JP3261965B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、IGBTを搭載し
たパワーモジュールなどを対象に、リードフレームを用
いて組立てた樹脂封止型の半導体装置に関する。
【従来の技術】まず、頭記したIGBTモジュールを例
に、従来における樹脂封止型半導体装置の組立構造を図
4、その等価回路を図5に示す。図において、1は放熱
用金属ベース板、2はセラミックなどの絶縁基板、3は
リードフレーム、4はリードフレーム3にマウントした
IGBT、5はIGBT4に並列接続したフライホイー
ルダイオード、6はボンディングワイヤ、7は封止樹脂
である。ここで、半導体装置1個分のリードフレーム3
のパターン形状を図6に示し、3aはダイパッド、3
b,3cは主回路端子,制御端子としてのリード片であ
る。なお、リードフレーム3から外部導出端子として引
出した図4の主回路端子3b,制御端子3cについて、
各端子に付した端子記号は図5の等価回路図に付した端
子記号に対応する。かかる構成の半導体装置は、次記の
ような手順で組立てられる。まず、リードフレーム3に
対して、その各ダイパッド3aごとにIGBT4,フラ
イホイールダイオード5を高融点半田でマウントする。
次に、組立用治具(組立位置決め用の枠体)を用いて金
属ベース板1の上に共晶半田板,絶縁基板2(絶縁基板
であるセラミック基板は両面にあらかじめメタライズ層
が形成されており、その外形寸法は金属ベース板1より
一回り小さい),共晶半田板,および半導体チップをマ
ウントしたリードフレーム3を順に積み重ね、共晶半田
の融点以上に加熱した熱板上に載置して金属ベース板1
と絶縁基板2との間,および絶縁基板2とリードフレー
ム3との間を同時に半田接合する。続いてリードフレー
ム3の上で半導体チップと外部導出端子との間にワイヤ
6をボンディングして内部配線する。その後に、トラン
スファ成形法により前記組立体の周囲に封止樹脂7をモ
ールド成形し、最後にリードフレーム3にタイバーカッ
ト,リード曲げ加工を施して製品が完成する。
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来構成の半導体装置では、信頼性の面で次記のような問
題点がある。 1)絶縁基板2とリードフレーム3との間を半田接合す
る場合に、リードフレーム3は図6で示すようにダイパ
ッド3aのパターンが複雑な形状であることから、溶融
半田が隅々まで流動せず、そのために半田接合面に半田
ボイドが発生し易くなる。しかも、この接合半田は半導
体素子の発生熱をヒートシンクである金属ベース板1へ
伝える役目を果たしており、前記のような接合面に半田
ボイドが発生すると放熱経路の伝熱抵抗が増し、その結
果として半導体素子の温度上昇が異常に大きくなる。ま
た、同様な半田ボイドの問題は金属ベース板1と絶縁基
板2との間の半田接合部においても生じる。 2)金属ベース板1と封止樹脂7との接着強度を高める
ために、従来では図4(b)で示すように金属ベース板
1の周縁に鍔状の突起部1aを膨出形成しておき、この
突起部1aで封止樹脂7との間の食い付きをよくしてい
るが、このような突起1aを形成するためには複数の加
工工程が必要となり、金属ベース板1の加工コストが嵩
む。 3)金属ベース板1とリードフレーム3との間に所要の
耐電圧に対応した絶縁沿面距離を確保するためには、セ
ラミックなどの絶縁基板2の板厚を大きくする必要があ
るが、板厚を厚くすると、金属ベース板1と半導体チッ
プとの間の伝熱抵抗が大きくなる。 4)組立工程で金属ベース板1の上に、該金属ベース板
より一回り小さな外形寸法の絶縁基板2を所定位置に重
ね合わせるためには、位置合わせ用の組立治具を上治具
と下治具とに分割し、下治具の枠内に金属ベース板1を
嵌め込んだ後に下治具の上に上治具をセットし、この状
態で絶縁基板2を上治具の枠内にセットする作業手順が
必要となり、その分だけ組立工数が増える。本発明は上
記の点にかんがみなされたものであり、先記した樹脂封
止型の半導体装置を対象に、前記各項の課題を解決して
組立性,信頼性の優れた半導体装置を提供することを目
的とする。
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば次記のような組立構造を採用して半
導体装置を構成するものとする。 1)金属ベース板と絶縁基板,および絶縁基板とリード
