられたＩＣチップ１３と、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、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１
１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。
【００１８】また、ヒートシンク１４上の、チップマウ
ントベッド１２裏面の吊りリード１１ａのない部分の近
傍に対向する位置に、１個のバンプ状既硬化樹脂１６が
形成されている。このバンプ状既硬化樹脂１６は、チッ
プマウントベッド１２を裏面から支持するものであり、
後述するように樹脂圧力によるチップマウントベッド１
２の変位を抑制するためのものである。なお、このバン
プ状既硬化樹脂１６は、ポリイミド樹脂を用いてスクリ
ーン印刷法等により、外径８００μｍ、高さ４００μｍ
の円柱状に形成されている。
【００１９】なお、パッケージ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１７、吊りリード１１ａは銅製でピ
ン数は３、ボンディングワイヤ１３ａはＡｕ製で外径３
０μｍ、ヒートシンク１４はＡＩ製で厚み１．８ｍｍで
ある。
【００２０】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ポキシ樹脂である。
【００２１】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。
【００２２】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、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。このとき、チップマウントベッド１２上側のす
き間が下側のすき間より大きいと、チップマウントベッ
ド１２上側に樹脂Ｍがより多く流れ込むため、チップマ
ウントベッド１２上下の樹脂圧力差によってチップマウ
ントベッド１２が下側に変位する。また、この変位は、
チップマウントベッド１２裏面の吊りリード１１ａが形
成されていない部分で最も大きくなるため、その近傍で
樹脂Ｍが未充填となりピンホールが発生しやすい。しか
し、ヒートシンク１４上の、チップマウントベッド１２
裏面の吊りリード１１ａの形成されていない部分の近傍
に対向する位置に、１個のバンプ状既硬化樹脂１６が形
成されているため、このバンプ状既硬化樹脂１６がチッ
プマウントベッド１２を裏面から支持する。このため、
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。
【００２３】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、バンプ状既硬化樹脂１６の高さと
同じ４００μｍ程度の樹脂厚みを確保することができ
た。
【００２４】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線透視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。
【００２５】上述したように、本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。
【００２６】なお、上述した半導体モジュール１０で
は、バンプ状既硬化樹脂１６を、ポリイミド樹脂で円柱
状に形成するものとしているが、封止樹脂Ｍと同じエポ
キシ樹脂で円柱状に形成するようにしてもよい。
【００２７】バンプ状既硬化樹脂１６を封止樹脂Ｍと同
じ材料で構成したことにより、樹脂成形によりバンプ状
既硬化樹脂１６と封止樹脂Ｍとが一体化され、バンプ状
既硬化樹脂１６と封止樹脂Ｍとの界面剥離を防止でき、
信頼性をより一層向上させることができる。
【００２８】なお、本発明は実施の形態に限定されるも
のではない。すなわち、上述した例では、バンプ状既硬
化樹脂の形成方法としてスクリーン印刷を用いたが、デ
ィスペンサ等を用いてポッティングによりバンプを形成
してもよい。また、バンプ状既硬化樹脂の形状は円柱状
に限られず、半球状、直方体状等でもよい。さらに、バ
ンプ状既硬化樹脂の高さは４００μｍとしたが、樹脂成
形時に高い電気絶縁性と高い熱伝導性を満足するのであ
れば、他の寸法でも構わない。さらに、バンプ状既硬化
樹脂の大きさは外径８００μｍとしたが、チップマウン
トベッドを支持できる程度の大きさがあれば、他の寸法
でも構わない。
【００２９】一方、バンプ状既硬化樹脂の形成位置は、
チップマウントベッド裏面の吊りリードのない部分の近
傍に対向する位置であれば特に限定されるものではな
く、可能な範囲で調整してもよい。また、バンプ状既硬
化樹脂は、少なくともチップマウントベッド裏面の吊り
リードのない部分の近傍に対向する位置に１個あれば、
それ以外に複数個形成してもよい。この他、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。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、樹脂充填の際に、ヒー
トシンク上に形成されたバンプ状既硬化樹脂が、チップ
マウントベッドを裏面から支持するため、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】本発明の一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】従来の半導体モジュールを示す図。
【符号の説明】
１０…半導体モジュール １１…リードフレーム １１ａ…吊りリード １２…チップマウントベッド １３…ＩＣチップ（半導体チップ） １３ａ…ボンディングワイヤ １４…ヒートシンク １５…パッケージ １６…バンプ状既硬化樹脂
フロントページの続き (72)発明者 吉岡 心平 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA01 CA21 DB02 FA00 GA05 5F061 AA01 BA01 CA21 DA06 DD11 FA05 5F067 AA03 CA01 DE01

Claims (4)

    【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、吊りリードにより
    支持さ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、 その一面側が前記パッケージ内に位置するとともに、前
    記チップマウントベッドの裏面側に対向するように設け
    られたヒートシンクとを備え、 前記ヒートシンクの前記一面側の、少なくとも前記チッ
    プマウントベッドの前記吊りリードから離間した部分に
    対向する位置に、スペーサが配置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】前記スペーサは、前記樹脂と同じ成分で形
    成されている硬化物であることを特徴とする請求項１に
    記載の半導体モジュール。
  3. 【請求項３】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吊りリードにより支
    持される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て位置決めするチップマウント
    ベッド位置決め工程と、 その一面側の少なくとも前記チップマウンドベッドの前
    記吊りリードから離間した部分に対向する位置に、スペ
    ーサが配設されたヒートシンクを、前記一面側が、前記
    チップマウントベッドの裏面側に対向するように配置す
    るヒートシンク位置決め工程と、 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。
  4. 【請求項４】前記スペーサは、前記樹脂と同じ成分で形
    成されている硬化物であることを特徴とする請求項３に
    記載の半導体モジュール製造方法。
JP25320699A 1999-09-07 1999-09-07 半導体モジュール及び半導体モジュール製造方法 Pending JP2001077137A (ja)

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