JP2012028484A - モジュールと、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性の良好なモジュールと、その製造方法を提供する。
【解決手段】基体と、この基体上に装着された発熱体である半導体素子２４ａと、発熱体２４ａが埋設されるとともに、前記基体の少なくとも上面に形成された樹脂部８２と、少なくともこの樹脂部の上面に形成された放熱膜とを備え、前記発熱体２４ａの上方において樹脂部８２と前記放熱膜との間に金属板８１が挿入されたモジュールである。これにより、半導体素子２４ａよりも背が高い部品などがあっても、半導体素子２４ａが生じる熱を良好に放熱できるモジュールを実現できる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、プリント基板上やリードフレームに実装された発熱部品が樹脂で覆われたモジュールと、その製造方法に関するものである。

以下、従来のモジュール１について図面を用いて説明する。図１６は、従来のモジュール１の断面図であり、図１７は同、モジュール１の製造フローチャートである。図１６、図１７において、プリント基板２は、熱硬化性の樹脂基板であり、このプリント基板２の上面に発熱部品３が実装されている。なお、発熱部品３は半導体素子であり、この半導体素子はプリント基板２に対し、フェイスダウン状態でフリップチップ実装されている。ここで、プリント基板２上には、半導体素子以外のチップ部品も装着され、これら半導体素子やチップ部品によって電源回路が形成されている。プリント基板２の上面には樹脂部４が形成され、この樹脂部４内には発熱部品３やチップ部品が埋設されている。そして、プリント基板２の上面の周端部には電源回路のグランドと接続された接続パターン５が形成されている。

放熱膜６は厚膜導体であり、この樹脂部４の上面と側面ならびにプリント基板２の側面の一部を覆うように形成されている。ここで、接続パターン５は、樹脂部４の側面から露出するように設けられ、この露出部で放熱膜６と接続されている。ここで樹脂部４は樹脂であるので熱伝導度が悪い。したがって、発熱部品３が発生する熱をモジュール外部へと放熱するためには発熱部品３と放熱膜６との間の樹脂部４の厚みを薄くすることが必要である。

次に、以上のような従来のモジュール１の製造方法について説明する。実装工程１１では、プリント基板２が複数個連結された状態で、それぞれのプリント基板２上に発熱部品３やチップ部品を実装する。トランスファ成型工程１２は、実装工程１１の後でプリント基板２の上面に、発熱部品３を覆うように樹脂部４を形成する工程である。ここで、樹脂部４を形成する樹脂４ａには、熱硬化性の樹脂が用いられている。

接続パターン露出工程１３は、トランスファ成型工程１２の後で、プリント基板２同士が連結された位置に凹部を形成し、樹脂部４の側面から接続パターン５が露出するようにする。導体ペースト印刷工程１４は、接続パターン露出工程１３の後で、樹脂部４の上面に導電性ペースト６ａを塗布し、硬化することにより、樹脂部４表面に放熱膜６が形成される。なお、このときに、導電性ペースト６ａが凹部内にも埋め込まれる。

分割工程１５は、導体ペースト印刷工程１４の後でプリント基板２同士の連結部を切断する工程であり、これによってモジュール１が完成する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００４−１７２１７６号公報

しかしながら従来のモジュール１はトランスファ成型によって形成されるので、狭い隙間に対しては樹脂４ａが流れ込みにくくなる。そしてこれは多数個のモジュール１に樹脂部４を一括に形成する場合、特に顕著となる。たとえば、モジュール１の位置がゲートより遠くなるほど、樹脂４ａの圧力低下が生じ易く、隙間が狭いと流れにくくなる。これにより、発熱部品３と放熱膜６との間の樹脂部４の厚さを厚くしなければならないという課題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、放熱性の良好なモジュールの製造方法を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために、基体と、この基体上に装着された発熱体と、この発熱体が埋設されるとともに、前記基体の少なくとも上面に形成された樹脂部と、少なくともこの樹脂部の上面に形成された放熱膜とを備え、前記発熱体の上方において前記樹脂部と前記放熱膜との間には金属板が挿入されたものである。これにより所期の目的を達成することができる。

以上のように本発明によれば、基体と、この基体上に装着された発熱体と、この発熱体が埋設されるとともに、前記基体の少なくとも上面に形成された樹脂部と、少なくともこの樹脂部の上面に形成された放熱膜とを備え、前記発熱体の上方において前記樹脂部と前記放熱膜との間には金属板が挿入されたモジュールであり、これにより、発熱体と放熱膜との間に金属板が挿入されているので、たとえ半導体素子よりも背が高い部品などがあっても、半導体素子が生じる熱を良好に放熱できるモジュールを実現できる。

実施の形態１におけるモジュールの断面図 同、モジュールの側面図 同、第２の例におけるモジュールの側面図 同、モジュールの製造フローチャート 同、リードフレーム装着工程におけるモジュールの側面図 同、樹脂部形成装置の概略断面図 同、樹脂部形成工程の製造フローチャート 同、樹脂基板搭載工程における樹脂部形成装置の断面図 同、浸漬工程における樹脂部形成装置の断面図 同、圧縮流入工程における樹脂部形成装置の断面図 同、第３の例のモジュールの断面図 同、第４の例のモジュールの断面図 同、第５の例のモジュールの断面図 実施の形態２におけるモジュールの断面図 同、他の例におけるモジュールの断面図 従来のモジュールの断面図 同、モジュールの製造フローチャート

以下、本実施の形態におけるモジュールについて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるモジュール２１の断面図であり、図２は、同モジュールの側面図である。なお図１、図２において、図１５と同じものには同じ番号を用い、その説明は簡略化している。図１、図２において、基板２２（基体の一例として用いた）は、ガラス・エポキシ基材の多層基板であり、本実施の形態における基板２２には厚みが０．２ｍｍの４層基板を用いている。

