JP4894783B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特にモールド樹脂で封止された半導体装置および半導体意装置の製造方法に関する。
従来から各種工夫が施された半導体装置が提案されている。たとえば、特開2002−312744号公報に記載された半導体装置は、外部接続用端子となる導体を含む配線基板と、この配線基板上に形成された樹脂枠体と、この樹脂枠体の内側に形成された集積回路素子および接続手段と、集積回路素子や接続手段を覆う封止樹脂とを備えている。
さらに、特開2002−312744号公報に記載された半導体装置の製造方法によれば、まず、集積回路素子上に形成された入出力電極と、外部接続用端子とをワイヤーボンディングによって接続する。そして、上型、下型、ゲート、およびランナーを有する成形金型を用いて、樹脂枠体の内部に封止樹脂を充填する。
特開2002−76195号公報に記載されたMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)の実装構造は、電気的に分離された複数の導電路と、所望の該導電路上にゲート電極およびソース電極を固着されたMOSFETチップと、該MOSFETチップのドレイン電極を所望の導電路と接続する金属接続板と、MOSFETチップを被覆し且つ導電路を一体に支持する絶縁性樹脂とを備えている。
特開2002−76195号公報に記載されたMOSFETの実装構造の製造方法は、導電箔上にMOSFETチップを実装した後に、絶縁性樹脂を導電箔上に形成している。
特開2006−179732号公報に記載された半導体パワーモジュールは、セラミックス基板に高純度AlもしくはAl合金を直接接触させて接合させた絶縁基板と、半田を介して搭載されたSiチップと、絶縁基板およびSiチップとを覆うように形成されたエポキシ系樹脂とを備えている。
特開2006−179732号公報に記載された半導体パワーモジュールの製造方法においては、トランスファモールドでエポキシ系樹脂を形成する。
特開2002−312744号公報 特開2002−76195号公報 特開2006−179732号公報
しかし、特開2002−312744号公報に記載された半導体装置の製造方法においては、樹脂枠体の内部に封止樹脂を充填する際に、樹脂枠体と金型との隙間に樹脂が入り込み、外部接続端子の表面上に樹脂が付着するおそれがある。
さらに、特開2002−312744号公報に記載された半導体装置においては、樹脂枠体と、この樹脂枠体内に形成された封止樹脂とが互いに位置ずれする場合がある。
特開2002−76195号公報に記載されたMOSFETの実装構造の製造方法においては、絶縁基板およびSiチップを覆うようにエポキシ系樹脂を充填する際に、金型と充電箔との間を樹脂が通り、導電箔の表面のうち、Siチップの搭載面と反対側の面にまで樹脂が形成されるおそれがある。
特開2006−179732号公報に記載された半導体パワーモジュールの製造方法においては、エポキシ樹脂を形成する際に、素子に接続されたリードを金型に形成された穴部に挿入した状態で、樹脂を充填している。しかし、リードと金型との間の隙間内に樹脂が入り込み、エポキシ樹脂から突出させるリードの表面にも樹脂が付着するおそれがある。
本発明は、上記のような課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、樹脂の染み出しの抑制が図られた半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の第2の目的は、枠体と、該枠体内にモールド樹脂が充填された半導体装置において、枠体内に形成された樹脂部が枠体に対して相対的に位置ずれしたり、樹脂部が枠体から脱落することを抑制することができる。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、環状の枠体と、枠体の内周面から張り出す配線と、枠体内に位置し、配線が接続された素子とを準備する工程と、枠体の一方の軸方向端面によって規定される開口部を閉塞すると共に、配線および素子を覆うように第1金型を配置する工程と、枠体の他方の軸方向端面によって規定される開口部を閉塞すると共に、配線および素子を覆うように第2金型を配置する工程とを含む。さらに、第1および第2金型が枠体を挟持して、第1金型を一方の軸方向端面に圧着させて、一方の軸方向端面を変形させると共に、第2金型を他方の軸方向端面に圧着させて、他方の軸方向端面を変形させる工程と、第1および第2金型と、枠体とによって規定される内部空間内に樹脂を充填して、内部空間内に位置する配線および素子上を覆う樹脂部を形成する工程とを備える。
本発明に係る半導体装置は、環状の枠体と、枠体内に充填された樹脂部と、樹脂部内に埋設された素子と、枠体の内周面から樹脂部内に引き出され、素子に接続されると共に、枠体の一方の軸方向端面の引出部から引き出された配線とを備え、樹脂部は、枠体の一方の軸方向端面のうち、配線より内周縁部側に位置する部分の一部を覆い、引出部よりも枠体の内周側に位置する部分と係合する配線第1係合部と、枠体の他方の軸方向端面の一部を覆う第2係合部とを含む。
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、枠体内に樹脂が充填され、枠体内に配置された素子等が樹脂部によって覆われた半導体装置を製造する過程において、枠体内に樹脂を充填する際に、枠体と金型との間から樹脂が染み出し、配線のうち、外部配線等と接続される部分に樹脂が付着することを抑制することができると共に、樹脂によって形成されるバリの発生を抑制することができる。
本発明に係る半導体装置によれば、枠体内に樹脂が充填され、枠体内に配置された素子等が樹脂部によって覆われた半導体装置において、樹脂部が枠体に対して相対的に変位したり、樹脂部が枠体から脱落することを抑制することができる。
本発明に係る半導体装置および半導体装置の製造方法について、図1から図16を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置100の断面図である。この図1に示されるように、半導体装置100は、環状に形成された枠体110と、この枠体110内に充填されたモールド樹脂部111と、このモールド樹脂部111内に埋設されたパワーチップ117と、枠体110の内周面から引き出された配線112および配線113とを備えている。ここで、配線112は、軸方向端面122上に位置する引出部114から引き出されており、配線113は、軸方向端面122上に位置する引出部115から引き出されている。
