JP2020155532A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、基板への実装性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による半導体装置の製造方法は、(a)2本の端子に接続されたパワーチップ用ダイパッド12と、1本の端子に接続された制御素子用ダイパッド13と、2本の端子を含む複数の端子間を連結するタイバー部14,15とを有するリードフレーム9を準備する工程と、(b)パワーチップ用ダイパッド12にパワーチップ2およびフリーホイールダイオード3を載置し、制御素子用ダイパッド13にIC10,11を載置する工程と、(c)タイバー部14,15が外部に露出しかつ2本の端子および1本の端子を含む複数の端子が外方に突出するようにモールド樹脂8で封止する工程と、(d)タイバー部14,15を、2本の端子を連結するタイバー部14を残して削除する工程とを備える。【選択図】図3

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
従来、1つのダイパッドに2本の端子が接続された半導体装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2016−111088号公報
特許文献1に開示されている半導体装置を大電力用途で使用する場合、絶縁距離および空間距離を確保するために、半導体装置に設けるパワー側端子の端子ピッチを広くする必要がある。ここで、パワー側端子とは、スイッチング素子であるパワーチップが載置されるダイパッドに接続されている端子のことをいう。パワー側端子の端子ピッチを広くする場合は、製造上の理由からパワー側端子間にタイバー部を設ける必要があるが、ダイパッドのばたつきを低減するために、ダイパッドからタイバー部までのフレームのつなぎ幅を太くしなければならない。しかし、加工上の理由から、つなぎ幅とパワー側端子の太さとは揃える必要があるため、つなぎ幅を太くするとパワー側端子も太くなる。その結果、パワー側端子の太さと制御側端子の太さとを揃えることができなくなる。従って、半導体装置を基板に実装する際に、パワー側端子および制御側端子の両方に均一の応力がかからない、あるいはパワー側端子と制御側端子とではんだの溶け方が均一にならないなど、半導体装置の基板への実装性が悪くなるという問題が生じる。ここで、パワー側端子とは、パワーチップを制御するIC(Integrated Circuit)が載置されるダイパッドに接続されている端子のことをいう。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、基板への実装性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明による半導体装置の製造方法は、(a)平面視における一辺側に配置された2本の端子に接続されたスイッチング素子用ダイパッドと、一辺に対向する他辺側に配置された1本の端子に接続された制御素子用ダイパッドと、少なくとも2本の端子を含む複数の端子間を連結するタイバー部とを有するリードフレームを準備する工程と、(b)スイッチング素子用ダイパッドにスイッチング素子およびダイオード素子を載置し、制御素子用ダイパッドにスイッチング素子を制御する制御素子を載置する工程と、(c)タイバー部が外部に露出し、かつ2本の端子および1本の端子を含む複数の端子が外方に突出するように、スイッチング素子、ダイオード素子、および制御素子をモールド樹脂で封止する工程と、(d)タイバー部を、2本の端子を連結するタイバー部を残して削除する工程とを備える。
本発明によると、半導体装置の製造方法は、(a)平面視における一辺側に配置された2本の端子に接続されたスイッチング素子用ダイパッドと、一辺に対向する他辺側に配置された1本の端子に接続された制御素子用ダイパッドと、少なくとも2本の端子を含む複数の端子間を連結するタイバー部とを有するリードフレームを準備する工程と、(b)スイッチング素子用ダイパッドにスイッチング素子およびダイオード素子を載置し、制御素子用ダイパッドにスイッチング素子を制御する制御素子を載置する工程と、(c)タイバー部が外部に露出し、かつ2本の端子および1本の端子を含む複数の端子が外方に突出するように、スイッチング素子、ダイオード素子、および制御素子をモールド樹脂で封止する工程と、(d)タイバー部を、2本の端子を連結するタイバー部を残して削除する工程とを備えるため、基板への実装性を向上させることが可能となる。
本発明の実施の形態1による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造工程の一例を示す側面図である。 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態1による半導体装置の一例を示す側面図である。 本発明の実施の形態2による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態2による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態2による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態2による半導体装置の一例を示す側面図である。 本発明の実施の形態3による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態3による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態3による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態3による半導体装置の一例を示す側面図である。
