JP2017188694A - 半導体装置、半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法、ならびに半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高い絶縁耐力を有している半導体装置および半導体装置の製造装置を提供する。【解決手段】半導体素子１と、第１面２Ａを有し、第１面２Ａ上に半導体素子１を保持するとともに、半導体素子１と電気的に接続されているフレーム２と、電気絶縁性を有し、半導体素子１とフレーム２とを封止する封止体３とを備え、封止体３には貫通孔４が形成されており、貫通孔４は第１面２Ａと交差する方向に延びる孔軸を有しており、貫通孔４に隣接するフレーム２の第１面２Ａに、封止体３となるべき流動性材料の流動方向を制限する整流パターン２０が形成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法、ならびに半導体モジュールに関し、特にパワー半導体素子が全周囲を封止体で覆われて外部と電気的に絶縁されているフルモールド型の半導体装置、半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法、ならびに半導体モジュールに関する。

大電力を扱うことができる半導体装置は、一般にパワーデバイスと呼ばれる。このような半導体装置は大電力を扱うために、高い絶縁耐力が要求される。

フルモールド型半導体装置では、高い絶縁耐力を実現するために、パワー半導体素子の全周囲が電気的絶縁性を有する封止体により覆われている。

特開２００３−２８９０８５号公報には、ネジを用いて放熱フィンへ緊締固定される半導体装置であって、封止樹脂に取り付け穴が設けられているフルモールド型の半導体装置が記載されている。

特開２００３−２８９０８５号公報

しかしながら、従来のフルモールド型半導体装置では、十分な絶縁耐力が得られない場合があった。

一般に半導体装置は、その外部においてねじ等により放熱体と接続固定される。その際にパワー半導体素子と電気的に接続されているリードやパワー半導体素子を搭載しているダイパッドが放熱体やねじ等と近接している場合に、半導体装置は十分な絶縁耐力が得られない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、高い絶縁耐力を有している半導体装置、半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法、ならびに半導体モジュールを提供することにある。

本発明に従った半導体装置は、半導体素子と、第１面および第１面と反対側に位置する第２面を有し、第１面上に半導体素子を保持するとともに、半導体素子と電気的に接続されているフレームと、電気絶縁性を有し、半導体素子とフレームとを封止する封止体とを備える半導体装置である。封止体には貫通孔が形成されており、貫通孔は第１面と交差する方向に延びる孔軸を有しており、貫通孔に隣接するフレームの第１面および第２面のうち少なくとも一方の面には、封止体を形成するときに封止体となるべき流動性材料の流動方向を制限する整流パターンが形成されている。

本発明によれば、高い絶縁耐力を有している半導体装置、半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法、ならびに半導体モジュールを提供することができる。

実施の形態１に係る半導体装置を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置を説明するための上面図である。 実施の形態２に係る半導体装置を説明するための断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置を説明するための上面図である。 図４に示す領域Ｖにおける半導体装置の内部構造を説明するための図である。 実施の形態４に係る半導体装置を説明するための断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置を説明するための断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の製造装置を説明するためのブロック図である。 実施の形態５に係る半導体装置の製造装置を説明するための断面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 実施の形態５に係る半導体装置の製造装置の変形例を説明するための断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、実施の形態１に係る半導体装置について説明する。実施の形態１に係る半導体装置１００は、半導体素子１と、フレーム２と、封止体３とを備える。

半導体素子１は、任意のパワー半導体素子とすることができるが、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。半導体装置１００において、半導体素子１は複数形成されていてもよい。

フレーム２は、第１面２Ａと第１面２Ａと反対側に位置する第２面２Ｂとを有し、第１面２Ａ上に半導体素子１を保持するとともに、半導体素子１と電気的に接続されている。フレーム２は後述する封止体３の外部にまで延びており、半導体素子１と外部とを電気的に接続する役割を担っている。実施の形態１に係る半導体装置１００は、フレーム２を複数備えてもよい。フレーム２は、封止体３から表出している接続部７（図２参照）と、封止体３に覆われている端部２Ｅ（図１参照）とを有している。フレーム２を構成する材料は、導電性を有する任意の材料とすることができるが、例えば銅（Ｃｕ）を含む材料である。なお、フレーム２は、半導体素子１を保持しているダイパッド５（図７参照）と、ダイパッド５と接続されているフレーム本体部６（図７参照）とを有していてもよい。接続部７は、第１面２Ａに対して垂直な方向に屈曲するように設けられていてもよいし、第１面２Ａと同一面上に延びるように設けられていてもよい。