枠体110と配線112および配線113とは、たとえば、インジェクション成形によって一体成形されている。
枠体110は、一方の軸方向端面122に形成され、環状に延びる環状凸部130と、他方の軸方向端面123に形成され、環状に延びる環状凸部131とを備えている。
環状凸部130は、軸方向端面122の内周縁部と外周縁部との間に位置しており、環状凸部131も、軸方向端面123の内周縁部と外周縁部との間に位置している。特に、環状凸部130は、軸方向端面122のうち、引出部114および引出部115に対して、軸方向端面122の内周縁部側に位置する部分に形成されている。
モールド樹脂部111は、軸方向端面122のうち、環状凸部130に対して、軸方向端面122の内周縁部側に位置する部分および環状凸部130の内側面132を覆う係合部138を含む。さらに、モールド樹脂部111は、軸方向端面123のうち、環状凸部131に対して、軸方向端面123の内周縁部側に位置する部分および環状凸部131の内側面135を覆う、係合部139を含む。ここで、係合部138は、軸方向端面122のうち、配線112の引出部114および配線113の引出部115に対して、軸方向端面122の内周側に位置する部分と係合している。そして、モールド樹脂部111の周面には、環状凹部121が形成されており、枠体110は、この環状凹部121内にはめ込まれている。
ここで、モールド樹脂部111が枠体110に対して、軸方向端面123から軸方向端面122に向かう方向に向けて相対的に変位しようとしても、係合部139が軸方向端面123に係合すると共に、環状凹部121に枠体110が嵌めこまれているため、モールド樹脂部111と枠体110との相対的な位置ずれが抑制されている。同様に、モールド樹脂部111が枠体110に対して、軸方向端面122から軸方向端面123に向かう方向に相対的に変位しようとしても、係合部138が軸方向端面122と係合すると共に、環状凹部121内に枠体110が嵌め込まれているため、モールド樹脂部111と枠体110との相対的な変位が抑制されている。このように、モールド樹脂部111は、枠体110に対して相対的に移動したり、モールド樹脂部111が枠体110から脱落することが抑制されている。
ここで、枠体110の幅は、たとえば、1mm以上2mm以下程度であることが好ましい。枠体110の幅が1mmより小さくなると、枠体110の剛性が小さくなり、後述する樹脂を枠体110内に充填する際に、金型からの押圧力によって大きく変形するおそれがあるためである。さらに、枠体110の幅が2mmより大きくなると、半導体装置100のコンパクト化を阻害するためである。環状凸部130の幅は、たとえば、0.5mm程度となっている。そして、軸方向端面122のうち、環状凸部130に対して、軸方向端面122の内周縁部側に位置する部分の幅は、たとえば、1mm程度となっており、環状凸部130の幅よりも、大きくなっている。
これにより、たとえば、モールド樹脂部111と枠体110との熱膨張率が異なり、モールド樹脂部111および枠体110の温度が上昇したときにおいても、係合部138,139が枠体110と良好に係合することができ、モールド樹脂部111と枠体110との係合状態を維持することができる。
なお、枠体110は、熱可塑性樹脂から形成されており、モールド樹脂部111は、熱硬化性樹脂によって構成されている。
配線112は、枠体110の内周面から枠体110内に引き出され、モールド樹脂部111内に埋設されている。そして、モールド樹脂部111内に位置する配線112の端部には、電極151が連設されている。この電極151には、ボンディングワイヤー120の一方の端部が接続されており、ボンディングワイヤー120の他方の端部は、パワーチップ117の上面に接続されている。
配線112は、軸方向端面122のうち、環状凸部130に対して軸方向端面122の外周縁部側に位置する引出部114から引き出されている。
配線113は、枠体110の内周面から引き出されており、半田116を介してパワーチップ117の底面に接続されている。さらに、配線113は、枠体110の軸方向端面122のうち、環状凸部130に対して外周縁部側に位置する引出部115から引き出されている。
配線113のうち、枠体110内に位置する端部には、電極150が連設されている。この電極150の上面には、半田116を介してパワーチップ117が搭載されている。電極150は、配線112,113が引き出された軸方向端面122側に位置するモールド樹脂部111の一方の端面147よりも他方の端面148側に近接している。
そして、モールド樹脂部111の端面148には、冷却器149が装着される。これにより、パワーチップ117を冷却器149に近接させることができ、パワーチップ117を良好に冷却することができる。
電極150の表面のうち、パワーチップ117が搭載された主表面と反対側に位置する主表面と、装着される冷却器149との間には、モールド樹脂部111が充填されている。このため、パワーチップ117から半田116を介して電極150に伝達された熱は、モールド樹脂部111を介して冷却器149に良好に放熱される。
電極150は、たとえば、NiメッキされたCu板とされている。電極150の厚みは、0.5mm以上1.0mm以下程度とされており、パワーチップ117からの熱が良好に電極150に伝達され、そして、電極150からモールド樹脂部111に良好に放熱される。
なお、電極151は、たとえば、Niメッキが施されたCu板とされている。電極151は、ボンディングワイヤー120を電極151に接続する際に必要な剛性を有しておればよく、電極151の厚みは、たとえば、0.5mm程度とされている。このように、電極151の厚みは、電極150よりも薄く形成されている。
電極150を薄く形成することで、電極151と電極150とが、半導体装置100の厚み方向(軸方向端面122と軸方向端面123の一方から他方に向かう方向)に重なり合う場合には、半導体装置100の厚みを薄くすることができ、半導体装置100のコンパクト化を図ることができる。
さらに、配線112および配線113は、いずれも、軸方向端面122から引き出されており、冷却器149は、軸方向端面123側に配置されるため、冷却器149と、配線112および配線113との間の沿面距離を長く確保することができる。
