JP2015138843A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒートシンクにおける発熱素子と反対の放熱面が、封止樹脂体の切削により封止樹脂体から露出されてなる半導体装置において、切削加工時の反りや傾きを抑制すること。【解決手段】半導体装置(10)は、発熱素子(11)と、発熱素子を封止する封止樹脂体(12)と、発熱素子の一面(11a)側に配置され、発熱素子と熱的に接続される第1ヒートシンク(14)を備える。封止樹脂体の側面(12c)は、封止樹脂体を成形する型の抜き勾配に応じたテーパ部を有する。また、側面は、型(100)の合わせ部(104)に対応する頂点部(20)と第1樹脂面(12a)との間に、テーパ部として、第1樹脂面に連結された第1テーパ部(30)を有するとともに、封止樹脂体の切削により第1放熱面(14a)を露出させる際に厚み方向に押圧するために、第1テーパ部に連結されて、第1放熱面に平行とされた第1平坦部(31)を有する。【選択図】図2
Description
本発明は、発熱素子が封止樹脂体によって封止され、発熱素子と熱的に接続されたヒートシンクのうち、発熱素子と反対の放熱面が、封止樹脂体の切削により封止樹脂体から露出されてなる半導体装置及びその製造方法に関する。
従来、特許文献1に記載のように、発熱素子が封止樹脂体によって封止され、発熱素子と熱的に接続されたヒートシンクのうち、発熱素子と反対の放熱面が、封止樹脂体の切削により封止樹脂体から露出されてなる半導体装置が知られている。
ところで、封止樹脂体は、第1面及び該第1面と反対の第2面と、放熱面に直交する厚み方向において第1面と第2面を繋ぐ側面と、を有している。また、側面は、型の抜き勾配に応じたテーパ部を有している。従来の半導体装置では、封止樹脂体を成形する型の合わせ部に対応する頂点部(パーティングライン)と第1面との間、頂点部と第2面との間がそれぞれテーパ部となっている。
このため、放熱面を露出させるための封止樹脂体の切削は、側面の頂点部を左右両側からクランプした状態で、フライスなどの刃具を用いてなされる。このように左右両側から押圧するため、封止樹脂体の厚みが薄くなるほど、半導体装置に反りが生じやすい。また、頂点部をクランプする、すなわち線接触であるため、押圧が不安定となりやすく、これによっても、封止樹脂体の厚みが薄くなるほど半導体装置に反りや傾きが生じやすい。このように半導体装置に反りや傾きが生じると、所望の切削を行なうことができなくなる。
本発明は上記問題点に鑑み、ヒートシンクにおける発熱素子と反対の放熱面が、封止樹脂体の切削により封止樹脂体から露出されてなる半導体装置において、切削加工時の反りや傾きを抑制することを目的とする。
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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ものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
開示された発明のひとつは、一面(11a)及び該一面と反対の裏面(11b)を有する発熱素子(11)と、発熱素子を封止する封止樹脂体(12)と、発熱素子の一面側に配置され、発熱素子と熱的に接続される第1ヒートシンク(14)と、を備え、第1ヒートシンクは、封止樹脂体の切削により、発熱素子と反対の第1放熱面(14a)が封止樹脂体から露出され、封止樹脂体のうち、第1放熱面を取り囲み、第1放熱面と面一とされる第1樹脂面(12a)と、第1樹脂面と反対の第2樹脂面(12b)とを、第1放熱面に直交する厚み方向において繋ぐ側面(12c)が、封止樹脂体を成形する型の抜き勾配に応じたテーパ部を有する半導体装置であって、側面は、型(100)の合わせ部(104)に対応する頂点部(20)と第1樹脂面との間に、テーパ部として、第1樹脂面に連結された第1テーパ部(30)を有するとともに、封止樹脂体の切削により第1放熱面を露出させる際に厚み方向に押圧するために、第1テーパ部に連結されて、第1放熱面に平行とされた第1平坦部(31)を有することを特徴とする。
これによれば、第1平坦部(31)を厚み方向に押圧した状態で、封止樹脂体(12)を切削することができる。したがって、封止樹脂体(12)の切削時において、半導体装置に反りや傾きが生じるのを抑制することができる。
開示された他の発明のひとつは、発熱素子(11)の裏面(11b)側に配置され、発熱素子と熱的に接続される第2ヒートシンク(15)を備え、第2ヒートシンクにおける発熱素子と反対の第2放熱面(15a)が、封止樹脂体から露出されていることを特徴とする。
これによれば、発熱素子(11)の両面側に放熱することができる。したがって、放熱性を向上することができる。
