JP6375809B2

JP6375809B2 - 半導体装置、および、その製造方法

Info

Publication number: JP6375809B2
Application number: JP2014187163A
Authority: JP
Inventors: 敬昌林; 敏博藤田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2034-09-15
Also published as: JP2016062932A

Description

本発明は、リード、リードに搭載される電子素子、および、リードの一部と電子素子を被覆する被覆部を有する半導体装置、および、その製造方法に関するものである。

特許文献１に示されるように、信号接続用リード、ダイパッド、半導体チップ、および、封止樹脂を備えた樹脂封止型半導体装置が知られている。半導体チップが接着剤を介してダイパッドに接合され、半導体チップと信号接続用リードとが金属細線により互いに電気的に接続されている。そして信号接続用リード、ダイパッド、半導体チップ、および、金属細線それぞれが封止樹脂によって封止されている。

特開平１１−２６０９９０号公報

特許文献１に示される樹脂封止型半導体装置では、溶融状態の封止樹脂を金型内に流入する樹脂封止工程において、ダイパッドの上面を金型に押圧する。こうすることでダイパッドの上面に溶融状態の封止樹脂が付着することを抑制し、ダイパッドの上面を封止樹脂から露出している。

しかしながら上記したようにダイパッドの上面を金型に押し付ける場合、その押し付けによる残留応力がダイパッドに残ることとなる。そこでダイパッドの上面を一度封止樹脂によって被覆した後、上面側の封止樹脂をレーザーなどによって一様に除去することで上面を封止樹脂から露出させる製造方法も考えられる。

ただし、上記したダイパッドの側面に封止樹脂との連結強度を高めるための突起部が形成されている場合、以下に示す不具合が生じる虞がある。上記した突起部は通常プレス加工によってダイパッドに形成され、傾斜面を有する。封止樹脂とダイパッドとは材料が異なるため、環境の温度変化によって線膨張係数差に起因する応力が両者に発生する。この応力のためにダイパッドと封止樹脂との接合に亀裂が生じると、その亀裂は傾斜面に沿って成長する。上記したように上面側の封止樹脂を一様に除去した場合、封止樹脂における上面側の厚さが薄くなる。そのため突起部の傾斜面がダイパッドの側面からダイパッドの上面側を被覆する封止樹脂に向かっている場合、上記した亀裂が封止樹脂の上面にまで到達し、これによって樹脂封止型半導体装置の寿命が低下する虞がある。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、寿命の低下が抑制された半導体装置、および、その製造方法を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するための第１発明は、リード（１０）と、リードに搭載される電子素子（２０）と、リードの一部、および、電子素子を被覆する被覆部（３０）と、を有する半導体装置であって、リードとして、電子素子にて生じた熱を外部に放熱する放熱端子（１１）を有し、放熱端子は、被覆部から外部に露出される露出面（１１ｂ）と、被覆部によって被覆される被覆面（１１ａ，１１ｃ）と、を有し、露出面は被覆部の下面（３０ｂ）から外部に露出され、被覆面として、下面から遠ざかるように露出面と連結された側面（１１ｃ）を有し、側面には被覆部との結合を高めるための突起部（１５）が形成され、突起部は側面から下面に向かって傾斜した傾斜面（１５ａ）を有し、被覆部の下面の一部は被覆部から離れる方向に突起した凸形状を成し、その突起した部位を、突起部の傾斜面に沿う仮想直線が通ることを特徴とする。
第２の発明は、リード（１０）と、リードに搭載される電子素子（２０）と、リードの一部、および、電子素子を被覆する被覆部（３０）と、を有し、被覆部は樹脂材料によって構成され、リードとして、電子素子にて生じた熱を外部に放熱する放熱端子（１１）を有し、放熱端子は、被覆部から外部に露出される露出面（１１ｂ）と、被覆部によって被覆される被覆面（１１ａ，１１ｃ）と、を有し、露出面は被覆部の下面（３０ｂ）から外部に露出され、被覆面として、下面から遠ざかるように露出面と連結された側面（１１ｃ）を有し、側面には被覆部との結合を高めるための突起部（１５）が形成され、突起部は側面から下面に向かって傾斜した傾斜面（１５ａ）を有する半導体装置の製造方法であって、リードに連結部（１３）が連結されて成るリードフレーム（１４）に電子素子を実装する実装工程と、実装工程後、電子素子が実装されたリードフレームを金型（４０）のキャビティに配置し、キャビティに溶融した樹脂材料を注入することで電子素子とともにリードフレームを樹脂材料によって被覆する被覆工程と、被覆工程後、樹脂材料によって被覆された電子素子の実装されたリードフレームを金型から取り出し、リードフレームに付着した余分な樹脂材料のバリを除去する除去工程と、を有し、除去工程において、放熱端子の露出面に付着した樹脂材料のバリを除去することで露出面を被覆部から外部に露出し、下面における傾斜面に沿う仮想直線（ＶＬ）と交差する部位を除去せずに被覆部の厚さを維持しつつ、側面における露出面側の部位を被覆する樹脂材料のバリも除去することを特徴とする。