封止体３は、電気絶縁性を有している。封止体３は、半導体素子１とフレーム２の少なくとも一部とを覆うことにより、これらを物理的および化学的に保護している。封止体３を構成する材料は、電気的絶縁性を有するとともに、所定の条件下で流動性を有する任意の材料を採用可能であるが、例えばエポキシ樹脂である。封止体３は例えばトランスファモールド法により形成可能である。

封止体３の外周面は、半導体素子１およびフレーム２の上方に位置する上面３Ａ、それらの下方に位置する下面３Ｂ、および上面３Ａと下面３Ｂとを接続する側方端面３Ｃを有している。上面３Ａおよび下面３Ｂは、フレーム２の第１面２Ａに沿うように形成されており、好ましくは第１面２Ａと平行となるように形成されている。封止体３には、上面３Ａから下面３Ｂに至る貫通孔４が形成されている。すなわち、貫通孔４の孔軸は第１面２Ａと交差する方向に延びている。好ましくは、貫通孔４の孔軸は第１面２Ａと垂直に設けられている。なお、孔軸とは、貫通孔４の中心を通り、貫通孔４に沿って延びる軸を意味する。

貫通孔４は、任意の形状を有していればよいが、たとえば所定の形状を有する貫通孔の一部が封止体３により充填されている形状を有している。貫通孔４は、たとえば孔径Ｈ２（半径Ｈ１）の円形状であって従来のパワー半導体装置に形成される一般的な貫通孔内部の半分の領域が、封止体３により充填された半円形状を有している。この場合、貫通孔４の平面形状は、孔径Ｈ２と同等の長さを有する一辺と、半径Ｈ１の半円弧とを有している。

貫通孔４において、孔径Ｈ２と同等の長さを有する一辺はフレーム２に最も近接した位置に形成されていてもよい。異なる観点から言えば、実施の形態１に係る半導体装置１００の貫通孔４は、従来のパワー半導体装置の一般的な貫通孔の一部（たとえば半分）と重なる位置に形成されているとともに、フレーム２に近接している側の部分（貫通孔の内周端面のうちフレーム２との距離が最短となる領域を含む部分）が封止体３により充填されている形状を有していてもよい。

貫通孔４の孔径Ｈ２は、固定部材１２の軸の直径（たとえばネジの有効径）に依らず任意に決めることができる。貫通孔４の孔径Ｈ２は、固定部材１２の軸の直径と同一であってもよいし、短くてもよい。

貫通孔４は、フレーム２と重ならない領域に形成されている。このとき、貫通孔４の内部に表出している封止体３の内周端面４Ｅと、フレーム２の端部２Ｅとは、所定の距離だけ離れている。

半導体装置１００は、封止体３の下面３Ｂが接触して載置されている放熱体１１に対し、封止体３の上面３Ａを上方から押圧する押圧部材１３が固定部材１２により固定されて、半導体モジュール５００を構成する。放熱体１１には、貫通孔４に対応する位置に固定部材１２を固定可能な孔が形成されている。固定部材１２は、導電性を有する材料で構成されていてもよく、たとえば鋼材で構成されたネジであってもよい。放熱体１１の上記孔は固定部材１２を緊締可能に設けられているネジ穴である。押圧部材１３には、貫通孔４に対応する位置に固定部材１２を通すことができる孔が形成されている。押圧部材１３はたとえば板バネである。

実施の形態１に係る半導体装置１００において、固定部材１２は、放熱体１１と接続固定されているとともに、半導体装置１００の外部において押圧部材１３とを接続するように設けられている。貫通孔４は固定部材１２を通すための孔ではない。そのため、上述のように、貫通孔４の半径Ｈ１は固定部材１２の有効径等によらず任意に決めることができる。

貫通孔４は、押圧部材１３が固定部材１２により放熱体１１に対して固定されることによって半導体装置１００が放熱体１１と押圧部材１３との間に挟持されたときに、押圧部材１３と重なる位置に設けられている。貫通孔４の孔径Ｈ２は、たとえば押圧部材１３の幅（短手方向の幅）と同等程度とすることができる。

次に、実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法は、封止体３内に貫通孔４を形成することができる限りにおいて任意の方法とすることができるが、たとえば封止体３となるべき流動性材料に熱硬化性樹脂を金型内に供給するトランスファモールド法である。

はじめに、半導体素子１と、表面上に半導体素子１を保持しているフレーム２とを備える封止対象材８を準備する。封止対象材８において、半導体素子１とフレーム２とは電気的に接続されている。次に、金型を準備する。金型は、封止体３の外周面（上面３Ａ、下面３Ｂ、側方端面３Ｃ）に対応した内周面と、貫通孔４の内周端面４Ｅに対応した構成体とで囲まれた空間を有し、当該空間内に封止対象材８を保持可能に設けられている。なお、金型は、上記空間と金型の外部とを接続している接続経路を有している。

