JPH0661400A - ヒートシンク付樹脂パッケージ半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートシンク付パッケージ半導体装置の製造
方法に関し、外部接続端子やヒートシンクへのバリ付着
をなくして生産性向上を図ることを目的とする。 【構成】 リードフレームのステージ裏面にはヒートシ
ンクが添着されまた表面には半導体チップが搭載されて
いる半導体装置本体を、ヒートシンクの外面と基板取付
け部のみが露出するようにインナリード部までの領域で
パッケージしてなる半導体装置の製造方法であって、ヒ
ートシンク12の基板への取付け部と対応する領域にオー
バラップ部22a が形成されているリードフレーム22のス
テージ裏面にヒートシンク12を添着した後表面にはチッ
プ13を搭載して半導体装置本体21を構成し、オーバラッ
プ部22a がヒートシンク12の取付け部と共に型締力で押
圧し得る樹脂モールド金型25にセッティングしてパッケ
ージした後、少なくとも上記リードフレーム22のオーバ
ラップ部22a を除去して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放熱部材すなわちヒート
シンクを具えた樹脂パッケージ半導体装置の製造方法に
係り、特に露出する外部接続端子表面やヒートシンク表
面への成形用樹脂バリの付着を抑制して生産性の向上を
図ったヒートシンク付樹脂パッケージ半導体装置の製造
方法に関する。

【０００２】最近の電子技術の進展に伴って半導体装置
の分野では動作時に大量の発熱を伴うパワー集積回路等
が樹脂モールドでパッケージされた形で多く使用される
ようになってきている。

【０００３】かかるパワーデバイスでは放熱効率を高め
る必要からヒートシンクにはできるだけ熱伝導性のよい
材料を利用することが望ましい。一方パワー集積回路等
のチップを搭載するリードフレームは、該チップを動作
時も含めて常時安定した状態で保持せしめなければなら
ないため該チップひいてはチップ基板の膨張係数に近い
膨張係数を持ち且つ強度的にも強い材料で形成する必要
がある。

【０００４】そこで、熱伝導性に優れた銅(Cu)やアルミ
ニウム(Al)等からなるヒートシンクと膨張係数がシリコ
ンチップ基板に近く且つ強度的に優れた例えば 42-アロ
イ合金やコバールの如き鉄−ニッケル合金からなるリー
ドフレームとを組み合わせたヒートシンク付リードフレ
ームを使用する技術が多用されている。

【０００５】

【従来の技術】図２はヒートシンク付リードフレームを
説明する図であり、図３は図２のリードフレームへの半
導体チップ搭載状態を説明する図、図４は樹脂モールド
金型を概略的に説明する図、図５は樹脂モールド後の半
導体装置を示す図、図６は問題点を説明する図である。

【０００６】ヒートシンク付リードフレームをその構成
方法と共に説明する図２で、ヒートシンク付リードフレ
ーム１は例えば 42-アロイ合金板からなるリードフレー
ム11とそのステージ11a の領域片面に例えば通常のかし
め等の手段で固定される銅(Cu)板からなるヒートシンク
12とで構成されている。

【０００７】この内リードフレーム11は、例えば厚さ
0.25mm の 42-アロイ合金板の帯状素材11′に通常のプ
レス工程等で連続成形したリードフレーム母材11″の所
要域に銀(Ag)等のメッキ処理を施して形成したものであ
るが、ここでは所要の半導体装置１を構成するのに必要
な破線A₁で示す領域についてその概略を説明する。

【０００８】リードフレーム母材11″には、所要の半導
体チップを搭載するに足る面積を持つステージ11a と該
ステージ11a の外側周囲の所定位置すなわち該ステージ
11aに半導体チップを搭載したときの該チップの各電極
パッドと対応する位置を起点として放射状に拡がるイン
ナリード11b とが、該帯状素材11′の幅方向両端辺の連
結部材11_-1に繋がった状態でタイ・バー(Tie-Bar) 11_-2
を具えて形成されている。

【０００９】そして各インナリード11b は、そのタイ・
バー11_-2を越えた先端の自由端側が外部接続端子として
のアウタリード11c として形成されている。そこで、少
なくとも上記ステージ11a とインナリード11b の自由端
側端部とを含む領域に銀(Ag)メッキ処理等を施してリー
ドフレーム11を形成している。