配線112および配線113と、冷却器149との沿面距離が確保することができれば、半導体装置100の厚みを薄くして、半導体装置100のコンパクト化を図ることができる。
また、配線112および配線113を枠体110の軸方向端面122から引き出すことにより、配線112および配線113を枠体110の周面から引き出す場合と比較して、半導体装置100のコンパクト化を図ることができる。
図2から図4を用いて、本実施の形態1に係る半導体装置100の製造方法について説明する。
図2は、半導体装置100の製造工程を示す断面図である。この図2に示すように、まず、配線112および配線113が設けられた枠体110と、半田116を介して、電極150上に搭載され、ボンディングワイヤー120によって電極151に接続されたパワーチップ117とを備えるユニット160を形成する。そして、金型200を用いて、ユニット160の枠体110内に樹脂を充填して、モールド樹脂部111を形成する。金型200は、上金型210と下金型211とを備え、内部にキャビティー201が規定されている。この図2に示す例においては、下金型211には凹部206が形成されており、凹部206の底面209は、形成されるモールド樹脂部111の端面148を規定する。凹部206の内側面207は、環状凸部131の外側面136を支持する。
下金型211の上面のうち、凹部206と隣り合う部分は、平坦面状の支持面208とされており、枠体110の軸方向端面123のうち、環状凸部131に対して外周側に位置する部分を支持すると共に、上金型210の下面と当接するパーティング面とされている。
下金型211には、凹部206に達するランナ221と、このランナ221に連通するポット220とが形成されており、ポット220内には、プランジャ222がポット220内を摺動可能に設けられている。
上金型210には、凹部205が形成されており、この凹部205は、枠体110、配線112、および配線113を収容する凹部205が形成されている。凹部205は、枠体収容部203と、配線受入部202および配線受入部204とから規定されている。
枠体収容部203の内周面は、枠体110の外周面を模るように形成されており、枠体110を受け入れ可能となっている。さらに、配線受入部202は、配線112のうち、枠体110の軸方向端面122から突出する部分を受け入れ可能とされており、配線受入部204は、配線113のうち、軸方向端面122から突出する部分を受け入れ可能とされている。
そして、キャビティー201内にユニット160を配置すると、下金型211は、枠体110の軸方向端面123によって規定される開口部を閉塞すると共に、枠体110内に位置するパワーチップ117や、配線112および配線113のうち、枠体110内に位置する部分を覆うように位置する。
さらに、上金型210は、モールド樹脂部111の軸方向端面122によって規定される開口部を閉塞すると共に、枠体110内に位置するパワーチップ117と、配線112および配線113のうち、枠体110内に位置する部分とを覆うように位置する。そして、枠体収容部203内に枠体110が位置し、配線112および配線113のうち、枠体110の軸方向端面122から突出する部分は、配線受入部202および配線受入部204内に収容される。
図3は、金型200内にユニット160を収容したときにおける環状凸部130およびその近傍の状態を示す断面図である。なお、この図3に示す状態においては、上金型210と下金型211とは僅かに離間している。この図3に示すように、凹部205の上部は、平坦面状の上面224と、この上面224の外周縁部に位置し、環状に延びる傾斜面226と、傾斜面226に対して、上面224と反対側に位置する配線受入部202および配線受入部204とによって規定されている。
そして、この図3に示すように、上金型210と下金型211とが近接すると、環状凸部225の傾斜面226と、環状凸部130の傾斜面226との間の距離が縮まる。
この際、環状凸部130の頂点部134と、凹部205との間の距離は、上金型210と下金型211との離間距離よりも小さくなっている。
図4は、上金型210と下金型211とが互いに当接して、キャビティー201が規定されたときにおける環状凸部130およびその近傍の状態を示す断面図である。
この図4に示すように、上金型210と下金型211とが当接すると、上金型210の上面224が、環状凸部130の頂点部134と当接し、上金型210と環状凸部130とが圧着する。この図4に示す例においては、環状凸部130の頂点部134は、上面224によって押圧されることで、塑性変形している。ここで、枠体110の材料として、熱可塑性樹脂を用いることで、上記のような塑性変形が可能となっており、環状凸部130の頂点部の変形により、上金型210との密着が確実に得られる。
これにより、上金型210の上面224の平面度が数μm〜数百μm程度であったとしても、環状凸部130が変形することで、環状凸部130の全周の上端部と、上金型210の上面224とが隙間なく密着(圧着)する。さらに、環状凸部225の傾斜面226と、環状凸部130の外側面133とが密着する。
また、枠体110の軸方向端面123に形成された環状凸部131も、下金型211の底面209と当接して、変形する。これにより、下金型211の底面209の平面度が、数μm以上〜数百μm程度であったとしても、環状凸部131の頂点部134が塑性変形することで、環状凸部131の全周に亘って、環状凸部131の上端部と底面209とが密着する。ここで、枠体110の材料として、熱可塑性樹脂を用いることで、上記のような塑性変形が可能となっており、環状凸部131の頂点部の変形により、下金型211との密着が確実に得られ、さらに、下金型211の内側面207と、環状凸部131の外周面とが密着する。
このように、樹脂をキャビティー201内に充填する前に、予め、上金型210と下金型211とが枠体110の外周縁部を挟持して、上金型210が枠体110の軸方向端面122を塑性変形させると共に、下金型211が枠体110の軸方向端面123を塑性変形させる。そして、軸方向端面122と上金型210とを、軸方向端面122の周方向の全周に亘って密着させると共に、軸方向端面123と下金型211とを、軸方向端面123の周方向の全周に亘って密着させる。