次に、金型の内部に封止体となるべき流動性を有する材料（以下、流動性材料という）を供給する。流動性材料は、たとえばエポキシ樹脂である。流動性材料は、金型に設けられている接続経路を通って封止対象材８が保持されている金型の内部の上記空間に充填される。流動性材料の充填は金型の内部に空隙が無くなるまで実施される。

次に、流動性材料を加熱し硬化させる。これにより、封止対象材８が封止体３により覆われているとともに、封止体３に貫通孔４が形成されている半導体装置１００を得ることができる。

次に、実施の形態１に係る半導体装置１００の作用効果について説明する。半導体装置１００は、半導体素子１と、第１面２Ａを有し、第１面２Ａ上に半導体素子１を保持するとともに、半導体素子１と電気的に接続されているフレーム２と、電気絶縁性を有し、半導体素子１とフレーム２とを封止する封止体３とを備える。封止体３には貫通孔４が形成されており、貫通孔４は第１面２Ａと交差する方向に延びる孔軸を有しており、貫通孔４の内部に表出している封止体３の内周端面４Ｅは上記孔軸に対して傾斜している。

また、貫通孔４は、半導体素子１を放熱体１１に固定する固定部材１２が挿入され緊締される穴ではなく、固定部材１２は半導体素子１の封止体３の外部に設けられている。そのため、フレーム２の端部２Ｅと固定部材１２との間の距離を長くすることができる。これにより、封止体３に形成されている貫通孔４を固定部材１２の挿入孔として用いる従来のパワー半導体素子と比べて、半導体素子１の絶縁耐力を向上させることができる。

さらに、貫通孔４の内周端面４Ｅは半径Ｈ１と等しい長さを有する一辺を有する面であり、貫通孔４の内部において内周端面４Ｅはフレーム２に対し反対側を向いて表出している場合には、フレーム２の端部２Ｅと貫通孔４の内周端面４Ｅとの間の最短距離Ｌ１を長くすることができる。

なお、貫通孔４は、押圧部材１３が固定部材１２により放熱体１１に対して固定されることによって半導体装置１００が放熱体１１と押圧部材１３との間に挟持されたときに、押圧部材１３と重なる位置に設けられている。そのため、貫通孔４は、放熱体１１に固定部材１２を介して接続されている押圧部材１３に対する半導体装置１００の位置決めの際に用いられるガイドとして機能し得る。特に、貫通孔４の孔径Ｈ２を押圧部材１３の幅（短手方向の幅）と同等程度とした場合には、半導体モジュール５００を上面視したときに押圧部材１３の下から貫通孔４が全く表出していない状態となるように半導体モジュール５００を設計しておくことで、組み立て時においてより容易に位置あわせを行うことができる。なお、貫通孔４は、上面３Ａから所定の距離だけ下面３Ｂ側まで延びるように形成されており、下面３Ｂまで貫通していなくてもよい。言い換えると、貫通孔４は上面３Ａに対する凹部として形成されていてもよい。この場合には、凹部としての貫通孔４は封止体３からなる底面を有するが、好ましくは上面３Ａと当該底面との距離は、半導体装置１００においてフレーム２と上面３Ａとの距離よりも短く設けられている。このようにしても、高い絶縁耐力を有するとともに、半導体モジュール５００を組み立てる際に容易に位置決めすることができる半導体装置１００を得ることができる。

（実施の形態２）
次に、図３を参照して、実施の形態２に係る半導体装置１００について説明する。実施の形態２に係る半導体装置１００は、実施の形態１に係る半導体装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、貫通孔４が固定部材１２を通すための孔であって、貫通孔４の内部に表出している封止体３の内周端面４Ｅが、貫通孔４の孔軸に対して傾斜している点で異なる。

貫通孔４の孔軸は、フレーム２の第１面２Ａに対して任意の角度を有して交差する方向に延びていればよいが、たとえばフレーム２の第１面２Ａと封止体３の上面３Ａおよび下面３Ｂとが平行であって、これらと垂直な方向に延びるように形成されている。

貫通孔４の内周端面４Ｅは、封止体３において放熱体１１と接触しない上面３Ａおよび封止体３において放熱体１１と接触する下面３Ｂに対して垂直ではなく、所定の角度を有して傾斜している。内周端面４Ｅが、上面３Ａと交差する角度は鈍角であり、下面３Ｂと交差する角度は鋭角であるように設けられているのが好ましい。異なる観点から言えば、上面３Ａでの貫通孔４の開口面積が下面３Ｂでの貫通孔４の開口面積より大きくなるように、内周端面４Ｅが設けられているのが好ましい。なお、下面３Ｂでの貫通孔４の寸法は固定部材１２の軸の寸法と同等以上の大きさとして設けられている。