【００１０】一方該リードフレーム11に固定されるヒー
トシンク12は、該リードフレーム11の上述したステージ
11a とほぼ同様の形状を中間領域に持つと共に該領域か
ら突出する長手方向両端部には基板に対する取付け部と
なる螺子止め用孔（図の場合では半円状孔）12a が形成
されている例えば厚さ２mm程度の銅板で形成されている
ものである。

【００１１】そこで、上記リードフレーム11のステージ
11a の片面（図では下面）に該ヒートシンク12を矢印Ｂ
のように添着し、例えば通常のかしめ等の手段で両者を
固定することで領域A₂に示すようなヒートシンク付リー
ドフレーム１を構成することができる。

【００１２】次いで図３の（ａ）に示す如く、片面（図
では上面）に複数の電極パッド13aが整列して形成され
ている半導体チップ13を図２で説明したヒートシンク付
リードフレーム１のステージ11a の破線Ｃで示す中央部
領域に例えば半田ペースト等で搭載固定し、該チップ13
の各電極パッド13a とそれに対応するインナリード11b
との間を図示されないワイヤボンディングマシーンでワ
イヤ接続することで、（ｂ）に示すようにヒートシンク
付リードフレーム１に半導体チップ13が実装された半導
体装置本体14を得ることができる。

【００１３】一方、樹脂パッケージ半導体装置として構
成するときに使用する樹脂モールド金型の構成を概略的
に説明する図４で樹脂モールド金型16は、図３で説明し
た半導体装置本体14をそのヒートシンク12側から落とし
込むことで該半導体装置本体14が位置決めし得る下型17
とそれに合致せしめたときに樹脂パッケージ半導体装置
としての外形が形成できるキャビティを持つ上型18とか
らなっている。

【００１４】下型17の上面17a には、図３で説明した半
導体装置本体14を平面的に見たときのリードフレーム11
のタイ・バー(Tie-Bar) 11_-2部分を除く内側全域とヒー
トシンク12とを含む領域換言すれば破線Ｄで示す領域を
その外形に沿って落とし込める穴17b が“リードフレー
ム11の厚さt₁＋ヒートシンク12の厚さt₂”に合致する深
さｄで形成されていると共に、該穴17b に半導体装置本
体14を落とし込んだときの周壁の各インナリード11b と
対応する位置には上記厚さt₁と等しい深さで該各インナ
リード11b が位置決めし得る溝17c が形成されている。

【００１５】従って該下型17に上記半導体装置本体14を
そのヒートシンク12側から落とし込むと、ヒートシンク
12の下面が該下型17の穴部底面と当接した時点でリード
フレーム11の各インナリード11b が上記溝17c に位置す
ると同時に該リードフレーム11の上面が該下型17の周壁
上面17a と一致することになる。

【００１６】一方該下型17と対応する上型18の下型17と
の当接面（図では下面）18a には、リードフレーム11の
タイ・バー(Tie-Bar) 11_-2部分を除くその内側全域が図
３で説明した半導体チップ13と一緒に余裕を持って収容
し得る大きさのキャビティ18b が堀り込まれていると共
に、該キャビティ18b の長手方向両端部でヒートシンク
12と対応する領域には該ヒートシンク12の基板に対する
取付け部と同じ形状をなす凸の段差面18c が形成されて
いる。

【００１７】そしてこの場合の該段差面18c の当接面18
a に対する段差量すなわち高さｈは、リードフレーム11
の上述した厚さt₁と等しくなっている。従って半導体装
置本体14が落とし込まれている下型17に該上型18を合致
せしめたときには、上型18の段差面18c が半導体装置本
体14のヒートシンク12の上面と接触すると同時に該上型
18の当接面18a が各インナリード11b の上面と接触する
ことになる。

【００１８】そこで、該下型17に図３で説明した半導体
装置本体14を落とし込んでから上型18を矢印Ｅのように
合致せしめ図示されないランナから溶融した樹脂を注入
した後該下型17と上型18とを開離させると、図５の(1)
に示すように連結部材11_-1で連なった複数のヒートシン
ク付樹脂パッケージ半導体装置19′が得られるので、該
連結部材11_-1を各タイ・バー11_-2と共に切除することで
(2) に示す所要のヒートシンク付樹脂パッケージ半導体
装置19を構成することができる。

