JP2012023130A - 樹脂封止型半導体装置の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置に至るクラックの発生を防止しつつ半導体装置を樹脂封止することができる樹脂封止型半導体装置の形成方法を提供する。
【解決手段】半導体装置１０と押さえピン４３との間において、半導体装置１０と当接する部分には封止樹脂と同じ材質の第１の樹脂材４４を配するとともに押さえピン４３と当接する部分には封止樹脂よりも融点の高い第２の樹脂材４５を配した状態で、押さえピン４３で半導体装置１０を押圧する。キャビティ５０に封止樹脂を注入して、第１の樹脂材４４を封止樹脂と一体化した状態で半導体装置１０を封止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂封止型半導体装置の形成方法に関するものである。

樹脂封止型半導体装置の形成方法が特許文献１に開示されており、樹脂封止の際にフレームの一部側面に絶縁物の板を形成し、成形金型内で絶縁物の板面をピンで支持することにより、ピンで押さえた部分は絶縁板でフレーム面がカバーされていることにより、後でのポッティング作業が不要となる。つまり、モールド後にピンの押さえ部が露出するのを防止すべく樹脂をポッティングしてカバーする作業を不要にすることができる。

特開平１−１３５０３２号公報

ところが、封止用の樹脂材と、絶縁板を構成する樹脂材の熱膨張性の違いにより封止用の樹脂材と絶縁板との界面にクラックが入る虞があり、この場合、該クラックは封止対象の半導体装置に至ってしまう。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、半導体装置に至るクラックの発生を防止しつつ半導体装置を樹脂封止することができる樹脂封止型半導体装置の形成方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、金型のキャビティに配置した半導体装置を押さえピンで押圧しながら前記半導体装置を樹脂で封止する樹脂封止型半導体装置の形成方法において、前記半導体装置と前記押さえピンとの間において、前記半導体装置と当接する部分には封止樹脂と同じ材質の第１の樹脂材を配するとともに前記押さえピンと当接する部分には封止樹脂よりも融点の高い第２の樹脂材を配した状態で、前記押さえピンで前記半導体装置を押圧する第１工程と、前記キャビティに封止樹脂を注入して、前記第１の樹脂材を封止樹脂と一体化した状態で前記半導体装置を封止する第２工程と、を有することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１工程において、半導体装置と押さえピンとの間において、半導体装置と当接する部分には封止樹脂と同じ材質の第１の樹脂材を配するとともに押さえピンと当接する部分には封止樹脂よりも融点の高い第２の樹脂材を配した状態で、押さえピンで半導体装置が押圧される。このとき、第１の樹脂材と押さえピンとの間には第２の樹脂材が介在されているので、押さえピンからの熱により第１の樹脂材が溶けることなく押さえピンで半導体装置を押圧することができる。

そして、第２工程において、キャビティに封止樹脂が注入されて、第１の樹脂材を封止樹脂と一体化した状態で半導体装置が封止される。よって、第１の樹脂材を封止樹脂と一体化した状態で半導体装置が封止されているので、押さえピンを抜いた後のピン穴から半導体装置が露出することが防止される。また、第１の樹脂材を封止樹脂と一体化した状態で半導体装置が封止されるので、半導体装置に至るクラックの発生を防止しつつ半導体装置を樹脂封止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の形成方法において、前記第２の樹脂材は、前記押さえピンの先端部に被せられる有蓋筒状をなすことを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、押さえピンの先端部に第２の樹脂材を容易に配置することができる。
請求項３に記載のように、請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の形成方法において、前記第２の樹脂材は、前記押さえピンの先端面に配置され、柱状をなす構成としてもよい。ここで、「柱状」とは、厚さが非常に薄いものも含む。

本発明によれば、半導体装置に至るクラックの発生を防止しつつ半導体装置を樹脂封止することができる。

（ａ）は実施形態における半導体装置の平面図、（ｂ）は半導体装置の正面図。 （ａ）は実施形態における半導体モジュールの形成工程を説明するための形成装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ）は実施形態における半導体モジュールの形成工程を説明するための形成装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ）は実施形態における半導体モジュールの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ）は別例における半導体モジュールの形成工程を説明するための形成装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ）は別例における半導体モジュールの形成工程を説明するための形成装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には、実施形態における半導体装置１０を示す。図１において、四角形のアルミ板１１における上面中央部には四角形の絶縁シート１２が配置されている。絶縁シート１２は樹脂よりなる。絶縁シート１２の上面中央部には四角形のヒートスプレッダ１３が配置されている。ヒートスプレッダ１３は銅板よりなる。ヒートスプレッダ１３の上面中央部には半導体素子（チップ）１４がはんだ付けされている。このようにして、アルミ板１１の上に、絶縁シート１２を介して、上面に半導体素子１４をはんだ付けしたヒートスプレッダ１３が配置され、これにより、半導体装置１０が構成されている。

