JP6797002B2 - 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、樹脂モールド型の半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
パワー用の半導体装置では、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IC(Integrated Circuit)チップ、LSI(Large Scale Integration)チップなどの半導体素子が外部端子用リードフレームの上にダイボンドされる。その後に、ワイヤボンドされたワイヤ配線、もしくは、はんだ付けされた銅板または銅合金板の材料で作成されたインナーリードにより、半導体素子は外部端子と電気的に接続される。これにより、半導体素子はインナーリードを通じて外部との間で信号の入出力を行うことが可能となる。また、モールド樹脂封止工程により半導体素子およびリードフレームの表面を覆うように樹脂封止が行われる。これにより、モールドパッケージが成形される。パワー用の半導体装置では高い放熱性が要求されるため、モールドパッケージの放熱面側にヒートシンクが取り付けられる。
モールドパッケージとヒートシンクとを絶縁する方法としては、セラミック材をモールドパッケージとヒートシンクとの間に配置することにより絶縁性を確保する方法が一般的である。しかし近年では、セラミック材の代わりに、安価な樹脂材を用いる方法も考案されている。そのような方法として、モールド樹脂封止工程において、リードフレームの実装面側を低応力樹脂等で封止し、リードフレームの放熱面側のみに実装面側の低応力樹脂よりも熱伝導率の高い樹脂材を配置する方法がある。
たとえば、特開2015−26866号公報(特許文献1)では、樹脂材として絶縁シートが用いられている。特許文献1では、金型内において絶縁シートにリードフレームが載せられた状態で金型内にモールド樹脂が注入される。また、特開2014−36046号公報(特許文献2)では、樹脂材として顆粒状の樹脂をバルク状に成形した樹脂層が用いられている。特許文献2では、金型内において樹脂層にリードフレームが載せられた状態で金型内にモールド樹脂が充填される。
特開2015−26866号公報 特開2014−36046号公報
上記の特許文献1では、熱硬化性樹脂の絶縁シートが半硬化状態で金型内に配置された場合、事前に金型内に絶縁シートが配置されるため、金型内の熱を受けて絶縁シートの硬化反応が進む。したがって、絶縁シートへのリードフレームの配置が遅くなると、絶縁シートがリードフレームと密着するよりも早く硬化するおそれがある。このため、絶縁シートがリードフレームと密着せずにリードフレームから剥離するおそれがある。これにより、放熱性および絶縁性が低下するという問題がある。
また、上記の特許文献2では、熱硬化性の樹脂層が半硬化状態で金型内に配置された場合、事前に金型内に樹脂層が配置されるため、金型内の熱を受けて樹脂層の硬化反応が進む。したがって、樹脂層へのリードフレームの配置が遅くなると、樹脂層がリードフレームと密着するよりも早く硬化するおそれがある。このため、樹脂層がリードフレームと密着せずにリードフレームから剥離するおそれがある。これにより、放熱性および絶縁性が低下するという問題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、事前に金型内に絶縁シートを配置する必要がないため、放熱性および絶縁性を向上させることができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
本発明の半導体装置は、半導体素子と、リードフレームと、モールド樹脂と、ヒートシンクと、絶縁シートと、放熱部材とを備えている。リードフレームは、半導体素子が実装された実装面と、実装面と反対側に位置する放熱面とを有する。モールド樹脂は、半導体素子を封止し、かつ放熱面を露出するようにリードフレームを封止する。ヒートシンクは、モールド樹脂から露出したリードフレームの放熱面に対向する。絶縁シートは、リードフレームの放熱面とヒートシンクとの間に配置されている。放熱部材は、リードフレームの放熱面と絶縁シートとの間に配置されている。モールド樹脂は、リードフレームの放熱面よりも実装面と反対側に突出し、かつ放熱部材の周囲を取り囲む枠状突起部を含んでいる。絶縁シートの外周端の少なくとも一部はモールド樹脂との間に隙間をあけて配置されている。絶縁シートは、ヒートシンクのリードフレームに対向する対向面と、ヒートシンクの対向面に接続された側面とに配置されている。側面に配置された絶縁シートは、枠状突起部と対向する部分を有する。
本発明の半導体装置によれば、絶縁シートの外周端の少なくとも一部はモールド樹脂との間に隙間をあけて配置されている。したがって、絶縁シートはモールド樹脂によって封止されていないため、事前に金型内に絶縁シートを配置する必要がない。このため、金型内において絶縁シートがリードフレームと密着するよりも早く硬化することにより絶縁シートがリードフレームと密着せずにリードフレームから剥離することを抑制できる。これにより、放熱性および絶縁性を向上させることができる。