このようにすれば、上面３Ａでの貫通孔４の開口面積が従来のパワー半導体装置に設けられている固定部材を通すための貫通孔と同等に設けられていても、貫通孔４の内周端面４Ｅが上面３Ａおよび下面３Ｂと垂直な方向に延びるように形成されている従来のパワー半導体装置と比べて、フレーム２の端部２Ｅと内周端面４Ｅとの間の最短距離Ｌ１を長くすることができる。その結果、貫通孔４に固定部材１２を通したときにも、フレーム２の端部２Ｅと固定部材１２との間の距離は従来のパワー半導体装置と同等としながらも、両者の間に設けられている封止体３をより厚く形成することができるため、半導体装置１００の絶縁耐力を高めることができる。

フレーム２は、半導体装置１００において、鉛直方向の下方側に位置する半分の領域内に設けられているのが好ましい。このようにすれば、フレーム２の端部２Ｅと貫通孔４の内周端面４Ｅとの最短距離Ｌ１をより長くすることができ、半導体装置１００の絶縁耐力を高めることができる。

固定部材１２は、頭部を含めて全体が貫通孔４の内部に収容されていてもよいし、頭部が貫通孔４の外部に突出していてもよい。また、たとえば固定部材１２の軸が貫通孔４の内周端面４Ｅに沿って延びるように形成されていてもよい。

なお、実施の形態２に係る半導体装置１００は、貫通孔４内に挿入された固定部材１２により放熱体１１と接続固定されるため、押圧部材１３を不要とすることができる。

（実施の形態３）
次に、図４および図５を参照して、実施の形態３に係る半導体装置１００について説明する。実施の形態３に係る半導体装置１００は、実施の形態２に係る半導体装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、貫通孔４に隣接するフレーム２の第１面２Ａに、封止体３を形成するときに封止体３となるべき流動性材料の流動方向を制限する整流パターン２０が形成されている点で異なる。

整流パターン２０は、フレーム２の第１面２Ａ上において複数設けられている。各整流パターン２０は、所定の間隔を空けて互いに独立に設けられている。各整流パターン２０は、フレーム２の第１面２Ａから第１面２Ａに垂直な方向に突出するように設けられており、かつ貫通孔４の近傍に位置するフレーム２の端部２Ｅに向かって延びるように設けられている。なお、整流パターン２０は、流動性材料の流動方向を制限できれば、任意の形状とすることができる。

このようにすれば、半導体素子１とフレーム２とを含む封止対象材８が保持されている金型の内部の空間に封止体３となるべき流動性材料を供給する際、流動性材料の流動方向が整流パターン２０によって制限される。このとき、流動性材料は、貫通孔４が形成される領域の近傍に位置するフレーム２の端部２Ｅに向かって延びるように形成されている整流パターン２０に導かれて金型内を流動する。この結果、フレーム２と貫通孔４の内周端面４Ｅとの最短距離Ｌ１が従来の半導体装置と比べて長くなることによって、封止体３となるべき流動性材料がフレーム２に沿って流動する距離が短くなっても、それに伴う流動性材料の流動方向の変化を抑制することができる。言い換えると、フレーム２に形成されている整流パターン２０が、従来の半導体装置においてフレームが担っていた樹脂封止工程における封止体となるべき流動性材料の流動方向の制御という役割を負うことができるため、フレーム２自体の長さを短くしても貫通孔４の周囲に効率的に流動性材料を流動させることができる。これにより、半導体装置１００は高い絶縁耐力を有するとともに、貫通孔４の成形性を高めることができる。

フレーム２の第１面２Ａにおける平面形状は、任意の形状を採ることができる。たとえば、フレーム２は、半導体装置１００を上面３Ａ側から見たときに、円形状に設けられている貫通孔４と対向する２辺を含む端部２Ｅを有し、かつ当該２辺が直交するように設けられていてもよい。

この場合、フレーム２と貫通孔４の内周端面４Ｅとの最短距離Ｌ１が上述のように従来の半導体装置よりも長いことにより、貫通孔４に固定部材１２を挿入して放熱体１１などに緊締し半導体素子１を固定する場合にも、フレーム２と固定部材１２との距離は上記最短距離Ｌ１以上となる。そのため、半導体装置１００は高い絶縁耐力を有することができる。さらにフレーム２と貫通孔４の内周端面４Ｅとが封止体３を介して対向する領域の大部分では、両者の距離が当該最短距離Ｌ１よりも長く設けられているため、絶縁破壊が生じるリスクをより低減することができる。

