JP2003289085A - 樹脂モールド型デバイス及びその製造装置 - Google Patents

樹脂モールド型デバイス及びその製造装置

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metal blocks
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建一 林
Hisashi Kawato
寿 川藤
Mitsugi Tajiri
貢 田尻
Taketoshi Kano
武敏 鹿野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁性能に優れた樹脂モールド型デバイス及
びその製造装置を提供する。 【解決手段】 樹脂モールド型デバイス１は、第１の方
向（Ｘ方向）に所定の間隔をあけて配置された複数の素
子２と、各リード部が各素子と電気的に接続されている
複数のリード部６，８と、各金属ブロックは各電子部品
とこの電子部品に対応するリード部に対応して設けられ
ている複数の金属ブロック３と、複数の素子・リード部
・金属ブロックに一体的に成形され、これら複数の素子
・リード部・金属ブロックを保持する絶縁樹脂性パッケ
ージ１０とを備えている。パッケージの樹脂は、第１の
方向とほぼ直交する第２の方向（Ｙ方向）から、隣接す
る金属ブロックの間の隙間１４に向けて注入されて形成
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、複数の素子・リー
ド部・放熱用金属ブロックを樹脂パッケージに一体的に
保持したデバイス、およびそのデバイスを製造する装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子デバイスの一つとして、たとえばエ
アコン、洗濯機などのインバータ用スイッチング素子と
して用いられる電力用半導体装置がある。この電力用半
導体装置は、例えば図２２に示すように、概略、金属薄
板より形成されるリードフレーム１０１、電力用素子１
０２、放熱用ヒートシンクとして機能する金属ブロック
１０３を備えており、これらの各部品が樹脂パッケージ
１０４によって一体的に保持されている。
【０００３】リードフレーム１０１は、ダイパッド部１
０５と、インナーリード部１０６とを有しており、電力
用素子１０２はダイパッド部１０５にはんだ１０７で接
合されている。電力用素子１０２とインナーリード部１
０６とは、アルミワイヤ１０８によって接続されてい
る。金属ブロック１０３は、その略中央部に凸部１０９
を有しており、その凸部１０９がリードフレーム１０１
の電力用素子１０２に対向する面とは反対側の面と所定
距離をあけて電力用素子１０２に対向して配置されてい
る。金属ブロック１０３の凸部１０９と、リードフレー
ム２との間に形成されている樹脂パッケージを樹脂絶縁
層１１０と呼ぶ。樹脂パッケージ１０４は、金属ブロッ
ク１０３のリードフレーム１０１とは反対側の面を露出
させた状態で、電力用素子１０２、リードフレーム１０
１及び金属ブロック１０３を封止し、一体的に保持して
おり、金属ブロック１０３の露出部分に外部放熱器（図
示せず）が取り付けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の半導
体装置では、電力用素子１０２で発生した熱が、リード
フレーム１０１、絶縁樹脂層１１０、金属ブロック１０
３を通って、外部放熱器から放出される。ここで、金属
ブロック１０３はアルミニウムあるいは銅材から形成さ
れ、その熱伝導率は、それぞれ２００Ｗ／ｍＫ、３９０
Ｗ／ｍＫである。リードフレーム１０１も銅材等の金属
で形成されるため、金属ブロックと同等の熱伝導率を有
する。しかし、絶縁樹脂層１１０の熱伝導率は１〜３Ｗ
／ｍＫであり、その他の材料の約１／１００程度しかな
い。そのため、絶縁樹脂層１１０が熱伝導の主たる阻害
要因となっている。換言すると、従来の半導体装置の内
部熱抵抗のほとんどは、絶縁樹脂層１１０によって占め
られている。
【０００５】ところで、半導体装置の放熱特性は、熱が
通過する材料の厚さや熱伝導率、及び熱が材料を通過す
る面積、いわゆる伝熱面積で決定される。そのため、絶
縁樹脂層１１０の厚さを薄くすることで、当該従来の半
導体装置の内部熱抵抗を低減させることも考えられる。
しかしながら、当該部位には数千Ｖの絶縁耐圧が必要で
あるため、その厚さは０.３ｍｍ前後が限界であり、放
熱特性の改善にも限界を生じている。
【０００６】この問題を解決するため、絶縁樹脂層より
も上流側にヒートスプレッダとして機能する金属ブロッ
クを設け、そこでの熱の拡がりを確保し、樹脂絶縁層で
の伝熱面積を増大させることで、放熱性能を向上させよ
うということが考えられている。この場合、複数の電力
用素子を搭載する半導体装置においては、少なくとも絶
縁単位ごとには金属ブロックを分割し、相互の絶縁を確
保する必要が生じるため、半導体装置は複数の金属ブロ
ックを備えることになる。このような複数の金属ブロッ
クを備える半導体装置は、樹脂パッケージを形成する際
に、金属ブロック間においても良好な樹脂充填が必要と
なるという点で、従来の半導体装置と異なる。しかしな
がら、従来の半導体装置においては、当然ではあるが金
属ブロック間の樹脂充填については全く考慮されていな
い。そのため、これを複数の金属ブロックを備える本半
導体装置に適用した場合には、種々の問題があった。
【０００７】この問題点について、具体的に説明する。
図２３に示すように、特開２０００-１３８３４３号公
報で提案されている樹脂注入口１１１から液状の樹脂を
注入することによって半導体装置の樹脂パッケージの形
成を試みた場合には、以下に示す問題が発生する。第１
に、金属ブロック間の隙間に樹脂が注入されるタイミン
グが一様にならないため、樹脂が先に流入した隙間にお
いて、樹脂注入圧力に起因する、当該隙間を押し広げよ
うとする力が発生する。この力により、当該金属ブロッ