【００１９】かかるパッケージ半導体装置19では、動作
時に発生する半導体チップからの熱がリードフレーム11
を介して露出面の多いヒートシンク12に伝達されるので
充分な放熱効果を期待することができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかし図４の構成にな
る金型16では、上型18の段差面18c がヒートシンク12の
基板に対する取付け部を押圧しまた当接面18a が各イン
ナリード11b の上面を押圧することになるが、このこと
はリードフレーム11やヒートシンク12の厚さt₁，t₂にバ
ラツキがあると成形樹脂バリが発生し易いことを意味す
る。

【００２１】例えば、ヒートシンク12の厚さt₂が所定値
より薄いと、下型17の穴部底面と該ヒートシンク12の下
面との間や段差面18c と該ヒートシンク12の取付け部表
面との間に隙間が生ずることになり、製品的には問題点
を示す図６の（イ）に示す如くヒートシンク12の各露出
する表面に図示ハッチング領域Ｆの如きバリが発生する
と共に、金型内に残存するバリは爾後の成形工程時に該
金型の破損を誘起するので多くの工数をかけて清掃・除
去しなければならないこととなる。

【００２２】また、リードフレーム11の厚さt₁が所定値
より薄いと上型18の当接面18a と各インナリード11b の
上面との間に隙間が生ずることになって、製品的には図
６の（ロ）に示す如く外部接続端子11c の露出する表面
に図示ハッチング領域Ｇの如きバリが発生すると共に、
金型内に残存するバリは上記同様に該金型の破損を誘起
するので多くの工数をかけて清掃・除去しなければなら
ない。

【００２３】従って、ヒートシンク12の厚さが所定値よ
り薄いときにはその露出面に形成されるバリによって放
熱効果が低下するので樹脂パッケージ半導体装置として
の温度が必要以上に上昇したり半導体チップ自体が破損
することがあると言う問題があり、またかかるバリや型
内に残存するバリを除去するには多くの工数をかけなけ
ればならず生産性の向上も期待することができないとい
う問題があった。

【００２４】一方、リードフレーム１の厚さが所定値よ
り薄いときには外部接続端子部分に発生するバリによっ
て外部回路との接続特性が低下することがあると言う問
題があり、またかかるバリや型内に付着するバリを除去
するには多くの工数がかかると共に該除去作業に伴う外
部接続端子部分の表面荒れや強度低下が樹脂パッケージ
半導体装置としての特性を低下させることがあると言う
問題があった。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、リードフレ
ームのステージ裏面に該ステージの幅を越えない幅で該
ステージの長手方向長さを越える領域に基板への取付け
部が形成されている該リードフレームより熱伝導性のよ
い平板材からなるヒートシンクが添着され、該ステージ
表面にはその側辺に沿って形成されている複数のインナ
リードにワイヤ・ボンディング接続された半導体チップ
が搭載固定されている半導体装置本体を、上記ヒートシ
ンクの外面全面と基板への取付け部のみが露出するよう
に半導体チップとボンディングワイヤとを含むインナリ
ードまでの全周囲を射出成形手段による樹脂成形材でパ
ッケージしてなるヒートシンク付樹脂パッケージ半導体
装置の製造方法であって、前記ヒートシンクの基板への
取付け部と対応する領域に該ヒートシンクと重ねられる
オーバラップ部が形成されているリードフレームのステ
ージ裏面に該ヒートシンクを添着した後該リードフレー
ムのステージ表面に半導体チップを搭載固定して前記半
導体装置本体を構成し、上記リードフレームのオーバラ
ップ部がヒートシンクの基板への取付け部と共に型締力
で押圧し得るように構成されている樹脂モールド金型に
該半導体装置本体をセッティングして射出成形手段によ
る樹脂成形材でパッケージした後、少なくとも上記リー
ドフレームのオーバラップ部を除去するヒートシンク付
樹脂パッケージ半導体装置の製造方法によって解決され
る。

【００２６】

【作用】一般に硬度が高い金属板とそれより硬度の低い
金属板を重ね合わせた状態で押圧すると、高硬度金属板
が低硬度金属板にもぐり込む形になるため両者の密着度
を上げることができる。