この基板２２上には、はんだ２３によって半導体素子２４ａ（発熱体の一例として用いた）やチップ部品２４ｂが、実装されている。ここで本実施の形態において半導体素子２４ａは、厚みが０．３５ｍｍのチップサイズパッケージによる半導体であり、はんだバンプによって基板２２へフェイスダウンの状態でフリップチップ実装されている。なお、本実施の形態において、バンプ間のピッチが約０．２５ｍｍであるので、バンプ間の隙間は約０．１２ｍｍであり、半導体素子２４ａと基板２２との間の間隔は、約０．１２ｍｍである。またチップ部品２４ｂと基板２２との間の間隔は、約０．０８ｍｍである。

ここで、半導体素子２４ａには電源回路の一部が形成されており、この半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂなどが基板２２へ実装されることによって、基板２２上に電源回路が形成されている。なお、本実施の形態において半導体素子２４ａははんだバンプによって基板２２へ接続されているが、これは半導体素子２４ａにスタッドバンプなどを形成し、ＡＣＦやＡＣＰあるいはＮＣＦやＮＣＰなどの方法によって基板２２へ実装しても構わない。

樹脂部２５は、基板２２の上面側に形成され、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂなどが埋設されている。なお、本実施の形態における樹脂部２５には、熱硬化性樹脂を用いている。そして、放熱膜２６は、樹脂部２５の表面（上面と４側面全体）と、基板２２の上方側の一部までを覆うように形成されている。ここで、本実施の形態における放熱膜２６は、厚みが約１マイクロメートルのスパッタによる薄膜であるので、非常に薄くかつ緻密な（ピンホールなどの少ない）膜が形成できる。さらに、放熱膜２６には熱伝導性の良好な銅を用いているので、非常に放熱性を高くできる。また、放熱膜２６によってノイズなどのシールドを行うことができる。したがって、電源回路で発生するノイズの輻射を小さく、また外来ノイズなどによる妨害などに強いモジュール２１を実現できる。

ここで、基板２２にはグランドパターン２７（熱伝導パターンの一例として用いた）が形成されている。このグランドパターン２７は基板２２の周縁部にまで設けられており、基板２２の側面には、グランドパターン２７の露出部が形成される。そして、この露出部において、グランドパターン２７と放熱膜２６とが接続される。なお、本実施の形態においてグランドパターン２７は、内層に設けられているが、これは、表層であっても構わない。ただし、可能な限りグランドパターン２７と放熱膜２６との接続は、内層によって行うことが望ましい。これはグランドパターン２７が金属であるので樹脂部２５に対する密着力が小さく、グランドパターン２７の露出部を基板２２の表層に設けると、後述する分割工程５３などにおいてグランドパターン２７と樹脂部２５との間の界面で剥離などが生じやすくなるためである。そしてこのようにグランドパターン２７の露出部を基板２２の内層に設けることにより、たとえ１マイクロメートルの厚みのスパッタ薄膜であっても、放熱膜２６にクラックなどを生じにくくできる。したがって、ノイズなどの漏れや飛び込みを少なくでき、妨害に強いモジュール２１を実現できる。

また、本実施の形態では多層の樹脂基板を用いたが、これはアルミナ基板（セラミック基板）などを用いても良い。アルミナ基板は熱伝導性が良好であるので、さらに放熱性の良好なモジュール２１を実現できる。

ここでグランドパターン２７は、接続導体２９ａを介して、基板２２の下面の装着パッド３０ａへと接続される。この装着パッド３０ａの下面には、はんだ２３を介して、金属製のリードフレーム端子３１ａが装着されているので、このリードフレーム端子３１ａからも放熱できるので、良好な放熱性を有するモジュール２１を実現できる。また本実施の形態においては、リードフレーム端子３１ａには熱伝導性が良好な銅を用いている。これによりさらに半導体素子２４ａは生じる熱を放熱しやすくできる。

そしてこの構成により、基板２２上に構成された電源回路の上方向と横方向とが、放熱膜２６によって囲まれることとなるので、半導体素子２４ａで生じた熱が、放熱膜２６に伝わり、放熱されることとなる。このとき、グランドパターン２７は放熱膜２６と接続されているので、樹脂部２５を介して放熱される熱に加え、グランドパターン２７を介した熱も放熱膜２６から放熱されることとなり、さらに優れた放熱性を得ることができる。また本実施の形態では、グランドパターン２７に伝達された熱は、リードフレーム端子３１ａからも放熱されることとなるので、さらに優れた放熱性を有することとなる。

そして、このようなモジュール２１が親基板（図示なし）へと装着される場合、このリードフレーム端子３１ａは親基板のグランドへと接続される。これにより、電源回路で処理される（または発生する）高周波ノイズが外部へ漏洩したり、あるいは外部で発生した高周波ノイズがモジュール２１内の電源回路へ飛び込むことが少なくでき、妨害に対して強いモジュール２１を実現できる。

また本実施の形態においてグランドパターン２７は、基板２２の内層に形成している。本実施の形態においてグランドパターン２７は、上から第３層目に形成している。これにより、基板２２上に構成された電源回路は、グランドパターン２７と放熱膜２６とによって囲まれることとなるので、さらに妨害に対して強いモジュール２１を実現できる。

ここで、信号端子２８と接続されたリードフレーム端子３１ｂは信号用の端子である。したがって、放熱膜２６とは電気的に分離することが必要である。そこで基板２２の下側は、放熱膜２６の不形成部３３を設けている。これにより、放熱膜２６とリードフレーム端子３１ｂとを電気的に分離できる。なお本実施の形態においては、不形成部３３を基板２２側面の全幅にわたって形成しているので、不形成部３３の形成が容易できる。したがって、安価なモジュール２１を実現できる。つまりこれは、放熱膜２６を形成する（後述の）放熱膜形成工程５４において、不形成部３３を形成するためのマスキングの工数が少なくできるためである。

図３は、本実施の形態における第２の例のモジュールの側面図である。図３において、図１や図２と同じものには、同じ符号を用いて、その説明は簡略化している。この例では、放熱膜２６の不形成部３３は、リードフレーム端子３１ｂに対応する位置にのみ形成される。つまり、リードフレーム端子３１ａは、放熱膜２６と接続されている。つまり、リードフレーム端子３１ａに対応する位置では、放熱膜２６がモジュール２１の下端まで延在して形成されている。これにより、リードフレーム端子３１ａは、放熱膜２６と接続されるので、さらに放熱性の優れたモジュール２１を得ることができる。

