JP2007311483A - 半導体装置及びその製法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の支持板を放熱板に対して全面にわたり均一で且つ極めて小さい間隙を介して保持し、動作時の電子部品の温度上昇を抑制する。
【解決手段】半導体装置は、放熱板(1)と、少なくとも１つの電気絶縁性のスペーサ(2)を介して放熱板(1)から離間し且つ放熱板(1)の一方の主面(1a)上に配置された支持板(3)と、支持板(3)上に固着された半導体チップ(4)とを備える。収縮又は膨張等の形状変化をスペーサ(2)に発生させずに、スペーサ(2)を紫外線の照射により硬化させるため、放熱板(1)に対してスペーサ(2)の全支持面(2a)にわたり支持板(3)を均一な且つ極めて小さい高さの間隙(8)に保持できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱板に対して支持板を実質的に平行に配置できる半導体装置及びその製法に関する。
放熱板（ヒートシンク）上に絶縁膜を介してリードフレームの支持板（ダイパッド部）を配置し、支持板上に固着した半導体チップ等の電子部品と放熱板の一部を樹脂封止体により密封し且つ支持板と放熱板との間隙の絶縁膜を樹脂封止体の一部により形成する半導体装置は、公知である。
例えば、下記特許文献１に開示される半導体装置では、支持板と放熱板との間隙に絶縁スペーサを配置して、支持板と放熱板との間隙を所定の高さに保持し、樹脂封止体の一部から成る均一な厚さの絶縁膜を支持板と放熱板との間に形成するため、支持板と放熱板との間の絶縁耐圧を適切に保持できるものと期待された。
特開平１１−２４３１６６号公報（第６頁、図１０）
しかしながら、上記特許文献１に開示される樹脂封止型の半導体装置では、樹脂封止体の一部により支持板と放熱板との間に形成される絶縁膜の厚さが薄過ぎると、支持板と放熱板との間の絶縁耐圧が低下する反面、絶縁膜の厚さが厚過ぎると、高い絶縁耐圧が得られても、支持板と放熱板との間の熱伝導効率が低下して、放熱板を通じて電子部品から十分な量の熱を外部へ放出できないため、動作時に電子部品の温度上昇を抑制できない欠点があった。この場合に、絶縁膜を適当な厚さに設定することは極めて困難である。
特許文献１と類似の構成を有する従来の半導体装置では、放熱板上を液状樹脂で被覆（コーティング）して絶縁スペーサを形成するため、放熱板上の全面にわたって絶縁スペーサの厚さが不均一となるので、放熱板に対して絶縁スペーサ上の全面で均一な極めて小さい高さに支持板を保持できない問題があった。このため、電子部品の動作時に、支持板と放熱板との間隙を介して電子部品から発生する十分な量の熱を放熱板に伝達して放出できず、電子部品の温度上昇を十分に抑制できなかった。このため、電子部品に流れる電流量が制限され、電流量を増加させると、電子部品に熱劣化が発生する危険があった。また、別途準備した所定厚さの樹脂製の絶縁スペーサを放熱板上に固着する方法も提案されたが、別体の絶縁スペーサを放熱板上に固着する作業が煩雑で生産性が悪く、実用的ではなかった。
そこで、本発明では、支持板の全面にわたり支持板と放熱板との間隙を均一で且つ極めて小さい高さに保持して、動作時に電子部品の温度上昇を十分に抑制できる半導体装置及びその製法を提供することを目的とする。
本発明による半導体装置は、放熱板(1)と、少なくとも１つの電気絶縁性のスペーサ(2)を介して放熱板(1)から離間して且つ放熱板(1)の一方の主面(1a)上に配置された支持板(3)と、支持板(3)上に固着された電子部品(4)と、支持板(3)の周縁部に沿って並列に配置された複数のリード(5)と、電子部品(4)の電極とリード(5)とを電気的に接続するリード細線(6)と、放熱板(1)の一方の主面(1a)及び側面(1c)、スペーサ(2)、支持板(3)、電子部品(4)、リード細線(6)及びリード(5)の内端部(5a)を密封する樹脂封止体(7)とを備える。スペーサ(2)は、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して実質的に平行な支持面(2a)を形成して、紫外線(21)の照射により硬化され、樹脂封止体(7)によりスペーサ(2)の支持面(2a)上に支持板(3)を固定する。放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して実質的に平行な支持面(2a)をスペーサ(2)上に形成して、収縮又は膨張等の形状変化をスペーサ(2)に発生させずに、スペーサ(2)を紫外線の照射により硬化させるため、放熱板(1)に対してスペーサ(2)の全支持面(2a)にわたり支持板(3)を均一な且つ極めて小さい高さの間隙(8)に保持できる。