その後、キャビティー201内に樹脂を供給する。樹脂が充填される際には、金型200は、たとえば、180度程度にまで昇温し、樹脂タブレット223が融解する。そして、プランジャ222が樹脂タブレット223を押圧して、融解した樹脂が、ランナ221を通って、上金型210、下金型211、および枠体110によって規定された空間内に充填される。そして、この樹脂が硬化することで、モールド樹脂部111が形成され、半導体装置100が製造される。
樹脂タブレット223としては、たとえば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が採用される。なお、枠体110は、樹脂タブレット223が熱硬化する温度よりも、融解温度が高い熱可塑性樹脂から形成されている。これにより、樹脂が充填される際に、枠体110が融解することを抑制することができる。なお、通常の熱硬化性樹脂の反応硬化温度は、180℃とされている。
ここで、上金型210と下金型211と枠体110とによって規定された空間内に樹脂が充填される際、上金型210と環状凸部130とが環状凸部130の全周に亘って密着すると共に、下金型211と環状凸部131とが環状凸部131の全周に亘って密着しているため、充填された樹脂が、上金型210と枠体110との間および下金型211と枠体110との間から染み出すことを抑制することができる。
さらに、環状凸部130の外側面133と、環状凸部225の傾斜面226とが密着すると共に、環状凸部131の外側面と、下金型211の内側面207とが見密着することで、さらに、樹脂の染み出しを抑制することができる。
その上、環状凸部130の外側面133と環状凸部225の傾斜面226とが密着することで、樹脂が環状凸部130より外側に達するするまでの経路長が長くなり、樹脂が環状凸部130より外側に達することを抑制することができる。また、環状凸部131の外側面と、内側面207とが密着することで、キャビティー201内の樹脂が環状凸部131より外側に達するまでの経路長が長くなり、樹脂が環状凸部131より外側に染み出すことを抑制することができる。
このように、樹脂の染み出しを抑制することができるので、上記の配線112や配線113のうち、枠体110の軸方向端面122から突出する部分に、樹脂が付着することを抑制することができる。さらに、染み出した樹脂が硬化して、バリが形成されることを抑制することができる。
枠体110の軸方向端面122の塑性変形部位が環状となるように、上金型210を枠体110に圧着すると共に、枠体110の軸方向端面123の塑性変形部位が環状となるように、下金型211を枠体110に圧着させることで、金型200の上面224および凹部206の平面度が数百μm程度であったとしても、樹脂を充填する工程において、樹脂の染み出しを抑制することができる。
このため、平面度の優れた金型200を用いる必要がなく、金型200の製造コストおよび金型200を成形する際の成形時間の短縮を図ることができる。
ここで、半導体装置の製造方法としては、チップを搭載する基板となる部分と、リードとなる部分と、環状の枠部を備えたフレームを準備する工程と、環状の枠部を上金型と下金型とのパーティング面内に配置する工程と、上金型と下金型とで枠部を挟みこんだ後、樹脂を充填する工程と、フレームの枠体部分を除去する工程とを備えた製造方法が考えられる(比較例の製造方法)。
この比較例の製造方法においては、フレームの枠体は、樹脂の漏れ出しを抑制するために、金型で挟持する部分として必要である一方で、その後、除去廃棄される部分であり、結果として、使用率は、原材料である圧延ロール材の50%程度である。これに対して、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法においては、枠体110に搭載した後、配線112、113の一部を廃棄する必要がなく、原材料である圧延ロール材の80%以上の使用効率を図ることができる。さらに、配線112および配線113を異なる厚みの配線を選択することができる。
(実施の形態2)
図5から図8を用いて、本発明の実施の形態2に係る半導体装置および半導体装置の製造方法について説明する。なお、上記図1から図4に示された構成と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
図5は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置100の断面図である。この図5に示すように、半導体装置100は、環状に形成された枠体110と、この枠体110内に充填されたモールド樹脂部111と、モールド樹脂部111内に埋設されたパワーチップ117とを備えている。
枠体110は、環状に形成された外側枠体118と、この外側枠体118の内周面から突出する環状の突出部142とを備えている。
このため、枠体110の軸方向端面122は、突出部142の内径端面124と、外側枠体118の外径端面125とによって規定されており、枠体110の軸方向端面123は、突出部142の内径端面126と、外側枠体118の外径端面127とによって規定されている。
突出部142は、内径端面124のうち、突出部142の内周縁部と外側枠体118との間に位置する部分に、周方向に延びる環状の溝部144を含む。さらに、突出部142は、内径端面126のうち、突出部142の内周縁部と、外側枠体118との間に位置する部分に、周方向に延びる環状の溝部143を含む。このため、突出部142は、外側枠体118の内周面から突出する基部141と、溝部144および溝部143を介して、基部141の内周側に位置する張出部140とを備えている。
そして、モールド樹脂部111は、張出部140の軸方向の両端面上にまで張り出しており、モールド樹脂部111と枠体110とが互いに係合している。そして、モールド樹脂部111の外周面には、環状に延びる環状凹部121が形成されており、この環状凹部121内に張出部140が嵌め込まれている。
ここで、図6から図8を用いて、本発明の実施の形態2に係る半導体装置100の製造方法について説明する。
図6は、本実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。この図6に示すように、モールド樹脂が形成されていないユニット161を金型200内に配置する。
ユニット161は、外側枠体118および突出部142を含む環状の枠体110と、枠体110の軸方向端面122から引き出された配線112および配線113と、枠体110内に配置されたパワーチップ117とを備えている。
配線112は、枠体110の内周面から引き出されており、配線113の枠体110内の端部には、平坦面状の電極150が連設されており、この電極150の上面上に半田116を介してパワーチップ117が搭載されている。
