JP2007073583A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子を一対の金属板にて挟んだものを樹脂で封止してなる半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element sandwiched between a pair of metal plates is sealed with a resin.
従来より、この種の半導体装置としては、はんだなどの接合部材を介して、半導体素子の両面を、当該半導体素子の電極および放熱部材として機能する一対の金属体にて挟み、これらをモールド樹脂にて封止したものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of semiconductor device, both surfaces of a semiconductor element are sandwiched between a pair of metal bodies functioning as electrodes of the semiconductor element and a heat dissipation member via a joining member such as solder, and these are molded resin. What has been sealed has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
そして、このような半導体装置は、一般に、内面にて対向する一対の金属板の間に半導体素子を介在させるとともに、それぞれの金属板の内面と半導体素子とをはんだ等にて接続した部材を形成し、この部材を金型内に設置し、金型内に樹脂を注入することにより、樹脂にて前記の部材をモールドすることにより製造される。
ところで、この種の半導体装置においては、両金属板の外面をそれぞれ樹脂から露出させることにより、ここを放熱面として機能させ、半導体装置の放熱性の向上を図るようにしている。 By the way, in this type of semiconductor device, the outer surfaces of both metal plates are exposed from the resin, thereby functioning as a heat radiating surface, thereby improving the heat dissipation of the semiconductor device.
ここで、本発明者の検討によれば、金型による樹脂成形すなわちモールド工程によって、両金属板の外面の露出構成を形成しようとすると、次に述べるような問題が生じることがわかった。図6、図7は、それぞれ本発明者が行った第1の検討例、第2の検討例を示す工程図である。 Here, according to the study of the present inventor, it has been found that the following problems occur when an exposed structure of the outer surfaces of both metal plates is formed by resin molding using a mold, that is, a molding process. 6 and 7 are process diagrams showing a first study example and a second study example conducted by the present inventors, respectively.
まず、図6に示されるように、半導体素子1を一対の金属板2、3にて挟んだ部材110を金型200内に設置するが、このとき、両金属板2、3の外面2b、3bの露出構成を形成しようとする場合、両金属板2、3の外面2b、3bをそれぞれ金型200に密着させ、ここに樹脂が充填されないようにする。
First, as shown in FIG. 6, a
しかし、この第1の検討例の場合、金型200の上型と下型との型締めを行うときに、部材110を挟み付けるように圧縮力(たとえば、数十MPa程度)が加わり、金属板2、3の間に位置する部品すなわち半導体素子1の破壊を招く可能性がある。
However, in the case of the first study example, when the upper mold and the lower mold of the
一方、第2の検討例では、このような圧縮力を加えないようにするため、一方の金属板2を金型200に密着させて支持し、他方の金属板3と金型200との間とは、樹脂5が入り込まない程度の大きさ(たとえば10μm以下)の隙間300を設けて、型締めを行っている。
On the other hand, in the second study example, in order not to apply such compressive force, one
この場合、樹脂5の入った容器210から金型200内に樹脂5が注入されるが、上記隙間300には、樹脂5は入り込まず、樹脂5が未充填となっている未充填部分310が発生する(図7(c)参照)。
In this case, the
すると、金型200内にて樹脂5が硬化するときに、未充填部分310が存在する方の金属板3には、、図7中(c)中の矢印に示されるように、それとは反対側の金属板2を固定部として樹脂5による金属板3の内面側からの押し上げ力Fが作用する。そして、この押し上げ力Fにより、金属板2、3に接続された半導体素子1にも引っ張り力が加わり、半導体素子1の破壊を招く可能性がある。
Then, when the
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体素子を一対の金属板にて挟んだものを樹脂で封止してなる半導体装置の製造方法において、モールド工程時における半導体素子の破壊を防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a semiconductor device manufacturing method in which a semiconductor element sandwiched between a pair of metal plates is sealed with a resin, the destruction of the semiconductor element during the molding step The purpose is to prevent.
上記目的を達成するため、本発明者は、モールド工程では、金型内にて、一対の金属板のうち樹脂による押し上げ力が加わる方の金属板、すなわち、金型に密着する方とは反対側の金属板において、その外面側にも樹脂を充填すればよいと考えた。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventor, in the molding process, is opposite to the metal plate to which the pushing force by the resin is applied among the pair of metal plates, that is, the one in close contact with the die. It was thought that the outer surface side of the metal plate on the side should be filled with resin.