従って、電子部品(4)の動作時に、間隙(8)を介して電子部品(4)から発生する十分な量の熱を放熱板(1)に伝達して、電子部品(4)の温度上昇を十分に抑制することができる。また、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して実質的に平行に保持されるスペーサ(2)の支持面(2a)上に支持板(3)を配置するため、放熱板(1)上に電子部品(4)を傾斜させずに確実に実装することができる。
また、本発明による半導体装置の製法は、上面(3a)に電子部品(4)が固着された支持板(3)を用意する工程と、放熱板(1)の一方の主面(1a)上に流動状態のスペーサ用樹脂(11)を塗布する工程と、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行に保持される均し治具(12)の板材(13)をスペーサ用樹脂(11)の上部に押圧して、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行な上面(11a)をスペーサ用樹脂(11)に形成すると共に、スペーサ用樹脂(11)に紫外線(21)を照射して、スペーサ用樹脂(11)を硬化させて電気絶縁性のスペーサ(2)を形成する工程と、スペーサ(2)上に支持板(3)を配置する工程とを含む。放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行に保持される均し治具(12)の板材(13)をスペーサ用樹脂(11)の上部に押圧して、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行な上面(11a)を確実且つ容易にスペーサ用樹脂(11)に形成することができる。
本発明では、電子部品から発生する熱を十分且つ支持板全面にわたり均一に放出して電気的特性の劣化を防止し、電子部品の品質の信頼性を向上することができる。また、放熱板の主面に対して平行に保持される均し治具の板材をスペーサ用樹脂の上部に押圧して、スペーサを容易に形成すると共に、均し治具の板材をスペーサ用樹脂に押圧して厚さを均一化すると同時に、紫外線を照射してスペーサ用樹脂を硬化させて、成形と硬化とを同時に行えるので、別体の絶縁スペーサを放熱板に固着する従来法に比較して作業を簡素化でき、生産性を向上することが可能となる。
以下、本発明による半導体装置及びその製法の実施の形態を図１〜図６について説明する。
本実施の形態の半導体装置は、図１に示すように、放熱板(1)と、電気絶縁性を有する４つのスペーサ(2)を介して放熱板(1)から離間して且つ放熱板(1)の一方の主面(1a)上に配置された支持板(3)と、支持板(3)の上面(3a)に固着された電子部品としての半導体チップ(4)と、支持板(3)の周縁部に沿って並列に配置された複数のリード(5)と、半導体チップ(4)の電極とリード(5)とを電気的に接続するリード細線としてのワイヤ(6)と、放熱板(1)の一方の主面(1a)及び側面(1c)、スペーサ(2)、支持板(3)、半導体チップ(4)、ワイヤ(6)及びリード(5)の内端部(5a)を密封する樹脂封止体(7)とを備える。放熱板(1)は、支持板(3)よりも板厚が厚く且つ銅(Cu)等の良好な熱伝導金属から成る板材により、対向する支持板(3)の面積よりも大きい面積で平面四角形状に形成され、支持板(3)の周縁部よりも突出する。４つのスペーサ(2)は、支持板(3)の周縁部の四隅付近で放熱板(1)と支持板(3)との間に均一の高さで互いに離間して配置されると共に、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して実質的に平行な支持面(2a)を形成して、図４に示すように紫外線(21)の照射により硬化される。スペーサ(2)を形成する図４に示すスペーサ用樹脂(11)としては、例えばアクリレートやエポキシ化合物等の単量体（モノマー）にベンゾフェノンやトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロフォスフィン等の光増感剤を添加した紫外線硬化性樹脂が使用される。支持板(3)、半導体チップ(4)、リード(5)及びワイヤ(6)は、リードフレーム組立体(9)を構成し、支持板(3)及びリード(5)は、例えば銅(Cu)等の金属から成る板材を周知のプレス加工等により形成され、ニッケル(Ni)メッキが表面に施される。