これによれば、傾斜面（１５ａ）に沿って成長する被覆部（３０）に生じた亀裂が被覆部（３０）の下面（３０ｂ）にまで到達することが抑制される。この結果、半導体装置（１００）の寿命の低下が抑制される。

なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけているが、この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。

第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す上面図である。リードフレームの表面を示す上面図である。リードフレームの裏面を示す下面図である。リードフレームの表面に電子素子が実装された状態を示す上面図である。リードフレームと電子素子が被覆部によって被覆された状態を示す上面図である。リードフレームの裏面を被覆する被覆部の一部が除去された状態を示す下面図である。金型内に設けられた突起部を示す断面図である。樹脂材料によって被覆された突起部を示す断面図である。リードフレームの裏面側の樹脂材料を一様に除去した状態を示す断面図である。リードフレームの裏面側の樹脂材料を選択的に除去した状態を示す断面図である。突起部と樹脂材料の選択的な除去とを説明するための断面図である。図１１に示す突起部の作用効果を説明するための比較構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図１０に基づいて、本実施形態に係る半導体装置を説明する。図６では搭載部１１において被覆部３０から露出された領域をハッチングで示し、そのハッチングを明瞭とするために、リードフレーム１４における被覆部３０によって被覆された部位を実線で示している。なお図７，８，１０に示す断面図は図５において実線で囲って示す領域Ａに対応している。

以下においては互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。そしてｘ方向とｙ方向とによって規定される平面をｘ−ｙ平面と示す。

図１および図４に示すように半導体装置１００は、リード１０と、電子素子２０と、被覆部３０と、を有する。リード１０に電子素子２０が搭載され、リード１０の一部と電子素子２０とが被覆部３０によって被覆されている。被覆部３０にはその上面３０ａから下面３０ｂへと貫くネジ穴３１が形成されており、このネジ穴３１にネジを通すことで、半導体装置１００がアルミなどの金属でできた筐体に取り付け固定される。図６にハッチングで示すように、後述するリード１０の搭載部１１の裏面１１ｂの一部が被覆部３０の下面３０ｂから外部に露出されており、この裏面１１ｂが上記した筐体と熱的に接続される。これにより電子素子２０にて生じた熱が搭載部１１を介して筐体へと放熱される。

リード１０は、電子素子２０が搭載され、電子素子２０にて生じた熱を外部に放熱する搭載部１１と、電子素子２０と外部装置とを電気的に接続するための端子部１２と、を有する。このリード１０は図２および図３に示すリードフレーム１４から搭載部１１と端子部１２とを機械的および電気的に接続する連結部１３が除去されて成る。図４に示すように電子素子２０は、各搭載部１１に個別に搭載されるＭＯＳＦＥＴなどの能動素子やコンデンサなどの受動素子を有している。これら能動素子や受動素子は金属プレートを加工して成る導電部材２１やワイヤ２２を介して互いに電気的に接続されるとともに端子部１２と電気的に接続されている。この電子素子２０の電気的な接続部位が被覆部３０によって被覆され、搭載部１１における外部端子として活用される部位と、端子部１２の一端が被覆部３０から外部に露出している。上記した搭載部１１が特許請求の範囲に記載の放熱端子に相当する。