クの位置が移動し、当該隙間は拡大し、隣接する隙間は
狭くなる。この様子を図２４に示す。
【０００８】図２４は、複数の金属ブロックを備えた半
導体装置に対して、従来の樹脂注入口位置を適用した半
導体装置樹脂パッケージ成形工程における１局面につい
て、金属ブロック裏面に視点をおいた平面図を模式的に
示したものである。図において、隣接する金属ブロック
１０２の一つの隙間１１２ａでは、近隣の隙間１１２
ｂ、１１２ｃに比べて、樹脂１１３の充填が大きく遅れ
る。そのため、上述の通り、隙間１１２ｂ、１１２ｃは
幅が大きくなり、一方隙間１１２ａは幅が小さくなる。
その結果、狭小化された隙間では、より一層樹脂が注入
されにくくなり、充填完了のタイミングが遅れる。この
場合、隣接する金属ブロック同士が接触し、金属ブロッ
ク間での絶縁が確保されず、製品不良になるという問題
が発生するおそれが高い。また金属ブロックに負荷され
る力が過大な場合は、リードフレームと金属ブロック間
の固着層が損傷を受けるおそれもある。
【０００９】第２に、仮に金属ブロック間の接触は免れ
たとしても、上述の通り、狭小化した隙間では樹脂の注
入性が極端に劣化するため、樹脂の未充填部が発生し、
金属ブロック間で絶縁が確保できず、製品不良になると
いう問題もある。
【００１０】第３に、金属ブロックの移動が起こらない
場合であっても、金属ブロック間の隙間内に存在する空
気を完全に排斥しなければ、残留空気が“ボイド”と呼
ばれる樹脂未充填部を形成するため、金属ブロック間の
絶縁を確保できないという問題も有る。つまり、従来の
半導体装置で用いられる樹脂注入口位置では、各隙間に
おいて樹脂の注入が均一にならないため、樹脂の回り込
みによる空気残りが発生し、空気がボイドとして該隙間
部に残存してしまう。
【００１１】図２５は、図２４に示した局面よりも、時
間が進み、充填が最終的に完了した局面を示した模式図
である。図中、各隙間を流れる樹脂の流動方向を矢印で
示した。上述の通り、隙間１１２ａにおいて充填が遅れ
るため、この隙間１１２ａでは、樹脂注入口からの樹脂
流れと、近接する隙間を充填し終えて隙間１１２ａに流
入する樹脂の流れが空気をトラップし、ボイド１１４を
形成する。そして、ボイド１１４が、隣接する金属ブロ
ック間の絶縁性を低下する。
【００１２】第４に、金属ブロックが樹脂パッケージ中
に完全に内包される、いわゆるフルモールドタイプの半
導体装置においては、さらに問題が顕著化する。すなわ
ち、このようなタイプの半導体装置では、外部放熱器に
近い側の金属ブロック裏面側にも樹脂パッケージを完全
に形成し、外部放熱器との間で絶縁を確保する必要があ
るが、従来の半導体装置で用いられる樹脂注入口を用い
る場合においては、やはり上述のような樹脂の回り込み
が原因で、金属ブロック裏面の樹脂絶縁層形成部にボイ
ドや未充填が発生する。この様子を図２６に示す。図２
６は、樹脂充填が完了した時点において、図２４、２５
と同様の視点から見た外観模式図である。このように、
ボイド等による樹脂未充填部１１５が存在した場合、外
部放熱器との間で絶縁を確保できないため、製品不良に
なるという問題もあった。
【００１３】そこで、本発明は、このような問題を解決
するためになされたものであり、絶縁性能に優れた樹脂
モールド型デバイス及びその製造装置を提供することを
目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１の樹脂モールド型デバイスは、第１の方向
に所定の間隔をあけて配置された複数の素子と、複数の
リード部であって、各リード部が各素子と電気的に接続
されている、複数のリード部と、第１の方向に隙間をあ
けて配置された複数の放熱用金属ブロックであって、各
金属ブロックは各素子とこの素子に対応するリード部に
対応して設けられている、複数の金属ブロックと、電気
的に絶縁性の樹脂からなり、複数の素子・リード部・金
属ブロックに一体的に成形され、これら複数の素子・リ
ード部・金属ブロックを保持するパッケージとを備えた
樹脂モールド型デバイスであって、パッケージの樹脂
が、第１の方向とほぼ直交する第２の方向から、隣接す
る金属ブロックの間の隙間に向けて注入されて形成され
ていることを特徴とする。
【００１５】請求項２の樹脂モールド型デバイスは、各
金属ブロックが、対応するリード部に固着されているこ
とを特徴とする。
【００１６】請求項３の樹脂モールド型デバイスは、各
金属ブロックが、他の金属ブロックから電気的に絶縁さ
れていることを特徴とする。
【００１７】請求項４の樹脂モールド型デバイスは、隣
接する金属ブロック間の隙間の幅が第２の方向にほぼ一
定していることを特徴とする。
【００１８】請求項５の樹脂モールド型デバイスは、隣
接する金属ブロック間の隙間の幅が、樹脂注入口に近接
する部位で広くなっていることを特徴とする。
【００１９】請求項６の樹脂モールド型デバイスは、各
金属ブロックが、リード部に固着された第１の部分と、
リード部から離れ且つ第１の部分の反対側に位置し且つ
第１の部分よりも大きな第２の部分とを有することを特
徴とする。
【００２０】請求項７の樹脂モールド型デバイスは、各
リード部が、素子を搭載する第１の部分と、素子から離
れ且つ第１の面部分の反対側にある第２の面部分とを有
し、この第２の面部分に金属ブロックを固着したことを
特徴とする。
【００２１】請求項８の樹脂モールド型デバイスは、各
金属ブロックが、対応する素子と、これら金属ブロック
と素子との間に配置されたリード部を介して対向してい
ることを特徴とする。
【００２２】請求項９の樹脂モールド型デバイスは、各
金属ブロックはパッケージから露出することなく該パッ
ケージに収容されていることを特徴とする。
【００２３】請求項１０の樹脂モールド型デバイスは、
各素子が対応する金属ブロックに固着されていることを
特徴とする。
【００２４】請求項１１に係る樹脂モールド型デバイス
の製造装置は、第１の方向に所定の間隔をあけて配置さ
れた複数の素子と、複数のリード部であって、各リード