この半導体装置１０が樹脂で封止されて図４に示す半導体モジュール２０が構成される。つまり、図４には、樹脂封止型半導体装置としての半導体モジュール２０を示し、半導体モジュール２０は半導体装置１０を封止樹脂３０でモールドすることにより構成されている。

図４において、半導体素子１４、ヒートスプレッダ１３、絶縁シート１２およびアルミ板１１は封止樹脂３０にてモールドされている。ただし、アルミ板１１の下面は露出している。そして、半導体素子１４は通電により発熱し、その熱はヒートスプレッダ１３に伝わるとともに、ヒートスプレッダ１３から絶縁シート１２を介してアルミ板１１に伝わり、アルミ板１１の下面から大気に逃がされる。

次に、半導体モジュール２０の形成方法について説明する。
図２に示すように、樹脂封止用の金型４０として、下金型４１と上金型４２を具備している。

下金型４１には上面に開口する凹部４１ａが形成されている。また、上金型４２には下面に開口する凹部４２ａが形成されている。そして、下金型４１の上に上金型４２が配置される。この状態において、下金型４１の凹部４１ａと上金型４２の凹部４２ａとによりキャビティ５０が区画されている。キャビティ５０に半導体装置１０が配置され、この状態で封止樹脂が注入されることになる。

下金型４１の凹部４１ａの底面には四角形状をなす凹部４１ｂが形成されている。凹部４１ｂ内にアルミ板１１が嵌合され、アルミ板１１を位置決めした状態で配置することができるようになっている。アルミ板１１の上には絶縁シート１２が仮付けした状態で配置される。絶縁シート１２の上にはヒートスプレッダ１３が上面に半導体素子１４をはんだ付けした状態で載置される。

上金型４２には円形の貫通孔４２ｂが４つ形成されており、４つの貫通孔４２ｂはヒートスプレッダ１３の上面での四隅に対応する位置において上下に貫通している。各貫通孔４２ｂには、それぞれ円柱状の押さえピン４３が配置され、押さえピン４３は貫通孔４２ｂ内を摺動可能に支持されている。押さえピン４３は、本体部４３ａと該本体部４３ａに比べ縮径された先端部４３ｂとからなる。押さえピン４３は、図示しない付勢部材により下方に付勢されており、キャビティ５０に配置された半導体装置１０を押さえピン４３で押圧することができるようになっている。

金型４０（下金型４１、上金型４２）は予め予備加熱されるようになっている。そして、樹脂を封止する際において下金型４１、上金型４２および押さえピン４３は例えば１７０℃に加熱されている。

各押さえピン４３で、半導体装置１０のヒートスプレッダ１３の四隅を、ヒートスプレッダ１３と押さえピン４３との間において第１の樹脂材４４と第２の樹脂材４５を配した状態で押圧する。

第１の樹脂材４４は、封止樹脂３０と同じ材質であり、第１の樹脂材４４の融点は例えば１５０℃である。第１の樹脂材４４は、半導体装置１０と押さえピン４３との間に配設され、下面が半導体装置１０と当接している。本実施形態では、円柱状をなし、下面がヒートスプレッダ１３と当接している。

第２の樹脂材４５は、封止樹脂３０よりも融点が高く、第２の樹脂材４５の融点は例えば２００℃である。第２の樹脂材４５は、第１の樹脂材４４と押さえピン４３との間に設けられ、第１の樹脂材４４および押さえピン４３と当接している。本実施形態では、第２の樹脂材４５は、有蓋円筒状をなし、押さえピン４３の先端部４３ｂに被せられている。なお、第２の樹脂材４５の外径と押さえピン４３の本体部４３ａの外径とは同一寸法となっている。

ここで、樹脂封止対象の半導体装置１０は冷えている。また、下金型４１、上金型４２および押さえピン４３は、例えば１７０℃に加熱され、第１の樹脂材４４の融点は例えば１５０℃であるが、押さえピン４３と第１の樹脂材４４との間には、融点が例えば２００℃の第２の樹脂材４５が介在されているので、第２の樹脂材４５が断熱材として機能して第１の樹脂材４４が押さえピン４３の熱によって溶けることはない。

このように、半導体装置１０と押さえピン４３との間において、半導体装置１０と当接する部分には、封止樹脂３０と同じ材質の第１の樹脂材４４を配するとともに、押さえピン４３と当接する部分には、封止樹脂３０よりも融点の高い第２の樹脂材４５を配し、この状態で、押さえピン４３で半導体装置１０を押圧する。よって、押さえピン４３でヒートスプレッダ１３の上面を支持して半導体装置１０と金型４０（下金型４１と上金型４２）の内面との間隔を一定に保持することができる。

この状態から、図３に示すように、ゲート（図示略）を通して、溶融した封止樹脂３０をキャビティ５０に注入する。このとき、注入する封止樹脂３０の温度は、例えば、１７０℃になっている。そして、図２の第１の樹脂材４４は、注入された封止樹脂３０と接触すると溶け、封止樹脂３０と一体化される。また、封止樹脂３０を注入するまでは押さえピン４３によりヒートスプレッダ１３を押圧し、封止樹脂３０が注入されると注入樹脂圧力でヒートスプレッダ１３を押圧する。

