JPH08191114A - 樹脂封止型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置およびその製造方法

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JPH08191114A
JPH08191114A JP7245417A JP24541795A JPH08191114A JP H08191114 A JPH08191114 A JP H08191114A JP 7245417 A JP7245417 A JP 7245417A JP 24541795 A JP24541795 A JP 24541795A JP H08191114 A JPH08191114 A JP H08191114A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い放熱特性を有する樹脂封止型半導体装置
およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 樹脂封止型半導体装置は、素子設置面１
６を有する内部放熱部１０と、この内部放熱部１０の素
子設置面１６に接合された半導体素子３０と、この半導
体素子３０に対して離間して配設された複数のリード３
２と、これらのリード３２と半導体素子３０の電極部と
を電気的に接続するワイヤ３４と、内部放熱部１０とリ
ード３２との間に設けられた絶縁部４０と、内部放熱部
１０の一部を露出する状態で形成された樹脂封止部５０
と、内部放熱部１０の露出面１４ａに、ハンダ層７０を
介して接合された放熱フィン６０と、を含む。内部放熱
部１０の露出面１４ａの面積をＳ１、放熱フィン６０の
前記ハンダ層７０との接合端面６６ａの面積をＳ２とす
ると、Ｓ１≧Ｓ２が成立する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内部および外部に
放熱部を有する樹脂封止型半導体装置およびその製造方
法に関する。
【０００２】
【発明の背景】近年、半導体チップは高集積化、高出力
化の傾向にあり、それに伴い半導体チップの発熱量が大
きくなっている。このような発熱量の大きい半導体チッ
プのパッケージとしては、通常、耐熱性が優れたセラミ
ックスパッケージが用いられる。しかし、セラミックス
パッケージは、装置が大型化すること、製造プロセスの
工程数が多いこと、コストが高いことなどの難点を有
し、そのため樹脂封止型のパッケージの適用が試みられ
ている。
【０００３】樹脂封止型半導体装置において、高い放熱
性を得る手段としては、材料の面からは、リードフレー
ムや封止用樹脂の熱伝導性を高めることが検討され、構
造の面からは、リードフレームのデザイン変更や放熱体
の付加による技術が検討されている。特に、放熱体の付
加によるパッケージの放熱特性の改善は、消費電力が一
チップあたり２〜３Ｗ程度のＬＳＩにおいては最も有効
な対策と考えられている。
【０００４】例えば、この種の技術として、特開平２−
３０７２５１号後方に開示された技術がある。この技術
は、図１３に示すように、金属細線４を介して内部リー
ド２に電気的に接続された半導体チップ３と、半導体チ
ップ３、金属細線４および内部リード２を封止する樹脂
体１とを有し、前記樹脂体１の一部に開口部を設けてい
る。この開口部は半導体チップ３の一面に達し、その内
部に高熱伝導性接着剤５が封入され、さらにこの接着剤
５の表面に放熱フィン６が形成されている。
【０００５】この装置においては、放熱フィン６が比較
的熱伝導性の良好なシリコーン樹脂系接着剤５により取
り付けられていることから、ある程度の放熱特性は期待
されるものの、放熱フィン６が半導体チップ３と樹脂
（接着剤５）を介して接合されているため、熱伝導性の
点でやや劣ること、および金属製の放熱フィン６と樹脂
製の接着剤５とは異なる材質から形成されているため両