また本実施の形態において、グランドパターン２７は電源回路のグランドとは接続していない。このように、電源回路のグランド（図示せず）と、放熱膜２６とが高周波的（電気的）に分離されているので、電源回路の高周波信号が放熱膜２６から外部へと放射されることや、放熱膜２６へ飛び乗った高周波ノイズが電源回路内へ進入することを発生しにくくできる。ただし、半導体素子２４ａなどの発熱が大きく、さらに大きな放熱性を要求されるような場合には、半導体素子２４ａのグランドをグランドパターン２７へ接続する。これによりさらに放熱性が良好なモジュール２１を得ることができる。さらには、半導体素子２４ａのグランドを装着パッド３０ａと接続すると良い。なお、この場合、半導体素子２４ａのグランドと装着パッド３０ａとの間の接続は、接続導体２９ａにより行われる。そしてこのようにすれば、半導体素子２４ａで発生した熱は直接装着パッド３０ａへと伝わるので、さらに放熱性が良好なモジュール２１を得ることができる。

一方電源回路を構成するチップ部品２４ｂの信号端子は、基板２２の表面の信号端子２８へと接続され、基板２２の上下の面の間を導通させる接続導体２９ｂを介して、基板２２の下面の装着パッド３０ｂに導出されている。そしてこの装着パッド３０ｂには、はんだ２３を介して金属製のリードフレーム端子３１ｂが装着されている。なお、このリードフレーム端子３１ｂも銅であるので、非常に放熱性が良好である。

次に以上のようなモジュール２１の製造方法について、図面を用いて説明する。図４は、本実施の形態におけるモジュールの製造フローチャートであり、図５は、同モジュールのリードフレーム装着工程におけるモジュールの側面図である。なお、図４、図５において、図１から図３や図１５、図１６と同じもの（工程）には同じ符号を用いており、その説明は簡略化している。

図４において実装工程５１には、基板実装工程５１ａと、切断工程５１ｂと、リードフレーム装着工程５１ｃと、フィルム貼り付け工程５１ｄとを含んでいる。

まず、基板実装工程５１ａでは、基板２２が複数個連結された状態で行われ、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂを基板２２へ装着し、基板２２上に電源回路を形成する。本実施の形態における基板実装工程５１ａでは、基板２２の上面にクリーム状のはんだ２３を印刷し、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂを装着して、これらの部品を基板２２へリフローはんだ付けする。なお、半導体素子２４ａの下面側には、電源回路の一部(たとえばスイッチングなど)が形成されており、半導体素子２４ａは回路の形成面が基板２２と対向する方向（フェイスダウン）でフリップチップ装着される。そして基板実装工程５１ａでは、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂの実装が完了した後に、電源回路の特性検査が行われる。この検査において、所定の特性範囲外となるものは、修正作業が行われ、所定の特性を満足させる。なおこの修正作業としては、定数の異なるチップ部品２４ｂへ取替え作業などが行われる。

切断工程５１ｂは、基板実装工程５１ａの後で基板２２の連結部を切除し、基板２２を個片へと分割する工程である。本実施の形態においては、この切断工程５１ｂによって、基板２２の側面にグランドパターン２７の露出部が形成される。

リードフレーム装着工程５１ｃは、切断工程５１ｂの後で基板２２をはんだ２３によってリードフレーム３１へと装着する工程である。具体的には、リードフレーム端子３１ａやリードフレーム端子３１ｂの箇所へクリーム状のはんだ２３を印刷したリードフレーム３１上に基板２２を搭載し、リフロー炉などによってリードフレーム端子３１ａやリードフレーム端子３１ｂと基板２２とを接続する。ここで、リードフレーム３１は、複数個分のリードフレーム端子３１ａやリードフレーム端子３１ｂが連結されているものである。

なお、本実施の形態では基板２２を分割したが、切断工程５１ｂを設けずに基板２２が連結された状態で、リードフレーム３１を装着しても良い。このようにすれば、切断工程５１ｂが不要となるので、生産工数を低くでき、安価なモジュール２１を得ることができる。また連結された状態の基板２２に対し、リードフレーム端子３１ａやリードフレーム端子３１ｂをそれぞれに装着してもかまわない。この場合、後の分割工程５３において、リードフレーム３１を切断しなくても良いので、切断歯の寿命を長くできる。

フィルム貼り付け工程５１ｄは、リードフレーム装着工程５１ｃの後で、リードフレーム３１において基板２２が装着された面と反対側の面（図５中において下面）に耐熱性の樹脂フィルム５５を貼り付ける工程である。ここで樹脂フィルム５５の一方の面には粘着材が塗布されており、この粘着材によってフィルム５５をリードフレーム３１へと貼り付ける。これにより後述する樹脂部形成工程５２において、樹脂２５ａがリードフレーム端子３１ａやリードフレーム端子３１ｂの装着面（下面側）付着することを防止できる。なおフィルム５５には、耐熱性樹脂であるポリイミドやポリエチレンテレフタレートなどが用いられる。

樹脂部形成工程５２は、実装工程５１の後で基板２２の上面に樹脂部２５を形成する工程である。なお、本実施の形態における樹脂部２５には、熱硬化性の樹脂２５ａが用いられる。この樹脂部形成工程５２については、後で詳しく説明する。

分割工程５３は、樹脂部形成工程５２の後で、リードフレーム３１の連結部を切断し、個片の状態へと分割する工程である。これにより各モジュール２１のリードフレーム端子３１ａ、リードフレーム端子３１ｂは、リードフレーム３１から切り離される。本実施の形態における分割工程５３では、ダイシング回転歯を用いて切断している。なお、基板２２のみが連結された状態である場合には、樹脂部２５と基板２２およびリードフレーム３１の連結部が切断され、基板２２、リードフレーム３１がともに連結された状態である場合には、樹脂部２５、基板２２、リードフレーム３１とが切断される。