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態1による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
図1に示すように、半導体装置は、スイッチング素子であるパワーチップ2、ダイオード素子であるフリーホイールダイオード3、パワーチップ2を制御する制御素子であるIC5、およびブートストラップダイオード6を備えている。パワーチップ2およびフリーホイールダイオード3はダイパッドに載置され、当該ダイパッドにパワー側端子1が接続されている。IC5およびブートストラップダイオード6はダイパッドに載置され、当該ダイパッドに制御側端子4が接続されている。パワーチップ2、フリーホイールダイオード3、およびIC5は、ワイヤ7で接続されている。
また、パワーチップ2、フリーホイールダイオード3、IC5、およびブートストラップダイオード6は、モールド樹脂8で封止されている。パワー側端子1および制御側端子4は、モールド樹脂8において対向する側面から外方に突出している。
このように、本実施の形態1による半導体装置は、モールド樹脂8で封止された電力用表面実装型パッケージであり、大電力用途で使用される電力半導体装置である。
図2は、本実施の形態1による半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。なお、以下で説明するステップS1、ステップS2、およびステップS3の順序はこれに限るものではなく、任意の順番であってもよい。
ステップS1のパワーチップダイボンド工程において、図3に示すように、スイッチング素子用ダイパッドであるパワーチップ用ダイパッド12上にパワーチップ2を載置し、パワーチップ2とパワーチップ用ダイパッド12とを電気的に接続する。図3の例では、紙面の上下方向に6つのパワーチップ2が設けられている。パワーチップ用ダイパッド12は、リードフレーム9の一部である。
ステップS2のダイオードダイボンド工程において、図3に示すように、パワーチップ用ダイパッド12上にフリーホイールダイオード3を載置し、フリーホイールダイオード3とパワーチップ用ダイパッド12とを電気的に接続する。図3の例では、紙面の上下方向に6つのフリーホイールダイオード3が設けられている。パワーチップ用ダイパッド12は、リードフレーム9の一部である。
なお、ステップS2において、制御素子用ダイパッド13上にブートストラップダイオード6を載置し、ブートストラップダイオード6と制御素子用ダイパッド13とを電気的に接続してもよい。図3の例では、紙面の上下方向に3つのブートストラップダイオード6が設けられている。制御素子用ダイパッド13は、リードフレーム9の一部である。
ステップS3のICダイボンド工程において、図3に示すように、ダイパッド上に高圧IC10および低圧IC11を載置し、高圧IC10および低圧IC11とダイパッドとを電気的に接続する。なお、高圧IC10および低圧IC11は、図1に示すIC5に相当する。
ステップS4のワイヤボンド工程において、図3に示すように、パワーチップ2とフリーホイールダイオード3、パワーチップ2と高圧IC10、パワーチップ2と低圧IC11、高圧IC10とブートストラップダイオード6などをワイヤ7で電気的に接続する。
ステップS5のトランスファーモールド工程において、図3に示すように、タイバー部14およびタイバー部15が露出し、かつ各端子が外方に突出するように、パワーチップ2、フリーホイールダイオード3、高圧IC10、低圧IC11、およびブートストラップダイオード6をモールド樹脂8で封止する。
トランスファーモールド工程の後、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、WP2端子、UN端子、VN端子、およびWN端子は、モールド樹脂8における同一側面から外方に突出している。P1端子およびP2端子は、1つのパワーチップ用ダイパッド12に接続されている。UP1端子およびUP2端子は、1つのパワーチップ用ダイパッド12に接続されている。VP1端子およびVP2端子は、1つのパワーチップ用ダイパッド12に接続されている。WP1端子およびWP2端子は、1つのパワーチップ用ダイパッド12に接続されている。なお、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、およびWP2端子は、図1に示すパワー側端子1に相当する。
また、VB(U)端子、VS(U)端子、VB(V)端子、VS(V)端子、VB(W)端子、およびVS(W)端子は、モールド樹脂8における同一側面から外方に突出している。なお、VB(U)端子、VS(U)端子、VB(V)端子、VS(V)端子、VB(W)端子、およびVS(W)端子は、図1に示す制御側端子4に相当する。