本実施形態においては図５および図６に示すように６個の搭載部１１によって１組が構成され、これら組を成す６個の搭載部１１における電子素子２０を搭載する部位が１つのネジ穴３１の周囲を囲むように配置されている。より詳しく言えば、組を成す６個の搭載部１１の搭載部位がｘ−ｙ平面において３行２列に並び、その中心にネジ穴３１が位置している。

図２および図３に示すように搭載部１１の表面１１ａには電子素子２０を搭載する領域が区画されており、裏面１１ｂはｘ−ｙ平面に沿って平らになっている。そして図１０に示すように表面１１ａと裏面１１ｂとを連結する側面１１ｃには被覆部３０との連結強度を高めるための突起部１５が形成されている。

図１０に示すように搭載部１１のｚ方向の長さ（厚さ）は１．５ｍｍであるが、上記した突起部１５は裏面１１ｂから表面１１ａへ向かってそのエッジを０．４ｍｍほどプレス加工することで形成される。このプレス加工によって裏面１１ｂ側の側面１１ｃは、表面１１ａ側の側面１１ｃよりもｘ−ｙ平面における長さが短くなっている。そのため隣接する搭載部１１の側面１１ｃ間の最短距離は、表面１１ａ側では１．５ｍｍであるのに対して、裏面１１ｂ側では１．８ｍｍとなっている。

上記したように側面１１ｃのｘ−ｙ平面における長さが表面１１ａ側と裏面１１ｂ側では異なるため、その基準位置によって突起部１５の長さも異なってくる。表面１１ａ側の側面１１ｃを基準とした場合、ｘ−ｙ平面に沿って側面１１ｃから離れる方向における突起部１５の長さは０．２５ｍｍであり、裏面１１ｂ側の側面１１ｃを基準とした場合、突起部１５の長さは０．４ｍｍである。したがって隣接する突起部１５の先端部間の最短距離は１ｍｍとなっている。なお、裏面１１ｂにおける被覆部３０から外部に露出された面が特許請求の範囲に記載の露出面に相当する。そして側面１１ｃと表面１１ａによって特許請求の範囲に記載の被覆面が構成されている。

図１０に示すように隣接する突起部１５それぞれよりもｚ方向において裏面１１ｂ側に位置する被覆部３０は、ｚ方向において突起部１５から離れる方向に一部が突起した凸形状を成している。２つの突起部１５の間の被覆部３０が突起しており、一点鎖線で囲って示す肉厚部３２の分だけ、２つの突起部１５それぞれの直下の被覆部３０よりも厚くなっている。このように厚みに相違が生じるのは、後述するように裏面１１ｂに付着した樹脂材料のバリ（樹脂バリ）をレーザーによって除去する際、肉厚部３２を構成する樹脂材料を除去せず、その厚さを不変としているためである。

図１０に示すように突起部１５における裏面１１ｂ側の面１５ｂはｘ−ｙ平面に沿い、突起部１５における表面１１ａ側の面１５ａは側面１１ｃから肉厚部３２の下面３０ｂに向かって傾斜している（以下、面１５ａを傾斜面１５ａと示す）。そしてその傾斜面１５ａに沿う、二点鎖線によって示す仮想直線ＶＬは肉厚部３２の下面３０ｂと交差している。

次に本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を図２〜図１０に基づいて説明する。先ず図２および図３に示すように、リードフレーム１４を準備する。以上が準備工程である。

準備工程後、図４に示すようにリードフレーム１４における搭載部１１の表面１１ａに電子素子２０を搭載する。そして電子素子２０と端子部１２とを導電部材２１やワイヤ２２を介して互いに電気的に接続する。こうすることでリードフレーム１４に電子素子２０を実装する。以上が実装工程である。

実装工程後、図７に示すように電子素子２０が実装されたリードフレーム１４を金型４０のキャビティに配置する。そして図８に示すように、被覆部３０を構成する樹脂材料を溶融状態でキャビティに注入する。こうすることで電子素子２０とともにリードフレーム１４を樹脂材料によって被覆する。以上が被覆工程である。