このように、キャビティ５０に封止樹脂３０を注入して、第１の樹脂材４４を封止樹脂３０と一体化した状態で半導体装置１０を封止する。
そして、封止樹脂３０を硬化した後、下金型４１と上金型４２を分離して、図４の半導体モジュール２０を取り出す。

図４の半導体モジュール２０において、封止樹脂３０には押さえピン４３を抜いた後のピン穴３１が形成される。また、ピン穴３１の底部には第２の樹脂材４５が残る。
ここで、第２の樹脂材４５とヒートスプレッダ１３との間に第１の樹脂材４４が無く、第２の樹脂材４５と封止樹脂３０がヒートスプレッダ１３と接する場合、第２の樹脂材４５と封止樹脂３０の界面に第２の樹脂材４５と封止樹脂３０の熱膨張性の違いによる剥離（クラック）が発生すると、この剥離（クラック）はヒートスプレッダ１３に至ってしまう。その結果、封止を完全に行うことができず気密性や液密性を確保することが難しくなる。

本実施形態においては、１種類の樹脂材（封止樹脂３０および封止樹脂３０と一体化される第１の樹脂材４４）のみで半導体装置１０を覆う構成のため、第２の樹脂材４５と封止樹脂３０の界面に剥離（クラック）が発生したとしても、この界面剥離（クラック）はヒートスプレッダ１３に至らない。これにより、封止を完全に行うことができ、気密性や液密性を確保することができる。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）金型のキャビティ５０に配置した半導体装置１０を押さえピン４３で押圧しながら半導体装置１０を樹脂で封止する樹脂封止型半導体装置の形成方法として次のようにした。図２に示すように、半導体装置１０と押さえピン４３との間において、半導体装置１０と当接する部分には封止樹脂３０と同じ材質の第１の樹脂材４４を配するとともに押さえピン４３と当接する部分には封止樹脂３０よりも融点の高い第２の樹脂材４５を配した状態で、押さえピン４３で半導体装置１０を押圧する（第１工程）。そして、図３に示すように、キャビティ５０に封止樹脂３０を注入して、第１の樹脂材４４を封止樹脂３０と一体化した状態で半導体装置１０を封止する（第２工程）。

よって、図２の第１の樹脂材４４と押さえピン４３との間には第２の樹脂材４５が介在されているので、押さえピン４３からの熱により第１の樹脂材４４が溶けることなく押さえピン４３で半導体装置１０を押圧することができる。また、図４に示す金型から外した状態において、第１の樹脂材４４を封止樹脂３０と一体化した状態で半導体装置１０が封止されているので、押さえピン４３を抜いた後のピン穴３１から半導体装置１０が露出することが防止される。さらに、第１の樹脂材４４を封止樹脂３０と一体化した状態で半導体装置１０が封止されるので、半導体装置１０に至るクラックの発生を防止しつつ半導体装置１０を樹脂封止することができる。

（２）第２の樹脂材４５は、押さえピン４３の先端部に被せられる有蓋筒状をなすので、押さえピン４３の先端部に第２の樹脂材４５を容易に配置することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・図２の第２の樹脂材４５に代わり、図５に示すように、円柱状の押さえピン４６の先端面に、円柱状の第２の樹脂材４７を配置し、第２の樹脂材４７の下の第１の樹脂材４４を封止樹脂３０の注入により図６に示すように封止樹脂３０と一体化するようにしてもよい。なお、柱状の第２の樹脂材４７について、厚さが非常に薄いもの（例えば板状）であってもよい。

１０…半導体装置、１１…アルミ板、１２…絶縁シート、１３…ヒートスプレッダ、１４…半導体素子、２０…半導体モジュール、３０…封止樹脂、４０…金型、４３…押さえピン、４４…第１の樹脂材、４５…第２の樹脂材、４６…押さえピン、４７…第２の樹脂材、５０…キャビティ。

Claims (3)

1. 金型のキャビティに配置した半導体装置を押さえピンで押圧しながら前記半導体装置を樹脂で封止する樹脂封止型半導体装置の形成方法において、
   前記半導体装置と前記押さえピンとの間において、前記半導体装置と当接する部分には封止樹脂と同じ材質の第１の樹脂材を配するとともに前記押さえピンと当接する部分には封止樹脂よりも融点の高い第２の樹脂材を配した状態で、前記押さえピンで前記半導体装置を押圧する第１工程と、
   前記キャビティに封止樹脂を注入して、前記第１の樹脂材を封止樹脂と一体化した状態で前記半導体装置を封止する第２工程と、
   を有することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の形成方法。
2. 前記第２の樹脂材は、前記押さえピンの先端部に被せられる有蓋筒状をなすことを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の形成方法。
3. 前記第２の樹脂材は、前記押さえピンの先端面に配置され、柱状をなすことを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の形成方法。

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