なお、整流パターン２０はフレーム２の第１面２Ａおよび第２面２Ｂのうち少なくとも一方に形成されていればよい。また、フレーム２がダイパッド５（図７参照）とフレーム本体部６とを有する場合には、貫通孔４に近接するダイパッド５およびフレーム本体部６の少なくとも一方に形成されていればよく、さらにそれらの少なくとも一方の表面上に形成されていればよい。

（実施の形態４）
次に、図６を参照して、実施の形態４に係る半導体装置１００について説明する。実施の形態４に係る半導体装置１００は、実施の形態２に係る半導体装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、貫通孔４の内部に表出している封止体３の内周端面４Ｅと対向配置されているフレーム２の端部２Ｅが第１面２Ａと交差する方向に屈曲している点で異なる。

フレーム２は、板状に設けられている導電性部材が、その端部２Ｅから所定の距離だけ離れた点（以下、屈曲点という）で上方もしくは下方に屈曲した構造を有している。フレーム２を構成する当該導電性部材は、屈曲されていない状態において、従来の半導体装置におけるフレームと同等の構成を有していてもよく、具体的には同等の寸法を有していてもよい。このようにしても、フレーム２を平面視したときのフレーム２における上記屈曲点から端部２Ｅが位置する点までの最短距離は、フレーム２の屈曲点から端部２Ｅまでに位置する屈曲部を斜辺とする三角形の底辺の長さに相当するため、当該屈曲点から端部２Ｅまでの長さ、すなわち屈曲されていない従来のフレームにおける当該最短距離よりも短くなっている。そのため、貫通孔４内に固定部材１２を設けて半導体装置１００を放熱体１１等に固定する場合であって、従来の半導体装置と同等の寸法を有する貫通孔４および固定部材１２とを用いる場合であっても、フレーム２と固定部材１２との最短距離を長くすることができ、半導体装置１００の絶縁耐力を高めることができる。

なお、フレーム２の上記屈曲部の形状は、任意の形状とすることができ、たとえば下方に屈曲されていてもよいし、第１面２Ａに対して垂直に屈曲されていてもよい。このようにしても、貫通孔４内に配置されている固定部材１２に対してフレーム２の端部２Ｅを従来の半導体装置よりも十分に離すことができる。その結果、従来の半導体装置に対して寸法の変更等をすることなく絶縁耐力を高めることができる。

上述した実施の形態２〜実施の形態４に係る半導体装置１００では、半導体モジュール５００は押圧部材１３を用いずに固定部材１２のみによって放熱体１１に対して固定されているが、これに限られるものではない。各実施の形態に係る半導体装置１００は、実施の形態１に係る半導体装置１００と同様に押圧部材１３を用いて半導体モジュール５００として構成されてもよい。

（実施の形態５）
次に、図７を参照して、実施の形態５に係る半導体装置２００について説明する。実施の形態５に係る半導体装置２００は、半導体素子１と、フレーム２と、半導体素子１およびフレーム２を封止する封止体３とを備える。フレーム２は、表面上に少なくとも１つの半導体素子１を保持しているダイパッド５と、ダイパッド５と接続されているフレーム本体部６とを含み、半導体素子１と電気的に接続されている。

半導体装置２００において、ダイパッド５は、フレーム本体部６の鉛直方向の下方に位置しており、フレーム本体部６と接続されている。ダイパッド５において、フレーム本体部６との接続部側に位置する第１端部５１と第１端部５１と反対側に位置する第２端部５２とを有している。

ダイパッド５は、フレーム本体部６や封止体３の下面３Ｂと平行に設けられていなくてもよい。つまり、第２端部５２は、フレーム本体部６に垂直な方向において第１端部５１よりもフレーム本体部６に近接する側に位置していてもよいし離間する側に位置してもよい。このとき、フレーム２は、フレーム本体部６と垂直な方向において、ダイパッド５の第２端部５２が第１端部５１に対して所定の位置関係にあるように設けられている。

具体的には、第２端部５２は、フレーム本体部６と垂直な方向において、第１端部５１よりもフレーム本体部６に５０μｍを上限値として近接するように設けられていてもよい。また、第２端部５２は、第１端部５１よりもフレーム本体部６から離れる方向に１００μｍを上限値として離間するように設けられていてもよい。言い換えると、フレーム本体部６と垂直な方向（半導体装置２００を組み立てたときの鉛直方向）において、第１端部５１が位置する点をゼロ点としてかつフレーム本体部６と離間する側を正としたときに、第２端部５２は−５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲（図７中の範囲ｔ３）内に設けられている。