なお図７に示すように、搭載部１１は金型４０の壁面と接触していない。したがって図８に示すように搭載部１１における外部端子として機能しない部位の全面が樹脂材料によって被覆されることとなる。また図７に示すように金型４０における隣接する搭載部１１間の壁部はｚ方向に沿って突起部１５側に向かって凹んでおり、その凹みを構成する壁部の内面４０ａはｚ方向において裏面１１ｂよりも突起部１５側に位置している。したがって図８に示すように、突起部１５間の被覆部３０（肉厚部３２）の下面３０ｂは裏面１１ｂよりも自身の上面３０ａ側に位置している。

被覆工程後、図５および図６に示すように樹脂材料によって被覆された電子素子２０の実装されたリードフレーム１４を金型４０から取り出す。そしてリードフレーム１４に付着した樹脂バリを除去する。以上が除去工程である。

上記したように図６にハッチングで示す領域の樹脂バリを除去するが、それはレーザーを照射することで行われる。レーザーの照射領域（ハッチング領域）は図６に示す円内に含まれる裏面１１ｂを被覆する樹脂バリ、および、突起部１５直下の樹脂バリを含み、隣接する突起部１５間の樹脂材料（肉厚部３２）は含まれていない。したがって図１０に示すようにハッチング領域に含まれる裏面１１ｂの全面と突起部１５直下の樹脂材料の一部が除去され、上記した肉厚部３２を構成する樹脂材料が除去されない。これにより裏面１１ｂが被覆部３０から外部に露出され、側面１１ｃにおける裏面１１ｂ側の部位が被覆部３０から外部に露出されるとともに、肉厚部３２の厚さが変化されずに保たれる（維持される）。なお上記したように突起部１５直下の樹脂材料の一部を除去するのは、裏面１１ｂと側面１１ｃとを連結する縁部に付着した樹脂バリを確実に除去するためである。この樹脂バリを除去することで、被覆部３０から外部に露出された裏面１１ｂと上記した筐体との熱的な接続が不安定となることが抑制される。

除去工程後、リードフレーム１４から連結部１３を除去し、搭載部１１と端子部１２とを機械的および電気的に独立させる。以上が独立工程である。以上の工程を経ることで図１に示す半導体装置１００が製造される。

次に、本実施形態に係る半導体装置１００およびその製造方法の作用効果を説明する。被覆部３０とリード１０とは材料が異なるため、環境の温度変化によって線膨張係数差に起因する応力が両者に発生する。この応力のためにリード１０と被覆部３０との接合に亀裂が生じると、図９に示すようにその亀裂は傾斜面１５ａに沿って成長する。図９に破線で囲って示すように隣接する搭載部１１間の樹脂材料を一様に除去した場合、その厚さが薄くなる。そのため上記した亀裂が被覆部３０の下面３０ｂにまで到達する虞がある。

これに対して本実施形態では、隣接する突起部１５間の樹脂材料（肉厚部３２）が除去されず、肉厚部３２の厚さが不変となっている。そしてこの肉厚部３２の下面３０ｂと、突起部１５の傾斜面１５ａに沿う仮想直線ＶＬとが交差している。したがって上記した図９に示す構成と比べて、傾斜面１５ａに沿って成長する被覆部３０に生じた亀裂が下面３０ｂにまで到達することが抑制される。この結果、半導体装置１００の寿命の低下が抑制される。

さらに言えば、樹脂材料をレーザーによって除去した場合、そのレーザーの照射された樹脂材料が炭化して導電性を有するようになる可能性がある。したがって図９に示すように隣接する搭載部１１間の樹脂材料を一様に除去した場合、炭化した樹脂材料を介して隣接する搭載部１１間が電気的に接続される可能性がある。