【００２７】また、銅やアルミニウムの如く熱伝導性の
よい金属材料からなるヒートシンクはリードフレームを
構成する鉄−ニッケル合金よりもその硬度が低い。そこ
で本発明では、ヒートシンクの両端に位置する基板に対
する取付け部で該ヒートシンクと重ね合わせられるよう
にリードフレームを形成すると共に、その重ね合わされ
た領域を下型と上型との間の押圧力（型締力）で押圧す
ることで板厚のバラツキを吸収させている。

【００２８】従って、ヒートシンクとリードフレームの
各板厚のバラツキによって発生する図６で説明したバリ
の発生を抑制することができて放熱効果の低下による必
要以上の温度上昇や半導体チップ自体の破損をなくすと
共に、金型の破損や外部接続端子の表面荒れや強度低下
が抑制できる樹脂パッケージ半導体装置を実現すること
ができる。

【００２９】

【実施例】図１は本発明になるヒートシンク付樹脂パッ
ケージ半導体装置の製造方法を説明する図であり、(1-
1) は半導体装置本体を示し(1-2) は本発明に係わる樹
脂モールド金型を示し(1-3) は成形後の半導体装置を示
す図である。

【００３０】なお図ではいずれも図２同様の構成になる
半導体装置の場合を例としているので、図２と同じ対象
部材や部位には同一の記号を付して表わすと共に重複す
る工程についての説明はそれを省略する。

【００３１】(1-1) で、本発明に係わる半導体装置本体
21は図３で説明した半導体装置本体14とほぼ同様の構成
になるものであり、本発明を実現するためのリードフレ
ーム22と図２で説明したヒートシンク12および図３で説
明した半導体チップ13とで構成されている。

【００３２】そして特にこの場合の該リードフレーム22
は、図２で説明したリードフレーム11の破線A₁で示す個
々のリードフレームパターン領域の間でヒートシンク12
の基板に対する取付け部すなわち図の斜線域Ｈと対応す
る領域のみにオーバラップ部22a を残存させて形成され
ているものであり、その他のパターン構成は上記リード
フレーム11と全く同等である。

【００３３】従って、図２で説明したヒートシンク12を
図２同様同様の方法で該リードフレーム22に取り付けて
ヒートシンク付リードフレームを構成した後図３で説明
した方法で半導体チップ13を取り付けると、図の状態に
することができる。

【００３４】一方、樹脂パッケージ半導体装置として構
成するときに使用する(1-2) で示す樹脂モールド金型25
は、上記半導体装置本体21をそのヒートシンク12側から
落とし込むことで該半導体装置本体21がそのタイ・バー
11_-2部分を除く内側全域とヒートシンク12とを含む領域
で位置決めし得る下型26とそれに嵌合させて合致せしめ
たときに樹脂パッケージ半導体装置としての外形が形成
できるキャビティを持つ上型27とからなっている。

【００３５】そして下型26の片面（図では上面）には、
上記で説明した半導体装置本体21を平面的に見たときの
リードフレーム22のタイ・バー11_-2部分を除く内側全域
とヒートシンク12とを含む領域換言すれば図３の破線Ｄ
で示す領域をその外形に沿って落とし込める穴26a が該
ヒートシンク12の厚さt₂より僅かに小さい深さで形成さ
れていると共に、該穴26a にヒートシンク12を落とし込
んだときの周壁の各インナリード間隙位置には該各イン
ナリード11b がその幅方向で位置決めし得る隔壁26b が
インナリード11b すなわちリードフレーム22の厚さt₁よ
り僅かに小さい高さで形成されている。

【００３６】従って該下型26に上記半導体装置本体21を
そのヒートシンク12側から落とし込むと、ヒートシンク
12の下面が該下型26の穴部底面と当接すると同時にリー
ドフレーム22のヒートシンク装着側の面が該下型26の上
面と当接し更に該リードフレーム22の各インナリード11
b が上記隔壁26b 間に位置するが、このときの各インナ
リード11b の上面は隔壁26b の上面 26b′から僅かに突
出している。

【００３７】一方この下型26に対応する上型27の該下型
26との当接面（図では下面）27a には、リードフレーム
22のタイ・バー11_-2部分を除く内側全域が半導体チップ
13と一緒に余裕を持って収容し得る大きさのキャビティ
27b が堀り込まれている。

