JP5859941B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電力変換用の半導体装置に関する。

特許文献１には、半導体パッケージが記載されている。特許文献１に記載の半導体パッケージは、上面に半導体素子が搭載されたリードフレームと、リードフレームの底面側を被覆せずに半導体素子及びリードフレームの上面を被覆して封止する封止樹脂とを備えている。また、特許文献１に記載の半導体パッケージにおいては、リードフレームの上面のうちの封止樹脂に被覆される部位、リードフレームの側面、及びリードフレームの底面に絶縁膜が設けられている。

特開２０１１−４９２９０号公報

上述した特許文献１に記載の半導体パッケージにおいては、リードフレームの各面と封止樹脂との間に絶縁膜が介在させられると共に、リードフレームの底面側において、絶縁膜と封止樹脂との界面が露出している。このため、特許文献１に記載の半導体パッケージにあっては、その露出した絶縁膜と封止樹脂との界面から水が浸入し、絶縁不良が生じるおそれがある。

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、絶縁不良が生じることを抑制可能な半導体装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、上面に半導体素子が実装されたリードフレームと、リードフレームの側面に沿ってリードフレームを囲う枠体と、リードフレームの底面及び側面を被覆する絶縁性の第１電着塗装被膜と、枠体の上面の一部分を露出しつつ、少なくとも枠体の底面及び側面を被覆する絶縁性の第２電着塗装被膜と、リードフレームの底面上の第１電着塗装被膜、及び枠体の底面上の第２電着塗装被膜を露出しつつ、半導体素子、リードフレーム、及び枠体を被覆して封止する封止樹脂体と、を備え、リードフレームの側面と枠体の側面とは互いに対向しており、リードフレームの側面上の第１電着塗装被膜と、枠体の側面上の第２電着塗装被膜とは互いに一体に形成されており、枠体の上面の一部分には凹部が形成されている、ことを特徴とする。

この半導体装置においては、半導体素子が実装されるリードフレームが、枠体によって囲われている。また、リードフレームの側面上の絶縁性の第１電着塗装被膜と、リードフレームの側面に対向する枠体の側面上の絶縁性の第２電着塗装被膜とが一体に形成されている。このため、リードフレームの底面側において、第１電着塗装被膜と封止樹脂体との界面が露出しない（形成されない）。したがって、第１電着塗装被膜と封止樹脂との界面からの浸水に起因した絶縁不良が生じない。

また、この半導体装置においては、枠体の上面の一部分が、第２電着塗装被膜から露出しており、その露出した一部分には凹部が形成されている。このため、例えばその凹部に封止樹脂体が充填されることにより、枠体と封止樹脂体との密着性が向上する。その結果、第２電着塗装被膜と封止樹脂体との界面からの浸水に起因した絶縁不良を抑制することができる。以上のように、この半導体装置によれば、絶縁不良が生じ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においては、枠体に形成された凹部は、アンダーカット形状を呈しているものとすることができる。この場合、枠体の凹部のアンカー効果によって、枠体と封止樹脂体との密着性が一層向上される。このため、第２電着塗装被膜と封止樹脂体との界面からの浸水に起因した絶縁不良を確実に抑制することができる。

本発明によれば、絶縁不良が生じることを抑制可能な半導体装置を提供することができる。

本発明に係る半導体装置の一実施形態の構成を示す断面図である。

以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導体装置の一実施形態の構成を示す断面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る半導体装置１は、リードフレーム１０と、半導体素子２０と、枠体３０と、電着塗装被膜（第１電着塗装被膜）４０と、電着塗装被膜（第２電着塗装被膜）５０と、封止樹脂体６０とを備えている。半導体装置１は、例えば、電力変換用スイッチング半導体装置である。

リードフレーム１０は、断面略長方形上の幅広の形状を呈している。リードフレーム１０は、上面１１と、上面１１の反対側の底面１２と、上面１１と底面１２とを接続する側面１３とを有している。リードフレーム１０は、例えば、銅（ＪＩＳ Ｃ１１００）等の金属からなる。リードフレーム１０の寸法は、例えば、厚さ２ｍｍ×幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ程度である。

半導体素子２０は、例えばはんだ等の導電性接着剤Ｇを介してリードフレーム１０の上面１１に実装されている。半導体素子２０は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子である。

枠体３０は、断面略正方形状を呈しており、リードフレーム１０の側面１３に沿ってリードフレーム１０を囲っている。枠体３０は、上面３１と、上面３１の反対側の底面３２と、上面３１と底面３２とを接続する内側面３３ａ及び外側面３３ｂとを有している。枠体３０内側面３３ａは、リードフレーム１０の側面１３に対向している。枠体３０の上面３１には、凹部３４が形成されている。凹部３４は、上面３１と外側面３３ｂとによって規定される枠体３０の角部分３５に形成されている。凹部３４の寸法は、例えば、深さ１ｍｍ、幅０．５ｍｍ程度である。