開示された他の発明のひとつは、第2放熱面(15a)は、封止樹脂体(12)の切削により、封止樹脂体から露出され、第2樹脂面(12b)は、第2放熱面を取り囲むとともに、第2放熱面と面一とされ、側面(12c)は、頂点部と第2樹脂面との間に、テーパ部として、第2樹脂面に連結された第2テーパ部(40)を有するとともに、封止樹脂体の切削により第2放熱面を露出させる際に厚み方向に押圧するために、第2テーパ部に連結されて、第2放熱面に平行とされた第2平坦部(41)を有することを特徴とする。
これによれば、第2平坦部(41)を厚み方向に押圧した状態で、封止樹脂体(12)を切削することができる。したがって、封止樹脂体(12)の両面を切削する場合にも、半導体装置に反りや傾きが生じるのを抑制することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。また、第1放熱面の直交する方向、換言すれば封止樹脂体の厚み方向をZ方向、Z方向に直交し、端子部及び制御端子の延設方向をY方向と示す。また、Z方向及びY方向の両方向に直交する方向をX方向と示す。また、特に断わりのない限り、上記したX方向及びY方向により規定されるXY面に沿う形状を、平面形状とする。
(第1実施形態)
先ず、半導体装置の概略構成について説明する。この半導体装置は、所謂1in1パッケージであり、例えば車両のインバータ回路に組み入れられ、負荷をPWM制御するための装置として適用される。
先ず、半導体装置の概略構成について説明する。この半導体装置は、所謂1in1パッケージであり、例えば車両のインバータ回路に組み入れられ、負荷をPWM制御するための装置として適用される。
図1及び図2に示すように、半導体装置10は、発熱素子11と、封止樹脂体12と、ターミナル13と、第1ヒートシンク14と、第2ヒートシンク15と、を備えている。
発熱素子11は、同一の半導体チップに、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)と転流ダイオード(FWD)が形成されてなる。この発熱素子11は、Z方向に電流が流れるように所謂縦型構造をなしており、Z方向両面に電極を有している。発熱素子11は、第1ヒートシンク14側の一面11a側に、アノード電極を兼ねるエミッタ電極とゲート電極を有し、一面11aと反対の裏面11b側に、カソード電極を兼ねるコレクタ電極を有している。また、発熱素子11の平面形状は、略矩形状とされている。
封止樹脂体12は、発熱素子11を封止している。封止樹脂体12は、金型内に樹脂を注入し、成形してなるものであり、平面略矩形状をなしている。樹脂としては、例えばエポキシ系樹脂を採用することができる。この封止樹脂体12は、その表面として、後述する第1放熱面14aと面一とされる第1樹脂面12aと、該第1樹脂面12aと反対の第2樹脂面12bと、Z方向において、第1樹脂面12aと第2樹脂面12bを繋ぐ側面12cと、を有している。
発熱素子11のエミッタ電極には、はんだ16を介して、ターミナル13が、電気的、熱的、且つ機械的に接続されている。ターミナル13は、第1ヒートシンク14と発熱素子11との熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。例えば、銅やモリブデンなどの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料からなる。
また、発熱素子11の一面11aには、エミッタ電極の形成領域を除く外周領域の一部に、図示しない制御用パッドが形成されている。この制御用パッドには、図示しないボンディングワイヤを介して、制御端子17が電気的に接続されている。制御端子17は、図1に示すように、Y方向に延設されている。そして、その一部が封止樹脂体12の側面12cのひとつから外部に突出している。このように、制御端子17は、外部機器との電気的な接続が可能となっている。
ターミナル13における発熱素子11と反対の面には、はんだ18を介して、第1ヒートシンク14が電気的、熱的、且つ機械的に接続されている。この第1ヒートシンク14は、発熱素子11の生じた熱を半導体装置10の外部に放熱する機能を果たす。
このような第1ヒートシンク14は、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。例えば、銅、銅合金、アルミ合金などの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料からなる。また、第1ヒートシンク14の表面のうち、ターミナル13との対向面であってはんだ18が配置されない領域と、側面とは、封止樹脂体12により被覆されている。一方、対向面と反対の面は、封止樹脂体12の第1樹脂面12aから露出された第1放熱面14aとなっている。この第1放熱面14aは、封止樹脂体12の切削により、封止樹脂体12から露出されるとともに第1樹脂面12aと面一となっている。