フレームの間をシート状接着剤を用いて接合するものと
し、特に絶縁基板とリードフレームとの間の接合には、
リードフレームのダイパッドに対応した形状のシート状
接着剤を用いる。このように共晶半田板に替えてシート
状接着剤(厚さ25μm程度)を採用することにより、
半田板を用いた場合に見られる半田ボイドの発生,およ
び半田ボイドに起因する放熱経路の伝熱抵抗の増加はな
い。しかも、シート状接着剤は組立体を加圧した状態で
加熱融着させるために接着剤の層内に空洞(ボイド)の
発生なしに熱抵抗を極力低く抑えることができるほか、
セラミックなどの絶縁基板にメタライズ処理を施す必要
がなくなる。また、シート状接着剤は自由に裁断できる
ので、リードフレームの複雑なパターン形状にも容易に
対応できる。 2)絶縁基板の縦,横寸法の少なくとも一方を、金属ベ
ース板の外形寸法よりも大に設定する。これにより、金
属ベース板の上に絶縁基板を重ね合わせて位置決めする
際に使用する組立用治具は従来のように上下二分割して
おく必要がなく、治具の枠内に金属ベース板を嵌め込ん
だ後、その上に積み重ねた絶縁基板を同じ治具の上面側
に形成した外枠で所定の位置に位置決めすることがで
き、これにより組立工程が簡易となる。しかも、組立状
態では絶縁基板は金属ベース板の側方にオーバーハング
して張出しているので、絶縁基板上にリードフレームを
介して搭載した半導体素子と金属ベース板との間の絶縁
沿面距離が実質的に増大する。 3)金属ベース板の外形をプレスにより打ち抜き加工
し、その切り口の破断面を包含して樹脂封止する。一般
に金属板をプレス打ち抜き加工すると、その切り口には
“だれ”,“せん断面”とともに、素材の亀裂により粗
面を呈した“破断面”,“かえり”が生じる。そこで、
金属ベース板をプレス打ち抜き加工により作製し、その
切り口の破断面を覆うように樹脂封止を行えば、破断面
の凹凸が投錨効果を発揮して封止樹脂と食いつきがよく
なり、高い接合強度が得られる。したがって、従来のよ
うに金属ベース板の周縁に突起を追加加工することが省
略できる。
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図1ない
し図3に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図4
に対応する同一部材には同じ符号が付してある。図1
(a),(b),および図2において、半導体装置の基本
構造は図4と殆ど同一であるが、次の点で異なる。すな
わち、 金属ベース板1と絶縁基板2との間,および絶縁基板
2とリードフレーム3との間がシート状接着剤8で接合
されている。このシート状接着剤8は熱伝導率が高い材
料で、厚さ25μm程度と極薄いものであり、絶縁基板
2,リードフレーム3のダイパッド3a(図6参照)の
形状に合わせて裁断したものが使用される。なお、絶縁
基板2はその表裏面にメタライズ処理を施さずにそのま
ま使用する。 方形状になる絶縁基板2は、その縦横寸法のうちの少
なくとも一方が金属ベース板1の外形寸法よりも一回り
大きく設定されている。図示実施例ではリードフレーム
3の端子引出し方向の寸法が金属ベース板1の外形より
大であり、組立状態では絶縁基板2が金属ベース板1よ
り側方に寸法Lだけ突出している。 金属ベース板1はプレスにより打ち抜き加工して作製
したものをそのまま使用し、図4(b)で示したような
突起1aの追加加工は行わない。そして、プレス打ち抜
き加工により切り口に生じた“破断面”を覆うように封
止樹脂7が一体成形されている。次に、前記構成の組立
方法を図3により説明する。まず、図示のような組立用
治具9を用意し、ここに金属ベース板1を挿入した後、
その上にシート状接着剤8,絶縁基板2,シート状接着
剤8,およびIGBT4,フライホイールダイオード5
をマウントしたリードフレーム3をこの順序に積み重ね
て位置決めし、上方から加圧力を加えた状態で加熱し、
金属ベース板1と絶縁基板2との間,および絶縁基板2
とリードフレーム3との間を接着剤8で接合する。な
お、組立用治具9は単一構造の枠体であり、金属ベース
板1,絶縁基板2をそれぞれ所定の積み重ね位置に保持
する位置決め枠部分が上下2段に分けて形成されてい
る。続いて、リードフレーム3上で半導体チップと各端
子との間をワイヤボンディングして図1の内部配線を施
した後、この組立体をトランスファ成形金型に挿入セッ