そのようにすれば、当該金属板は内面側だけでなく外面側も樹脂に囲まれ、その周囲は静水圧状態となるため、当該金属板に対しては、内面側からの押し上げ力はなくなり、その結果、半導体素子の破壊を防止することができる。 By doing so, the metal plate is surrounded not only on the inner surface side but also the outer surface side by the resin, and its surroundings are in a hydrostatic pressure state, so there is no pushing force from the inner surface side to the metal plate, As a result, destruction of the semiconductor element can be prevented.
ただし、このようにした場合、モールド工程後は、金型に密着させた方の金属板の外面は樹脂から露出するが、それとは反対側の金属板の外面は樹脂で被覆された状態となる。しかし、その部分の樹脂を除去する工程を行えば、両方の金属板の外面を樹脂から露出されることができる。本発明は、上記した検討結果に基づいて創出されたものである。 However, in this case, after the molding process, the outer surface of the metal plate that is in close contact with the mold is exposed from the resin, but the outer surface of the metal plate on the opposite side is covered with the resin. . However, if the process of removing the resin of the part is performed, the outer surface of both metal plates can be exposed from resin. The present invention has been created based on the above examination results.
すなわち、本発明は、モールド工程では、一対の金属板(2、3)のうちのどちらか一方の金属板の外面(2b)と金型(200)とを密着させるとともに、他方の金属板の外面(3b)と金型(200)との間に、注入される樹脂(5)が流動可能な大きさの隙間(230)を設けた状態で、樹脂(5)の注入を行って樹脂(5)を隙間(230)に充填し、しかる後、他方の金属板の外面(3b)を被覆する樹脂(5)を除去し、当該外面(3b)を露出させることを特徴とする。 That is, according to the present invention, in the molding step, the outer surface (2b) of one of the pair of metal plates (2, 3) is brought into close contact with the mold (200), and the other metal plate is In a state where a gap (230) having a size that allows the injected resin (5) to flow is provided between the outer surface (3b) and the mold (200), the resin (5) is injected and the resin ( 5) is filled in the gap (230), and then the resin (5) covering the outer surface (3b) of the other metal plate is removed to expose the outer surface (3b).
それによれば、金型(200)内にて、一対の金属板(2、3)の一方の外面(3b)と金型(200)との間に樹脂(5)を充填するから、当該一方の金属板(3)の周囲は静水圧状態となり当該一方の金属板(3)に対する上記押し上げ力はなくなり、半導体素子(1)の破壊を防止することができる。 According to this, in the mold (200), the resin (5) is filled between the outer surface (3b) of one of the pair of metal plates (2, 3) and the mold (200). The periphery of the metal plate (3) is in a hydrostatic pressure state, and the pushing-up force with respect to the one metal plate (3) is lost, so that the semiconductor element (1) can be prevented from being broken.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置100の概略断面構成を示す図である。この半導体装置100は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用のモータを駆動するために用いられるインバータ装置として適用されるものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a
図1に示される半導体装置100は、半導体素子1を備えている。この半導体素子1は、たとえば、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などの縦型パワー素子などである。
A
そして、半導体素子1の両面は、この半導体素子1の電極および放熱部材として機能する一対の金属板2、3にて挟まれている。これら金属板2、3は、銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性の良い金属にて構成されている。ここで、図1において、一対の金属体2、3のうち下側に位置する金属体2を第1の金属体2とし、上側に位置する金属体3を第2の金属体3とする。
Then, both surfaces of the
図1に示されるように、半導体装置100において、内面2a、3aにて対向する一対の金属板2、3の間に半導体素子1が介在しており、それぞれの金属板2、3の内面2b、3aと半導体素子1とは、はんだや導電性接着剤などの導電性接合部材4によって機械的・電気的さらに熱的に接続されている。
As shown in FIG. 1, in a