者の接着強度が劣ることなどの問題を有している。
【０００６】本発明は、上述したような課題を解決する
ものであり、その目的は、高い放熱特性を有し高出力の
半導体装置にも適用することができる樹脂封止型半導体
装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る樹脂封止型
半導体装置は、半導体素子と直接的にもしくは素子載置
部を介して間接的に接合され、かつ一部が樹脂封止部か
ら露出する露出面を有する内部放熱部と、この内部放熱
部の前記露出面に設けられるハンダ層と、このハンダ層
に接合される接合端面を有し、前記ハンダ層を介して前
記内部放熱部に取り付けられる外部放熱部と、を含み、
前記露出面及び前記接合端面は、前記ハンダ層が溶融状
態のときに表面張力によって前記露出面を前記接合端面
の方向に引き寄せたときに、前記露出面が前記接合端面
の中央に位置する形状をなす。
【０００８】以上の構成の半導体装置においては、主と
して熱を発生する半導体素子と内部放熱部とが直接的も
しくはリードフレームのアイランドなどの素子載置部を
介して間接的に接合され、かつ前記内部放熱部と外部放
熱部とがハンダ層を介して接合されているため、高い放
熱効果を得ることができる。つまり、前記内部放熱部お
よび外部放熱部をともに金属で形成し、これらをハンダ
によって接合することにより、放熱体全体を熱伝導性の
高いものとすることができる。
【０００９】さらに、前記発明においては、内部放熱部
の露出面の形状と外部放熱部の接合端面の形状とを、前
記関係に設定することにより、両者の接合時の溶融ハン
ダの表面張力を利用して外部放熱部の位置決めを自動的
に行うことができ、位置精度の高い組立を容易かつ確実
に行うことができる。
【００１０】詳しくは、溶融ハンダは、表面張力（液体
と固体との間の付着力）によって露出面及び接合端面に
付着し、これらに付着した部分が表面張力（液体の凝集
力）によって引き寄せ合うことで、外部放熱部は溶融し
たハンダ層の表面上を移動する。そして、接合端面の外
端部のいずれの部分でもほぼ均一な表面張力が作用する
ところで外部放熱部は停止し、これによって外部放熱部
が自動的に位置決めされる。
【００１１】本発明に係る樹脂封止型半導体装置は、半
導体素子と直接的にもしくは素子載置部を介して間接的
に接合され、かつ一部が樹脂封止部から露出する露出面
を有する内部放熱部と、この内部放熱部の前記露出面
に、ハンダ層を介して固着された外部放熱部と、を含
み、前記内部放熱部の露出面の面積をＳ１、前記外部放
熱部の前記ハンダ層との接合端面の面積をＳ２とする
と、Ｓ１≧Ｓ２が成立する。
【００１２】この発明においては、内部放熱部の露出面
の面積と外部放熱部の接合端面の面積とを前記関係に設
定することにより、両者の接合時の溶融ハンダの表面張
力を利用して外部放熱部の位置決めを自動的に行うこと
ができる。
【００１３】前記樹脂封止型半導体装置においては、前
記内部放熱部の露出面の面積Ｓ１は、前記外部放熱部の
前記ハンダ層との接合端面の面積Ｓ２に対し、前記ハン
ダ層が溶融状態のときに形成されるフィレット部の前記
露出面に面する面積にほぼ相当する面積Ｓ３だけ大きく
設定されていることが望ましい。
【００１４】ここで、フィレット部は、溶融したハンダ
の表面張力によって形成される。詳しくは、フィレット
部は、溶融したハンダの露出面及び接合端面に対する付
着力と、溶融したハンダの凝集力と、によって形成され
る。
【００１５】前記露出面の面積Ｓ１と前記接合端面の面
積Ｓ２との関係をこのように設定することにより、内部
放熱部と外部放熱部との接合時に、外部放熱部の位置あ
わせをより確実に再現性よく行うことができる。
【００１６】前記樹脂封止型半導体装置においては、前
記内部放熱部の露出面は、前記外部放熱部の前記ハンダ
層との接合端面の形状と相似形をなすことが望ましい。