また、第1ヒートシンク14は、発熱素子11のエミッタ端子をなす端子部14bを有している。端子部14bは、図1に示すように、Y方向に延設されている。そして、その一部が、封止樹脂体12の側面12cのうち、制御端子17が突出する面と反対の面から外部に突出している。このように、端子部14bは、外部機器との電気的な接続が可能となっている。
一方、発熱素子11のコレクタ電極には、はんだ19を介して、第2ヒートシンク15と電気的、熱的、且つ機械的に接続されている。第2ヒートシンク15は、第1ヒートシンク14同様、発熱素子11の生じた熱を半導体装置10の外部に放熱する機能を果たす。また、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。例えば、銅、銅合金、アルミ合金などの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料からなる。第2ヒートシンク15の表面のうち、発熱素子11との対向面であってはんだ19が配置されない領域と、側面とは、封止樹脂体12により被覆されている。一方、対向面と反対の面は、封止樹脂体12の第2樹脂面12bから露出された第2放熱面15aとなっている。この第2放熱面15aは、封止樹脂体12の切削により、封止樹脂体12から露出されるとともに第2樹脂面12bと面一となっている。
また、第2ヒートシンク15は、発熱素子11のコレクタ端子をなす端子部15bを有している。端子部15bは、図1に示すように、Y方向に延設されている。そして、その一部が、封止樹脂体12の側面12cのうち、端子部14bと同じ面から外部に突出している。このように、端子部15bは、外部機器との電気的な接続が可能となっている。
次に、封止樹脂体12の側面12cの構造について、詳細に説明する。
封止樹脂体12の側面12cは、封止樹脂体12を成形する際に用いる型100の抜き勾配に応じたテーパ部を有している。側面12cのうち、封止樹脂体12を成形する際に用いる型100の合わせ部104に対応する頂点部20(所謂パーティングライン)が、Z方向に直交する方向において、発熱素子11から最も離れた位置となっている。また、側面12cは、頂点部20を境に、第1樹脂面12a側の第1側面部21と、第2樹脂面12b側の第2側面部22と、に分かれている。
第1側面部21は、第1テーパ部30と、第1平坦部31と、第5テーパ部32と、を有している。第1テーパ部30は、第1樹脂面12aに連結されており、第1樹脂面12aからZ方向において離れるほど、Z方向に直交する方向において発熱素子11から遠ざかるように設けられている。
第1平坦部31は、封止樹脂体12の切削により第1放熱面14aを露出させる際、封止樹脂体12をZ方向に押圧するために、第1テーパ部30に連結されるとともに、第1放熱面14aに略平行とされている。すなわち、第1平坦部31は、Z方向において、第1樹脂面12aよりも頂点部20に近い位置に設けられている。本実施形態では、第1テーパ部30との連結端と反対の端部に、第5テーパ部32が連結されている。
第5テーパ部32は、頂点部20に連結されており、第1樹脂面12aからZ方向において離れるほど、Z方向に直交する方向において発熱素子11から遠ざかるように設けられている。本実施形態では、上記したように、頂点部20と反対の端部が、第1平坦部31に連結されている。
一方、第2側面部22は、第2テーパ部40と、第2平坦部41と、第3テーパ部42と、を有している。第2テーパ部40は、第2樹脂面12bに連結されており、第2樹脂面12bからZ方向において離れるほど、Z方向に直交する方向において発熱素子11から遠ざかるように設けられている。
第2平坦部41は、封止樹脂体12の切削により第2放熱面15aを露出させる際、封止樹脂体12をZ方向に押圧するために、第2テーパ部40に連結されるとともに、第2放熱面15aに略平行とされている。すなわち、第2平坦部41は、Z方向において、第2樹脂面12bよりも頂点部20に近い位置に設けられている。第2放熱面15aは第1放熱面14aと略平行とされるから、第2平坦部41は、第1平坦部31とも略平行とされている。本実施形態では、第2テーパ部40との連結端と反対の端部に、第3テーパ部42が連結されている。
第3テーパ部42は、頂点部20に連結されており、第2樹脂面12bからZ方向において離れるほど、Z方向に直交する方向において発熱素子11から遠ざかるように設けられている。本実施形態では、上記したように、頂点部20と反対の端部が、第2平坦部41に連結されている。
このように、第1側面部21には、第1樹脂面12a側から、第1テーパ部30、第1平坦部31、第5テーパ部32の順に設けられている。第2側面部22には、頂点部20側から、第3テーパ部42、第2平坦部41、第2テーパ部40の順に設けられている。すなわち、側面12cには、Z方向において第1樹脂面12aから、第1テーパ部30、第1平坦部31、第5テーパ部32、頂点部20、第3テーパ部42、第2平坦部41、第2テーパ部40の順に設けられている。