トし、金属ベース板1の底面を残して金属ベース板1の
プレス加工切り口,各組立部品を覆って樹脂封止する。
その後に、リードフレーム3に対してタイバーカット,
リード曲げ加工を施して製品が完成する。
【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、組立性,信頼性の面で次記のような効果が得られ
る。 1)金属ベース板/絶縁基板,絶縁基板/リードフレー
ム間の接合に、従来の共晶半田板に替えてシート状接着
剤を使用することにより、半田板を採用した場合に見ら
れる半田ボイドの発生,および半田ボイドに起因する伝
熱抵抗増加の問題を解消できるほか、絶縁基板のメタラ
イズ処理が不要となってその分だけコストが低減する。 2)絶縁基板の外形寸法を金属ベース板より大きく設定
したことにより、組立時の位置合わせが簡単に行えると
ともに、絶縁基板の絶縁沿面距離も増大して金属ベース
板とリードフレームにマウントした半導体素子との間の
絶縁耐力が向上する。 3)プレス打ち抜き加工により作製した金属ベース板を
そのまま採用し、打ち抜き加工の際に切り口に生じた粗
面状の破断面を生かして樹脂封止を行うことにより、破
断面の粗面による投錨効果で封止樹脂との間に高い接合
強度が得られる。しかも、従来のように金属ベース板の
周縁に突起の追加加工が不要となるので、その分だけコ
ストが低下する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による半導体装置の構成図であ
り、(a)は横断平面図、(b)は縦断側面図
【図2】図1の一部拡大図
【図3】図1の組立方法の説明図
【図4】従来における半導体装置の構成図であり、
(a)は横断平面図、(b)は縦断側面図
【図5】図1,図4に示した半導体装置の等価回路図
【図6】図1,図4の半導体装置に採用するリードフレ
ームの平面図
【符号の説明】
1 金属ベース板 1b プレス加工により生じた切り口の破断面 2 絶縁基板 3 リードフレーム 4 IGBT 5 フライホイールダイオード 6 ボンディングワイヤ 7 封止樹脂 8 シート状接着剤 9 組立用治具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 25/00 H01L 23/48

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放熱用金属ベース板の上に絶縁基板を介し
    て半導体チップをマウントしたリードフレームを搭載
    し、かつ金属ベース板と絶縁基板, および絶縁基板とリ
    ードフレームとの間を接合した上で、これら部品を封止
    樹脂で覆った半導体装置において、金属ベース板と絶縁
    基板,および絶縁基板とリードフレームの間をシート状
    接着剤を用いて接合したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体装置において、絶縁
    基板とリードフレームとの間を、リードフレームのダイ
    パッドに対応した形状のシート状接着剤を用いて接合し
    たことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】放熱用金属ベース板の上に絶縁基板を介し
    て半導体チップをマウントしたリードフレームを搭載
    し、かつ金属ベース板と絶縁基板, および絶縁基板とリ
    ードフレームとの間を接合した上で、これら部品を封止
    樹脂で覆った半導体装置において、前記絶縁基板の縦,
    横寸法の少なくとも一方を、金属ベース板の外形寸法よ
    りも大に設定したことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】放熱用金属ベース板の上に絶縁基板を介し
    て半導体チップをマウントしたリードフレームを搭載
    し、かつ金属ベース板と絶縁基板, および絶縁基板とリ
    ードフレームとの間を接合した上で、これら部品を封止
    樹脂で覆った半導体装置において、金属ベース板の外形
    をプレスにより打ち抜き加工し、その切り口の破断面を
    包含して樹脂封止したことを特徴とする半導体装置。
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