【００１７】このように、内部放熱部の露出面と外部放
熱部の接合端面の形状とを相似形とすることにより、前
記接合端面の端部に対して露出面の中央方向に作用する
溶融ハンダの表面張力が各端部においてつり合うと、接
合端面は露出面の中央に配置されるので、外部放熱部の
位置決めをより正確に行うことができる。
【００１８】本発明に係る樹脂封止型半導体装置は、半
導体素子を設置するための素子設置面を有する内部放熱
部と、この内部放熱部の前記素子設置面に接合された半
導体素子と、この半導体素子に対して離間して配設され
た複数のリードと、これらのリードと前記半導体素子の
電極部とを電気的に接続するワイヤと、前記内部放熱部
と前記リードとの間に設けられた絶縁部と、少なくとも
前記内部放熱部の一部を露出面として形成された樹脂封
止部と、前記内部放熱部の前記露出面に設けられるハン
ダ層と、このハンダ層に接合される接合端面を有し、前
記ハンダ層を介して前記内部放熱部に取り付けられる外
部放熱部と、を含み、前記露出面及び前記接合端面は、
前記ハンダ層が溶融状態のときに表面張力によって前記
露出面を前記接合端面の方向に引き寄せたときに、前記
露出面が前記接合端面の中央に位置する形状をなす。
【００１９】この樹脂封止型半導体装置においては、上
述した露出面及び接合端面の形状を規定したことによる
機能に加え、内部放熱部に半導体素子を直接接合してい
ることにより、放熱効果をより高めることができる。
【００２０】本発明に係る樹脂封止型半導体装置は、半
導体素子を設置するための素子設置面を有する内部放熱
部と、この内部放熱部の前記素子設置面に接合された半
導体素子と、この半導体素子に対して離間して配設され
た複数のリードと、これらのリードと前記半導体素子の
電極部とを電気的に接続するワイヤと、前記内部放熱部
と前記リードとの間に設けられた絶縁部と、少なくと
も、前記内部放熱部の一部を露出する状態で形成された
樹脂封止部と、前記内部放熱部の露出面に、ハンダ層を
介して接合された外部放熱部と、を含み、前記内部放熱
部の露出面の面積をＳ１、前記外部放熱部の前記ハンダ
層との接合端面の面積をＳ２とすると、Ｓ１≧Ｓ２が成
立する。
【００２１】この樹脂封止型半導体装置においては、上
述した面積Ｓ１およびＳ２を規定したことによる機能に
加え、内部放熱部に半導体素子を直接接合していること
により、放熱効果をより高めることができる。
【００２２】本発明の樹脂封止型半導体装置は、以下の
工程（ａ）〜（ｃ）を含む製造方法によって得られる。
【００２３】（ａ）内部放熱部に、絶縁部を介して複数
のリードを含むリードフレームを固定し、かつ半導体素
子を前記内部放熱部に直接的もしくは素子載置部を介し
て間接的に接合し、さらに前記リードと前記半導体素子
の電極部とをワイヤによって電気的に接続する工程、
（ｂ）樹脂のモールディングによって、少なくとも、前
記内部放熱部の一部を露出面とする状態で樹脂封止を行
って樹脂封止部を形成する工程、（ｃ）前記内部放熱部
の露出面と外部放熱部の接合端面との間にハンダ層を設
け、このハンダ層を加熱して溶融状態とし、表面張力に
よって前記露出面を前記接合端面の方向に引き寄せたと
きに、前記露出面を前記接合端面の中央に位置させる工
程。
【００２４】あるいは、本発明の樹脂封止型半導体装置
は、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む製造方法によって
得られる。
【００２５】（ａ）内部放熱部に、絶縁部を介して複数
のリードを含むリードフレームを固定し、かつ半導体素
子を前記内部放熱部に直接的もしくは素子設置部を介し
て間接的に接合し、さらに前記リードと前記半導体素子
の電極部とをワイヤによって電気的に接続する工程、
（ｂ）樹脂のモールディングによって、少なくとも、前
記内部放熱部の一部が露出する状態で樹脂封止部を形成
する工程、（ｃ）前記内部放熱部の露出面の面積をＳ