枠体３０は、例えば、銅（ＪＩＳ Ｃ１１００）等の金属からなる。枠体３０の寸法は、例えば、厚さ２ｍｍ×幅２ｍｍ程度である。枠体３０の内寸は、例えば、リードフレーム１０の幅よりも０．１２ｍｍ程度大きい。したがって、枠体３０の内側面３３ａとリードフレーム１０の側面１３との間には、０．０６ｍｍ程度の間隙が設けられる。

電着塗装被膜４０は、リードフレーム１０の底面１２及び側面１３上に形成されており、底面１２及び側面１３を被覆している。電着塗装被膜４０は、リードフレーム１０の上面１１上には設けられていない。電着塗装被膜４０の材料としては、絶縁性の高い任意の材料を用いることができるが、例えばエポキシやポリイミド等の耐熱性が高く、且つ、吸水率が比較的小さい材料を用いることが好ましい。電着塗装被膜４０の厚さは、例えば３０μｍ程度とすることができる。

電着塗装被膜５０は、枠体３０の上面３１、底面３２、内側面３３ａ、及び、外側面３３ｂ上に形成されており、上面３１の一部分、底面３２、内側面３３ａ、及び、外側面３３ｂの一部分を被覆している。電着塗装被膜５０は、枠体３０の角部分３５には形成されていない。したがって、枠体３０は、角部分３５において電着塗装被膜５０から露出している。凹部３４は、上述したように、その露出した角部分３５に形成されている。

ここで、電着塗装被膜４０と電着塗装被膜５０とは一体に形成されている。特に、リードフレーム１０の側面１３上の電着塗装被膜４０と、枠体３０の内側面３３ａ上の電着塗装被膜５０とは連続して一体的に形成されている。したがって、リードフレーム１０の側面１３と、枠体３０の内側面３３ａとの間の間隙は、電着塗装被膜４０及び電着塗装被膜５０によって充填されて埋められている。

封止樹脂体６０は、リードフレーム１０の底面１２上の電着塗装被膜４０、及び枠体３０の底面３２上の電着塗装被膜５０を露出しつつ、リードフレーム１０、半導体素子２０、及び枠体３０を被覆して封止している。封止樹脂体６０は、リードフレーム１０の上面１１には直に形成されているが、枠体３０の上面３１及び外側面３３ｂには電着塗装被膜５０を介して形成されている。ただし、封止樹脂体６０は、枠体３０の角部分３５においては、枠体３０の上面３１及び外側面３３ｂに直に形成されている。したがって、枠体３０の上面３１に形成された凹部３４には、封止樹脂体６０が充填されている。

以上のように構成される半導体装置１は、例えば次のようにして製造することができる。すなわち、まず、リードフレーム１０と枠体３０とを用意する。このとき、リードフレーム１０の上面１１の一部と枠体３０の上面３１の一部とは、厚さ０．５ｍｍ程度の銅部材によって互いに連結されている。また、リードフレーム１０の上面１１の後に半導体素子２０が実装される箇所と、凹部３４を形成する箇所とには、マスキングテープが貼着されている。

続いて、互いに連結されて固定された状態のリードフレーム１０及び枠体３０に対して電着塗装加工を行うことにより、リードフレーム１０及び枠体３０のマスキングテープが貼着された箇所以外に電着塗装被膜を形成する。その後、その被膜を乾燥・硬化させることにより、電着塗装被膜４０，５０を形成する。これにより、リードフレーム１０と枠体３０の全体としては３０μｍ程度の電着塗装被膜が形成されると共に、リードフレーム１０と枠体３０との間の間隙においては電着塗装被膜４０と電着塗装被膜５０とが一体化して６０μｍ程度の電着塗装被膜が形成される。

続いて、リードフレーム１０と枠体３０とを互いに連結している銅部材を除去する。これにより、リードフレーム１０と枠体３０との間において絶縁が確保される。また、リードフレーム１０に貼着したマスキングテープを除去し、リードフレーム１０の上面１１に導電性接着剤Ｇにより半導体素子２０を実装する。さらに、枠体３０の上面３１に凹部３４を形成する。その後、封止樹脂工程に移行する。

封止樹脂工程においては、リードフレーム１０の底面１２及び枠体３０の底面３２を所定の金型に固定することにより、リードフレーム１０の底面１２及び枠体３０の底面３２（すなわち、電着塗装被膜４０，５０）を封止樹脂体６０のための樹脂に晒されない状態を維持しながら樹脂成形を行い、リードフレーム１０、半導体素子２０、及び枠体３０を封止する封止樹脂体６０を形成する。以上の工程により、半導体装置１が得られる。

なお、リードフレーム１０と枠体３０とを別離した状態で用意し、別々に電着塗装加工を実施したうえで、電着塗装被膜の乾燥・硬化の時に合わせて同時に処理することにより、電着塗装被膜４０と電着塗装被膜５０とを一体化させてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置１においては、半導体素子２０が実装されるリードフレーム１０が、枠体３０によって囲われている。また、リードフレーム１０の側面１３上の電着塗装被膜４０と、リードフレーム１０の側面１３に対向する枠体３０の内側面３３ａ上の電着塗装被膜５０とが一体に形成されている。このため、リードフレーム１０の底面１２側において、電着塗装被膜４０と封止樹脂体６０との界面が露出しない（形成されない）。したがって、電着塗装被膜４０と封止樹脂６０との界面からの浸水に起因した絶縁不良が生じない。