シールド金属膜形成工程５４は、分割工程５３の後で金属スパッタにより樹脂部２５の表面（上面と側面）と基板２２の側面とに放熱膜２６を形成する。これにより、放熱膜２６は、基板２２の側面に設けられたグランドパターン２７の露出部でグランドパターン２７と接続される。このとき、リードフレーム端子３１ｂ（信号端子）のように放熱膜２６と接続させない端子には、マスキングを行っておく。これによって、不形成部３３が形成されることとなる。そしてシールド金属膜形成工程５４の後で、モジュール２１に対して最終の特性検査が行われて、モジュール２１が完成する。

以上の製造方法によれば、放熱膜２６は分割工程５３の後で形成されるので、ダイシング回転歯によって放熱膜２６に傷が生じにくくできる。これは特に、本実施の形態のように膜厚が薄い場合に重要である。

次に樹脂部形成工程５２について、図面を用いて説明する。最初に樹脂部形成工程５２において、基板２２上に樹脂部２５を形成するための樹脂部形成装置６１について説明する。図６は、本実施の形態における樹脂部形成装置の概略断面図である。図６において、樹脂基板搭載部６２は、基板２２が搭載されるものであり、本実施の形態では半導体素子２４ａが下方を向く方向で、基板２２が装着される。従って、樹脂基板搭載部６２にはリードフレーム３１（実際的にはフィルム５５）を吸着する構成を設けている。

この樹脂基板搭載部６２の下方には、樹脂２５ａが投入される空間を有した樹脂槽６３が設けられている。ここで、樹脂槽６３は上下方向へと可動する。また、樹脂槽６３の底部６３ａは、樹脂槽６３全体の動きとは独立して、単独に垂直（図６において上下の）方向へ可動できる構造となっている。そしてこれら樹脂基板搭載部６２や樹脂槽６３には加熱手段（図示せず）が設けられており、これらによって基板２２や樹脂２５ａを加熱する。また、樹脂部形成装置６１にはコンプレッサ（図示せず）などが設けられ、樹脂槽６３内や樹脂槽６３と樹脂基板搭載部６２との間の空気を吸引することで、樹脂部２５の形成をほぼ真空状態下で行うことができるようになっている。これにより樹脂部２５中のボイドを防止できる。

図７は本実施の形態における樹脂部形成工程の製造フローチャートであり、図８は樹脂基板搭載工程における樹脂部形成装置の断面図である。なお、これらの図７、図８において、図１から図６と同じものには同じ符号を用い、その説明は簡略化している。このような樹脂部形成装置６１を用いた場合の樹脂部形成工程５２について、図７の工程の順序に従って、詳細に説明する。

図７、図８において、軟化工程７１は実装工程５１の後で、リードフレーム３１が装着された基板２２を樹脂基板搭載部６２へ搭載するとともに、樹脂槽６３内へ非流動状態（未溶融の固体またはゲル状）の樹脂２５ａを投入し、加熱して樹脂２５ａを流動可能な状態となるまで軟化させる。そしてこの処理に並行して、樹脂２５ａと基板２２間の空間６４の空気が吸引される。この吸引は空間６４がほぼ真空状態となるまで行われ、樹脂２５ａが完全に溶融を完了した後に止められる。ここで、基板２２は半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂの搭載面側が下方を向くように搭載される。なお本実施の形態における樹脂槽６３や樹脂基板搭載部６２は予め樹脂２５ａが溶融する温度にまで加熱しているので、短時間に樹脂２５ａを軟化させることができる。

また本実施の形態において、樹脂槽６３へ投入前の樹脂２５ａは粒状であり、計量容器などによって計量された所定量の樹脂２５ａが樹脂槽６３へと投入される。ここで樹脂２５ａは、第１の温度範囲内では流動性を有せず、この第１の温度より高い第２の温度範囲内では流動性を生じ、この第２の温度より高い温度で硬化する熱硬化性樹脂を用いる。このように樹脂２５ａを樹脂槽６３へ投入する段階で、樹脂２５ａは粒状であるので、精度良く計量することができる。また、計量や投入の自動化も容易である。

発明者らは樹脂部形成装置６１を用いて、以下のような手順で軟化工程７１を行った。予め加熱手段によって樹脂基板搭載部６２と樹脂槽６３との温度を樹脂２５ａが溶融する（流動性を生じる）温度以上であり、樹脂２５ａが硬化する温度範囲（第３の温度範囲）未満の温度（第２の温度範囲）となるように加熱しておく。本実施の形態における樹脂２５ａは、約１４０℃未満の温度では流動性が小さく、約１４０℃から約１７５℃において最も軟化して流動性を生じ、それを超える温度で硬化するエポキシ系の熱硬化性樹脂を用いている。したがって本実施の形態では、樹脂基板搭載部６２と樹脂槽６３との温度を第２の温度範囲上限の１７５℃に設定している。

ここで、樹脂基板搭載部６２は図８における水平方向へとスライドできる構造を有しており、この樹脂基板搭載部６２がスライドすることによって、樹脂槽６３の上方が開放状態となる。そこで、規定量の樹脂２５ａが樹脂槽６３の上方から投入される。これにより即時、樹脂２５ａへの加熱が開始されることとなる。一方樹脂基板搭載部６２はスライドすることによって、下方が開放状態となるので、樹脂基板搭載部６２の下面に基板２２付きのリードフレーム３１が吸着される。このとき、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂが下方となる向きで装着される。そして、再度樹脂基板搭載部６２がスライドして、樹脂槽６３の上方の位置で停止する。このようにして、樹脂２５ａの投入と基板２２の搭載が完了すると、空間６４の空気の吸引を開始する。そして樹脂２５ａが完全に流動可能な状態にまで溶融した後に、吸引を停止し、その真空状態を維持する。

なお、本実施の形態における樹脂部形成装置６１では、樹脂基板搭載部６２が水平にスライドしたが、これは樹脂槽６３がスライドしても構わない。また、樹脂基板搭載部６２と樹脂槽６３の少なくともいずれか一方を、上下方向へと移動させるだけでも良い。ただしこの場合、樹脂槽６３と樹脂基板搭載部６２との間の距離が、樹脂２５ａの投入や基板２２の搭載作業が可能な程度まで開くようにしておく。

図９は、浸漬工程における樹脂部形成装置の断面図である。図９において、浸漬工程７２は軟化工程７１の後で、流動可能な状態に溶融した樹脂２５ａの中に、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂを浸漬し、基板２２の下面を溶融した樹脂２５ａの液面へと接触させる工程である。