本発明の実施の形態1に係るモールドパッケージの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係るモールドパッケージを放熱面側から見た構成を概略的に示す平面図である。 図1のIII−III線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態1に係る絶縁ヒートシンクの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構成を概略的に示す図1および図4と同じ断面位置における断面図である。 図5のVI部分を示す拡大図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図5と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の別の方法の一工程を示す図5と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の変形例の構成を概略的に示す図5と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態2に係るモールドパッケージの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係るモールドパッケージを放熱面側から見た構成を概略的に示す平面図である。 図10のXII−XII線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態2に係る絶縁ヒートシンクの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構成を概略的に示す図12および図13と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構成を概略的に示す図10と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態3に係る絶縁ヒートシンクの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の構成を概略的に示す図16と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図16と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の製造方法の図19に示す工程の次工程を示す図19と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の製造方法の別の方法の一工程を示す図16と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の製造方法の別の方向の図21に示す工程の次工程を示す図21と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態4に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1〜図6を参照して、本発明の実施の形態1に係る半導体装置300について、図面に基づいて説明する。なお、各図において、図中、同一または相当部分には同一符号が付されている。本発明の実施の形態1に係る半導体装置300は、モールドパッケージ100と、絶縁ヒートシンク200とを備えている。まず、本実施の形態1に係るモールドパッケージ100について説明する。図1は、本実施の形態1に係る樹脂モールド型のモールドパッケージ100の構成を示す断面図である。図2は、トランスファー成形工程後のモールドパッケージ100を放熱面側から見た平面図である。
図1に示されるように、本実施の形態1に係るモールドパッケージ100は、半導体素子1と、リードフレーム2と、接合部材3と、外部端子4と、ワイヤ5と、インナーリード6と、モールド樹脂7とを主に含んでいる。図1において、リードフレーム2の上側の面(以下、実装面2aと称す)には、例えばIGBT、MOSFET、ICチップ、LSIチップ等の半導体素子1が、例えばはんだ、銀等の接合部材3を介して実装されている。リードフレーム2は、半導体素子1が実装された実装面2aと、実装面2aと反対側に位置する放熱面2bとを有する。リードフレーム2は、例えば銅板または銅合金板であり、その表面を、例えば金、銀、ニッケル、スズ等の金属めっき(図示省略)で被膜されている。
半導体素子1は、ワイヤボンディングで接続されたワイヤ5、もしくは、例えば銅板や銅合金板の材料で作製されたインナーリード6を介して外部端子4と電気的に接続されている。これにより、半導体素子1は外部との間で信号の入出力を行うことが可能となる。ワイヤ5とインナーリード6とは互いに置き換えが可能である。ワイヤ5は、例えば金、銀、アルミ、銅等からなる。ワイヤ5の線径は例えば20μm以上500μm以下である。