部が各素子と電気的に接続されている、複数のリード部
と、第１の方向に隙間をあけて配置された複数の放熱用
金属ブロックであって、各金属ブロックは各素子とこの
素子に対応するリード部に対応して設けられている、複
数の金属ブロックと、電気的に絶縁性の樹脂からなり、
複数の素子・リード部・金属ブロックに一体的に成形さ
れ、これら複数の素子・リード部・金属ブロックを保持
するパッケージとを備えた樹脂モールド型デバイスの製
造装置であって、この製造装置はパッケージを成形する
型を備えており、型は、第１の方向とほぼ直交する第２
の方向から、隣接する金属ブロックの間の隙間に向けて
樹脂を注入する樹脂注入口を備えていることを特徴とす
る。
【００２５】請求項１２の樹脂モールド型デバイスの製
造装置は、第１の方向に関する樹脂注入口の幅が、第１
の方向に関する金属ブロック間の隙間の幅よりも大きい
ことを特徴とする。
【００２６】請求項１３の樹脂モールド型デバイスの製
造装置は、請求項１１又は請求項１２のいずれかの樹脂
モールド型デバイス製造装置で製造されたことを特徴と
する。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係るデバイス及びその製造装置の実施の形態を説明す
る。なお、複数の実施の形態において同一又は類似の部
分又は部材には同一の符号を付す。また、実施の形態の
説明中に方向を特定する用語（例えば、「上」、
「下」、「表」、「裏」及びそれらの用語を含む別の用
語「上方」、「下方」）を用いるが、これは発明の理解
を容易にするためであって、発明の範囲を限定するもの
ではない。
【００２８】実施の形態１．実施の形態１に係る樹脂モ
ールド型デバイスの一例である半導体装置について説明
する。この半導体装置の平面外観模式図を図１に示し、
その代表断面の模式図を図２に示す。図２に示すよう
に、半導体装置１は、半導体部品を含む複数の電力用素
子２を有する（図３参照）。各電力用素子２は、導電性
金属からなる放熱用金属ブロック３にはんだ４を介して
固着されている。また、金属ブロック３は、はんだ４を
介して、第１の外部リード（リード部）６に接続されて
いる。そして、電力用素子２は、金属ブロック３に対向
する下面に一つの端子（図示せず）を備えており、この
端子がはんだ４、金属ブロック３、はんだ５を介して、
第１の外部リード６と電気的に接続されている。一方、
金属ブロック３とは反対側にある電力用素子２の上面に
は２つの端子（図示せず）が設けてあり、これらの端子
がアルミワイヤ７を介して第２の外部リード（リード
部）８とそれぞれ電気的に接続されている。そして、第
１及び第２の外部リード６，８は途中で図面の上方に向
けて折り曲げられている。これらの電力用素子２、金属
ブロック３、外部リード６，８、アルミワイヤ７は、外
部リード６，８の自由端側と金属ブロック３の底面を除
いて、電気的に絶縁性の樹脂材料からなるパッケージ１
０によって封止され、図１及び図２に示す状態に保持さ
れている。
【００２９】図３は、半導体装置１の製造工程におい
て、電力用素子２を金属ブロック３に固着する工程、金
属ブロック３とリードフレーム２を固着する工程、及び
電力用素子２とリード部８とをワイヤボンディングする
工程を終了し、樹脂パッケージ１０を形成する工程の直
前の半製品の構造を示し、そこには樹脂パッケージ１０
を形成する工程で用いられる金型の樹脂注入口１２が併
せて表示してある。図示するように、この段階では、第
１及び第２の外部リード６、８は真直ぐに伸びており、
その自由端は外部リード６，８を囲む四角形の外側部分
１３に接続されており（すなわち、分離されておら
ず）、この外側部分１３と共にリードフレームを構成し
ている。また、金属ブロック３はこれを上方（電力用素
子側）から見たとき長方形の形をしており、矢印Ｘ方向
（第１の方向）に所定の間隔をあけて等間隔に配置さ
れ、隣接する金属ブロック３の間には矢印Ｘと直交する
矢印Ｙ方向（第２の方向）に伸びる細長い隙間１４が形
成されている。また、各金属ブロック３に固着される第
１の外部リード６も所定の間隔を矢印Ｘ方向にあけて配
置されている。一方、ワイヤ７が接続される他方の第２
の外部リード８は、所定の間隔を矢印Ｘ方向にあけて配
置されている。
【００３０】図４は、図３に示す半製品の半導体装置１
を金型１５に保持した状態を示す。図示するように、金
型１５は上型１６と下型１７とからなり、これら上型１
６と下型１７で半製品を保持している。上型１６と下型
１７の対向する面には、樹脂パッケージ１０の輪郭を模
ったキャビティ１８が形成されている。キャビティ１８
内に樹脂を注入する注入口１２は上型１６の側壁（図面
上、左側の側壁）に形成されており、この注入口１２を
介して所定の樹脂がキャビティ１８内に注入されるよう
にしてある。ただし、注入口を設ける位置は実施の形態
が限定されるものでなく、図示する注入口１２の下方に
設けてもよい。なお、図示しないが、上型１６又は下型
１７の反対側側壁（図面上、右側の側壁）には排気孔が
形成されている。特に図３に示すように、各注入口１２
は、隣接する金属ブロック３の間の隙間１４の延長線上
に配置され、この隙間１４の延長方向に向けて樹脂が射
出されるようにしてある。また、各注入口１２の幅（矢
印Ｘ方向の幅）は、隙間１４の幅よりも広く設計されて
いる。
【００３１】この金型１５を用いて半製品に樹脂パッケ
ージ１０をトランスファーモールド又はインジェクショ
ンモールドする場合、図３に示す半製品が図４に示すよ
うに上型１６と下型１７に挟持され、複数の注入口１２
から注入された樹脂１９によって樹脂パッケージ１０が
形成される。このとき、上述のように注入口１２は隣接
する金属ブロック３の間の隙間１４の延長上にその延長
方向に向けて配置されているので、注入口１２から射出
された樹脂１９は隣接する金属ブロック３の隙間１４に
まっすぐ進み、その隙間１４内に充填される。また、注
入口１２の幅は隙間１４の幅よりも大きいため、注入口