P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、WP2端子、UN端子、VN端子、およびWN端子と、VB(U)端子、VS(U)端子、VB(V)端子、VS(V)端子、VB(W)端子、およびVS(W)端子とは、モールド樹脂8において対向する側面から外方に突出している。すなわち、図3に示すように、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、WP2端子、UN端子、VN端子、およびWN端子は、平面視においてリードフレーム9の一辺側に配置されている。また、VB(U)端子、VS(U)端子、VB(V)端子、VS(V)端子、VB(W)端子、およびVS(W)端子は、平面視においてリードフレーム9の一辺に対向する他辺側に配置されている。
ステップS6のタイバーカット工程において、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、WP2端子、UN端子、VN端子、およびWN端子の各端子間を連結するタイバー部14を、P1端子およびP2端子を連結するタイバー部14と、UP1端子およびUP2端子を連結するタイバー部14と、VP1端子およびVP2端子を連結するタイバー部14と、WP1端子およびWP2端子を連結するタイバー部14を残すように切断して削除する。すなわち、図3においてハッチングが施されたタイバー部14を削除する。
また、VB(U)端子、VS(U)端子、VB(V)端子、VS(V)端子、VB(W)端子、およびVS(W)端子を含む複数の端子間を連結するタイバー部15を切断して削除する。すなわち、図3においてハッチングが施されたタイバー部15を削除する。
ステップS7のリードカット工程において、リードフレーム9の外周部分を切断して削除する。図4は、リードカット工程後の半導体装置の一例を示す平面図である。図4に示すように、P1端子およびP2端子はタイバー部14で連結され、UP1端子およびUP2端子はタイバー部14で連結され、VP1端子およびVP2端子はタイバー部14で連結され、WP1端子およびWP2端子はタイバー部14で連結されている。その他の各端子は、モールド樹脂8から独立して突出している。
ステップS8のリードフォーミング工程において、図4に示すリードカット工程後の各端子を曲げることによって、各端子を所望の形状にする。このとき、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、およびWP2端子については、図5,6に示すハッチング部を曲げることができる。他の端子については、曲げる箇所に制限はない。
図7,8は、リードフォーミング工程後の半導体装置の一例を示している。なお、図7は、図5の紙面奥から手前の方を見たときの半導体装置を示している。図7に示すように、P1端子およびP2端子と、UP1端子およびUP2端子と、VP1端子およびVP2端子と、WP1端子およびWP2端子とのそれぞれは、タイバー部14で連結されている。
以上のことから、本実施の形態1によれば、パワーチップ用ダイパッド12に2本のパワー側端子1を接続しているため、図2に示すステップS5のトランスファーモールド工程においてモールド樹脂8で封止する際に生じるパワーチップ用ダイパッド12のばたつきを低減することができる。これにより、パワーチップ用ダイパッド12の下側に設けられる図示しない樹脂の厚さを薄くすることができるため、放熱性が向上する。
P1端子およびP2端子と、UP1端子およびUP2端子と、VP1端子およびVP2端子と、WP1端子およびWP2端子とのそれぞれがタイバー部14で連結されているため、通電能力が向上する。
P1端子およびP2端子と、UP1端子およびUP2端子と、VP1端子およびVP2端子と、WP1端子およびWP2端子とのそれぞれがタイバー部14で連結されているため、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、およびWP2端子を所望の太さにすることができる。これにより、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、およびWP2端子を曲げる箇所の太さを揃えることができ、加工性を向上させることができる。
P1端子およびP2端子と、UP1端子およびUP2端子と、VP1端子およびVP2端子と、WP1端子およびWP2端子とのそれぞれがタイバー部14で連結されているため、パワー側端子1の太さと制御側端子4の太さとを揃えることが容易となる。これにより、パワー側端子1の数と制御側端子4の数とを近づけることができるため、半導体装置を基板に実装する際に、パワー側端子1および制御側端子4の両方に均一の応力がかかる、あるいはパワー側端子1と制御側端子4とではんだの溶け方が均一になるなど、半導体装置の基板への実装性が向上する。
<実施の形態2>
本実施の形態2では、図2に示すステップS6のタイバーカット工程において、P1端子およびP2端子と、UP1端子およびUP2端子と、VP1端子およびVP2端子と、WP1端子およびWP2端子とのそれぞれを連結するタイバー部14を切断して削除することを特徴とする。その他の半導体装置の構成および半導体装置の製造方法は、実施の形態1と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