リードフレーム2は、その実装面2aをモールド樹脂7により封止されている。モールド樹脂7は、半導体素子1を封止し、かつ放熱面2bを露出するようにリードフレーム2を封止する。また、本実施の形態1では、リードフレーム2の離間された二つの領域の間(以下、ダイパッド間8と称す)には、モールド樹脂7が配置されている。モールド樹脂7は例えば熱硬化性のエポキシ樹脂等である。モールド樹脂7として、一般的な集積回路のモールド樹脂である低応力樹脂が用いられる。この低応力樹脂は、熱硬化性樹脂の中の半導体素子の発熱などによる温度変化によってパッケージ内部にかかる応力が小さくなるように熱膨張係数を調整した樹脂である。この低応力樹脂は、熱膨張係数を調整する前の熱硬化樹脂よりも添加物の混合によって低応力となっている。
なお、本実施の形態1において、モールド樹脂7を成形した後に発生するゲートブレイク跡7bの位置は、図2に示す位置に限定されるものではない。また、ゲートブレイク跡7bの数は1つに限らず複数存在しても良い。
さらに、図1および図2に示されるように、モールド樹脂7は、リードフレーム2の放熱面2bよりも実装面2aと反対側に突出し、かつ放熱部材11の周囲を取り囲む枠状突起部(スカート部)7aを含んでいる。リードフレーム2の放熱面2bの外周端部に、モールド樹脂7により成形された枠状突起部7aが設けられている。枠状突起部7aは、放熱面2bに対して垂直方向の厚さが例えば0.3mm以上2mm以下の枠状突起である。このような枠状突起部7aが設けられることにより、電圧がかかるリードフレーム2の外周端部の強度を確保することができる。
図3は本実施の形態における樹脂モールド型のモールドパッケージ100の図1におけるIII−III線に沿う断面図である。なお、本実施の形態1では、枠状突起部7aの各辺と直交する方向に切断した断面形状は、長方形である。この枠状突起部7aの断面形状は、正方形、台形または半円形であってもよい。
また、本実施の形態1では、図2に示すように、モールドパッケージ100は長方形の形状に構成されている。この長方形のモールドパッケージ100において、モールド樹脂7により成形された枠状突起部7aは、長方形の長辺側と短辺側の4辺全てに位置している。なお、枠状突起部7aは4辺全てに位置していなくてもよい。また、枠状突起部7aの4辺の接続の有無も図2に示される状態に限らない。
続いて、絶縁ヒートシンク200について説明する。図4は本実施の形態における絶縁ヒートシンク200の断面図である。絶縁ヒートシンク200は、ヒートシンク9と、絶縁シート10とを含んでいる。ヒートシンク9は、モールド樹脂7から露出したリードフレーム2の放熱面2bに対向する。ヒートシンク9は、対向面9aと、凸部9bと、側方張出部9cとを含んでいる。対向面9aはヒートシンク9のリードフレーム2に対向する凸部9bは枠状突起部7aの内周側に挿入されている。側方張出部9cは凸部9bから外方に張り出している。側方張出部9cは枠状突起部7aと枠状突起部7aが突出する方向に対向する。つまり、ヒートシンク9と枠状突起部7aとの干渉を防止するため、ヒートシンク9の枠状突起部7aと対向する面は凹形状となっている。
絶縁シート10は、リードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9との間に配置されている。具体的には、ヒートシンク9のモールドパッケージ側に絶縁シート10が配置されている。つまり、絶縁シート10は、ヒートシンク9のリードフレーム2に対向する対向面9aに配置されている。絶縁シート10の外周端の少なくとも一部はモールド樹脂7との間に隙間をあけて配置されている。絶縁シート10の外周端の全てがモールド樹脂7との間に隙間をあけて配置されていてもよい。また、絶縁シート10の外周端の一部がモールド樹脂7との間に隙間をあけて配置されていてもよい。絶縁シート10の外周端の少なくとも一部はモールド樹脂7から離れている。絶縁シート10は、モールド樹脂7の成形でモールドパッケージ100に組み込まれておらず、モールド樹脂7の外部に配置されている。この点が本実施の形態の特徴のひとつである。つまり、絶縁シート10はモールド樹脂7に密着していない。
絶縁シート10は樹脂のみからなっている。絶縁シート10には、モールド樹脂7よりも熱伝導率が高い高放熱樹脂が用いられている。絶縁シート10の熱伝導率は、例えば3W/m・K以上12W/m・K以下である。絶縁シート10は例えば熱硬化性のエポキシ樹脂等である。絶縁シート10は、半硬化状態でシート状に成形されたものである。
ヒートシンク9に絶縁シート10が設置された状態で熱が加えられることで絶縁シート10が硬化することにより、絶縁シート10とヒートシンク9とが接合することができる。硬化後の絶縁シート10は厚さが例えば0.02mm以上0.3mm以下の薄肉成形部となる。加熱時にプレス工程も加えることで絶縁シートの成形性および密着性を向上させることもできる。また、絶縁シート10の線膨張係数をヒートシンク9の線膨張係数に近づけることで、絶縁シート10とヒートシンク9との接合面に発生する熱応力を低下させることができる。これにより絶縁シート10のヒートシンク9からの剥離を抑制することができる。このため放熱性および絶縁性が高い絶縁シート10とヒートシンク9との接合を実現することができる。