そして、配線112のうち、枠体110内の端部には、平板状の電極151が連設されており、電極151とパワーチップ117とは、ボンディングワイヤー120によって接続されている。
金型200は、下金型211と、上金型210とを含む。下金型211には、環状に延びる挿入部236が形成されている。下金型211の上面のうち、挿入部236に対して外周側には、枠体110の軸方向端面123を支持すると共に、上金型210の底面を支持するパーティング面として機能する平坦部238が形成されている。
挿入部236は、下金型211の上面から上方に向けて突出すると共に、枠体110の突出部142を支持可能な基部235と、この基部235から上方に向けて突出する突起部234とを備えている。基部235および突起部234は、いずれも、環状に延びている。
上金型210の表面のうち、キャビティー201を規定する凹部205の底部には、環状に延びる挿入部233が形成されている。凹部205の内周面うち、挿入部233の外側には、配線112を受け入れ可能な配線受入部202と、配線113を受け入れ可能な配線受入部204とが形成されている。
図7は、金型200内にユニット161を収容したときにおける挿入部233およびその近傍の状態を示す断面図である。なお、この図7に示す状態においては、上金型210と下金型211とは、僅かに離間している。
図8は、上金型210と下金型211とが互いに当接して、キャビティー201が規定されたときにおける挿入部233およびその近傍の状態を示す断面図である。
これら、図7および図8に示すように、上金型210と下金型211とが互いに近接するにつれて、挿入部233の突起部231が、突出部142に近接する。
そして、上金型210と下金型211とが互いに当接する際には、図8に示すように、突起部231は、突出部142の内径端面126と当接し、さらに、突出部142内に入り込む。これにより、内径端面126上に、環状の溝部144が形成される。
このように、突起部231は突出部142を塑性変形させて、突起部231が突出部142内に入り込み、突出部142と溝部144の内表面とが密着または圧着する。なお、突起部231および溝部144はいずれも、環状に形成されており、互いの密着部も環状に延びている。
また、挿入部236の突起部234も同様に、突出部142内に入り込み、環状の溝部143を形成する。これにより、突起部234と溝部143の内表面とが互いに密着および圧着する。
このように、突起部231および突起部234を突出部142内に挿入した後、キャビティー201内に樹脂を充填する。ここで、突起部231および突起部234が、溝部144および溝部143の内表面と密着しているので、充填された樹脂が、突起部231と溝部144との間および突起部234と溝部143との間を通って、配線受入部202および配線受入部204内に入り込むことを抑制することができる。さらに、キャビティー201内の樹脂が、配線受入部204または配線受入部202内に達するには、溝部144の内表面および突起部231の間と、外側枠体118の内周面および基部230の外周面の間を通る必要があり、樹脂の染み出し経路が長くなっている。
これにより、配線112および配線113のうち、枠体110の軸方向端面122から引き出された部分に、樹脂が付着することを抑制することができる。さらに、樹脂が染み出すことで形成されれるバリの発生を抑制することができる。
(実施の形態3)
図9を用いて、本実施の形態3に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、図9において、上記図1から図8に示された構成と同一の構成については、同一の符号を付してその説明の省略する場合がある。
図9は、ユニットをキャビティー201内に収容したときにおいて、キャビティー201、ランナ221およびポット220の近傍の構成を示す断面図である。なお、この図9においては、上金型210と下金型211とは、互いに当接しており、キャビティー201が規定されている。
上金型210は、環状に延びる突起部260が形成されており、上金型210と下金型211とが当接することで、枠体110の軸方向端面122に、突起部260が入り込み、環状の環状溝部261が形成されている。また、同様に、下金型211にも、ランナ221の開口部255が位置する部分を除いて、環状に延びる突起部が形成されており、
枠体110の軸方向端面123内に入り込んでいる。
このため、上金型210と枠体110とが互いに密着する密着部は、軸方向端面122上において、環状に延びており、下金型211と枠体110とが互いに密着する密着部も、軸方向端面123上において、環状に延びている。そして、枠体110に形成された切欠部250と、ランナ221のうち、キャビティー201側の端部とによってゲート部265が形成されている。
図10は、ゲート部265およびその近傍の構成を示す断面図である。この図10に示すように、ゲート部265は、枠体110に形成された切欠部250と、ランナ221を規定する下金型211の内表面とによって規定されている。
切欠部250は、軸方向端面123のうち、枠体110の外周縁部と内周縁部との間に位置する部分から枠体110の内周縁部に亘って延びている。そして、切欠部250の内表面は、枠体110の内周縁部側から外周縁部側に向かうにしたがって、枠体110の軸方向端面122側に向かうように湾曲している。これにより、切欠部250のうち、外周縁部側には、凹部252が形成されている。そして、凹部252から枠体110の内周縁部に向かうにしたがって、下金型211に向けて近接するように傾斜するテーパ部267が形成されている。
ここで、ゲート部265は、切欠部250の凹部252、テーパ部267、ランナ221の底部262およびテーパ面263によって規定された膨張部268と、この膨張部268に連通し、膨張部268に対して、軸方向端面123の内周縁部側に形成された吐出口251とを含む。膨張部268の高さ(軸方向端面123から軸方向端面122に向かう方向の長さ)は、吐出口251の高さよりも高く、膨張部268における樹脂の流通面積は、吐出口251における樹脂の流通面積よりも大きくなっている。
ここで、ゲート部265、膨張部268および吐出口251における樹脂の流通面積とは、ゲート部265、膨張部268および吐出口251のそれぞれの延在方向に対して垂直な断面における断面積とする。