実施の形態５に係る半導体装置２００は、このようなフレーム２におけるフレーム本体部６と封止体３の下面３Ｂとが略平行となるように構成されている。このとき、ダイパッド５の第２端部５２と封止体３の外周面との最短距離は、第２端部５２と下面３Ｂとの最短距離ｔ２であり、第１端部５１と封止体３の外周面（下面３Ｂ）との最短距離ｔ１より１００μｍ短い下限距離以上、かつ第１端部５１と封止体３の外周面（下面３Ｂ）との最短距離ｔ１より５０μｍ長い上限距離以下となる。

ダイパッド５の第１端部５１と封止体３の外周面との最短距離は、第１端部５１と下面３Ｂとの最短距離ｔ１である。第１端部５１と下面３Ｂとの最短距離ｔ１は、従来の半導体装置と同様の値とすることができ、たとえば５００μｍ以上である。第１端部５１と下面３Ｂとの最短距離ｔ１を５００μｍとした場合に、第２端部５２と下面３Ｂとの最短距離ｔ２を４００μｍ以上５５０μｍ以下とすることができる。

つまり、実施の形態５に係る半導体装置２００は、ダイパッド５の第１端部５１と第２端部５２とが上述した相対的な距離関係を有するように設けられたフレーム２を備えている。

ここで、従来の半導体装置に用いられているフレームでは、ダイパッドの第２端部が、フレーム本体部と垂直な方向において、第１端部よりもフレーム本体部に近接するように設けられていない。つまり、従来のフレームにおけるダイパッドは、フレーム本体部と垂直な方向において、第１端部と重なっている０μｍを下限値とし、かつ第１端部よりもフレーム本体部から離れる方向にたとえば１５０μｍを上限値として離間するように設けられていた。この場合、封止体の厚みを増すことなく第２端部と封止体の下面との最短距離を長くして絶縁耐力を高めることは、困難であった。

これに対し、半導体装置２００に用いられているフレーム２は、ダイパッド５の第１端部５１と第２端部５２とが上記の関係を有しているため、封止体３の厚みを増すことなく第２端部５２と封止体３の下面３Ｂとの最短距離ｔ２を長くすることができる。その結果、半導体装置２００のパッケージ絶縁不良率を低減することができる。

次に、図８および図９を参照して、実施の形態５に係る半導体装置の製造装置３００（以下、単に製造装置という）について説明する。製造装置３００は、実施の形態５に係る半導体装置２００を製造するために用いられるものである。具体的には、半導体素子１とフレーム２とを含む封止対象材８を覆うように封止体３を形成する際に用いる製造装置である。製造装置３００は、金型２１と、封止体３となるべき流動性材料を供給するための供給部３０と、金型２１および供給部３０を制御する制御部４０とを備える。

金型２１は、上記封止対象材８を配置する空間Ｓと、空間Ｓと外部とを接続するための接続経路２２とが内部に形成されている。このとき、金型２１は、空間Ｓにおいて、フレーム本体部６よりもダイパッド５が鉛直方向上側に位置した封止対象材８を保持可能である。つまり、金型２１は、空間Ｓにおいて、フレーム本体部６よりもダイパッド５が鉛直方向上側に位置した封止対象材８を保持可能である。このとき、図９を参照して、接続経路２２は、たとえば上記封止対象材８を金型２１に配置したときに、フレーム２の延在方向に沿うように設けられていてもよい。図９に示す接続経路２２は水平方向に延びるように形成されている。金型２１は、たとえば上金型と下金型とからなり、上記空間Ｓは上金型の端面２１Ａと下金型の端面２１Ｂとに囲まれた領域である。

供給部３０は、金型２１の接続経路２２を経て空間Ｓに封止体３となるべき流動性材料を供給する。制御部４０は、金型２１および供給部３０を制御する。具体的には、たとえば金型２１に対する加熱条件、加圧条件や、封止体となるべき流動性材料の供給量を制御している。

次に、図８〜図１０を参照して、実施の形態５に係る半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態５に係る半導体装置の製造方法は、ダイパッド５に保持されている半導体素子１と、ダイパッド５を有するフレーム２とを含む封止対象材８が封止体３により封止されてなる半導体装置の製造方法であり、上述した実施の形態５に係る半導体装置の製造装置３００を用いて実施される。