図9は、本実施の形態2による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図であり、タイバーカット工程の一例を示している。
図9に示すように、タイバーカット工程において、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、WP2端子、UN端子、VN端子、およびWN端子の各端子間を連結するタイバー部14を切断して削除する。すなわち、図9においてハッチングが施されたタイバー部14を削除する。
また、VB(U)端子、VS(U)端子、VB(V)端子、VS(V)端子、VB(W)端子、およびVS(W)端子を含む複数の端子間を連結するタイバー部15を切断して削除する。すなわち、図9においてハッチングが施されたタイバー部15を削除する。
タイバーカット工程後、図2に示すステップS7のリードカット工程において、リードフレーム9の外周部分を切断して削除する。図10は、リードカット工程後の半導体装置の一例を示す平面図である。図10に示すように、各端子はモールド樹脂8から独立して突出している。
図11,12は、図2に示すステップS8のリードフォーミング工程後の半導体装置の一例を示している。なお、図11は、図9,10の紙面奥から手前の方を見たときの半導体装置を示している。タイバーカット工程後のP1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、WP2端子、UN端子、VN端子、およびWN端子のそれぞれは、図11の破線の円で示す箇所に、タイバーカット工程で形成されたタイバーカット痕を有する。
以上のことから、本実施の形態2によれば、各端子間がタイバー部14で連結されていないため、図2に示すステップS8のリードフォーミング工程において端子の曲げ加工が容易となる。特に、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、およびWP2端子は、実施の形態1では曲げる箇所に制限があったが、本実施の形態2では曲げる箇所に制限がない。
各端子間がタイバー部14で連結されていないため、半導体装置を基板に実装する際に、パワー側端子1および制御側端子4の両方に均一の応力がかかる、あるいはパワー側端子1と制御側端子4とではんだの溶け方が均一になるなど、半導体装置の基板への実装性が向上する。
<実施の形態3>
実施の形態1,2では、半導体装置が、大電力用途で使用される電力半導体装置である場合について説明した。本実施の形態3では、大電力用途ではない半導体装置について説明する。具体的には、本実施の形態3では、P2端子、UP2端子、VP2端子、およびWP2端子を通電用の端子ではないダミー端子であることを特徴としている。その他の半導体装置の構成および半導体装置の製造方法は、実施の形態1または実施の形態2と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
図13は、本実施の形態3による半導体装置の製造工程の一例を示す平面図であり、タイバーカット工程の一例を示している。
図9に示すように、P2端子、UP2端子、VP2端子、およびWP2端子は、P1端子、UP1端子、VP1端子、およびWP1端子よりも短いダミー端子である。ダイバーカット工程において、P1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、WP2端子、UN端子、VN端子、およびWN端子の各端子間を連結するタイバー部14を切断して削除する。すなわち、図13においてハッチングが施されたタイバー部14を削除する。
また、VB(U)端子、VS(U)端子、VB(V)端子、VS(V)端子、VB(W)端子、およびVS(W)端子を含む複数の端子間を連結するタイバー部15を切断して削除する。すなわち、図13においてハッチングが施されたタイバー部15を削除する。
タイバーカット工程後、図2に示すステップS7のリードカット工程において、リードフレーム9の外周部分を切断して削除する。図14は、リードカット工程後の半導体装置の一例を示す平面図である。
図15,16は、図2に示すステップS8のリードフォーミング工程後の半導体装置の一例を示している。なお、図15は、図13,14の紙面奥から手前の方を見たときの半導体装置を示している。タイバーカット工程後のP1端子、P2端子、UP1端子、UP2端子、VP1端子、VP2端子、WP1端子、WP2端子、UN端子、VN端子、およびWN端子のそれぞれは、図15の破線の四角で示す箇所に、タイバーカット工程で形成されたタイバーカット痕を有する。
以上のことから、本実施の形態3によれば、パワーチップ用ダイパッド12に接続する端子が1本でも通電能力が十分である場合は、パワーチップ用ダイパッド12に接続されている2本のうちの1本をダミー端子とし、当該ダミー端子を基板への実装に使用しないようにする。これにより、基板に不要な端子を配置することを防ぐことができる。
リードフォーミング工程において、ダミー端子は曲げない。すなわち、ダミー端子の数分だけ曲げが必要な端子の数が減少するため、曲げ加工が容易となる。
<実施の形態4>