そして、トランスファモールド成形法により、樹脂をキャビティー201内に供給する際、樹脂は、ランナ221内を流れ、ゲート部265に達する。ゲート部265における樹脂の流通面積は、ランナ221における樹脂の流通面積よりも大きいため、樹脂の流通速度は、一旦遅くなる。
これにより、樹脂の運動エネルギーは、小さくなり、樹脂の温度が高くなることが抑制されている。このため、キャビティー201内に供給される前においては、樹脂の温度が高くなることが抑制されており、樹脂が熱硬化することが抑制されている。
その後、吐出口251内を樹脂が流れる際には、樹脂の流通面積がゲート部265よりも小さいため、吐出口251を通る樹脂の流通速度は速くなり、樹脂の運動エネルギーが大きくなる。この結果、キャビティー201内における樹脂の温度を高めることができ、キャビティー201内において、樹脂が熱硬化することを促進させることができる。
ここで、ゲート部265を規定する切欠部250は、枠体110によって形成されており、枠体110は、キャビティー201内に樹脂を充填する度に異なる枠体110が配置される。このため、樹脂を充填する度に、新たな枠体110によって規定されたゲート部265によって樹脂を充填することができ、キャビティー201内における樹脂の熱硬化の促進効果を得ることができる。
たとえば、上金型210および下金型211によって、ゲート部265が規定された場合においては、樹脂の充填を繰り返す度に、上金型210が磨耗していくが、本実施の形態においては、このような上金型210の磨耗が問題とならない。
さらに、樹脂が、ゲート部265内を流通する際、樹脂は、ゲート部265を規定する枠体110の表面を押圧する。これにより、枠体110は上金型210の内表面に密着し、枠体110と上金型210との間の密着性が上昇する。
これに伴い、キャビティー201内に充填された樹脂が上金型210と枠体110との間に入り込むことを抑制することができる。特に、枠体110は、図10中の矢印A方向に向けて押圧されるため、枠体110の外周面と枠体110の内周面との間に樹脂が入り込むことを抑制することができる。これにより、樹脂のバリが生じることを抑制することができる。さらに、枠体110の軸方向端面122から突出する配線の表面に樹脂が付着することを抑制することができる。
(実施の形態4)
図11および図12を用いて、本実施の形態4に係る半導体装置について説明する。なお、図11および図12に示す構成において、上記図1から図10に示された構成と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
図11は、本発明の実施の形態4に係る半導体装置の断面図である。この図11に示されるように、パワーチップ117の上面には、電極151が半田119を介して接続されており、電極151は、配線112に連設されている。パワーチップ117の下面には、半田116を介して、電極150が接続されており、電極150は、配線113に連設されている。
ここで、この半導体装置100を製造する過程において、まず、配線112と配線113と枠体110とをインジェクション成形法によって一体成形する。この際、配線112と配線113とは、それぞれ厚みの異なる配線を採用することができる。
たとえば、電極150は、パワーチップ117からの熱を良好に吸熱すると共に、モールド樹脂部111に放熱するために、所定の厚みを有する金属板を採用する。その一方で、電極151においては、パワーチップ117の上面に半田付けする際に必要な剛性を有する金属板を採用すればよく、電極151の厚みを電極150の厚みよりも薄くすることができる。
電極150の上面上にパワーチップ117を搭載する際には、配線112の端部に連設された電極151は、たとえば、配線112の端部から軸方向端面122に向けて屈曲するように曲げられている。そして、電極150の上面上に、パワーチップ117を搭載する。その後、電極151をパワーチップ117の上面上に沿うように屈曲させて、半田119で接続する。
ここで、電極151の厚みを薄くすることで、パワーチップ117の上面上に位置する電極151から、パワーチップ117の下面に位置する電極150までの距離を小さくすることができ、半導体装置100の厚みを薄くすることができる。
なお、この図11に示す例においても、上記実施の形態1に係る半導体装置と同様に、枠体110の軸方向端面122および軸方向端面123には、環状凸部130および環状凸部131が形成されている。このため、モールド樹脂部111を形成する工程において、樹脂が枠体110から突出する配線112や配線113に付着することを抑制することができる。
なお、図12は、図11に示された半導体装置の変形例を示す断面図である。この図12に示す例においても、パワーチップ117の上面上に半田119を介して、電極151が接続されており、パワーチップ117の下面に、半田116を介して電極150が接続されている。この図12に示す例においても、図11に示す例と同様に、配線112の厚みは、配線113よりも薄く形成されている。このため、パワーチップ117の上面上に位置する電極151から、パワーチップ117下に位置する電極150との間の距離を小さくすることができ、半導体装置100の薄型化を図ることができる。
(実施の形態5)
図13から図16を用いて、本発明の実施の形態5に係る半導体装置300およびその製造方法について説明する。
図13は、本発明の実施の形態5に係る半導体装置300の斜視図である。この図13に示すように、半導体装置300は、枠体310と、枠体310内に充填されたモールド樹脂311と、枠体310の上面から突出する配線312と、枠体310に形成された台部370の上面に沿って屈曲する配線313A〜313Cとを備えている。
図14は、半導体装置300の断面図である。この図14に示すように、半導体装置300は、筒状の枠体310と、この枠体310内に充填されたモールド樹脂311と、半導体装置300の下面332側に配置された絶縁板330と、この絶縁板330の上面上に配置された電極314とを備えている。
さらに、半導体装置300は、電極314の上面上に間隔を隔てて搭載されたパワーチップ317およびパワーチップ318と、パワーチップ317およびパワーチップ318の上面上に配置され、半田380および半田381を介して、パワーチップ317およびパワーチップ318に接続された電極315Aと、パワーチップ317にボンディングワイヤー320を介して接続された配線316Aとを備えている。