そして、図1に示されるように、半導体装置100においては、半導体素子1を挟み込んだ一対の金属体2、3が、モールド樹脂5により包み込まれるようにモールドされ封止されている。このモールド樹脂5はエポキシ系樹脂などからなり、後述する型成形によって形成されるものである。
As shown in FIG. 1, in the
ここで、図1に示されるように、一対の金属体2、3のそれぞれにおいて、半導体素子1と対向する内面2a、3aとは反対側の外面2b、3bが、モールド樹脂5から露出している。これにより、半導体装置100においては、半導体素子1の両面のそれぞれにて、金属体2、3を介した放熱が行われる構成となっている。
Here, as shown in FIG. 1, in each of the pair of
また、一対の金属板2、3は、導電性接合部材4を介して、半導体素子1の各面の図示しない電極に電気的に接続されている。図示しないが、各金属体2、3には、その端面からモールド樹脂5の外側に突出する外部端子が設けられている。
The pair of
また、図示しないが、モールド樹脂5の内部から外部へ突出するように、リードフレームなどからなる制御端子が設けられ、この制御端子と半導体素子1とはボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。このような各端子により、半導体装置100と外部との電気的な接続がなされるようになっている。
Although not shown, a control terminal such as a lead frame is provided so as to protrude from the inside of the
次に、本実施形態の半導体装置100の製造方法について述べる。図2は、本製造方法のモールド工程を示す工程図である。なお、図2では、上記半導体装置100における導電性接合部材4は省略してある。
Next, a method for manufacturing the
まず、対向する一対の金属板2、3の間に半導体素子1を介在させ、それぞれの金属板2、3の内面2a、3aと半導体素子1とを接続した部材110を形成し、この部材110を金型200内に設置する。
First, the
ここで、金型200としては、上型と下型とを合致させ型締めを行う一般なものを採用できる。また、溶融状態の樹脂5を入れておく容器210と、この容器210から金型200内へ樹脂5を注入するための通路220とが設けられている。そして、たとえば170℃〜180℃程度の溶融状態の樹脂5に、数MPa程度の圧力を加えて、容器210から金型200内へ樹脂5が注入できるようになっている。
Here, as the
ここで、図2(a)に示されるように、一対の金属板2、3のうち第1の金属板2を下方側に第2の金属板3を上方側にして、部材110を金型200内に設置する。それにより、重力により、下方側に位置する第1の金属板2の外面2bと金型200とが密着した状態となる。
Here, as shown in FIG. 2A, of the pair of
それとともに、第2の金属板3の外面3bと金型200との間に、注入される樹脂5が流動可能な大きさの隙間230を設けた状態とする。この隙間230の大きさは、たとえば50μm以上である。
At the same time, a
こうした状態で、図2(b)、(c)に示されるように、金型200内に樹脂5を注入することにより、樹脂5にて部材110をモールドするとともに、樹脂5を隙間230に充填する。
In this state, as shown in FIGS. 2B and 2C, the
すると、隙間230を樹脂5が流動していき、第2の金属板3は、内面3a側だけでなく外面3b側も樹脂に囲まれ封止された状態となるため、樹脂5の硬化時においては、第2の金属板3の周囲は静水圧状態となる。
Then, the
つまり、図2(c)に示されるように、第2の金属板3については内面3aから加わる圧力F2と外面3bから加わる圧力F1とがほぼ同等となるため、第2の金属板3に対して上記したような内面側からの押し上げ力はなくなる。その結果、半導体素子1の破壊を防止することができる。
That is, as shown in FIG. 2 (c), the pressure F2 applied from the
こうして、金型200内にて樹脂5を硬化させた後、樹脂5にてモールドされた部材110を金型200から取り出す。この金型200から取り出した状態のものの断面図を図3に示す。この状態では、第1の金属板2の外面2bは樹脂5から露出しているが、第2の金属板3の外面3b全体は樹脂5にて封止され被覆されている。
Thus, after the
そこで、この第2の金属板3の外面3bを被覆する樹脂5を除去し、当該外面3bを露出させる。具体的には、図4に示されるように、刃具250を用いた切削により除去を行う。または、この除去は砥石や砥粒などを用いた研磨であってもよい。
Therefore, the
この除去工程により、一対の金属体2、3のそれぞれにおいて外面2b、3baが、モールド樹脂5から露出し、上記図1に示される本実施形態の半導体装置100ができあがる。
By this removal step, the
このように、本実施形態によれば、モールド工程において、金型200に密着する方とは反対側の金属板3において、内面3a側からの押し上げ力はなくなり、その結果、モールド工程時における半導体素子1の破壊を防止することができる。
Thus, according to the present embodiment, in the molding process, the
(第2実施形態)
上記図2に示されるように、部材110を金型200に設置するとき、天地方向において下方側の金属板2を金型200に密着させることは、重力の方向を考慮して一般的に行われる。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 2 above, when the
しかし、金型200内に何らかの突起を形成したり、治具などを用いることにより、上記図2において上側の金属板3を金型200に密着させ、下側の金属板2の外面2aと金型200との間に上記樹脂5が流動可能な隙間を設けてもよい。
However, by forming some protrusions in the
この場合、金型200から取り出した状態のものの断面構成は、図5に示される。図5に示されるように、この場合、上記図3とは逆に、第2の金属板3の外面3bは樹脂5から露出しているが、第1の金属板2の外面2bは樹脂5にて被覆されている。その後は、上記実施形態と同様に、切削や研磨による除去工程を行えば、本実施形態においても、上記図1に示されるものと同様の半導体装置ができあがる。
In this case, a cross-sectional configuration of the product taken out from the