本実施形態では、第1テーパ部30、第1平坦部31、第5テーパ部32、頂点部20、第3テーパ部42、第2平坦部41、及び第2テーパ部40が、図1に示すように、平面矩形状をなす封止樹脂体12のうち、矩形の相対する2辺のみに設けられている。詳しくは、端子部14b,15b及び制御端子17が突出する側面12cではなく、残りの側面12c、すなわちX方向において相対する2辺のみに設けられている。Y方向において相対する2辺の側面12cは、従来同様、第1側面部21全体がテーパ部とされ、第2側面部22全体がテーパ部とされている。
次に、図3〜図6に基づき、上記した半導体装置10の製造方法について説明する。
先ず、接続工程を実施する。この接続工程では、図3に示すように、発熱素子11、ターミナル13、第1ヒートシンク14、及び第2ヒートシンク15を一体的に接続して、接続体23を形成する。
具体的には、発熱素子11、予め両面にはんだ16,18が迎えはんだとして配置されたターミナル13、第2ヒートシンク15を準備する。そして、第2ヒートシンク15上に、はんだ19(例えばはんだ箔)、発熱素子11、ターミナル13を積層配置する。このとき、裏面11bが第2ヒートシンク15側となるように発熱素子11を配置し、はんだ16が発熱素子11側となるようにターミナル13を配置する。はんだ18は、半導体装置10における高さの公差ばらつきを吸収するために、余裕をもって多めに配置される。
そして、この積層状態で、はんだ16,18,19をリフロー(1stリフロー)させることにより、発熱素子11と第2ヒートシンク15とをはんだ19を介して接続し、発熱素子11とターミナル13とをはんだ16を介して接続する。はんだ18については、接続対象である第1ヒートシンク14がまだ無いので、表面張力により、盛り上がった形状となる。
次いで、制御端子17と発熱素子11の制御用パッドとを、ボンディングワイヤにより接続する。そして、1stリフローにより一体化した積層体を、第1ヒートシンク14に対してターミナル13が下となるように、第1ヒートシンク14上に配置する。
次いで、第1ヒートシンク14を下にしてはんだ18のリフロー(2ndリフロー)を行うとともに、積層体に荷重を加えて、半導体装置10の高さが所定の高さとなるようにする。このとき、多めのはんだ18をターミナル13と第1ヒートシンク14の間に供給しているため、ターミナル13と第1ヒートシンク14との間のはんだ18は不足せず、確実な接続を行うことができる。
次に、封止樹脂体12による封止工程を実施する。この封止工程では、先に形成した接続体23を、図4に示す型100に配置する。型100は、Z方向に分割可能に構成されており、上型101と下型102を有し、上型101と下型102を型締めした状態で形成されるキャビティ103内に、接続体23を配置する。そして、接続体23が配置された状態で、キャビティ103内に樹脂を注入し、封止樹脂体12を形成する。本実施形態では、エポキシ樹脂を用いたトランスファーモールド法により、封止樹脂体12を形成する。なお、図4において、符号104は、上型101と下型102の合わせ部である。この合わせ部104に対応する部分が、上記した頂点部20となる。
なお、第1ヒートシンク14及び第2ヒートシンク15の両方をキャビティ103の壁面に接触させると、各ヒートシンク14,15に対して、樹脂の圧力が発熱素子11から遠ざかる方向に作用し、はんだ16,18,19や発熱素子11がダメージを受ける虞がある。そこで、本実施形態では、第2ヒートシンク15のみをキャビティ103の壁面に接触させる。したがって、第1ヒートシンク14の放熱面14aは、封止工程の終了時点で、封止樹脂体12により覆われる。
次に、接続体23を封止樹脂体12にて封止してなるモールド部品に対し、封止樹脂体12を切削する切削工程を実施する。本実施形態では、第1樹脂面12aを切削する第1切削工程と、第2樹脂面12bを切削する第2切削工程を備えている。第1切削工程と第2切削工程は、いずれを先に実施しても良い。本実施形態では、第1切削工程を先に実施する。
第1切削工程では、第1樹脂面12aを切削して、第1ヒートシンク14の第1放熱面14aを封止樹脂体12から露出させる。本実施形態では、第1ヒートシンク14ごと封止樹脂体12を切削する。具体的には、図5に示すように、平坦な台座105上に、第2樹脂面12b側を下にして、モールド部品を載置する。そして、側面12cの第1平坦部31に押圧治具106を接触させ、Z方向において、封止樹脂体12(モールド部品)を台座105側に押しつける。この押圧状態で、刃具107により、封止樹脂体12の第1樹脂面12a側から、第1ヒートシンク14ごと封止樹脂体12を切削する。第1ヒートシンク14はZ方向において一部が切削される。
この切削により、第1ヒートシンクは封止樹脂体12から露出され、第1放熱面14aは、周囲の第1樹脂面12aと略面一となる。