はじめに、金型２１の内部にフレーム本体部６よりもダイパッド５が鉛直方向上側に位置するように封止対象材８を配置する（工程（Ｓ１０））。つまり、金型２１に配置され保持された封止対象材８は、半導体素子１およびフレーム２が半導体装置２００におけるそれらに対して上下反転するように配置される。これにより、フレーム本体部６よりもダイパッド５が鉛直方向上側に位置するように封止対象材８が配置されているため、ダイパッド５の第２端部５２は、重力を受けて第１端部５１よりも鉛直方向下方、すなわちフレーム本体部６側に位置することになる。なお、フレーム２は、このときのフレーム本体部６に垂直な方向におけるダイパッド５の第２端部５２とフレーム本体部６との距離が、第１端部５１とフレーム本体部６との距離よりも５０μｍ短い下限距離以上となるように設けられている。言い換えると、金型２１に封止対象材８を配置したときに、金型２１の上金型の端面２１Ａとダイパッド５の第２端部５２との最短距離は、端面２１Ａと第１端部５１との最短距離よりも長くなるように設けられている。

次に、封止対象材８が配置されている金型２１の内部に封止体３となるべき流動性の材料を導入した後、当該材料を固化することにより封止体３によって封止対象材８を封止する（工程（Ｓ２０））。封止体３となるべき材料は、たとえばエポキシ樹脂であり、矢印Ａの方向から接続経路２２を通って空間Ｓに導入される。このとき、金型２１の空間Ｓ内では、先の工程（Ｓ１０）によってダイパッド５の第２端部５２が第１端部５１よりもフレーム本体部６側に配置された状態にある。そのため、本工程（Ｓ２０）において、このような状態にある封止対象材８の周囲に封止体３となるべき流動性材料が導入され硬化されることにより、得られた半導体装置２００においてダイパッド５の第２端部５２と封止体３の下面３Ｂとの最短距離ｔ２は、第１端部５１と封止体３の下面３Ｂとの最短距離ｔ１よりも最大で５０μｍ長くすることができる。つまり、本工程（Ｓ２０）により、金型２１の上金型の上端面２１Ａとダイパッド５の第２端部５２との最短距離が封止体３の下面３Ｂとダイパッド５の第２端部５２との最短距離ｔ２となり、金型２１の上金型の上端面２１Ａと第１端部５１との最短距離が封止体３の下面３Ｂとダイパッド５の第１端部５１との最短距離ｔ１となるため、ダイパッド５の第２端部５２と封止体３の下面３Ｂとの最短距離ｔ２が第１端部５１と封止体３の下面３Ｂとの最短距離ｔ１よりも最大で５０μｍ長い半導体装置２００を得ることができる。

その結果、封止する工程（Ｓ２０）において、ダイパッド５の第２端部５２が半導体素子１の重さや自重を受けて鉛直方向下方側に変形しても、ダイパッド５の第２端部５２と封止体３の下面３Ｂとの最短距離の短縮を防止することができるため、半導体装置２００の絶縁耐力の低下を防ぐことができる。

なお、実施の形態５に係る半導体装置２００は、上述のように、第２端部５２が第１端部５１よりもフレーム本体部６から離れる方向に１００μｍを上限値として離間するように設けられていてもよいが、このような半導体装置２００も実施の形態５に係る半導体装置の製造方法により得ることができる。この場合には、たとえば、工程（Ｓ１０）において封止対象材８を金型２１に配置したときに、鉛直方向において第１端部５１が位置する点をゼロ点としかつ下方を正として、第２端部５２が−５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内に設けられていればよい。このようにすれば、ダイパッド５の第２端部５２と封止体３の下面３Ｂとの最短距離ｔ２が第１端部５１と封止体３の下面３Ｂとの最短距離ｔ１より短い場合であっても、両距離の差（ｔ１−ｔ２）が１００μｍ以下に抑えられている半導体装置２００を得ることができる。

実施の形態５に係る製造装置３００において、接続経路２２はフレーム２が延びる方向に沿って設けられているが、これに限られるものではない。図１１を参照して、接続経路２２は、たとえば金型２１において空間Ｓに対し鉛直方向上方に設けられていてもよい。このようにしても、ダイパッド５の第２端部５２が第１端部５１よりも鉛直方向下方に配置された状態で、金型２１の空間Ｓ内に矢印Ａの方向へ流動性材料を供給することができるため、実施の形態５に係る製造装置３００と同様の効果を奏することができる。好ましくは、接続経路２２はダイパッド５の直上に位置するように金型２１（たとえば上金型）に設けられている。このようにすれば、鉛直方向上方から下方に向けて流動性材料が供給される際に、ダイパッド５が流動性材料により下方に押圧されるため、ダイパッド５の第２端部５２と封止体３の下面３Ｂとの近接をより確実に抑制することができる。その結果、高い絶縁耐力を有し、パッケージ絶縁不良率が低減された半導体装置２００を得ることができる。なお、この場合の金型２１は、たとえば分割面を有した割型であってもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