図5は本実施の形態1に係る樹脂モールド型の半導体装置300の構成を示す断面図である。モールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200とがグリース等の放熱部材11を介して接続されている。このようにモールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200とが熱的に接続されることで絶縁シート10を用いた放熱性が高い半導体装置300が得られる。
放熱部材11はリードフレーム2の放熱面2bと絶縁シート10との間に配置されている。具体的には、放熱部材11は、モールドパッケージ100のリードフレーム2の放熱面2bおよび絶縁ヒートシンク200の絶縁シート10のモールドパッケージ側の面の少なくともいずれか印刷または塗布されている。モールドパッケージ100のリードフレーム2の放熱面2bと絶縁ヒートシンク200の絶縁シート10のモールドパッケージ側の面とが互いに対向するように配置された状態で、モールドパッケージ100および絶縁ヒートシンク200の少なくともいずれかが加圧されることによりモールドパッケージ100および絶縁ヒートシンク200が互いに密着している。放熱部材11は例えばグリースである。放熱部材11はモールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200とを接着する接着剤としての機能を有している。
また、モールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200とを直接接合することなく、変形可能な放熱部材11を間に設置することで、モールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200のそれぞれで発生した応力が伝搬することなく半導体装置300の応力を緩和することができる。これにより、加圧時の変形を防ぐことができる。
図6は図5の符号IVで示される部分の拡大図である。仮に放熱部材11がない場合、リードフレーム2とヒートシンク9との間の沿面距離は、絶縁シート10の厚みL2となる。図6に示されるように放熱部材11がある場合、リードフレーム2とヒートシンク9との間の沿面距離は、放熱部材11の厚みL1と、絶縁シート10の厚みL2と、モールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200の隙間L3の合計となる。したがって、本実施の形態の構成では、放熱部材11がない場合よりも、リードフレーム2とヒートシンク9との間の沿面距離を長くする効果もある。
また、放熱部材11は変形可能である。本実施の形態の構成では、枠状突起部7aによってモールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200の間から放熱部材11が流出することを防ぐ効果もある。
次に、図3、図4、図7を参照して、本実施の形態1の半導体装置300の製造方法について説明する。
図3に示されるように、半導体素子1と、半導体素子1が実装面2aに実装されたリードフレーム2とが、実装面2aと反対側に位置する放熱面2bを露出するようにモールド樹脂7で封止される。この段階でモールド樹脂7は硬化する。
図4に示されるように、ヒートシンク9に載置された絶縁シート10を加熱することによりヒートシンク9に絶縁シート10が接合される。
図7に示されるように、リードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9に接合された絶縁シート10との間に放熱部材11を配置して、モールド樹脂7およびヒートシンク9の少なくともいずれかを加圧することにより、絶縁シート10および放熱部材11を介してリードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9とが接合される。
また、図8を参照して、リードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9とを接合する工程において、モールド樹脂7とヒートシンク9とを固定する固定部材21,22を介してモールド樹脂7およびヒートシンク9が加圧されてもよい。つまり、モールドパッケージ100および絶縁ヒートシンク200が固定された固定部材21,22が加圧もしくはネジ等で固定されてもよい。これによっても本実施の形態1の半導体装置300を得ることができる。
次に、本実施の形態1の作用効果について説明する。