第2切削工程では、第2樹脂面12bを切削して、第2ヒートシンク15の第2放熱面15aを封止樹脂体12から露出させる。本実施形態では、第2ヒートシンク15ごと封止樹脂体12を切削する。具体的には、図6に示すように、台座105上に、第1樹脂面12a側を下にして、モールド部品を載置する。そして、側面12cの第2平坦部41に押圧治具106を接触させ、Z方向において、封止樹脂体12(モールド部品)を台座105側に押しつける。この押圧状態で、刃具107により、封止樹脂体12の第2樹脂面12b側から、第2ヒートシンク15ごと封止樹脂体12を切削する。第2ヒートシンク15はZ方向において一部が切削される。
この切削により、第2ヒートシンクは封止樹脂体12から露出され、第2放熱面15aは、周囲の第2樹脂面12bと略面一となる。また、本実施形態では、両面12a,12bを切削するとともに、各ヒートシンク14,15も切削するため、放熱面14a,15a同士の平行度を確保することができる。
そして、切削工程後、図示しないリードフレームのタイバーなどを除去することで、半導体装置10を得ることができる。なお、不要部分の除去は、切削工程の前に実施することもできる。
次に、本実施形態に係る半導体装置10及びその製造方法の効果について説明する。
本実施形態では、封止樹脂体12の側面12cが、第1樹脂面12aに連結された第1テーパ部30だけでなく、第1テーパ部30に連結されて第1放熱面14aに略平行とされた第1平坦部31を有している。この第1平坦部31は、封止樹脂体12の成形時に形成される。したがって、押圧治具106にて第1平坦部31をZ方向に押圧した状態で、第1樹脂面12a側から封止樹脂体12を切削し、第1放熱面14aを封止樹脂体12から露出させることができる。特に本実施形態では、上記したように押圧した状態で、第1ヒートシンク14ごと封止樹脂体12を切削することができる。
したがって、例えばX方向両側から封止樹脂体12をクランプするときのように半導体装置10(モールド部品)が反ったり傾く、といった問題が生じるのを抑制することができる。これにより、切削量のばらつきを抑制することができる。また、第1放熱面14aの平面度、さらには放熱面14a,15a同士の平行度を確保することができる。
また、本実施形態では、側面12cが、第2樹脂面12bに連結された第2テーパ部40だけでなく、第2テーパ部40に連結されて第2放熱面15aに略平行とされた第2平坦部41を有している。この第2平坦部41は、封止樹脂体12の成形時に形成される。したがって、押圧治具106にて第2平坦部41をZ方向に押圧した状態で、第2樹脂面12b側から封止樹脂体12を切削し、第2放熱面15aを封止樹脂体12から露出させることができる。特に本実施形態では、上記したように押圧した状態で、第2ヒートシンク15ごと封止樹脂体12を切削することができる。
したがって、切削時に、半導体装置10(モールド部品)が反ったり傾く、といった問題が生じるのを抑制することができる。これにより、切削量のばらつきを抑制することができる。また、第2放熱面15aの平面度、さらには放熱面14a,15a同士の平行度を確保することができる。
なお、本実施形態では、両放熱面14a,15aを封止樹脂体12から露出させるため、発熱素子11の熱を両面側において封止樹脂体12の外側に逃がすことができる。このように、両面放熱構造を採用することで、放熱性を向上することができる。
また、本実施形態では、第1側面部21が、頂点部20に連結された第5テーパ部32を有しており、第5テーパ部32の他端に第1平坦部31が連結されている。第1平坦部31は、第1樹脂面12aよりも頂点部20に近い位置とされている。同じく、第2側面部22が、頂点部20に連結された第3テーパ部42を有しており、第3テーパ部42の他端に第2平坦部41が連結されている。第2平坦部41は、第2樹脂面12bよりも頂点部20に近い位置とされている。したがって、封止樹脂体12を切削する際に、刃具107の邪魔にならないように、押圧治具106にて平坦部31,41を押圧することができる。
また、本実施形態では、第1平坦部31が、Z方向に直交する方向において外側に開口している。同じく、第2平坦部41が、Z方向に直交する方向において外側に開口している。したがって、封止樹脂体12の構造を簡素であり、成形しやすい。さらには、押圧治具106としても簡素なものを採用することができる。
(第2実施形態)
本実施形態において、上記実施形態に示した半導体装置10及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。
本実施形態において、上記実施形態に示した半導体装置10及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。