樹脂封止体(7)は、エポキシ等の熱硬化性樹脂から成り、放熱板(1)の一方の主面(1a)及び側面(1c)、スペーサ(2)、支持板(3)、半導体チップ(4)、ワイヤ(6)及びリード(5)の内端部(5a)を被覆するのみならず、放熱板(1)と支持板(3)との間隙(8)を充填する絶縁膜を形成してスペーサ(2)の支持面(2a)上に支持板(3)を固定する。図１では、リードフレーム組立体(9)を構成する支持板(3)と各リード(5)とを略同一の厚さの銅板で形成した例を示すが、支持板(3)を各リード(5)よりも厚く形成してもよい。
図１に示す実施の形態の半導体装置では、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して実質的に平行な支持面(2a)を４つのスペーサ(2)上に形成して、収縮又は膨張等の形状変化をスペーサ(2)に発生させずに、各スペーサ(2)を紫外線の照射により硬化させるので、支持面(2a)の全面にわたり支持板(3)と放熱板(1)との間隙(8)を均一で且つ極めて小さい高さに保持できる。このため、半導体チップ(4)の動作時に間隙(8)を介して半導体チップ(4)から発生する十分な量の熱を放熱板(1)に伝達して、半導体チップ(4)の温度上昇を十分に抑制することができる。また、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して実質的に平行に保持される４つのスペーサ(2)の支持面(2a)上に支持板(3)を配置するので、放熱板(1)上に半導体チップ(4)を傾斜させずに確実に実装することができる。更に、周囲温度の急激な変化により、放熱板(1)と支持板(3)との間隙(8)に充填される樹脂封止体(7)が収縮又は膨張しても、線膨張係数の小さいスペーサ(2)により、放熱板(1)の一方の主面(1a)と支持板(3)の下面(3b)との間の距離が略一定に保持されるため、広範囲の温度変化に対する半導体装置の十分な絶縁耐圧と安定な放熱特性が得られる。
図１に示す実施の形態の半導体装置を製造する際に、まず、支持板(3)及び複数のリード(5)が形成されたリードフレームを銅(Cu)等の金属製の板材から周知のプレス加工により形成し、表面にニッケルメッキ層を被覆して、支持板(3)の上面(3a)に半導体チップ(4)を半田付け等により固着する。その後、半導体チップ(4)の図示しない各電極とリードフレームの各リード(5)とを金(Au)等から成るワイヤ(6)により電気的に接続して、リードフレーム組立体(9)を形成する。
次に、図２に示すように、対向する支持板(3)の面積よりも大きい面積を有する放熱板(1)を用意し、図示しないディスペンサを使用して、支持板(3)の周縁部の四隅付近に対向する放熱板(1)の一方の主面(1a)上の４箇所に流動状態の紫外線硬化性樹脂から成るスペーサ用樹脂(11)を塗布する。その後、図３に示すように、一対の脚部(14)及び両脚部(14)間に高さ方向に移動可能に配置された板材としてのガラス板(13)を備えた均し治具(12)を４つのスペーサ用樹脂(11)上に配置する。このとき、均し治具(12)のガラス板(13)は、一対の脚部(14)により放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行に保持される。続いて、図４に示すように、均し治具(12)のガラス板(13)を４つのスペーサ用樹脂(11)の上部に同時に押圧して、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行な上面(11a)を各々のスペーサ用樹脂(11)に形成すると共に、ガラス板(13)を介してスペーサ用樹脂(11)に紫外線(21)を照射して、スペーサ用樹脂(11)を硬化させて電気絶縁性を有する４つのスペーサ(2)を形成する。なお、本実施の形態では、４つのスペーサ(2)の高さが全て０.５[mm]程度となるように形成される。これにより、図５に示すように、４つのスペーサ(2)上に放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して実質的に平行な支持面(2a)が形成される。したがって、４つのスペーサ(2)の支持面(2a)上にリードフレーム組立体(9)の支持板(3)を配置することにより、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して支持板(3)の下面(3b)が平行に保持される。