配線316Aは、枠体310の内周面から枠体310内に引き出されると共に、枠体310側の端部に設けられたワイヤボンド用電極333を備えている。配線316Aは、枠体310内を通って、枠体310の上面331側の端面から引き出されている。そして、配線316Aのうち、枠体310から突出する部分に、図示されない外部配線が接続される。
配線313Aは、台部370の上面に沿うよう延びる上部配線334と、上部配線334の端部に連設され台部370内を通り、台部370の下面に達する内部配線335とを含む。そして、内部配線335の端部には、電極315Aが連設されている。
ここで、配線313Aのうち、台部370上に位置する上部配線334は、台部370内に埋設されたナットのネジ穴に対応する部分に貫通孔が形成されている。そして、配線313Aは、図示されない外部配線と共に、図示されないボルト等の締結部材によって固定されている。
配線313Aと外部配線との接続位置は、半導体装置100の上面331上に位置しており、さらに、配線316Aと外部配線との接続位置も、枠体310の上方に位置している。このように、各配線313A,316Aが枠体310に対して、枠体310の周面から張り出すように延びておらず、さらに、半導体装置100の上面331に外部配線を配置することができ、半導体装置100のコンパクト化が図られている。
電極315Aのうち、パワーチップ318の上方に位置する部分には、貫通孔351Aが形成されており、パワーチップ317の上方に位置する部分にも、貫通孔352Aが形成されている。
半田380は、貫通孔352A内に充填されると共に、電極315Aからパワーチップ317上に達している。半田381は、貫通孔351A内に充填されると共に、電極315Aからパワーチップ318に達している。
図15は、モールド樹脂311を充填する前の状態におけるユニット300Aの斜視図である。さらに、図16は、モールド樹脂311を充填する前における配線313A〜313C、電極315A〜315C、電極314,324および配線316A,316B等を示す斜視図である。
ここで、図15および図16に示すユニット300Aを構成するには、まず、電極314上に、パワーチップ317およびパワーチップ318を間隔を隔てて配置すると共に、パワーチップ327上に、パワーチップ328およびパワーチップ327を間隔を隔てて搭載する。
その一方で、配線313A〜313Cおよび配線316A,316Bがはめ込まれた枠体310を形成する。ここで、配線313Aは、パワーチップ318およびパワーチップ317上に配置された電極315Aとを含む。配線313Bは、電極314上に位置する接続部329Bと、パワーチップ328およびパワーチップ327上に位置する電極315Bとを含む。配線313Cは、電極324上に延びる接続部329Cを含む。
そして、パワーチップ317〜パワーチップ318が搭載された電極314,324上に、配線313A〜313Cおよび配線316A,316Bがはめ込まれた枠体310を配置する。
電極315Aに形成された貫通孔351A,352Aから半田を充填して、電極315Aと、パワーチップ318,317を接続する。さらに、接続部329Bに形成された貫通孔353B内に半田を充填して、配線313Bと電極314とを接続し、また、接続部329Cの貫通孔353内に半田を充填して、電極324と配線313Cとを接続する。
さらに、電極315Bに形成された貫通孔351B,352Bに半田を充填して、電極315Bとパワーチップ327,328とを接続する。配線316A,316Bと、パワーチップ317,327をボンディングワイヤー320で接続する。
このようにして、ユニット300Aを構成する。その後、枠体310内にモールド樹脂311を充填する。
ここで、図15に示すように、モールド樹脂311を充填する前には、枠体310の上面上には、枠体310の開口部376の開口縁部に沿って延びる環状突起部375が形成されている。さらに、枠体310の下面にも、枠体310の下面側の開口部に沿って延びる環状突起部が形成されている。配線313A〜313Cおよび配線316A,316Bは、枠体310の上面から上方に突出するように延びており、環状突起部375に対して、枠体310の外周面側に位置している。
そして、枠体310内にモールド樹脂311を充填する際、ユニット100Aを金型のキャビティー内に配置する。上金型には、配線313A〜313Cを受け入れ可能な凹部と、配線316A,316Bを受け入れ可能な凹部とが形成されており、配線313A〜313Cおよび配線316A,316Bが各凹部内に収容される。
そして、枠体310の環状突起部375は、上金型によって押圧され塑性変形する。ここで、上金型は、環状突起部375の全周に亘って密着し、枠体310と上金型との密着部は、開口部376の周囲に沿って環状に亘って延びる。さらに、ユニット100Aがキャビティー内に配置された後、枠体310の下面側に形成された環状突起部は、下金型によって押圧され、塑性変形する。ここで、下金型は、環状突起部の全周に亘って圧着し、下金型と枠体310との圧着部は、枠体310の下面側に位置する開口部に沿って環状に延びる。
このように、上金型および下金型が、枠体310が挟持して、上金型および下金型と、枠体310とを密着させた状態で、モールド樹脂を枠体310内に充填する。これにより、枠体310、上金型および下金型によって規定される充填空間から樹脂が染み出すことを抑制することができる。これにより、配線316A,316Bおよび配線313A〜313Cのうち、枠体310の上面から突出する部分に樹脂が付着することを抑制することができる。さらに、樹脂が染み出すことにより形成されるバリの発生を抑制することができる。さらに、パワーチップ317およびパワーチップ327の厚みを、電極314および電極324の厚みよりも薄くすることで、半導体装置300の厚みを薄くすることができる。
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、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。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が含まれることが意図される。