これに対して本実施形態では、隣接する突起部１５間の樹脂材料（肉厚部３２）がレーザーによって除去されなくなっている。これによれば炭化した樹脂材料を介して隣接する搭載部１１間が電気的に接続されることが抑制される。また例え隣接する突起部１５の直下に位置する２つの樹脂材料それぞれが炭化したとしても、両者の間に肉厚部３２が介在し、両者の沿面距離が１ｍｍ以上となっている。これにより炭化した樹脂材料を介して隣接する搭載部１１間が電気的に接続されることが抑制される。

上記したように亀裂は傾斜面１５ａに沿って成長するが、その成長は傾斜面１５ａの先端を過ぎてからは、図１０に示す仮想直線ＶＬに沿って成長する確率が高い。しかしながら亀裂の成長はこの仮想直線ＶＬから外れる可能性もある。これに対して本実施形態では隣接する突起部１５間の樹脂材料（肉厚部３２）の全てが除去されずに残っている。これによれば隣接する突起部１５間の樹脂材料（肉厚部３２）の一部が除去された構成と比べて、亀裂が下面３０ｂに到達することが抑制される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では６個の搭載部１１の搭載部位がｘ−ｙ平面において３行２列に並び、その中心にネジ穴３１が位置する例を示した。しかしながら搭載部１１の搭載部位とネジ穴３１との配置としては上記例に限定されない。

本実施形態では搭載部１１の表面１１ａに電子素子２０を搭載する領域が区画されている例を示した。しかしながらこの領域は無くともよい。

本実施形態では、搭載部１１の厚さが１．５ｍｍ，突起部１５を形成するために裏面１１ｂから表面１１ａへ向かって搭載部１１のエッジを０．４ｍｍほどプレス加工する例を示した。しかしながらこれらの値は一例に過ぎず、上記例に限定されない。

また表面１１ａ側の側面１１ｃを基準とした場合、ｘ−ｙ平面に沿って側面１１ｃから離れる方向における突起部１５の長さが０．２５ｍｍであり、裏面１１ｂ側の側面１１ｃを基準とした場合、突起部１５の長さは０．４ｍｍである例を示した。そして隣接する突起部１５の先端部間の最短距離が１ｍｍとなっている例を示した。これらの値も一例に過ぎず、上記例に限定されない。ただし、隣接する突起部１５の先端部間の最短距離は、両者を電気的に絶縁するように設定される。

本実施形態では２つの突起部１５の間の被覆部３０が突起し、肉厚部３２の分だけ、２つの突起部１５それぞれの直下の被覆部３０よりも厚くなっている例を示した。しかしながら２つの突起部１５の間の被覆部３０だけ突起しているだけではなく、２つの突起部１５それぞれの直下の被覆部３０の一部も突起した構成を採用することもできる。若しくは、２つの突起部１５の間の被覆部３０の一部が突起した構成を採用することもできる。裏面１１ｂと側面１１ｃとを連結する縁部に付着した樹脂バリを確実に除去でき、且つ、突起部１５の傾斜面１５ａに沿う仮想直線ＶＬが肉厚部３２の下面３０ｂと交差するのであれば、肉厚部３２の横幅は上記例に限定されない。なおより好ましい肉厚部３２の横幅としては、レーザー照射のために炭化した樹脂材料を介して隣接する搭載部１１間が電気的に接続されることが抑制される程度であるとよい。

本実施形態では図１０に示すように隣接する搭載部１１の側面１１ｃ間の肉厚部３２の下面３０ｂと、突起部１５の傾斜面１５ａの仮想直線ＶＬとの関係のみを説明した。しかしながら図１１に示すように、１つの搭載部１１の側面１１ｃに形成された突起部１５の傾斜面１５ａの仮想直線ＶＬと肉厚部３２の下面３０ｂも交差するように、除去工程において樹脂バリが除去される。これによれば図１２に示すように樹脂バリを一様に除去したために被覆部３０の下面３０ｂ側の厚さが薄くなった構成と比べて、傾斜面１５ａに沿って成長する被覆部３０に生じた亀裂が下面３０ｂにまで到達することが抑制される。この結果、半導体装置１００の寿命の低下が抑制される。なお図１１では固定部材２３を介して電子素子２０が搭載部１１に搭載されている状態を示している。