例えばこの工程は、以下のようにして行われる。樹脂槽６３と底部６３ａとをほぼ同じ速度で上方（図９矢印方向）へ移動させて、基板２２が樹脂槽６３と樹脂基板搭載部６２との間に挟まれるようにする。このとき、樹脂槽６３と基板２２下面との間に隙間が生じないようにすることが必要であり、そのために樹脂槽６３において、基板２２の下面と当接する箇所にはゴムパッキン（図示せず）などが設けられる。そして、樹脂槽６３は規定の位置（樹脂槽６３が基板２２と当接する位置）まで上昇した後に停止する。この状態では、樹脂２５ａの液面は、基板２２の下面とはまだ接触しないようにしてある。これにより、樹脂２５ａが樹脂槽６３から溢れ出すことを少なくできる。ただしこのとき、半導体素子２４ａ（あるいはチップ部品２４ｂ）は樹脂２５ａの液面と接触させておくことが望ましい。これは、樹脂２５ａの表面張力によって、樹脂２５ａが半導体素子２４ａ（チップ部品２４ｂ）の側面に沿って這い上がり（あるいはその一部が、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂと基板２２との間の狭い隙間へ入り込み）、後の圧縮流入工程７３において樹脂２５ａが半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂと基板２２との間の非常に狭い隙間へ充填され易くなるためである。一方、底部６３ａは樹脂部２５の移動が停止した後も上方へと移動を続ける。これによって、樹脂２５ａの液面と基板２２の下面とが接触することとなる。

図１０は、圧縮流入工程７３における樹脂部形成装置６１の断面図である。図１０に示すように、浸漬工程７２が完了すれば、一見半導体素子２４ａは完全に樹脂２５ａ内に埋設が完了しているよう見える。ところが、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂと基板２２との間の隙間の中には、樹脂２５ａが充填されていない箇所も存在している。また、基板２２とリードフレーム端子３１ａとリードフレーム端子３１ｂとで囲まれた領域３２ａや、リードフレーム端子３１ａと基板２２との間の隙間３２ｂも樹脂２５ａが充填されていない。

そこで、浸漬工程７２の後で圧縮流入工程７３を行なう。この圧縮流入工程７３では樹脂２５ａを（図１０矢印方向へ）圧縮し、この圧力によって未充填の隙間へ樹脂２５ａを強制的に流入させる。このとき、樹脂槽６３と基板２２とで囲まれた空間は、半導体素子２４ａ（あるいはチップ部品２４ｂ）と基板２２間の隙間の未充填の箇所を除き、樹脂２５ａによって埋まっている。従って、樹脂２５ａを圧縮しても底部６３ａはほとんど上昇することはなく、樹脂２５ａの圧力のみが上昇することとなる。そして、この圧力が規定値となるまで加圧を続け、その圧力を維持する。なお、この圧縮流入工程７３において樹脂２５ａの温度は、第２の温度範囲内とすることが重要である。これにより、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂと基板２２との間の隙間へ確実に樹脂２５ａを充填させることができる。

ここで、本実施の形態におけるモジュール２１には、これらの領域３２ａや隙間３２ｂへ樹脂２５ａを充填させるため、基板２２には適宜上下面を貫通する孔（図示せず）を設けられる。これにより、圧縮流入工程７３において樹脂２５ａが領域３２ａや隙間３２ｂへ確実に充填できる。

なお、本実施の形態においてはんだ２３は錫、銀系の鉛フリーはんだであり、その融点は約２００℃である。このようにはんだ２３の融点を第２の温度範囲より高いはんだを用いているので、圧縮流入工程７３においてはんだ２３が溶融することもないので、半導体素子２４ａ（あるいはチップ部品２４ｂ）と基板２２間の電気的接続が外れたりしにくくできる。

硬化工程７４は、圧縮流入工程７３の後で、樹脂２５ａの温度が第２の温度範囲を超える温度（第３の温度範囲）となるまでさらに加熱することによって、樹脂２５ａを硬化する。これによって、基板２２上に樹脂部２５が形成されることとなる。なお、少なくとも樹脂２５ａの流動性がなくなるまでの間は、この硬化工程７４においても圧縮流入工程７３で加えられた圧力を維持する。これにより、確実に半導体素子２４ａ（あるいはチップ部品２４ｂ）と基板２２との間の隙間に、ボイドなどが残りにくくできる。

以上のような製造方法により、浸漬工程７２や圧縮流入工程７３において、半導体素子２４ａの下側にはすでに樹脂２５ａが存在している。そして、その樹脂２５ａを圧縮することで、半導体素子２４ａの上の樹脂部２５を形成するものである。従って、トランスファ成型のように、狭い空隙に溶けた樹脂２５ａを流しこむ必要がない。つまり、たとえ半導体素子２４ａ上部における樹脂部２５の厚みが薄くても（半導体素子２４ａ上面と放熱膜２６との間の距離が小さくても）、確実に樹脂部２５を形成できることとなる。

本実施の形態において、半導体素子２４ａと基板２２との間は０．０８ｍｍであるが、確実に樹脂２５ａを充填できている。したがって、従来のトランスファ成型に比べて、半導体素子２４ａ上部における樹脂部２５の厚みを薄くでき（半導体素子２４ａ上面と放熱膜２６との間の距離を小さくでき）、放熱性が良く、かつ薄いモジュール２１を実現できる。本実施の形態では、厚みが０．８ｍｍのモジュール２１を実現している。

また、圧縮流入工程７３で圧力を加えるので、樹脂２５ａは半導体素子２４ａ（あるいはチップ部品２４ｂ）と基板２２との間の非常に狭い隙間や、基板２２とフィルム５５との間の狭い隙間にも確実に樹脂２５ａを充填できる。さらにまた、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂには、圧縮流入工程７３においてのみ圧力が加わるので、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂへかかる応力を小さくできる。したがって、半導体素子２４ａ（あるいはチップ部品２４ｂ）や基板２２の変形が小さくなるので、半導体素子２４ａ上の電源回路と放熱膜２６との間や、半導体素子２４ａ上の電源回路と基板２２との間、さらには基板２２と放熱膜２６との間の距離などのばらつきを小さくできる。これによりこれらの間のもつ浮遊容量の値のばらつきを小さくできるので、ばらつきの少ないモジュール２１を実現できる。