本実施の形態1の半導体装置300によれば、絶縁シート10の外周端の少なくとも一部はモールド樹脂7との間に隙間をあけて配置されている。したがって、絶縁シート10はモールド樹脂7によって封止されていないため、事前に金型内に絶縁シート10を配置する必要がない。事前に金型内に熱硬化性の絶縁シート10が半硬化状態で配置された場合には、金型内の熱を受けて絶縁シート10の硬化反応が進むため、絶縁シート10にリードフレーム2が置かれるのが遅くなると、リードフレーム2の放熱面2bの微細な凹凸に絶縁シート10が嵌まり込めなくなる。そのため、絶縁シート10がリードフレーム2と密着せずにリードフレーム2から剥離するおそれがある。本実施の形態1の半導体装置300では、事前に金型内に絶縁シート10を配置する必要がないため、金型内において絶縁シート10がリードフレーム2と密着するよりも早く硬化することにより絶縁シート10がリードフレーム2と密着せずにリードフレーム2から剥離することを抑制できる。これにより、放熱性および絶縁性を向上させることができる。
本実施の形態の1の半導体装置300によれば、リードフレーム2の放熱面2bと絶縁シート10との間にグリース等の放熱部材11が配置されることで、放熱部材11による高い放熱性を得ることができる。
本実施の形態1の半導体装置300によれば、絶縁シート10は樹脂のみからなっている。絶縁シート10が銅箔等を含んでいないため、絶縁シート10が銅箔等を介さずにヒートシンク9に直接接合される。したがって、絶縁シート10の界面の数を減らすことにより絶縁シート10の剥離のおそれを抑制することができる。よって、初期の熱抵抗の向上または長期劣化により界面が剥離することにより放熱性が悪化することを抑制することができる。また、絶縁シート10が樹脂および銅箔等から構成されている場合よりもコストを低減することができる。
本実施の形態1の半導体装置300によれば、ヒートシンク9の凸部9bは放熱部材11の周囲を取り囲む枠状突起部7aの内周側に挿入されており、側方張出部9cは枠状突起部7aと枠状突起部7aが突出する方向に対向する。このため、放熱部材11がヒートシンク9の外側に流出することを抑制することができる。これにより、放熱性および絶縁性の長期信頼性を向上させることができる。
本実施の形態1の半導体装置300の製造方法によれば、リードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9に接合された絶縁シート10との間に放熱部材11を配置して、モールド樹脂7およびヒートシンク9の少なくともいずれかを加圧することにより、絶縁シート10および放熱部材11を介してリードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9とが接合される。したがって、絶縁シート10はモールド樹脂7によって封止されていないため、事前に金型内に絶縁シート10を配置する必要がない。このため、金型内において絶縁シート10がリードフレーム2と密着するよりも早く硬化することにより絶縁シート10がリードフレーム2と密着せずにリードフレーム2から剥離することを抑制できる。これにより、放熱性および絶縁性を向上させることができる。
また、事前に金型内に絶縁シート10を配置する必要がないため、絶縁シート10およびモールド樹脂7の硬化反応を制御することが容易となる。したがって、成形管理が簡便となる。
本実施の形態1の半導体装置300の製造方法によれば、リードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9とを接合する工程において、モールド樹脂7とヒートシンク9とを固定する固定部材21,22を介してモールド樹脂7およびヒートシンク9が加圧されてもよい。これにより、モールド樹脂7に対するヒートシンク9の位置決めを容易にすることができる。
次に、本実施の形態1の各種変形例について説明する。本実施の形態1の各種変形例は、特に説明しない限り、上記の本実施の形態1と同様の構成を備えている。
図9は本実施の形態1の変形例に係る樹脂モールド型の半導体装置300の構成を示す断面図である。この本実施の形態1の変形例においては、絶縁シート10は、ヒートシンク9のリードフレーム2に対向する対向面9aと、ヒートシンク9の対向面9aに接続された側面9dとに配置されている。
この本実施の形態1の変形例によれば、ヒートシンク9のモールドパッケージ側に配置された対向面9aと、側面9dとに絶縁シート10を配置することで、絶縁性を向上させることができる。また、ヒートシンク9からの絶縁シート10の剥離を抑制することができる。これにより、絶縁性および放熱性の長期信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態1では、リードフレーム2の表面は、金、銀、ニッケル、スズ等の金属めっきで被膜されている。しかしながら、リードフレーム2の表面は被膜されていなくてもよい。また、本実施の形態1では、厚さが均一のリードフレーム2が用いられたが、部分的に厚さが異なるリードフレーム2が用いられても良い。
また、本実施の形態1では、リードフレーム2の実装面2aと反対側の面が放熱面2bとされている。しかしながら、実装面2aも放熱面2bと同様の放熱性を有するようにしても良い。例えばモールド樹脂7に、絶縁シート10と熱伝導率が同等のものが用いられても良い。具体的には、熱伝導率が3W/m・K以上12W/m・K以下の高放熱樹脂が用いられても良い。発熱部品である半導体素子1の周りを高放熱樹脂で封止することにより、半導体素子1の全周囲から放熱されるため、放熱性が向上する。
実施の形態2.