１２側と排気口側の隙間端部にあっても、隙間の全体に
確実に樹脂１９が充填される。さらに、図３に示すよう
に、各注入口１２とこれに対向する隙間１４との距離は
すべての場所で同一としてあるので、図５に示すように
全ての隙間１４にほぼ同時に樹脂が到達し、また充填さ
れていく。
【００３２】したがって、隙間１４への樹脂充填のタイ
ミングのずれに起因して金属ブロック３が矢印Ｘ方向に
移動することがない。そのため、樹脂パッケージ形成工
程の間、それぞれの隙間１４の幅は変化せず、一部の隙
間１４が狭くなる又は広くなるということがない。ま
た、一部の隙間１４に充填された樹脂１９が金属ブロッ
ク３の反対側（排気口側）を回って隣接する隙間１４に
入り込み、この隙間１４に充填口側から進んで来る樹脂
１９との間で空気をトラップし、このトラップされた空
気がボイドとなる、いわゆる樹脂回り込みによるボイド
の発生を防ぐことができる。その結果、隣接する金属ブ
ロック３の間に、ボイドの無い、一定の厚みの樹脂層が
介在し、これら金属ブロック３を相互に良好に絶縁す
る。
【００３３】ところで、金属ブロックの隙間が狭くなる
と、充填が困難になるばかりでなく、良好に充填された
場合であっても、絶縁を確保できない恐れがある。金属
ブロック間の絶縁耐力は、外部放熱器との間で必要とさ
れる絶縁耐力よりも小さなものとなることも多いが、そ
れでも最低限０.１ｍｍ以上はないと絶縁を確保できな
い。逆に、隙間の幅を３ｍｍ以上にしても充填性は改善
しないことが実験で確認された。したがって、隙間の幅
を３ｍｍ以上にしても、半導体装置の大きさをいたずら
に大きくするばかりでメリットがない。このような理由
から、隙間の幅は、０.１ｍｍ以上で且つ３ｍｍ以下で
あることが望ましい。さらに望ましくは、樹脂パッケー
ジ形成工程での安定的な樹脂の注入及び充填を確保する
とともに、半導体装置の小型化を考慮すると、隙間の幅
は０.３ｍｍ以上で且つ２ｍｍ以下となる。
【００３４】なお、本実施の形態においては、電力用素
子のみが搭載される例について説明したが、制御用素子
が例えば第１又は第２の外部リード上に搭載されていて
も良い。また、本実施の形態では、放熱性を最大限向上
させる目的で、電力用素子を金属ブロック上に搭載した
場合を説明したが、内蔵された素子同志の配線を容易に
するため、あるいは半導体装置の製造をより容易にする
ために、図６に示すように電力用素子２を外部リード６
に直接搭載しても良い。この場合、電力用素子２と外部
リード６、外部リード６と金属ブロック３は、はんだ２
０，２１を用いてそれぞれ固着される。
【００３５】実施の形態２．図７は実施の形態２に係る
樹脂モールド型デバイスの具体例である半導体装置を示
し、図８はこの半導体装置の樹脂パッケージ形成工程に
おける樹脂の流動状態を示す。これらの図に示すよう
に、半導体装置１Ａにおいて、各金属ブロック３は、注
入口１２側と排気口側の上下及び左右の角部と上下に伸
びる角部が面取りされて曲面形状２２又は斜めの傾斜面
に仕上げられており、隣接する金属ブロック３の間に形
成される隙間１４の入口及び出口が拡幅されている。そ
の他の構成は実施の形態１の半導体装置と同一である。
【００３６】このような形状を有する金属ブロック３を
備えた半導体装置１は、その半製品を金型１５に保持し
て樹脂モールドすると、図８に示すように、樹脂注入口
１２からキャビティ１８内に注入された樹脂１９は曲面
形状２２によって容易に隙間１４に導かれて排出口に向
けて移動し、各隙間に確実に充填される。
【００３７】金属ブロックの角部が面取りされていない
場合と、面取りされている場合について、隙間１４の端
部における樹脂の充填性及び樹脂の流動性について検討
する。例えば、図９に示すように、金属ブロック３の端
部が曲面状に面取りされていない場合、金属ブロック３
のエッジ２３が樹脂１９の流れの特異点となる。そのた
め、エッジ２３の近傍で樹脂１９の流れが乱され、端部
近傍に樹脂の未充填部（ボイド）２４が発生し得る。そ
の結果、この未充填部２４で十分な絶縁性を得ることが
できない。一方、図１０に示すように、金属ブロック３
の端部を曲面形状２２に面取りした場合、樹脂１９の流
れを乱す原因となるエッジ自体がないため、樹脂１９の
流れが乱されることもなく、樹脂１９の流れが金属ブロ
ック３から離れて未充填部を生じることがない。
【００３８】ところで、半導体装置が使用される環境の
温度変化や、半導体装置の動作時に発生する熱に起因す
る温度変化によって、金属ブロック３と樹脂パッケージ
１０との間にはそれぞれの線膨張係数の違いに起因する
応力が発生する。この応力は金属ブロック３の端部で大
きくなり、エッジがある場合にはその近傍に大きな応力
集中を生じる。そして、この応力集中は、樹脂パッケー
ジ１０が金属ブロック３から剥離するいった不具合や、
樹脂パッケージ１０に割れが生じるといった不具合を発
生する。しかし、金属ブロック３の端部を曲面状に面取
りすることで応力集中が減少し、そのような剥離や割れ
の問題が無くなり、信頼性の高い半導体装置を提供でき
る。
【００３９】なお、曲面形状２２の半径について、応力
解析と実験結果から、半径が０.１ｍｍ以下では応力低
減の効果が小さいこと、また２ｍｍ以上にしても応力低
減の効果が向上しないことがわかった。逆に半径を大き
くすると、伝熱面積を小さくなるデメリットが発生す
る。したがって、曲面形状２２の半径は、０.１ｍｍ以
上で且つ２ｍｍ以下が望ましい。さらに望ましくは、曲
面形状２２の加工精度の安定性、応力の低減、さらには
放熱特性をも考慮すると、半径は０.３ｍｍから１.５ｍ
ｍとなる。
【００４０】実施の形態３．実施の形態３に係る半導体
装置の平面図、側面図、及び他の側面図をそれぞれ図１
１、１２、１３に示す。この半導体装置１はいわゆるフ
ルモールド型デバイスであって、外部放熱器（図示せ
ず）を取り付けるための取り付け穴２５を有する。通
常、半導体装置１は、外部放熱器に対して、放熱性を改
善する目的で該半導体装置１との間に放熱グリスを介在