本実施形態では、図7に示すように、第2側面部22が、テーパ部として、第2平坦部41における第2テーパ部40との連結端と反対の端部に連結された第4テーパ部43を有している。この第4テーパ部43は、X方向において発熱素子11から離れるほど、Z方向において頂点部20から離れる傾斜となっている。そして、第2テーパ部40、第2平坦部41、及び第4テーパ部43により、第2平坦部41を底とする第1凹部44が形成されている。
また、第1側面部21が、テーパ部として、第1平坦部31における第1テーパ部30との連結端と反対の端部に連結された第6テーパ部33を有している。この第6テーパ部33は、X方向において発熱素子11から離れるほど、Z方向において頂点部20から離れる傾斜となっている。そして、第1テーパ部30、第1平坦部31、及び第6テーパ部33により、第1平坦部31を底とする第2凹部34が形成されている。それ以外の構成は、第1実施形態に示した半導体装置10と同じである。
このように、側面12cには、Z方向において第1樹脂面12aから、第1テーパ部30、第1平坦部31、第6テーパ部33、第5テーパ部32、頂点部20、第3テーパ部42、第4テーパ部43、第2平坦部41、第2テーパ部40の順に設けられている。
次に、図8に基づき、上記した半導体装置10の製造方法について説明する。封止工程までは、第1実施形態と同じである。本実施形態においても、切削工程として、第1切削工程と第2切削工程とを備える。
第1切削工程では、図8に示すように、平坦な台座105上に、第2樹脂面12b側を下にして、モールド部品を載置する。そして、側面12cの第1平坦部31に押圧治具106を接触させ、Z方向において、封止樹脂体12(モールド部品)を台座105側に押しつける。本実施形態では、XY面に沿う断面形状が略L字の押圧治具106を用いる。そして、押圧治具106を、第1平坦部31に接触させるとともに、X方向における両側で、第6テーパ部33にも接触させる。
この押圧状態で、刃具107により、封止樹脂体12の第1樹脂面12a側から、第1ヒートシンク14ごと封止樹脂体12を切削する。第1ヒートシンク14はZ方向において一部が切削される。なお、第2切削工程についても、第1切削工程同様の切削を行なう。すなわち、略L字の押圧治具106を用い、押圧治具106を、第2平坦部41に接触させるとともに、X方向における両側で、第4テーパ部43にも接触させる。
次に、本実施形態に係る半導体装置10及びその製造方法の効果について説明する。
本実施形態によれば、第1実施形態同様、切削時に、半導体装置10(モールド部品)が反ったり傾く、といった問題が生じるのを抑制することができる。
また、押圧治具106を平坦部31,41よりもX方向外側に位置するテーパ部33,43に接触させた状態で、切削を行なう。このように、テーパ部33,43に接触させることで、封止樹脂体12(モールド部品)に対する押圧治具106の接触位置を一定とすることができる。これにより、封止樹脂体12(モールド部品)が押圧治具106から受ける力がXY面内において一定となる。したがって、切削量のばらつきを、より効果的に抑制することができる。また、放熱面14a,15aの平面度、さらには放熱面14a,15a同士の平行度を向上することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
本実施形態では、半導体装置10として、発熱素子11を1つのみ有する1in1パッケージの例を示した。しかしながら、上下アームを1組有する2in1パッケージや、三相分の上下アームを有する6in1パッケージにも適用することができる。
本実施形態では、IGBTとFWDが同一チップ化されたRC−IGBTの例を示したが、IGBTとFWDを別チップとする構成にも適用することができる。なお、IGBTに代えて、MOSFETを採用することもできる。
本実施形態では、平坦部31,41などが、平面矩形状をなす封止樹脂体12のうち、X方向において相対する2辺のみに設ける例を示した。しかしながら、Y方向において相対する2辺のみに設けても良い。少なくとも相対する部分に設けることで、切削時に封止樹脂体12(モールド部品)を安定して保持することができる。より好ましくは、図9に示す第1変形例のように、平面矩形状をなす封止樹脂体12の4辺に平坦部31,41を設けると良い。図9では、発熱素子11を取り囲むように、全周にわたって平坦部31,41が設けられている。
なお、平坦部31,41は各辺において一部に設けられても良い。図10に示す第2変形例では、相対する2辺において、各辺の一部のみに平坦部31,41が設けられている。なお、図示は省略するが、4辺すべてにおいて、各辺の一部のみに平坦部31,41が設けられた構成としても良い。