また、浸漬工程７２では半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂが浸漬されるのみであり、圧縮流入工程７３で樹脂２５ａに流れが発生するので、樹脂２５ａの流れる距離は、トランスファ成型に比べて非常に短い。したがって、硬化後において樹脂２５ａの流れの不均一さなどによる内部応力も小さくできる。これによって、さらに半導体素子２４ａ（あるいはチップ部品２４ｂ）、基板２２や樹脂部２５自身の歪（変形）などを小さくできるので、さらに浮遊容量の値のばらつきを小さくできる。従って、電源回路の特性のばらつきの小さなモジュール２１を実現できる。

特に本実施の形態では半導体素子２４ａをフェイスダウンにてフリップチップ実装しているので、半導体素子２４ａと基板２２との間が非常に近くなる。したがって、半導体素子２４ａに形成された電源回路とグランドパターン２７との間には大きな浮遊容量を持つこととなり、特にこの浮遊容量のばらつきは、半導体素子２４ａの電源回路の特性に大きな影響を与えることがある。また、本実施の形態における半導体素子２４ａは、はんだバンプにより基板２２へ接続されているが、圧接により基板２２と接続されているような場合には、半導体素子２４ａの歪を小さくできるので、圧接力が小さくなりにくくできる。したがって、半導体素子２４ａと基板２２との間の接続信頼性の高いモジュール２１を実現できる。

このようなモジュール２１において、半導体素子２４ａの歪を小さくすることは、非常に重要である。これは、実装工程５１における高周波特性の検査において、合格範囲と判断したものにおいても、半導体素子２４ａ、基板２２や樹脂部２５自身の歪が大きいと、上記理由などによって樹脂部２５を形成した後に不合格となる恐れがあるためである。そして、樹脂部２５が形成された後においては、修理することが非常に困難であるので、廃棄する以外に方策はなく、歩留まりが非常に悪化することとなる。そこで、以上のような製造法を用い、樹脂２５ａの流れる距離を小さくすることで、樹脂２５ａ内部に残る残留応力を小さくし、半導体素子２４ａ（あるいはチップ部品２４ｂ）、基板２２や樹脂部２５自身などにかかる応力を小さくする。これにより、樹脂部２５形成後での高周波特性のばらつきを小さくでき、歩留まりの良好なモジュール２１を実現できる。

さらに加えて、この残留応力を小さくすることは、モジュール２１の特性の長期信頼性にも大きな影響を及ぼす。つまり、温度変化などによって、樹脂部２５や基板２２に伸縮が生じ、樹脂部２５内の内部応力の分布が変化すると考えられる。これにより、半導体素子２４ａや基板２２や樹脂部２５などの歪量が変化し、その結果半導体素子２４ａと基板２２（グランドパターン２７）との間や、半導体素子２４ａと放熱膜２６との間などの浮遊容量の値が製造段階の値より変化することが考えられる。また、半導体素子２４ａが圧接により基板２２へ接続されている場合には、温度変化により圧接力が変化することも考えられる。そこで、上記製造方法により、内部応力を小さくできるので、温度変化などに対しても長期にわたり安定した特性を維持できるモジュール２１を実現できる。

そしてもちろん、圧縮流入工程７３で樹脂２５ａを強制的に隙間へ充填するので、印刷法やポッティングなどによる方法に比べ、半導体素子２４ａと基板２２との間にも確実に樹脂２５ａを充填できることは言うまでもない。したがって、非常に信頼性も良好なモジュール２１を実現できる。

そして以上のように、圧縮圧力で半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂが破壊することを少なくでき、また半導体素子２４ａの変形も小さくできるので、半導体素子２４ａの厚みも薄くすることができる。したがって、従来のトランスファ成型に比べて薄型のモジュール２１を実現できる。

なお発明者らは、上記製造方法を用い、厚みが０．５ｍｍのモジュール２１の実現に成功している。この場合、基板２２の厚みが０．１ｍｍ、半導体素子２４ａの厚みが０．２５ｍｍと非常に薄いが、変形も小さく、特性ばらつきの小さなモジュール２１を実現できている。そして、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂの上部の樹脂部４の厚みが０．０７ｍｍと非常に薄いが、厚みの安定した樹脂部４を形成できている。これにより、非常に放熱性の高いモジュール２１を実現できている。

図１１は、本実施の形態における第３の例のモジュール２１の断面図である。図１１において、図１から図４と同じものには同じ符号を用い、その説明は簡略化している。この第３の例におけるモジュール２１は、モジュール２１の側面において、装着パッド３０ｂやリードフレーム端子３１ｂと放熱膜２６との間にも樹脂部２５が形成されている。つまり、不形成部３３（図２に示す）を形成する必要がない。したがって、放熱膜形成工程５４においてマスキングなどが不要となり、安価なモジュール２１を実現できる。ただし、本例において、リードフレーム端子３１ａは、放熱膜２６と接続している。これにより、放熱性が良好となる。

図１２は、本実施の形態における第４の例のモジュールの断面図である。図１２において、図１から図４と同じものには同じ符号を用い、その説明は簡略化している。この第４の例におけるモジュール２１は、半導体素子２４ａ（発熱体）よりも背の高いチップ部品２４ｂがあるような場合である。このような場合、半導体素子２４ａと放熱膜２６との間の距離が大きくなってしまう。そこで、半導体素子２４ａの上方において、樹脂部２５と放熱膜２６との間に金属板８１を挿入されており、金属板８１の上面にも放熱膜２６が形成されている。これにより、たとえ発熱する部品よりも背が高い部品があっても、良好に放熱できる。なお、本実施の形態において、金属板８１は熱伝導率の良好な銅板を用いているので、放熱性が良いモジュール２１が実現できる。