させた状態で、取り付け穴２５に、外部放熱器の対応す
る部位に形成された穴を介してねじを嵌め込み、外部放
熱器に固定される。
【００４１】半導体装置の代表断面の模式図を図１４に
示す。図示するように、半導体装置１Ｂは、電力用素子
として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insula
tedGate Bipolar Transistor、以下「ＩＧＢＴ」と記
す）２６と、フライホイールダイオード（Fly Wheel Di
ode、以下「ＦＷＤ」と記す）２７を有する。これらＩ
ＧＢＴ２６とＦＷＤ２７は、外部リード６に形成され
た、電力用素子を搭載するための回路を形成したパワー
回路部２８に、はんだ２９によって接続されて固着され
ている。半導体装置１Ｂはまた、制御用素子として、低
電圧集積回路（Low Voltage Intelligent Circuit、以
下「ＬＶＩＣ」と記す）３０と、高電圧集積回路（High
Voltage Intelligent Circuit、以下「ＨＶＩＣ」と記
す）３１を有する。これらＬＶＩＣ３０とＨＶＩＣ３１
は、外部リード８に形成された、制御用素子を搭載する
ための回路を有する制御回路部３２に、はんだ３３によ
って接続されて固着されている。
【００４２】外部リード６，８を挟んでＩＧＢＴ２６と
ＦＷＤ２７の反対側には、金属ブロック３が配置されて
いる。金属ブロック３は、主要部分（第１の部分）３４
と該主要部分３４の上部にそこから突出するように一体
的に形成された、主要部分３４よりも小さな上方突出部
分（第２の部分）３５とからなり、この上方突出部分３
５の上端面が外部リード６にはんだ３６によって固着さ
れている。そして、金属ブロック３の主要部分はその放
熱面積を大きくするために第２の外部リード８の下方に
伸びているが、上方突出部分３５の高さ３７分だけ第２
の外部リード８から離れているので、この第２の外部リ
ード８との間には十分な絶縁距離が確保されている。ま
た、金属ブロック３の主要部分は、その上下と左右の角
部及び上下方向に伸びる角部が曲面形状３８に仕上げら
れており、隣接する金属ブロック間の隙間に樹脂がスム
ーズに流れ込むようにしてあるとともに、金属ブロック
３の角部近傍に大きな応力集中が生じないようにしてあ
る。
【００４３】ＩＧＢＴ２６とＦＷＤ２７との間、ＩＧＢ
Ｔ２６と所定の内部外部リードとの間、ＦＷＤ２７と所
定の内部外部リードとの間、及びパワー回路部２８と制
御回路部３２との間は、例えば線径３００μｍのアルミ
ワイヤ３９で電気的に接続される。ＬＶＩＣ３０及びＨ
ＶＩＣ３１と対応する外部リードとの間は、アルミワイ
ヤよりも線径の小さな金ワイヤ４０によって、電気的に
接続されている。
【００４４】これら電力用素子、制御用素子、金属ブロ
ック３、及び外部リード６，８の基部は、絶縁性の樹脂
からなるパッケージ１０によって封止されて一体的に保
持されている。ここで、金属ブロック３と、制御回路部
３２との間の樹脂パッケージの厚さ３７’は、電気的ノ
イズによる制御用素子であるＬＶＩＣ３０やＨＶＩＣ３
１の誤動作を防ぐ目的から、シミュレーション及び実験
によって０.４ｍｍ以上は必要であることを確認してい
る。より望ましくは、０.５ｍｍ以上必要である。従っ
て、金属ブロック３の上方突出部分３５の高さ３７は、
樹脂パッケージ形成工程を含む本半導体装置の製造工程
における、制御回路部３２の位置変動を考慮すると、
０.５ｍｍ以上は必要であり、より望ましくは１ｍｍ以
上必要である。また、金属ブロック３裏面の樹脂層４１
は、外部放熱器（図示せず）との間の絶縁特性を満足さ
せるために、その厚さが０.３ｍｍ以上必要である。一
方、樹脂パッケージ１０の熱伝導率は、金属ブロックを
構成する銅やアルミニウムの１／１００程度しかないた
め、金属ブロック３の伝熱面積を大きくしたとしても、
金属ブロック裏面の樹脂層４１の厚さは、高い放熱特性
を達成するために１.０ｍｍ以下にすることが望まし
い。より望ましくは、例えば特に高い放熱特性を要求さ
れる、より大きな電流を取り扱う半導体装置などでは、
０.６ｍｍ以下となる。そのため、金属ブロック裏面の
樹脂層４１は、０.３ｍｍ以上で且つ１.０ｍｍ以下が望
ましく、更に望ましくは０.３ｍｍ以上で且つ０.６ｍｍ
以下となる。
【００４５】このような、フルモールド型の半導体装置
では、この半導体装置としての製品に対し、外部放熱器
との間に十分な絶縁耐力を保証できる。しかも、個々の
半導体装置の絶縁耐力を検査し、必要な絶縁耐力を備え
た製品を市場に提供できる。したがって、エンドユーザ
ーが半導体装置と外部放熱器とを組み立てる際、これら
半導体装置と外部放熱器との間に、放熱性を維持しなが
ら絶縁を確保するために従来必要とされていた熱伝導性
絶縁部材を設ける必要が無くなり、半導体装置の外部放
熱器への組み立て性が向上するばかりでなく、組み立て
不良や、熱伝導性の絶縁部材の不良に起因する、不具合
を防止できるという利点がある。
【００４６】図１５と図１６は、半導体装置の製造工程
において、樹脂パッケージを形成する工程の前工程まで
終了した時点での構造を、上方と下方から見た図で、特
に図１５の点線で囲まれた領域は、パワー回路部２８、
制御回路部３２、樹脂パッケージ１０のアウトライン
（樹脂パッケージのアウトラインを符号４２で示す。）
を示す。また、これらの図には、樹脂パッケージ１０を
形成する工程で用いられる金型の樹脂注入口１２が併せ
て表示してあり、各注入口１２が隣接する金属ブロック
３の間に形成された隙間１４の延長線上に配置されてい
る。したがって、金属ブロック３間の隙間１４への樹脂
の充填は実施の形態１と同様に良好に行われる。また、
図１７と図１８に示すように、金属ブロック３間の隙間
１４を、樹脂１９が充填されていく過程で、金属ブロッ
ク裏面は樹脂注入口１２に近い端部側から徐々に充填さ
れていく。また、金属ブロック３の裏面における、樹脂
１９の最後端面４３は、金属ブロック間の隙間１４にお
ける樹脂１９の最先端面４４よりも、わずかに遅れるも