第1実施形態では、側面12cが、第1テーパ部30、第1平坦部31、第5テーパ部32、頂点部20、第3テーパ部42、第2平坦部41、第2テーパ部40を有する例を示した。また、第2実施形態では、側面12cが、第1テーパ部30、第1平坦部31、第6テーパ部33、第5テーパ部32、頂点部20、第3テーパ部42、第4テーパ部43、第2平坦部41、第2テーパ部40を有する例を示した。しかしながら、第1ヒートシンク14の第1放熱面14aが切削により第1樹脂面12aから露出される構成において、側面12cが、少なくとも第1テーパ部30及び第1平坦部31を有せば良い。
図11及び図12に示す第3変形例では、封止樹脂体12のうち、第1樹脂面12a側のみを切削するため、側面12cのうち、第1側面部21に第1テーパ部30及び第1平坦部31が設けられている。第1平坦部31は、Z方向において頂点部20と同じ位置とされ、頂点部20と連結されている。一方、第2側面部22は、平坦部を有しておらず、全体がテーパ部となっている。これによっても、第1平坦部31を押圧治具106にて押圧した状態で、第1樹脂面12aを切削することができる。なお、第3変形例では、切削せずとも、第2放熱面15aが第2樹脂面12bと略面一となっている。この場合、切削工程として第1切削工程のみを備えることとなる。
図13に示す第4変形例では、第2ヒートシンク15の全体が封止樹脂体12によって被覆されている。それ以外は第3変形例と同じである。このように、第1ヒートシンク14のみが露出される構成にも適用することができる。
図14に示す第5変形例のように、第2ヒートシンク15の第2放熱面15aが切削により第2樹脂面12abから露出される構成において、第2側面部22が、第2テーパ部40及び第2平坦部41のみを有する構成としても良い。これによっても、第2平坦部41を押圧治具106にて押圧した状態で、第2樹脂面12bを切削することができる。
図14では、第1側面部21が、第1テーパ部30、第1平坦部31、第5テーパ部32を有し、第2側面部22が、第2テーパ部40、第2平坦部41を有している。このように、第1側面部21と第2側面部22とで、テーパ部と平坦部が、対応しない形状としても良い。
本実施形態では、発熱素子11と第1ヒートシンク14の間に、ターミナル13を介在させる例を示したが、ターミナル13を有さない構成としても良い。
本実施形態では、ヒートシンク14,15ごと封止樹脂体12を切削する例を示したが、封止樹脂体12のみを切削することで、放熱面14a,15aを露出させる構成にも適用することができる。
10・・・半導体装置、11・・・発熱素子、11a・・・一面、11b・・・裏面、12・・・封止樹脂体、12a・・・第1樹脂面、12b・・・第2樹脂面、12c・・・側面、13・・・ターミナル、14・・・第1ヒートシンク、14a・・・放熱面、14b・・・端子部、15・・・第2ヒートシンク、15a・・・放熱面、15b・・・端子部、16・・・はんだ、17・・・制御端子、18,19・・・はんだ、20・・・頂点部、21・・・第1側面部、22・・・第2側面部、23・・・接続体、30・・・第1テーパ部、31・・・第1平坦部、32・・・第5テーパ部、33・・・第6テーパ部、34・・・第2凹部、40・・・第2テーパ部、41・・・第2平坦部、42・・・第3テーパ部、43・・・第4テーパ部、44・・・第1凹部、100・・・型、101・・・上型、102・・・下型、103・・・キャビティ、104・・・合わせ部、105・・・台座、106・・・押圧治具、107・・・刃具
Claims (11)
- 一面(11a)及び該一面と反対の裏面(11b)を有する発熱素子(11)と、
前記発熱素子を封止する封止樹脂体(12)と、
前記発熱素子の前記一面側に配置され、前記発熱素子と熱的に接続される第1ヒートシンク(14)と、を備え、
前記第1ヒートシンクは、前記封止樹脂体の切削により、前記発熱素子と反対の第1放熱面(14a)が前記封止樹脂体から露出され、
前記封止樹脂体のうち、前記第1放熱面を取り囲み、前記第1放熱面と面一とされる第1樹脂面(12a)と、前記第1樹脂面と反対の第2樹脂面(12b)とを、前記第1放熱面に直交する厚み方向において繋ぐ側面(12c)が、前記封止樹脂体を成形する型の抜き勾配に応じたテーパ部を有する半導体装置であって、
前記側面は、前記型(100)の合わせ部(104)に対応する頂点部(20)と前記第1樹脂面との間に、前記テーパ部として、前記第1樹脂面に連結された第1テーパ部(30)を有するとともに、前記封止樹脂体の切削により前記第1放熱面を露出させる際に前記厚み方向に押圧するために、前記第1テーパ部に連結されて、前記第1放熱面に平行とされた第1平坦部(31)を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記発熱素子(11)の前記裏面(11b)側に配置され、前記発熱素子と熱的に接続される第2ヒートシンク(15)を備え、
前記第2ヒートシンクにおける前記発熱素子と反対の第2放熱面(15a)が、前記封止樹脂体から露出されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2放熱面(15a)は、前記封止樹脂体(12)の切削により、前記封止樹脂体から露出され、