次に、図６に示すように、一方の主面(1a)上に４つのスペーサ(2)が形成された放熱板(1)を金型(31)の下型(32)の底部に配置し、４つのスペーサ(2)の支持面(2a)上にリードフレーム組立体(9)の支持板(3)の下面(3b)を配置した後、下型(32)に対して上型(33)を閉鎖してリードフレーム組立体(9)の複数のリード(5)を挟持する。これにより、リードフレーム組立体(9)の支持板(3)と放熱板(1)とが４つのスペーサ(2)を介して互いに離間した状態で実質的に平行に保持されると共に、金型(31)内に形成すべき樹脂封止体(7)の形状に合致する成形空洞（キャビティ）(34)が形成される。
その後、金型(31)に設けられた樹脂注入口(35)から成形空洞(34)内に流動化したエポキシ等の熱硬化性樹脂から成る封止用樹脂を充填して、リードフレーム組立体(9)の放熱板(1)の一方の主面(1a)及び側面(1c)、スペーサ(2)、支持板(3)、半導体チップ(4)、ワイヤ(6)及びリード(5)の内端部(5a)を密封する樹脂封止体(7)を形成する。この際に、放熱板(1)とリードフレーム組立体(9)の支持板(3)との間隙(8)にも封止用樹脂が充填されるため、樹脂封止体(7)によりスペーサ(2)の支持面(2a)上にリードフレーム組立体(9)の支持板(3)が固定される。金型(31)の成形空洞(34)内に充填された封止用樹脂が硬化した後、上型(33)と下型(32)を開放して樹脂封止体(7)が形成されたリードフレーム組立体(9)を取り出し、樹脂注入口(35)の部分を除去すれば、図１に示す樹脂封止体(7)により、放熱板(1)の他方の主面(1b)を除く一方の主面(1a)及び側面(1c)、スペーサ(2)、支持板(3)、半導体チップ(4)、ワイヤ(6)及びリード(5)の内端部(5a)が被覆されると共に、放熱板(1)と支持板(3)との間隙(8)が充填された半導体装置が得られる。
半導体装置を製造する際に、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行に保持される均し治具(12)のガラス板(13)を４つのスペーサ用樹脂(11)の上部に同時に押圧することにより、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行な上面(11a)を確実且つ容易に各スペーサ用樹脂(11)に形成することができる。これにより、各スペーサ用樹脂(11)の硬化後に得られる各スペーサ(2)の厚さが全て物理的に均一になるので、支持板(3)と放熱板(1)との間隙(8)を均一で且つ極めて小さい高さに保持するスペーサ(2)を容易に得ることができる。また、均し治具(12)のガラス板(13)の押圧によるスペーサ用樹脂(11)の厚さの均一化と、紫外線(21)の照射によるスペーサ用樹脂(11)の硬化とを同一工程で同時に実行できるので、別体の絶縁スペーサを放熱板に固着する等の従来の方法に比較して作業を簡素化でき、生産性が向上する利点がある。
本発明の実施態様は前記の実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施の形態では、支持板(3)の周縁部の四隅付近に対向する放熱板(1)の一方の主面(1a)上の４箇所に厚さが均一な４つのスペーサ(2)を形成したが、支持板(3)の周縁部付近で互いに離間する放熱板(1)の一方の主面(1a)上の２又は３箇所に厚さが均一な２つ又は３つのスペーサ(2)を形成してもよい。また、スペーサ(2)の数は５つ以上でもよく、更に支持板(3)の面積が極めて小さい場合は、放熱板(1)の一方の主面(1a)に対して平行な支持面(2a)を有する１つのスペーサ(2)を支持板(3)の中心に対向する放熱板(1)の一方の主面(1a)上の１箇所に形成してもよい。また、上記の実施の形態では、半導体チップ(4)を固着したリードフレーム組立体(9)の支持板(3)を放熱板(1)の一方の主面(1a)上のスペーサ(2)の支持面(2a)上に配置したが、複数のチップ型の電子部品を実装したハイブリッド回路基板をスペーサ(2)の支持面(2a)上に配置してもよい。この場合、ハイブリッド回路基板を封止用樹脂で密封する工程を省略することも可能である。
本発明は、放熱板に対して実質的に平行に且つ小さい間隙を介して支持板を配置して、支持板上に半導体チップ等の電子部品を固着する半導体装置に良好に適用できる。