本実施の形態4では、実施の形態1〜3による半導体装置が備えるパワーチップ2およびフリーホイールダイオード3は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されることを特徴としている。ここで、ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、SiCおよびGaNなどがある。その他の半導体装置の構成および半導体装置の製造方法は、実施の形態1〜3のいずれかと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
ワイドバンドギャップ半導体で構成されるパワーチップ2およびフリーホイールダイオード3は、耐電圧性が高くかつ許容電流密度も高いため、パワーチップ2およびフリーホイールダイオード3の小型化が可能である。従って小型化したパワーチップ2およびフリーホイールダイオード3を備える半導体装置の小型化が可能となる。
ワイドバンドギャップ半導体で構成されるパワーチップ2およびフリーホイールダイオード3は、耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化が可能となる。
ワイドバンドギャップ半導体で構成されるパワーチップ2およびフリーホイールダイオード3は、電力損失が低いため、パワーチップ2およびフリーホイールダイオード3の高効率化が可能となり、延いては半導体装置の高効率化が可能となる。
パワーチップ2およびフリーホイールダイオード3の両方がワイドギャップ半導体で構成されることが望ましいが、パワーチップ2およびフリーホイールダイオード3のうちのいずれか一方がワイドギャップ半導体で構成されてもよく、この場合も上記と同様の効果が得られる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
1 パワー側端子、2 パワーチップ、3 フリーホイールダイオード、4 制御側端子、5 IC、6 ブートストラップダイオード、7 ワイヤ、8 モールド樹脂、9 リードフレーム、10 高圧IC、11 低圧IC、12 パワーチップ用ダイパッド、13 制御素子用ダイパッド、14 タイバー部、15 タイバー部。

Claims (8)

  1. (a)平面視における一辺側に配置された2本の端子に接続されたスイッチング素子用ダイパッドと、前記一辺に対向する他辺側に配置された1本の端子に接続された制御素子用ダイパッドと、少なくとも前記2本の端子を含む複数の端子間を連結するタイバー部とを有するリードフレームを準備する工程と、
    (b)前記スイッチング素子用ダイパッドにスイッチング素子およびダイオード素子を載置し、前記制御素子用ダイパッドに前記スイッチング素子を制御する制御素子を載置する工程と、
    (c)前記タイバー部が外部に露出し、かつ前記2本の端子および前記1本の端子を含む複数の端子が外方に突出するように、前記スイッチング素子、前記ダイオード素子、および前記制御素子をモールド樹脂で封止する工程と、
    (d)前記タイバー部を、前記2本の端子を連結する前記タイバー部を残して削除する工程と、
    を備える、半導体装置の製造方法。
  2. 前記工程(d)において、全ての前記タイバー部を削除することを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記工程(d)において、前記2本の端子のうちの一方の端子は、他方の端子よりも短いダミー端子であることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記スイッチング素子および前記ダイオード素子のうちの少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 平面視における一辺側に配置された2本の端子に接続されたスイッチング素子用ダイパッドに載置されたスイッチング素子およびダイオード素子と、
    前記一辺に対向する他辺側に配置された1本の端子に接続された制御素子用ダイパッドに載置された、前記スイッチング素子を制御する制御素子と、
    前記2本の端子間を連結するタイバー部と、
    前記タイバー部が外部に露出し、かつ前記2本の端子および前記1本の端子を含む複数の端子が外方に突出するように、前記スイッチング素子、前記ダイオード素子、および前記制御素子を封止するモールド樹脂と、
    を備える、半導体装置。
  6. 平面視における一辺側に配置された2本の端子に接続されたスイッチング素子用ダイパッドに載置されたスイッチング素子およびダイオード素子と、
    前記一辺に対向する他辺側に配置された1本の端子に接続された制御素子用ダイパッドに載置された、前記スイッチング素子を制御する制御素子と、
    前記2本の端子および前記1本の端子を含む複数の端子が外方に突出するように、前記スイッチング素子、前記ダイオード素子、および前記制御素子を封止するモールド樹脂と、
    を備え、
    前記2本の端子は、タイバーカット痕を有することを特徴とする、半導体装置。
  7. 前記2本の端子のうちの一方の端子は、他方の端子よりも短いダミー端子であることを特徴とする、請求項5または6に記載の半導体装置。
  8. 前記スイッチング素子および前記ダイオード素子のうちの少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されることを特徴とする、請求項5から7のいずれか1項に記載の半導体装置。
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