【００３８】そこで、該下型26に(1-1) で説明した半導
体装置本体21を図示矢印Ｉのように落とし込んでから上
型27を矢印Ｊのように合致せしめて押圧すると上型27の
当接面27a が、ヒートシンク12の基板に対する取付け部
領域では下型26の穴部底面との間に該ヒートシンク12と
リードフレーム22の上述したオーバラップ部22a とを共
に挟み込むこととなり、またリードフレーム22のインナ
リード11b の領域では下型26の上面26c との間に該イン
ナリード11b のみを挟み込むこととなるので確実に密着
させることができる。

【００３９】従ってその状態のまま、図示されないラン
ナから溶融した樹脂を注入した後該下型26と上型27とを
開離させると(1-3) の(1) で示すように連結部材11_-1で
連なった複数のヒートシンク付樹脂パッケージ半導体装
置29′が得られるので、上記(1-1) で説明したリードフ
レーム22のオーバラップ部22a を該連結部材11_-1, 各タ
イ・バー11_-2と共に切除することで(2) に示す所要のヒ
ートシンク付樹脂パッケージ半導体装置29を構成するこ
とができる。

【００４０】かかる方法で樹脂成形されたヒートシンク
付樹脂パッケージ半導体装置29では、リードフレームや
ヒートシンクの厚さのバラツキを前述したように下型と
上型との間の押圧力（型締力）で吸収することができる
ので、図６で説明したバリの発生を抑制することができ
る。

【００４１】

【発明の効果】上述の如く本発明により、露出する外部
接続端子表面やヒートシンク表面への成形用樹脂バリの
付着を抑制して生産性の向上を図ったヒートシンク付樹
脂パッケージ半導体装置の製造方法を提供することがで
きる。

【００４２】なお、本発明の説明では長手方向両端部に
基板への取付け部が形成されているヒートシンクの場合
を例としているが、該取付け部が長手方向片側に形成さ
れている場合でも同等の高価が得られることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になるヒートシンク付樹脂パッケージ
半導体装置の製造方法を説明する図。

【図２】 ヒートシンク付リードフレームを説明する
図。

【図３】 図２のリードフレームへの半導体チップ搭載
状態を説明する図。

【図４】 樹脂モールド金型を概略的に説明する図。

【図５】 樹脂モールド後の半導体装置を示す図。

【図６】 問題点を説明する図。

【符号の説明】

11_-1 連結部材 11_-2 タイ・
バー 11b インナリード 11c 外部接
続端子 12 ヒートシンク 13 半導体
チップ 21 半導体装置本体 22 リード
フレーム 22a オーバラップ部 25 樹脂モ
ールド金型 26 下型 26a 穴 26b 隔壁 26b ′,26c
上面 27 上型 27a 当接面 27b キャビティ 29,29 ′ヒートシンク付樹脂パッケージ半導体装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リードフレームのステージ裏面に該ステ
   ージの幅を越えない幅で該ステージの長手方向長さを越
   える領域に基板への取付け部が形成されている該リード
   フレームより熱伝導性のよい平板材からなるヒートシン
   クが添着され、該ステージ表面にはその側辺に沿って形
   成されている複数のインナリードにワイヤ・ボンディン
   グ接続された半導体チップが搭載固定されている半導体
   装置本体を、上記ヒートシンクの外面全面と基板への取
   付け部のみが露出するように半導体チップとボンディン
   グワイヤとを含むインナリードまでの全周囲を射出成形
   手段による樹脂成形材でパッケージしてなるヒートシン
   ク付樹脂パッケージ半導体装置の製造方法であって、 前記ヒートシンク(12)の基板への取付け部と対応する領
   域に該ヒートシンク(12)と重ねられるオーバラップ部(2
   2a) が形成されているリードフレーム(22)のステージ裏
   面に該ヒートシンク(12)を添着した後該リードフレーム
   (22)のステージ表面に半導体チップ(13)を搭載固定して
   前記半導体装置本体(21)を構成し、 上記リードフレーム(22)のオーバラップ部(22a) がヒー
   トシンク(12)の基板への取付け部と共に型締力で押圧し
   得るように構成されている樹脂モールド金型(25)に該半
   導体装置本体(21)をセッティングして射出成形手段によ
   る樹脂成形材でパッケージした後、少なくとも上記リー
   ドフレーム(22)のオーバラップ部(22a)を除去すること
   を特徴としたヒートシンク付樹脂パッケージ半導体装置
   の製造方法。