本発明による半導体装置の実施の形態を示す縦断面図 放熱板の一方の主面上に流動状態のスペーサ用樹脂を塗布した状態を示す縦断面図 放熱板の一方の主面上に塗布されたスペーサ用樹脂上に均し治具を配置した状態を示す縦断面図 均し治具のガラス板をスペーサ用樹脂の上部に押圧すると共にスペーサ用樹脂に紫外線を照射してスペーサを形成する状態を示す縦断面図 スペーサの支持面上にリードフレーム組立体の支持板を配置した状態を示す縦断面図 樹脂成形用の金型の成形空洞内に放熱板及びリードフレーム組立体を配置した状態を示す縦断面図
符号の説明
(1)・・放熱板、 (1a)・・一方の主面、 (1b)・・他方の主面、 (1c)・・側面、 (2)・・スペーサ、 (2a)・・支持面、 (3)・・支持板、 (3a)・・上面、 (3b)・・下面、 (4)・・半導体チップ（電子部品）、 (5)・・リード、 (5a)・・内端部、 (6)・・ワイヤ（リード細線）、 (7)・・樹脂封止体、 (8)・・間隙、 (9)・・リードフレーム組立体、 (11)・・スペーサ用樹脂、 (11a)・・上面、 (12)・・均し治具、 (13)・・ガラス板（板材）、 (14)・・脚部、 (21)・・紫外線、 (31)・・金型、 (32)・・下型、 (33)・・上型、 (34)・・成形空洞、 (35)・・樹脂注入口、

Claims (5)

  1. 放熱板と、少なくとも１つの電気絶縁性のスペーサを介して前記放熱板から離間して且つ前記放熱板の一方の主面上に配置された支持板と、該支持板上に固着された電子部品と、前記支持板の周縁部に沿って並列に配置された複数のリードと、前記電子部品の電極と前記リードとを電気的に接続するリード細線と、前記放熱板の一方の主面及び側面、スペーサ、支持板、電子部品、リード細線及びリードの内端部を密封する樹脂封止体とを備え、
    前記スペーサは、前記放熱板の一方の主面に対して実質的に平行な支持面を形成して、紫外線の照射により硬化され、
    前記樹脂封止体により前記スペーサの支持面上に前記支持板を固定したことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記支持板の周縁部付近で前記放熱板と支持板との間に互いに離間する少なくとも２つの同一高さのスペーサを設けた請求項１に記載の半導体装置。
  3. 上面に電子部品が固着された支持板を用意する工程と、
    放熱板の一方の主面上に流動状態のスペーサ用樹脂を塗布する工程と、
    前記放熱板の一方の主面に対して平行に保持される均し治具の板材を前記スペーサ用樹脂の上部に押圧して、前記放熱板の一方の主面に対して平行な上面を前記スペーサ用樹脂に形成すると共に、前記スペーサ用樹脂に紫外線を照射して、前記スペーサ用樹脂を硬化させて電気絶縁性のスペーサを形成する工程と、
    前記スペーサ上に前記支持板を配置する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製法。
  4. 前記放熱板を金型の成形空洞内に配置して、前記支持板の下面を前記スペーサ上で前記成形空洞内に配置する工程と、
    前記金型の成形空洞内に流動化した封止用樹脂を充填して前記放熱板の一方の主面及び側面、スペーサ、支持板及び電子部品を密封する樹脂封止体を形成する工程とを含む請求項３に記載の半導体装置の製法。
  5. 前記放熱板の一方の主面上に少なくとも２つの流動状態のスペーサ用樹脂を塗布する工程と、
    前記均し治具の板材を前記スペーサ用樹脂の各々の上部に同時に押圧して、前記放熱板の一方の主面に対して平行な上面を前記スペーサ用樹脂の各々に形成すると共に、前記スペーサ用樹脂に紫外線を照射して、前記スペーサ用樹脂を硬化させて電気絶縁性のスペーサを形成する工程とを含む請求項３又は４に記載の半導体装置の製法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017055146A (ja) * 2011-09-08 2017-03-16 ローム株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法、半導体装置の実装構造、およびパワー用半導体装置
US9892996B2 (en) 2011-09-08 2018-02-13 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method and semiconductor device mounting structure

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