のの、各隙間を充填する樹脂１９の速度が一様なため
（つまり、各隙間における樹脂の最先端面４４が一様な
ため）、金属ブロック３の裏面部に残存する空気を排斥
するように一方向に充填されていく。したがって、各隙
間内での樹脂の充填速度が異なる場合、樹脂の回りこみ
による空気トラップが発生し、その結果充填不良による
絶縁不具合を起すおそれがあるが、樹脂注入口の配置を
適正な位置に規制すること等によって空気トラップの問
題が解消されている。
【００４７】本実施の形態の半導体装置では、放熱性な
らびに絶縁性の両方を良好に確保するために、金属ブロ
ック３裏面の絶縁樹脂層４１の厚みを、薄く一様に規定
することが望ましい。そのために、樹脂パッケージ形成
工程における１局面の断面模式図である図１９に示すよ
うに、樹脂成形金型の下型１７には各金属ブロック３の
下面に対向する部位に該下面に向けてキャビティ１８に
進退する可動ピン４５が設けられている。この可動ピン
４５は、例えば図示しない駆動部（例えば、シリンダ）
に駆動連結されており、樹脂１９が金型内を充填し終わ
るまではキャビティ１８に突出して金属ブロック３を支
え、金属ブロック３の裏面に接する樹脂層の厚みを一定
に保つ。樹脂１９が金型内に完全に充填されると、樹脂
１９が硬化する前に、可動ピン４５を金型内に引き込み
収納する。このとき、可動ピンが占有していたキャビテ
ィ内の空間は、周囲の樹脂が引き込まれて埋められる。
【００４８】金属ブロック３の裏面部への樹脂１９の注
入性を更に向上させるため、リードフレーム２を介して
金属ブロック３とは反対側に、樹脂１９の流動性を抑制
するような流動障害を設けても良い。この流動障害は、
図２０に示すように、第１の外部リード６と第２の外部
リード８との間の領域に向けて下方に突出するか一つ又
は複数の突起４６又は壁を上型１６に形成することで得
られる。この流動障害に関しては、図２１に示すよう
に、突起４６や壁に加えて、注入口１２の近くに一つ又
は複数の膨出部４７を上型１６に形成してもよい。さら
に、金属ブロック３の裏面部への樹脂１９の注入性を更
に向上させるため、樹脂パッケージ形成工程において、
金型内を減圧しても良い。
【００４９】このように、実施の形態３の半導体装置で
は、樹脂注入口を適正な位置に配置したこと、また金属
ブロックを樹脂が流れやすい形にしたこと、さらには金
属ブロックを露出させないように完全に樹脂パッケージ
中に収納したこと等によって、複数の金属ブロックを備
えた放熱特性の優れた半導体装置において、より一層優
れた絶縁特性を確保することができる。
【００５０】変形例．以上、本発明に係る樹脂モールド
型デバイス及びその製造装置について説明したが、樹脂
パッケージを形成する樹脂材料としては、エポキシ樹
脂、シリコーン樹脂等の熱硬化樹脂、ＰＰＳ(Polypheny
lene Salfide）樹脂等の熱可塑樹脂、あるいはそれら数
種類を適宜混合したものをベースに使用できる。また、
このベース樹脂に熱伝導性を付与するため、あるいは線
膨張係数を調整するため、さらにあるいは機械的強度を
向上させるため等の理由にから、シリカ、アルミナ、そ
の他無機材料、あるいは絶縁性コーティングが施された
金属微粉等からなるフィラーを混在させたものが考えら
れる。しかし、本発明は、樹脂パッケージの材料によっ
てその範囲が限定されるものでない。
【００５１】また、各実施の形態では６個の金属ブロッ
クを備えた半導体装置を図面に示したが、その個数は２
個以上であれば何個でも良い。さらに、外部リードと金
属ブロック及び、電力用素子ならびに制御用素子と外部
リードあるいは金属ブロックは、はんだによって固着さ
れた例について説明したが、その手法は問わない。当然
ながら、銀ろうや、導電性接着剤等の別のろう材でも構
わないし、かしめ加工等による機械的な固定でも構わな
いし、超音波やレーザ、その他電気的エネルギや熱的エ
ネルギ等を利用して、直接的に固着していても一向に構
わない。
【００５２】同様に、電力用素子や制御用素子と内部外
部リード、外部リードと内部リード（リード部）、内部
リード同士、あるいは異なるリードフレーム間をワイヤ
で電気的に接続する例について説明したが、当然ながら
その材質やワイヤ径が限定されるわけではないし、電気
的に両者が接続されていればその方法は問わない。その
他の方法としては、銀、銅等の良導電体のワイヤ接続で
も良いし、はんだや銀ろう等のろう材、あるいは導電性
接着剤で接合しても良いし、かしめ加工等による機械的
な固定でも良いし、超音波やレーザ、その他電気的エネ
ルギや熱的エネルギ等を利用して固着することで電気的
接続を得ても良いし、さらには電気的接続が確保される
なら、両者が接触しているだけでも良い。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のうち、請求項１の樹脂モールド型デバイスによれば、
金属ブロック間の隙間の延長線上から樹脂が注入される
ので、パッケージ形成時各金属ブロック間の隙間に樹脂
が充填されるタイミングを一様に揃えることができる。
そのため、各金属ブロック間の隙間での充填不良を防止
でき、かつ、金属ブロックの移動や、それに伴う金属ブ
ロック間での絶縁不良をふせぐことができる。
【００５４】請求項２の樹脂モールド型デバイスによれ
ば、金属ブロックがリード部に固着されていることによ
って、樹脂パッケージ形成時の金属ブロックの位置決め
が容易になるため、製造効率が上がり、また金属ブロッ
ク間の隙間の幅を制御しやすくなるため、充填不良や絶
縁不良を未然に防ぐことが容易となる。
【００５５】請求項３の樹脂モールド型デバイスによれ
ば、各金属ブロックは他の金属ブロックから電気的に絶
縁されているので、電位の異なる複数の金属ブロックを
半導体装置に備えることが可能となり、高機能化が容易
となる。
【００５６】請求項４の樹脂モールド型デバイスによれ
ば、金属ブロック間の間隔が、略均等に配置されている
ので、各隙間での樹脂の充填速度を一様に揃えることが