ここで、金属板８１においてチップ部品２４ｂに対応する位置には、チップ部品２４ｂの外形より大きく、チップ部品２４ｂが収まる大きさの孔８２が形成されている。これにより、チップ部品２４ｂの上部には金属板８１が形成されないので、モジュール２１の厚みを薄くできる。また、半導体素子２４ａと金属板８１との間の距離３４ａも小さくできるので、非常に放熱性の高いモジュール２１を得ることができる。なお、本実施の形態では、半導体素子２４ａと金属板８１との間の距離３４ａを０．０７ｍｍとしている。

この例のモジュール２１の製造方法は、軟化工程７１において、樹脂槽６３へ樹脂２５ａを投入する前に、金属板８１を樹脂槽６３の底部６３ａへ配置することで容易に実現できる。したがって、複雑な工程が不要であり、容易に放熱性の高いモジュール２１を実現できる。そしてこの方法の場合、金属板８１の上面と樹脂部２５の上面とは同一平面（フラット）であり、金属板８１の表面が樹脂部２５の上面から露出するように、樹脂部２５に埋設されることとなる。

ここで、金属板８１を樹脂槽６３へ搭載する場合、金属板８１同士を連結しておく。そして、金属板８１には位置決め孔を設け、底部６３ａにはこの位置決め孔に嵌合される突起を設けておく。これにより、金属板８１を規定の位置に精度良く位置決めできる。なお、金属板８１の底部６３ａ側（放熱膜２６と接触する側）にはフィルムを貼り付けておくと良い。これにより金属板８１の放熱膜２６形成面に樹脂２５ａが付着しにくくできる。したがって、金属板８１上に放熱膜２６を確実に形成できるので、放熱性が良好である。また、金属板８１に貼るフィルムで、孔８２を塞ぐようにしておくと良い。これにより圧縮流入工程７３において、樹脂２５ａが金属板８１のみならずフィルムが、底部６３ａ側へと押し付けられることとなるので、さらに樹脂２５ａが金属板８１の下（金属板８１と底部６３ａとの間）に回り込みにくくできる。したがって、金属板８１の表面に樹脂２５ａの付着を防止でき、さらに放熱性を高くできる。また、これにより樹脂槽６３からの抜け性が良いモジュール２１の製造方法を実現できる。

さらに、金属板８１同士の連結が切断された箇所では、樹脂部２５の側面に金属板８１の露出部が形成され、この露出部においても金属板８１と放熱膜２６とが接続される。したがって、さらに放熱しやすくできる。ここで、金属板８１同士の連結の幅は細い方が望ましい。これにより、分割工程５３において切断歯の磨耗を少なくできる。ただしさらに放熱性を高くしたい場合には、金属板８１同士の連結部の幅を太くする。これにより、樹脂部２５側面における金属板８１の露出部の面積を大きくでき、さらに放熱性を高くできる。

図１３は、本実施の形態における第５の例のモジュールの断面図である。図１３において、図１や図１１、図１２と同じものには、同じ符号を用い、その説明は簡略化している。本例における半導体素子２４ａは、基板２２に対してワイヤーボンディングによって接続されている。本例において半導体素子２４ａと基板２２との間の接続は、金ワイヤー８５によって接続される。樹脂部形成工程５２の熱でもワイヤーは溶融することがなく、また樹脂部形成工程５２において金ワイヤーへかかるストレスも小さくできるので、半導体素子２４ａと基板２２との間の接続信頼性の高いモジュール２１を得ることができる。

ここで、本例におけるモジュール２１には、第４の例と同じく、金属板８１を設けてある。ただしワイヤーボンディンングによる接続の場合、金ワイヤー８５が半導体素子２４ａの上面より突出するので、半導体素子２４ａと放熱膜２６との間の距離を小さくできない。そこで、第４の例と同様に、半導体素子２４ａの上方に金属板８１を配置し、この金属板８１には金ワイヤー８５に対応する位置にも孔８２を設けておく。これにより半導体素子２４ａ上面と金属板８１との間の距離を小さくしても金ワイヤー８５と金属板８１との短絡を防止できる。そしてこの半導体素子２４ａ上面と金属板８１との間の樹脂２５ａは、浸漬工程７２において形成されるので、半導体素子２４ａ上面と金属板８１との間の隙間が狭くても確実に半導体素子２４ａ上面と金属板８１との間に樹脂部２５が形成できる。したがって半導体素子２４ａ上面と金属板８１との間の距離を小さくすることができ、さらに放熱性が高いモジュール２１を実現できる。

（実施の形態２）
図１４は、本実施の形態におけるモジュール１０１の断面図である。なお、図１４において、図１、図１１、図１２、図１３と同じものには同じ符号を用いており、その説明は簡略化している。実施の形態１では基板２２上に半導体素子２４ａが実装されたが、本実施の形態ではリードフレーム３１（基体の一例として用いた）上に直接半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂを実装している。なお、半導体素子２４ａとリードフレーム３１との間は、金ワイヤー８５によるワイヤーボンディングによって接続されている。一方、チップ部品２４ｂは、リードフレーム３１に対しはんだ（図示せず）によって装着される。

ここで、半導体素子２４ａのグランドは、リードフレーム端子３１ａへ接続され、半導体素子２４ａの信号端子とチップ部品２４ｂの一方は、リードフレーム端子３１ｃへと接続される。そして、チップ部品２４ｂの他方の端子は、リードフレーム端子３１ｂへと接続される。そして、リードフレーム３１の上側には樹脂部２５が形成される。この樹脂部２５内には、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂが埋設され、この樹脂部２５の表面には放熱膜２６が形成される。

本実施の形態では、基板２２がないため、放熱膜２６とリードフレーム端子３１ａとの間を接続するグランドパターン２７が存在しない。そこで、リードフレーム端子３１ｂの端部は、樹脂部２５の側面より露出し、放熱膜２６と接続されている。これにより、半導体素子２４ａで生じた熱は、直接リードフレーム端子３１ａへ伝達される。したがって放熱性が非常に高いモジュール１０１を実現できる。また、リードフレーム端子３１ａと放熱膜２６とが接続されているので、さらに放熱性が高くなる。それに加えて、半導体素子２４ａで生じた熱は、樹脂部２５を介して樹脂部２５の表面に形成された金属製の放熱膜２６からも放熱できるので、さらに放熱性の良好なモジュール１０１を得ることができる。一方リードフレーム端子３１ｂは信号端子であるので、リードフレーム端子３１ｂが放熱膜２６と短絡しないようにしている。これは、放熱膜形成工程５４においてリードフレーム端子３１ｂをマスキングして不形成部３３を設けることにより行われる。