以下、特に説明しない限り、実施の形態2では、実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
図10は、本実施の形態2に係る樹脂モールド型のモールドパッケージ100の構成を示す断面図である。図11は、トランスファー成形工程後のモールドパッケージ100を放熱面側から見た平面図である。
図10および図11に示されるように、リードフレーム2の放熱面2bには、実施の形態1の枠状突起部7aは設けられていない。本実施の形態2においては、モールドパッケージ100の放熱面側は平坦な構造である。放熱面側の突起構造がないため、放熱面積が増加する。また、突起構造(凸形状)がないことから、金型構造が簡素化されるため、金型の製造コストが下がる効果もある。リードフレーム2とモールド樹脂7との密着性を向上させるため、リードフレーム2の実装面2aにレーザー処理等の表面粗化処置が行われてもよい。
モールド樹脂7は、リードフレーム2の放熱面2bよりも実装面側に配置されている。モールド樹脂7は、リードフレーム2の放熱面2bに対して平坦でなくとも、リードフレーム2の放熱面2bからヒートシンク9側にはみ出さなければよい。
図12は本実施の形態2における樹脂モールド型のモールドパッケージの図10におけるXII−XII線に沿う断面図である。図13は本実施の形態2における絶縁ヒートシンク200の断面図である。ヒートシンク9のモールドパッケージ側には絶縁シート10が配置されている。ここでは、モールドパッケージ100が平坦であるため対向するヒートシンク9の対向面9aも平坦となっている。
図14は本実施の形態2における樹脂モールド型の半導体装置300の構成を示す断面図である。モールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200とをグリース等の放熱部材11を介して熱的に接続することで絶縁シート10を用いた放熱性が高い半導体装置300が得られる。またモールドパッケージ100の放熱面側が平坦なため、絶縁ヒートシンク200のモールドパッケージ側の面積をモールドパッケージ100よりも大きくすることができる。このため、放熱性の優れた半導体装置300を得ることができる。
図15は本実施の形態に係る樹脂モールド型の半導体装置の構成を示す断面図である。外部端子4よりも外側までの範囲のヒートシンク9を絶縁シート10で覆うことで、外部端子4とヒートシンク9との距離を広げることなくモールドパッケージ100とヒートシンク9を絶縁することができる。外部端子4よりもヒートシンク9の方が内側に位置する場合はヒートシンク9のモールドパッケージ側と側面を絶縁シート10で覆うことでモールドパッケージ100とヒートシンク9を絶縁することができる。図13では放熱部材11は外部端子4よりも広い範囲に位置しているがリードフレーム2の放熱面を覆っていれば外部端子4よりも狭い範囲でもよい。
本実施の形態1の半導体装置300によれば、モールド樹脂7は、リードフレーム2の放熱面2bよりも実装面側に配置されているため、ヒートシンク9のモールドパッケージ側の面積を大きくすることができる。これにより、ヒートシンク9の放熱面積を大きくすることができる。
実施の形態3.