本発明は、フルモールド型の半導体装置に特に有利に適用される。

１ 半導体素子、２ フレーム、２Ａ 第１面、２Ｂ 第２面、２Ｅ 端部、３ 封止体、３Ａ 上面、３Ｂ 下面、３Ｃ 側方端面、４ 貫通孔、４Ｅ 内周端面、５ ダイパッド、６ フレーム本体部、７ 接続部、８ 封止対象材、１１ 放熱体、１２ 固定部材、１３ 押圧部材、２０ 整流パターン、２１ 金型、２２ 接続経路、３０ 供給部、４０ 制御部、５１ 第１端部、５２ 第２端部、１００，２００ 半導体装置、３００ 製造装置、５００ 半導体モジュール。

Claims (7)

1. 半導体素子と、
   第１面および前記第１面と反対側に位置する第２面を有し、前記第１面上に前記半導体素子を保持するとともに、前記半導体素子と電気的に接続されているフレームと、
   電気絶縁性を有し、前記半導体素子と前記フレームとを封止する封止体とを備える半導体装置であって、
   前記封止体には貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔は前記第１面と交差する方向に延びる孔軸を有しており、
   前記貫通孔に隣接する前記フレームの前記第１面および前記第２面のうち少なくとも一方の面には、前記封止体を形成するときに前記封止体となるべき流動性材料の流動方向を制限する整流パターンが形成されている、半導体装置。
2. 半導体素子と、
   第１面および前記第１面と反対側に位置する第２面を有し、前記第１面上に前記半導体素子を保持するとともに、前記半導体素子と電気的に接続されているフレームと、
   電気絶縁性を有し、前記半導体素子と前記フレームとを封止する封止体とを備える半導体装置であって、
   前記封止体には貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔は前記第１面と交差する方向に延びる孔軸を有しており、
   前記貫通孔の内部に表出している前記封止体の内周端面と対向配置されている前記フレームの端部は、前記第１面と交差する方向に屈曲している、半導体装置。
3. 半導体素子と、第１面および前記第１面と反対側に位置する第２面を有し、前記第１面上に前記半導体素子を保持するとともに、前記半導体素子と電気的に接続されているフレームと、電気絶縁性を有し、前記半導体素子と前記フレームとを封止する封止体とを備える半導体装置と、
   前記半導体装置の前記封止体と接触して設けられている放熱部材と、
   前記半導体装置を前記放熱部材に固定するための固定部材と、
   前記放熱部材と反対側に位置し、前記固定部材と接続されており、前記半導体装置の前記封止体と接触して設けられている押圧部材とを備え、
   前記封止体には貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔と前記押圧部材とが重なるように設けられている、半導体モジュール。
4. 半導体素子と、
   表面上に前記半導体素子を保持しているダイパッドと前記ダイパッドと接続されているフレーム本体部とを含み、前記半導体素子と電気的に接続されているフレームと、
   前記半導体素子および前記フレームを封止する封止体とを備え、
   前記ダイパッドは、前記フレーム本体部との接続部側に位置する第１端部と、前記第１端部と反対側に位置する第２端部とを有し、
   前記第１端部と前記封止体の外周面との最短距離が５００μｍ以上であり、
   前記第２端部と前記封止体の前記外周面との最短距離は、前記第１端部と前記封止体の前記外周面との最短距離より１００μｍ短い下限距離以上、かつ前記第１端部と前記封止体の前記外周面との最短距離より５０μｍ長い上限距離以下である、半導体装置。
5. 半導体素子と、表面上に前記半導体素子を保持しているダイパッドと前記ダイパッドと接続されているフレーム本体部とを有するフレームとを含む封止対象材が封止体により封止された半導体装置の製造装置であって、
   前記封止対象材を配置する空間と、前記空間と外部とを接続するための接続経路とが内部に形成されている金型を備え、
   前記金型は、前記空間において、前記フレーム本体部よりも前記ダイパッドが鉛直方向上側に位置した前記封止対象材を保持可能であり、
   さらに、前記金型の前記接続経路を経て前記空間に前記封止体となるべき流動性材料を供給する供給部を備える、半導体装置の製造装置。
6. 前記接続経路は、前記金型において前記空間に対して鉛直方向上方に設けられている、請求項５に記載の半導体装置の製造装置。
7. 半導体素子と、表面上に前記半導体素子を保持しているダイパッドと前記ダイパッドと接続されているフレーム本体部とを有するフレームとを含む封止対象材が封止体により封止された半導体装置の製造方法であって、
   金型の内部に前記フレーム本体部よりも前記ダイパッドが鉛直方向上側に位置するように前記封止対象材を配置する工程と、
   前記封止対象材が配置されている前記金型の内部に前記封止体となるべき流動性材料を導入した後、前記流動性材料を固化することにより前記封止体によって前記封止対象材を封止する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
   

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