容易になり、各金属ブロック間の隙間での充填不良を防
止でき、かつ金属ブロックの移動や、それに伴う金属ブ
ロック間での絶縁不良を防ぐことができる。
【００５７】請求項５の樹脂モールド型デバイスによれ
ば、金属ブロック間の隙間が樹脂注入口の近傍で広くな
っているので、樹脂がより各金属ブロック間の隙間に一
層スムーズに注入され、該隙間での充填不良を防ぐこと
がさらに一層容易になる。
【００５８】請求項６の樹脂モールド型デバイスによれ
ば、金属ブロックは、リード部と固着された部分よりも
大きい部分をリード部の反対側に備えているので、リー
ド部と金属ブロックをショートさせることなく金属ブロ
ックを最大限に大きくすることができる。その結果、デ
バイスを大きくすることなく、伝熱面積を大きくするこ
とができ、放熱性能を高めることができる。
【００５９】請求項７の樹脂モールド型デバイスによれ
ば、各金属ブロックは、対応する素子と、これら金属ブ
ロックと素子との間に配置されたリード部を介して対向
しているので、素子同士の配線を容易にできる。また、
デバイスを大きくすることなく、複雑な電気回路への対
応が容易になる。さらに、デバイスの製造において、フ
レーム部に素子を固着するダイボンディング工程や、そ
の後のワイヤボンディング工程において、従来から行わ
れている一般的な半導体製造装置ならびに方法が用いる
ことができるため、製造が容易となる。
【００６０】請求項８の樹脂モールド型デバイスによれ
ば、金属ブロックが素子に対向して配置されているの
で、素子から発生した熱を効率よく外部に伝熱すること
ができるため、放熱性能を高めることができる。
【００６１】請求項９の樹脂モールド型デバイスによれ
ば、金属ブロックは樹脂パッケージから露出していない
ので、デバイス自身で外部放熱器との間の絶縁を確保す
ることが可能となり、エンドユーザーでのアセンブリ工
程において、該デバイスと外部放熱器との間に熱伝導性
の絶縁部材を設ける必要が無くなる。したがって、デバ
イスの外部放熱器へのアセンブリが容易となる。また、
デバイス単体での絶縁特性が検査、保証できるため、エ
ンドユーザでのアセンブリに起因する絶縁不良や、放熱
特性不良といった問題を解消できる。
【００６２】請求項１０の樹脂モールド型デバイスによ
れば、素子が金属ブロックに固着されているので、素子
から発生した熱を最短経路で、伝熱面積を大きくし、外
部に伝熱することができるため、放熱性能をさらに高め
ることができる。
【００６３】請求項１１に係る樹脂モールド型デバイス
の製造装置によれば、金属ブロック間の隙間の延長線上
から樹脂が注入されるので、パッケージ形成時各金属ブ
ロック間の隙間に樹脂が充填されるタイミングを一様に
揃えることができる。そのため、各金属ブロック間の隙
間での充填不良を防止でき、かつ、金属ブロックの移動
や、それに伴う金属ブロック間での絶縁不良をふせぐこ
とができる。
【００６４】請求項１２に係る樹脂モールド型デバイス
の製造装置によれば、金属ブロックの隙間への樹脂注入
時、注入される液状樹脂の流れの幅が隙間よりも確実に
大きくなるので、隙間の全幅を良好に樹脂で充填でき
る。
【００６５】請求項１３に係る樹脂モールド型デバイス
によれば、金属ブロック間の隙間の延長線上から樹脂が
注入されているので、各金属ブロック間の隙間の充填不
良が無く、金属ブロック間での絶縁不良が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る樹脂モールド型
デバイスの一例である半導体装置の平面外観模式図であ
る。
【図２】 同実施の形態に係る半導体装置の代表断面の
模式図である。
【図３】 同実施の形態に係る半導体装置の製造方法の
一工程を示す平面外観模式図である。
【図４】 同実施の形態において、図３で示した工程に
おける１局面を示した代表断面の模式図である。
【図５】 同実施の形態において、図４で示した局面で
の、Ｖ−Ｖ断面における断面の模式図である。
【図６】 同実施の形態に係る別の半導体装置の代表断
面の模式図である。
【図７】 実施の形態２に係る樹脂モールド型デバイス
の一例である半導体装置の代表断面の模式図である。
【図８】 同実施の形態に係る半導体装置の製造方法の
一工程を示す平面外観模式図である。
【図９】 半導体装置において、金属ブロックに曲面形
状を形成していない場合に、図８で示した局面におい
て、生じるおそれのある不具合について説明した、平面
拡大模式図である。
【図１０】 同実施の形態に係る半導体装置において、
金属ブロックに曲面形状を形成した場合に、図８で示し
た局面において、不具合が生じないことを説明した、平
面拡大模式図である。
【図１１】 実施の形態３に係る樹脂モールド型デバイ
スの一例である半導体装置の平面図である。
【図１２】 同実施の形態に係る半導体装置の側面図で
ある。
【図１３】 同実施の形態に係る半導体装置の別の側面
図である。
【図１４】 同実施の形態に係る半導体装置の代表断面
の模式図である。
【図１５】 同実施の形態における半導体装置の製造方
法の１工程を示す平面外観図である。
【図１６】 同実施の形態において、図１５に示した工
程を示す別の平面外観図である。
【図１７】 同実施の形態において、図１５で示した工
程における１局面を示した平面外観図である。
【図１８】 同実施の形態において、図１５で示した工
程における１局面を示した別の平面外観図である。
【図１９】 同実施の形態における半導体装置の製造方
法の１工程を示す代表断面の模式図である。
【図２０】 同実施の形態における別の半導体装置の代
表断面の模式図である。
【図２１】 同実施の形態におけるさらに別の半導体装
置の代表断面の模式図である。
【図２２】 従来の半導体装置における代表断面の模式
図である。
【図２３】 従来の半導体装置の製造方法の１工程を示
す平面外観図である。
【図２４】 従来の半導体装置において、図２３で示し
た工程の１局面における平面外観模式図である。
【図２５】 従来の半導体装置において、図２３で示し