つまり、本実施形態および上記実施形態からわかるように、一対の金属板2、3のうちのどちらか一方の金属板の外面と金型200とを密着させるとともに、他方の金属板の外面と金型200との間に、注入される樹脂5が流動可能な大きさの隙間230を設けた状態として、モールド工程を行えばよい。
That is, as can be seen from the present embodiment and the above embodiment, the outer surface of one of the pair of
(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、注入される樹脂5が流動可能な大きさの隙間230において、この隙間230を樹脂5が流動して、隙間5側の金属板の外面の全体を樹脂5にて封止するようにしている。
(Other embodiments)
In the above embodiment, in the
しかし、この隙間230は、上記した静水圧状態による押し上げ力をほぼ無くせるならば、成形時において、隙間230全体を樹脂5が流動して充填されなくてもよく、たとえば、上記図2に示されるように、樹脂5が隙間230の途中まで充填された状態で樹脂5の流動が終了してもよい。このような隙間230も注入される樹脂5が流動可能な大きさの隙間である。
However, the
また、上記図2においては、第1の金属体2を下側、第2の金属体3を上側としているが、これとは逆に、この図2において、第2の金属体3を下側として金型200に密着させ、第1の金属体2を上側とし、その外面2b側に上記隙間230を設けて、モールド工程を行ってもよい。この場合、金型200から取り出したものは、上記図5に示されるようなものになる。
In FIG. 2, the
また、半導体装置一対の金属体2、3に挟まれる半導体素子としては、両面に配置される一対の金属体2、3を電極として用いることが可能なものであれば、上記したものに限定されない。また、半導体素子は複数個でもよい。
Further, the semiconductor element sandwiched between the pair of
また、半導体素子1と金属板2、3の内面2a、3aとの間には、金属製のブロック体、いわゆるヒートシンクブロックと言われる部材を、導電性接合部材を介して介在させてもよい。
Further, a metal block member, a so-called heat sink block, may be interposed between the
1…半導体素子、2…第1の金属板、2a…第1の金属板の内面、
2b…第1の金属板の外面、3…第2の金属板、3a…第2の金属板の内面、
3b…第2の金属板の外面、5…モールド樹脂、110…部材、200…金型。
DESCRIPTION OF
2b ... the outer surface of the first metal plate, 3 ... the second metal plate, 3a ... the inner surface of the second metal plate,
3b: outer surface of the second metal plate, 5 ... mold resin, 110 ... member, 200 ... mold.
Claims (3)
前記モールド工程では、前記一対の金属板(2、3)のうちのどちらか一方の金属板の外面(2b)と前記金型(200)とを密着させるとともに、他方の金属板の外面(3b)と前記金型(200)との間に、前記注入される樹脂(5)が流動可能な大きさの隙間(230)を設けた状態で、前記樹脂(5)の注入を行って前記樹脂(5)を前記隙間(230)に充填し、
しかる後、前記樹脂(5)にてモールドされた前記部材(110)を前記金型(200)から取り出し、前記他方の金属板の外面(3b)を被覆する前記樹脂(5)を除去し、当該外面(3b)を露出させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor element (1) is interposed between a pair of opposing metal plates (2, 3), and the inner surfaces (2a, 3a) of the respective metal plates (2, 3) are connected to the semiconductor element (1). The member (110) is formed, the member (110) is placed in the mold (200), and the resin (5) is injected into the mold (200), whereby the resin (5) In the method of manufacturing a semiconductor device in which the member (110) is molded,
In the molding step, the outer surface (2b) of one of the pair of metal plates (2, 3) is brought into close contact with the mold (200) and the outer surface (3b) of the other metal plate. ) And the mold (200), the resin (5) is injected in a state where a gap (230) having a size allowing the injected resin (5) to flow is provided. (5) is filled in the gap (230),
Thereafter, the member (110) molded with the resin (5) is taken out from the mold (200), and the resin (5) covering the outer surface (3b) of the other metal plate is removed, A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the outer surface (3b) is exposed.
The resin (5) flows through the gap (230) and the entire outer surface (3b) of the other metal plate is sealed with the resin (5). 3. A method for manufacturing a semiconductor device according to 2.
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