以下、特に説明しない限り、実施の形態3では、実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
図16は本実施の形態における絶縁ヒートシンク200の断面図である。ヒートシンク9は、突出部9eを含んでいる。突出部9eは、リードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9とが対向する方向においてリードフレーム2側に突出している。突出部9eは、モールド樹脂7および放熱部材11の周囲を取り囲んでいる。ヒートシンク9のモールドパッケージ側の面の中央には凹形状が設けられている。ヒートシンク9のモールドパッケージ側には絶縁シート10が配置されている。なお、図16では絶縁シート10がヒートシンク9のモールドパッケージ側の全面に配置されている。しかしながら、絶縁シート10は、ヒートシンク9の凹形状の底面のみに配置されていてもよく、また凹形状の底面および側面の立ち上がり部のみに配置されていてもよい。
図17は本実施の形態3に係る樹脂モールド型の半導体装置300の構成を示す断面図である。モールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200とをグリース等の放熱部材11を介して熱的に接続することで絶縁シート10を用いた放熱性が高い半導体装置300が得られる。ヒートシンク9がモールドパッケージ100の側面にも存在するため、モールドパッケージ100と絶縁ヒートシンク200の間に存在する変形可能なグリース等の放熱部材11がヒートシンク9の凹形状内に留まることができる。これにより、放熱部材11の流出を防ぐ効果がある。
図18は本実施の形態に係る樹脂モールド型の半導体装置300の構成を示す断面図である。外部端子4よりも外側までの範囲のヒートシンク9の凹形状の底面を絶縁シート10で覆うことで、外部端子4とヒートシンク9の距離を広げることなくモールドパッケージ100とヒートシンク9とを絶縁することができる。またヒートシンク9の凹形状のモールドパッケージ側の側面を絶縁シートで覆うことで外部端子4とヒートシンク9との距離を広げることなくモールドパッケージ100とヒートシンク9とを絶縁することができる。
図19および図20は図14等に示される本実施の形態3の絶縁ヒートシンク200の成形方法の一例を示す断面図である。図19に示されるように金型12aにヒートシンク9が配置され、ヒートシンク9の凹形状の底面に絶縁シート10が投入される。図20に示されるように金型12bの凸部で絶縁シート10が押し流されることでヒートシンク9に絶縁シート10を接合することができる。絶縁シート10は金型12bで押し流されるため、最終出来栄え厚みよりも厚い絶縁シート10が用いられる必要がある。
図21および図22は本実施の形態3の絶縁ヒートシンク200の成形方法の別の一例を示す断面図である。図21に示されるように金型12aにヒートシンク9が配置され、ヒートシンク9の凸部上面に絶縁シート10が投入される。図22に示されるように金型12bの凸部で絶縁シート10が押し流されることでヒートシンク9に絶縁シート10を接合することができる。図21に示される例の場合、図19に示される例よりも金型12a内に投入される絶縁シート10の面積が広くなることから、絶縁シート10の流動範囲を狭くすることができる。これにより、絶縁シート10の流動性が比較的低くても成形することができる。
本実施の形態3の半導体装置300によれば、突出部9eは、リードフレーム2の放熱面2bとヒートシンク9とが対向する方向においてリードフレーム2側に突出し、モールド樹脂7および放熱部材11の周囲を取り囲んでいる。このため、放熱部材11がヒートシンク9の外側に流出することを抑制することができる。これにより、放熱性および絶縁性の長期信頼性を向上させることができる。
実施の形態4.