上記した突起部１５は搭載部１１だけではなく、端子部１２にも形成されていてもよい。

本実施形態では突起部１５における裏面１１ｂ側の面１５ｂがｘ−ｙ平面に沿う例を示した。しかしながらこの面１５ｂの形状としては上記例に限定されず、例えば傾斜面１５ａと同様にして側面１１ｃから下面３０ｂに向かって傾斜していてもよい。

１０…リード
１１…搭載部
１１ｂ…裏面
１１ｃ…側面
１５…突起部
１５ａ…傾斜面
２０…電子素子
３０…被覆部
３０ｂ…下面
１００…半導体装置

Claims

リード（１０）と、前記リードに搭載される電子素子（２０）と、前記リードの一部、および、前記電子素子を被覆する被覆部（３０）と、を有する半導体装置であって、
前記リードとして、前記電子素子にて生じた熱を外部に放熱する放熱端子（１１）を有し、
前記放熱端子は、前記被覆部から外部に露出される露出面（１１ｂ）と、前記被覆部によって被覆される被覆面（１１ａ，１１ｃ）と、を有し、
前記露出面は前記被覆部の下面（３０ｂ）から外部に露出され、前記被覆面として、前記下面から遠ざかるように前記露出面と連結された側面（１１ｃ）を有し、
前記側面には前記被覆部との結合を高めるための突起部（１５）が形成され、前記突起部は前記側面から前記下面に向かって傾斜した傾斜面（１５ａ）を有し、
前記被覆部の前記下面の一部は前記被覆部から離れる方向に突起した凸形状を成し、その突起した部位を、前記突起部の前記傾斜面に沿う仮想直線（ＶＬ）が通ることを特徴とする半導体装置。
前記放熱端子として、前記突起部の形成された前記側面が前記被覆部を介して対向する第１放熱端子と第２放熱端子を有し、
前記被覆部の前記下面における前記第１放熱端子と前記第２放熱端子の間の部位が、前記被覆部から離れる方向に突起した凸形状を成し、その突起した部位を、前記第１放熱端子と前記第２放熱端子それぞれの前記突起部の前記傾斜面に沿う前記仮想直線が通ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
リード（１０）と、前記リードに搭載される電子素子（２０）と、前記リードの一部、および、前記電子素子を被覆する被覆部（３０）と、を有し、
前記被覆部は樹脂材料によって構成され、
前記リードとして、前記電子素子にて生じた熱を外部に放熱する放熱端子（１１）を有し、
前記放熱端子は、前記被覆部から外部に露出される露出面（１１ｂ）と、前記被覆部によって被覆される被覆面（１１ａ，１１ｃ）と、を有し、
前記露出面は前記被覆部の下面（３０ｂ）から外部に露出され、前記被覆面として、前記下面から遠ざかるように前記露出面と連結された側面（１１ｃ）を有し、
前記側面には前記被覆部との結合を高めるための突起部（１５）が形成され、前記突起部は前記側面から前記下面に向かって傾斜した傾斜面（１５ａ）を有する半導体装置の製造方法であって、
前記リードに連結部（１３）が連結されて成るリードフレーム（１４）に前記電子素子を実装する実装工程と、
前記実装工程後、前記電子素子が実装された前記リードフレームを金型（４０）のキャビティに配置し、前記キャビティに溶融した前記樹脂材料を注入することで前記電子素子とともに前記リードフレームを前記樹脂材料によって被覆する被覆工程と、
前記被覆工程後、前記樹脂材料によって被覆された前記電子素子の実装された前記リードフレームを前記金型から取り出し、前記リードフレームに付着した余分な前記樹脂材料のバリを除去する除去工程と、を有し、
前記除去工程において、前記放熱端子の前記露出面に付着した前記樹脂材料のバリを除去することで前記露出面を前記被覆部から外部に露出し、前記下面における前記傾斜面に沿う仮想直線（ＶＬ）と交差する部位を除去せずに前記被覆部の厚さを維持しつつ、前記側面における前記露出面側の部位を被覆する前記樹脂材料のバリも除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。