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に好適である。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。 半導体装置の製造工程を示す断面図である。 金型内にユニットを収容したときにおける環状凸部およびその近傍の状態を示す断面図である。 上金型と下金型とが互いに当接して、キャビティーが規定されたときにおける環状凸部およびその近傍の状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。 本実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。 金型内にユニットを収容したときにおける挿入部およびその近傍の状態を示す断面図である。 上金型と下金型とが互いに当接して、キャビティーが規定されたときにおける挿入部およびその近傍の状態を示す断面図である。 ユニットをキャビティー内に収容したときにおいて、キャビティー、ランナおよびポットの近傍の構成を示す断面図である。 ゲート部およびその近傍の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態4に係る半導体装置の断面図である。 図11に示された半導体装置の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態5に係る半導体装置の斜視図である。 半導体装置の断面図である。 モールド樹脂を充填する前の状態におけるユニットの斜視図である。 モールド樹脂を充填する前における配線、電極、電極および配線等を示す斜視図である。
符号の説明
100,300 半導体装置、110 枠体、111 モールド樹脂部、112,113 配線、114,115 引出部、117 パワーチップ、130,131 環状凸部、138,139 係合部、140 張出部、141 基部、142 突出部、200 金型、201 キャビティー、202,204 配線受入部、203 枠体収容部、210 上金型、211 下金型、220 ポット、221 ランナ、222 プランジャ、223 樹脂タブレット。

Claims (8)

  1. 環状の枠体と、前記枠体の内周面から張り出す配線と、前記枠体内に位置し、前記配線が接続された素子とを準備する工程と、
    前記枠体の一方の軸方向端面によって規定される開口部を閉塞すると共に、前記配線および前記素子を覆うように第1金型を配置する工程と、
    前記枠体の他方の軸方向端面によって規定される開口部を閉塞すると共に、前記配線および前記素子を覆うように第2金型を配置する工程と、
    前記第1および第2金型が前記枠体を挟持して、前記第1金型を前記一方の軸方向端面に圧着させて、前記一方の軸方向端面を変形させると共に、前記第2金型を前記他方の軸方向端面に圧着させて、前記他方の軸方向端面を変形させる工程と、
    前記第1および第2金型と、前記枠体とによって規定される内部空間内に樹脂を充填して、前記内部空間内に位置する前記配線および前記素子上を覆う樹脂部を形成する工程と、
    を備えた、半導体装置の製造方法。
  2. 前記配線は、前記一方の軸方向端面上の引出部から引き出され、
    前記第1および第2金型が前記枠体を挟持する工程において、前記第1金型が前記一方の軸方向端面のうち、前記配線の引出部よりも内側に位置する部分を変形させる、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記枠体は、前記一方の軸方向端面のうち、該一方の軸方向端面の内周縁部と前記引出部との間に位置する部分に形成された環状の第1突起部と、前記他方の軸方向端面に形成された環状の第2突起部とを含み、
    前記第1および第2金型が前記枠体を挟持する工程において、前記第1金型が前記第1突起部を全周に亘ってを変形させ、前記第2金型が前記第2突起部を全周に亘って変形させる、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第1金型は、環状に延びる第1環状凸部を含み、前記第2金型は、環状に延びる第2環状凸部とを含み、
    前記第1および第2金型が前記枠体を挟持する工程において、前記第1環状凸部が、前記枠体の前記一方の軸方向端面のうち、該一方の軸方向端面の内周縁部と前記引出部との間に位置する部分を変形して、第1溝部を形成すると共に、前記第2環状凸部が、前記枠体の前記他方の軸方向端面を変形して、第2溝部を形成する、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第2金型に、前記樹脂が吐出する吐出口が形成され、
    前記枠体には、前記他方の軸方向端面のうち、前記他の軸方向端面の外周縁部より内周縁部側に位置する部分から該内周縁部に達する切欠部が形成され、
    前記切欠部を規定する前記枠体の内周面のうち、前記内周縁部よりも外周縁部側に位置する部分は、前記内周縁部に位置する部分よりも前記一方の軸方向端面に近接するように凹まされ、
    前記切欠部が前記吐出口に位置するように、前記枠体を前記第2金型に配置して、ゲート部を規定する工程をさらに備える、請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記枠体は、熱可塑性樹脂から形成され、前記樹脂部は、熱硬化性樹脂から形成された、請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  7. 環状の枠体と、
    前記枠体内に充填された樹脂部と、
    前記樹脂部内に埋設された素子と、
    前記枠体の内周面から前記樹脂部内に引き出され、前記素子に接続されると共に、前記枠体の一方の軸方向端面の引出部から引き出された配線と、
    を備え、
    前記樹脂部は、前記枠体の前記一方の軸方向端面のうち、前記配線より内周縁部側に位置する部分の一部を覆い、前記引出部よりも前記枠体の内周側に位置する部分と係合する前記配線第1係合部と、前記枠体の他方の軸方向端面の一部を覆う第2係合部とを含む、半導体装置。
  8. 前記配線は、前記素子に接続された第1配線と、前記素子に接続され、前記第1配線より厚さが薄い第2配線とを含み、前記第1配線と前記第2配線との少なくとも一部が、前記枠体の一方の軸方向端面から他方の軸方向端面に向かう方向に互いに重なり合う、請求項7に記載の半導体装置。
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