また、本実施形態に係る半導体装置１においては、枠体３０の上面３１の一部分（角部分３５を規定する部分）が、電着塗装被膜５０から露出しており、その露出した一部分には凹部３４が形成されている。このため、凹部３４に封止樹脂体６０が充填されることにより、枠体３０と封止樹脂体６０との密着性が向上する。その結果、電着塗装被膜５０と封止樹脂体６０との界面からの浸水に起因した絶縁不良を抑制することができる（例えば、浸水が生じても凹部３４でその浸水を防止できる）。よって、半導体装置１によれば、絶縁不良が生じることを抑制することができる。

また、半導体装置１においては、リードフレーム１０を被覆する電着塗装被膜４０と枠体３０を被覆する電着塗装被膜５０とが一体に形成されているので、リードフレーム１０のエッジ部分において電着塗装被膜の膜厚の減少を防止することができる。

また、リードフレーム１０の側面１３と枠体３０の内側面３３ａとを同時に電着塗装することにより、両者間の電着塗装被膜４０，５０が一体化されるので、リードフレーム１０と枠体３０との隙間からの浸水を防止することができる。

さらに、半導体装置１においては、枠体３０の上面３１に凹部３４が形成されているので、封止樹脂体６０でモールド後の密着状態を、超音波探傷機で容易に検査することが可能となる。その結果、品質の向上を図ることができる。

以上の実施形態は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明は、上述した半導体装置１に限定されず、各請求項の要旨を変更しない範囲において、半導体装置１を任意に変更したものとすることができる。

例えば、半導体装置１においては、リードフレーム１０の上面１１に形成された凹部３４の形状を、アンダーカット形状とすることができる。この場合には、その凹部３４に封止樹脂体６０が入り込み硬化することにより、非常に強固なアンカー効果が奏されるので、枠体３０と封止樹脂体６０との密着性が一層向上する。その結果、電着塗装被膜５０と封止樹脂体６０との界面からの浸水が発生した際に、確実に、凹部３４でその浸水を止めることができる。

また、半導体装置１においては、電着塗装被膜４０，５０の代わりに、溶射やスパッタ、ＣＶＤ等により成膜される任意の絶縁膜を用いることができる。この場合にも、絶縁膜の表面粗さが小さく、滑らかである場合があるので、封止樹脂体６０でモールドしたときの絶縁膜と封止樹脂体６０との界面において、十分なアンカー効果が得られず、密着力が低下することが考えられる。したがって、そのような絶縁膜を用いる場合にも、本発明を適用することが好適である。なお、上記実施形態のように、絶縁膜を電着塗装被膜とする場合には、特に密着力が低下する可能性が高いため、本発明がより有効となる。

また、枠体３０と封止樹脂体６０との密着性を向上するために枠体３０の上面３１に凹凸部（凹部３４）を形成する方法としては、例えば、ブラスト処理による表面粗さが比較的小さい方法であってもよいが、プレス加工によるディンプルのような深さ１ｍｍ程度の大きな凹部３４を形成することが好ましい。

また、枠体３０の凹凸部（凹部３４が形成される部分）には、マスキングにより電着塗装被膜を処理しない方が、枠体３０と封止樹脂体６０との密着性が高まるので好ましい。さらに、封止樹脂体６０でモールドする前に、リードフレーム１０の表面や電着塗装被膜４０，５０の表面にプライマーを塗布することにより、封止樹脂体６０との密着性を向上させることも好ましい。

１…半導体装置、１０…リードフレーム、１１…上面、１２…底面、１３…側面、２０…半導体素子、３０…枠体、３１…上面、３２…底面、３３ａ…内側面（側面）、３４…凹部、４０…電着塗装被膜（第１電着塗装被膜）、５０…電着塗装被膜（第２電着塗装被膜）、６０…封止樹脂体。

Claims (2)

1. 上面に半導体素子が実装されたリードフレームと、
   前記リードフレームの側面に沿って前記リードフレームを囲う枠体と、
   前記リードフレームの底面及び前記側面を被覆する絶縁性の第１電着塗装被膜と、
   前記枠体の上面の一部分を露出しつつ、少なくとも前記枠体の底面及び側面を被覆する絶縁性の第２電着塗装被膜と、
   前記リードフレームの前記底面上の前記第１電着塗装被膜、及び前記枠体の前記底面上の前記第２電着塗装被膜を露出しつつ、前記半導体素子、前記リードフレーム、及び前記枠体を被覆して封止する封止樹脂体と、を備え、
   前記リードフレームの前記側面と前記枠体の前記側面とは互いに対向しており、
   前記リードフレームの前記側面上の前記第１電着塗装被膜と、前記枠体の前記側面上の前記第２電着塗装被膜とは互いに一体に形成されており、
   前記枠体の前記上面の前記一部分には凹部が形成されている、
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記枠体に形成された前記凹部は、アンダーカット形状を呈している、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

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