以下、特に説明しない限り、実施の形態4では、実施の形態1〜3と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
本実施の形態4の半導体装置300の製造方法においては、ヒートシンク9と絶縁シート10との接合面が粗化されている。図23は、ヒートシンク9の絶縁シート10を接合する面にレーサ処理を施す工程を示す斜視図である。図23に示されるように、ヒートシンク9に絶縁シート10を接合する前に、ヒートシンク9の絶縁シート10を接合する面に凹部9fを形成するようにレーザー処理が施される。レーザー照射装置30から照射されるレーザー光31によって凹部9fが形成される。凹部9fは溝であってもよい。具体的には、絶縁シート10がヒートシンク9に配置される前に、例えば表面粗さがRa0.06〜0.2以上となるようにレーザー加工が施されてもよい。
また、レーザー加工に限らず、表面粗さを増す工法であれば同様の効果が得られる。また、ヒートシンク加工時の表面粗さ、もしくは、鋳造時の金型表面粗さがRz20以上となるように表面粗さを増す加工を施しておくことで、同様の効果が得られる。
本実施の形態4の半導体装置300の製造方法によれば、ヒートシンク9の絶縁シート10を接合する面に凹部9fを形成するようにレーザー処理が施されることで、ヒートシンク9と絶縁シート10との密着性を向上させることができる。これにより、放熱性が優れ、信頼性が向上した半導体装置300が得られる。
なお、上記の本発明の実施の形態1〜3は適宜組み合わせることができる。
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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
1 半導体素子、2 リードフレーム、2a 実装面、2b 放熱面、3 接合部材、4 外部端子、5 ワイヤ、6 インナーリード、7 モールド樹脂、7a 枠状突起部、9 ヒートシンク、9a 対向面、9b 凸部、9c 側方張出部、9d 側面、9e 突出部、9f 凹部、10 絶縁シート、11 放熱部材、12a,12b 金型、21,22 固定部材、30 レーザー照射装置、31 レーザー光、100 モールドパッケージ、200 絶縁ヒートシンク、300 半導体装置。

Claims (8)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子が実装された実装面と、前記実装面と反対側に位置する放熱面とを有するリードフレームと、
    前記半導体素子を封止し、かつ前記放熱面を露出するように前記リードフレームを封止するモールド樹脂と、
    前記モールド樹脂から露出した前記リードフレームの前記放熱面に対向するヒートシンクと、
    前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクとの間に配置された絶縁シートと
    前記リードフレームの前記放熱面と前記絶縁シートとの間に配置された放熱部材とを備え、
    前記モールド樹脂は、前記リードフレームの前記放熱面よりも前記実装面と反対側に突出し、かつ前記放熱部材の周囲を取り囲む枠状突起部を含み、
    前記絶縁シートの外周端の少なくとも一部は前記モールド樹脂との間に隙間をあけて配置されており、
    前記絶縁シートは、前記ヒートシンクの前記リードフレームに対向する対向面と、前記ヒートシンクの前記対向面に接続された側面とに配置され、
    前記側面に配置された前記絶縁シートは、前記枠状突起部と対向する部分を有する、半導体装置。
  2. 前記絶縁シートは樹脂のみからなる、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 記ヒートシンクは、前記枠状突起部の内周側に挿入された凸部と、前記凸部から外方に張り出しかつ前記枠状突起部と前記枠状突起部が突出する方向に対向する側方張出部を含む、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記モールド樹脂は、前記リードフレームの前記放熱面よりも前記実装面側に配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
  5. 前記ヒートシンクは、前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクとが対向する方向において前記リードフレーム側に突出し、かつ前記モールド樹脂および前記放熱部材の周囲を取り囲む突出部を含む、請求項に記載の半導体装置。
  6. 半導体素子と、前記半導体素子が実装面に実装されたリードフレームとを、前記実装面と反対側に位置する放熱面を露出するようにモールド樹脂で封止する工程と、
    ヒートシンクに載置された絶縁シートを加熱することにより前記ヒートシンクに前記絶縁シートを接合する工程と、
    前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクに接合された前記絶縁シートとの間に放熱部材を配置して、前記モールド樹脂および前記ヒートシンクの少なくともいずれかを加圧することにより、前記絶縁シートおよび前記放熱部材を介して前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクとを接合する工程とを備え
    前記モールド樹脂は、前記リードフレームの前記放熱面よりも前記実装面と反対側に突出し、かつ前記放熱部材の周囲を取り囲む枠状突起部を含み、
    前記絶縁シートは、前記ヒートシンクの前記リードフレームに対向する対向面と、前記ヒートシンクの前記対向面に接続された側面とに配置され、
    前記側面に配置された前記絶縁シートは、前記枠状突起部と対向する部分を有する、半導体装置の製造方法。
  7. 前記ヒートシンクに前記絶縁シートを接合する工程の前に、
    前記ヒートシンクの前記絶縁シートを接合する面に凹部を形成するようにレーザー処理を施す工程をさらに備えた、請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクとを接合する工程において、前記モールド樹脂と前記ヒートシンクとを固定する固定部材を介して前記モールド樹脂および前記ヒートシンクを加圧する、請求項またはに記載の半導体装置の製造方法。
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