た工程の別の１局面における平面外観模式図である。
【図２６】 従来の半導体装置において、図２３で示し
た工程のさらに別の１局面における平面外観模式図であ
る。
【符号の説明】
１：半導体装置 ２：素子 ３：金属ブロック ４，
５：はんだ ６，８：外部リード（リード部） １０：
樹脂パッケージ １２：樹脂注入口 １５：金型 １９：樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田尻 貢 福岡県福岡市西区今宿東一丁目１番１号 福菱セミコンエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 鹿野 武敏 福岡県福岡市西区今宿東一丁目１番１号 福菱セミコンエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA04 BA23 BB08 BC06 BD01 BE01 5F061 AA01 BA01 CA21 DA05

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の方向に所定の間隔をあけて配置さ
    れた複数の素子と、 複数のリード部であって、各リード部が各素子と電気的
    に接続されている、複数のリード部と、 第１の方向に隙間をあけて配置された複数の放熱用金属
    ブロックであって、各金属ブロックは各素子とこの素子
    に対応するリード部に対応して設けられている、複数の
    金属ブロックと、 電気的に絶縁性の樹脂からなり、複数の素子・リード部
    ・金属ブロックに一体的に成形され、これら複数の素子
    ・リード部・金属ブロックを保持するパッケージとを備
    えた樹脂モールド型デバイスであって、 パッケージの樹脂が、第１の方向とほぼ直交する第２の
    方向から、隣接する金属ブロックの間の隙間に向けて注
    入されて形成されていることを特徴とする樹脂モールド
    型デバイス。
  2. 【請求項２】 各金属ブロックは、対応するリード部に
    固着されていることを特徴とする請求項１の樹脂モール
    ド型デバイス。
  3. 【請求項３】 各金属ブロックは、他の金属ブロックか
    ら電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１又
    は２のいずれか一に記載の樹脂モールド型デバイス。
  4. 【請求項４】 隣接する金属ブロック間の隙間の幅は第
    ２の方向にほぼ一定していることを特徴とする請求項１
    〜３のいずれか一に記載の樹脂モールド型デバイス。
  5. 【請求項５】 隣接する金属ブロック間の隙間の幅は、
    樹脂注入口に近接する部位で広くなっていることを特徴
    とする請求項１〜４のいずれか一に記載の樹脂モールド
    型デバイス。
  6. 【請求項６】 各金属ブロックは、リード部に固着され
    た第１の部分と、リード部から離れ且つ第１の部分の反
    対側に位置し且つ第１の部分よりも大きな第２の部分と
    を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に
    記載の樹脂モールド型デバイス。
  7. 【請求項７】 各リード部は、素子を搭載する第１の面
    部分と、素子から離れ且つ第１の面部分の反対側にある
    第２の面部分とを有し、この第２の面部分に金属ブロッ
    クを固着したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか
    一に記載の樹脂モールド型デバイス。
  8. 【請求項８】 各金属ブロックは、対応する素子と、こ
    れら金属ブロックと素子との間に配置されたリード部を
    介して対向していることを特徴とする請求項１〜７のい
    ずれか一に記載の樹脂モールド型デバイス。
  9. 【請求項９】 各金属ブロックはパッケージから露出す
    ることなく該パッケージに収容されていることを特徴と
    する請求項１〜８のいずれか一に記載の樹脂モールド型
    デバイス。
  10. 【請求項１０】 各素子は対応する金属ブロックに固着
    されていることを特徴とする請求項１〜６及び９のいず
    れか一に記載の樹脂モールド型デバイス。
  11. 【請求項１１】 第１の方向に所定の間隔をあけて配置
    された複数の素子と、 複数のリード部であって、各リード部が各素子と電気的
    に接続されている、複数のリード部と、 第１の方向に隙間をあけて配置された複数の放熱用金属
    ブロックであって、各金属ブロックは各素子とこの素子
    に対応するリード部に対応して設けられている、複数の
    金属ブロックと、 電気的に絶縁性の樹脂からなり、複数の素子・リード部
    ・金属ブロックに一体的に成形され、これら複数の素子
    ・リード部・金属ブロックを保持するパッケージとを備
    えた樹脂モールド型デバイスの製造装置であって、 この製造装置はパッケージを成形する型を備えており、 型は、第１の方向とほぼ直交する第２の方向から、隣接
    する金属ブロックの間の隙間に向けて樹脂を注入する樹
    脂注入口を備えていることを特徴とする樹脂モールド型
    デバイスの製造装置。
  12. 【請求項１２】 第１の方向に関する樹脂注入口の幅
    は、第１の方向に関する金属ブロック間の隙間の幅より
    も大きいことを特徴とする請求項１１に記載の樹脂モー
    ルド型デバイスの製造装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１１又は請求項１２のいずれか
    の樹脂モールド型デバイス製造装置で製造されたことを
    特徴とする樹脂モールド型デバイス。
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