そしてこのようなモジュール１０１は、実施の形態１と同じ製造工程で製造される。ただし実装工程５１において、基板実装工程５１ａや切断工程５１ｂは不要となり、リードフレーム装着工程５１ｃにおいて、複数のリードフレーム３１が連結された状態で、半導体素子２４ａやチップ部品２４ｂが直接リードフレーム３１へと装着される。

なお、本実施の形態の半導体素子２４ａは、第５の例のモジュール２１と同じく、ワイヤーボンディングによって接続される。したがって、本実施の形態では、第５の例におけるモジュール２１と同じく、樹脂部２５と放熱膜２６との間には、金属板８１が挿入されている。ここで、金属板８１には、金ワイヤー８５に対応する位置に孔８２が形成されている。これにより、実施の形態１の第５の例におけるモジュール２１と同じく、半導体素子２４ａと金属板８１との間の距離を小さくでき、さらに放熱性の高いモジュール１０１を実現できる。

図１５は、本実施の形態における他の例のモジュールの断面図である。図１５において、図１、図１１、図１２、図１３、図１４と同じものには同じ符号を用いており、その説明は簡略化している。本例は、本実施の形態における第１のモジュール１０１に対し、チップ部品２４ｂが基板２２上に装着されている点が異なる。本実施の形態においては、実施の形態１において基板２２へフェイスダウンでフリップチップ実装された半導体素子２４ａに代えて、ワイヤーボンディングで接続するタイプの半導体素子２４ａを用い、その半導体素子２４ａをリードフレーム端子３１ａへ直接接続したものである。もちろんチップ部品などをリードフレーム３１へ直接装着しても構わない。

この場合、基板２２が存在することにより、厚みが厚くなる。これにより、半導体素子２４ａと放熱膜２６との間の距離が大きくなってしまう。そこで、本実施の形態における第１の例や、実施の形態１おける第３から第５の例のように、やはり金属板８１が装着されている。これにより、本実施の形態における第１の例におけるモジュール１０１と同じく、さらに放熱性の良いモジュールを得ることができる。

なお第２の例におけるモジュール１０１は、リードフレーム装着工程５１ｃにおいて、リードフレーム３１に半導体素子２４ａと基板２２とが装着されることにより製造される。

本発明はモジュール放熱性が高いという効果を有し、電源回路などに用いるモジュール等に有用である。

２２ 基板
２４ａ 半導体素子
２５ 樹脂部
２６ 放熱膜
８１ 金属板

Claims (10)

1. 基体と、この基体上に装着された発熱体と、この発熱体が埋設されるとともに、前記基体の少なくとも上面に形成された樹脂部と、少なくともこの樹脂部の上面に形成された放熱膜とを備え、前記発熱体の上方において前記樹脂部と前記放熱膜との間には金属板が挿入されたモジュール。
2. 基体と、この基体上に装着された発熱体と、この発熱体が埋設されるとともに、前記基体の少なくとも上面に形成された樹脂部と、この樹脂部の側面を覆う放熱膜とを備え、前記樹脂部の上面には金属板が設けられ、前記金属板と前記放熱膜とが接続されたモジュール。
3. 前記金属板は、前記金属板の表面が前記樹脂部の上面から露出するように、前記樹脂部に埋設され、金属板の上面と樹脂部の上面とは同一平面とした１または２に記載のモジュール。
4. 発熱体と基体との間は、ワイヤーボンディングによって接続され、金属板において前記ワイヤーに対応する位置には、孔が設けられた請求項３に記載のモジュール。
5. モジュールの下面には親基板へ装着するための装着用端子が設けられ、この装着用端子と放熱膜とが接続された請求項４に記載のモジュール。
6. 基体の上面に前記発熱体を装着し、その後で前記基体の少なくとも上面に、前記基体上に装着された発熱体が埋設される樹脂部を形成し、その後で前記樹脂部の上面もしくは側面のうちの少なくともいずれか一方に放熱膜を形成するモジュールの製造方法において、樹脂槽の底へ金属板を載置し、その後で前記金属板上に非流動状態の樹脂を投入し、その後に樹脂槽内で前記樹脂を流動可能となるまで軟化させ、その後で前記樹脂槽の上方に設けられた基体搭載部に前記発熱体が下方を向く方向で載置された状態で、前記基体の下面を前記樹脂の液面へ接触させ、その後で前記樹脂部が規定の寸法となるように前記樹脂を圧縮し、その後で前記樹脂を硬化して前記基体上に前記樹脂部を形成するモジュールの製造方法。
7. 前記樹脂には第１の温度範囲内では流動性を有せず、この第１の温度より高い第２の温度範囲内では流動性を生じ、この第２の温度より高い温度で硬化する熱硬化性樹脂を用いるとともに、発熱体と基体との間の接続には前記第２の温度範囲よりも高い融点の材料を用い、前記発熱体を前記軟化した樹脂へ浸漬する工程における前記樹脂の温度は前記第２の温度範囲内とした請求項６に記載のモジュールの製造方法。
8. 前記樹脂を硬化する工程では、前記樹脂に圧力を印加しつつ前記樹脂が前記第２の温度範囲を超える温度にまで加熱する請求項７に記載のモジュールの製造方法。
9. 発熱体を実装する工程において、前記発熱体と基体との間はワイヤーボンディングによって接続され、金属板を載置する工程の前では、前記金属板における前記ワイヤーボンディングのワイヤーに対応する位置に孔が加工され、前記金属板を載置する工程において前記金属板は、前記孔と前記ワイヤーとが対向するように搭載される請求項８に記載のモジュールの製造方法。
10. モジュールの下面には親基板へ装着するための装着用端子が形成され、前記装着用端子と前記放熱膜とが接続され、前記放熱膜を形成する工程では、前記装着用端子と前記放熱膜とが接続される請求項９に記載のモジュールの製造方法。

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