前記第2樹脂面(12b)は、前記第2放熱面を取り囲むとともに、前記第2放熱面と面一とされ、
前記側面(12c)は、前記頂点部と前記第2樹脂面との間に、前記テーパ部として、前記第2樹脂面に連結された第2テーパ部(40)を有するとともに、前記封止樹脂体の切削により前記第2放熱面を露出させる際に前記厚み方向に押圧するために、前記第2テーパ部に連結されて、前記第2放熱面に平行とされた第2平坦部(41)を有することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記側面(12c)は、前記頂点部(20)と前記第2樹脂面(12b)との間に設けられた前記テーパ部として、前記頂点部に連結された第3テーパ部(42)を有することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第2平坦部(41)における前記第2テーパ部(40)との連結端と反対の端部が、前記第3テーパ部(42)に連結されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記側面(12c)は、前記頂点部(20)と前記第2樹脂面(12b)との間に、前記テーパ部として、前記第2平坦部(41)における前記第2テーパ部(40)との連結端と反対の端部に連結された第4テーパ部(43)を有し、
前記第2テーパ部、前記第2平坦部、及び前記第4テーパ部により第1凹部(44)が形成されていることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の半導体装置。 - 前記側面(12c)は、前記頂点部(20)と前記第1樹脂面(12a)との間に設けられた前記テーパ部として、前記頂点部に連結された第5テーパ部(32)を有することを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1平坦部(31)における前記第1テーパ部(30)との連結端と反対の端部が、前記第5テーパ部(32)に連結されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
- 前記側面(12c)は、前記頂点部(20)と前記第1樹脂面(12a)との間に、前記テーパ部として、前記第1平坦部(31)における前記第1テーパ部(30)との連結端と反対の端部に連結された第6テーパ部(33)を有し、
前記第1テーパ部、前記第1平坦部、及び前記第6テーパ部により第2凹部(34)が形成されていることを特徴とする請求項1〜7いずれか1項に記載の半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記発熱素子(11)と前記第1ヒートシンク(14)を、熱的に接続する接続工程と、
前記接続工程後、前記発熱素子を封止するように、前記封止樹脂体(12)を成形する封止工程と、
前記封止工程後、前記第1放熱面(14a)が前記第1樹脂面(12a)から露出するように、刃具(107)を用いて前記封止樹脂体を切削する切削工程と、を備え、
前記封止工程では、前記側面(12c)に前記第1平坦部(31)を有するように、前記封止樹脂体を成形し、
前記切削工程では、押圧治具(106)により前記第1平坦部を前記厚み方向に押圧した状態で、切削を行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項3に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記発熱素子(11)と前記第1ヒートシンク(14)を熱的に接続するとともに、前記発熱素子と前記第2ヒートシンク(15)を熱的に接続する接続工程と、
前記接続工程後、前記発熱素子を封止するように、前記封止樹脂体(12)を成形する封止工程と、
前記封止工程後、前記第1放熱面(14a)が前記第1樹脂面(12a)から露出するように、刃具(107)を用いて前記封止樹脂体を切削する第1切削工程と、
前記封止工程後、前記第2放熱面(15a)が前記第2樹脂面(12b)から露出するように、刃具(107)を用いて前記封止樹脂体を切削する第2切削工程と、を備え、
前記封止工程では、前記側面(12c)に前記第1平坦部(31)及び前記第2平坦部(41)を有するように、前記封止樹脂体を成形し、
前記第1切削工程では、押圧治具(106)により前記第1平坦部を前記厚み方向に押圧した状態で切削を行ない、前記第2切削工程では、押圧治具(106)により前記第2平坦部を前記厚み方向に押圧した状態で切削を行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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