１、この露出面に接合される外部放熱部の接合端面の面
積をＳ２とすると、Ｓ１≧Ｓ２が成立し、前記露出面お
よび前記接合端面の少なくとも一方にハンダ層が形成さ
れ、前記外部放熱部を所定温度に加熱してその接合端面
と前記露出面とを接合する工程。
【００２６】これらの製造方法によれば、上述したよう
に、内部放熱部と外部放熱部との接合時に、溶融したハ
ンダ層によって外部放熱部が自動的に前記露出面の所定
位置に位置決めできることから、内部放熱部と外部放熱
部との組立を容易かつ確実に行うことができる。
【００２７】前記ハンダ層は内部放熱部の露出面および
外部放熱部の接合端面の少なくとも一方に形成されれば
よいが、好ましくは両者の面に形成される。ハンダ層が
前記露出面および前記接合端面の両者に形成されると、
露出面および接合端面の両面へのハンダぬれがスムーズ
に行われ、良好な接合を行うことができる。また、前記
ハンダ層が前記露出面あるいは前記接合端面のいずれか
に形成される場合には、より大きな面積を有する内部放
熱部の露出面に形成されることが望ましい。このよう
に、ハンダ層がより表面積の大きい露出面に形成される
ことにより、溶融ハンダの表面張力による外部放熱部の
位置決めが容易にできる。そして、充分なハンダ量を確
保すれば、安定した接合が可能になる。
【００２８】また、前記樹脂封止型半導体装置の製造方
法においては、前記工程（ｃ）において、前記外部放熱
部は好ましくは１８０〜２５０℃、より好ましくは１８
０〜２００℃にあらかじめ設定されていることが望まし
い。同様に、工程（ｃ）においては、前記工程（ｂ）で
形成された樹脂封止部が、好ましくは１００〜２００
℃、より好ましくは１２５〜１８０℃にあらかじめ設定
されていることが好ましい。このように、外部放熱部お
よび樹脂封止部を特定の温度に設定しておくことによ
り、ハンダ層の溶融を確実にするとともに、急激な熱変
化による熱応力によって半導体素子や樹脂封止部に与え
る悪影響を抑制することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照しながら説明する。
【００３０】図１は、本実施の形態の半導体装置１００
の縦断面を模式的に示す図であり、図２は、樹脂封止部
および外部放熱部を除いた状態で、図１のＡ−Ａ線に沿
ってみた平面図である。
【００３１】本実施の形態の半導体装置１００は、内部
放熱部１０と、この内部放熱部１０に対して絶縁部４０
を介して配置されたリード３２と、ハンダ層７０を介し
て前記内部放熱部１０に接合された外部放熱部（以下、
「放熱フィン」という）６０とを含む。
【００３２】前記内部放熱部１０は、径の大きい基部１
２と、この基部１２より径の小さい突出部１４とを有
し、この突出部１４は基部１２のほぼ中央に位置してい
る。そして、基部１２の、前記突出部１４と反対側の面
は素子設置面１６を構成し、この素子設置面１６のほぼ
中央に半導体素子３０が銀ペーストなどの接着剤層３６
を介して接合されている。また、前記突出部１４の上面
は露出面１４ａを構成する。
【００３３】この内部放熱部１０は、熱伝導率が高い材
料、例えば銅、アルミニウム、銀、金等の金属あるいは
これらの各金属を主成分とする合金から構成されること
が望ましく、経済性を考慮すれば特に銅が好ましい。
【００３４】前記リード３２は、半導体素子３０と所定
距離離間した状態で配置され、その中途部は前記絶縁部
４０によって支持されている。そして、これらのリード
３２と半導体素子３０の電極パッド３０ａ（図２参照）
は、金、銀等のワイヤ（ボンディングワイヤ）３４によ
って電気的に接続されている。
【００３５】前記絶縁部４０は、図２に示すように、内
部放熱部１０の素子設置面１６の周縁に沿って連続的に
形成されている。この絶縁部４０は、十分な電気的絶縁
性を有すること、リード３２を安定に支持できること、
リード３２の先端（インナーリード）およびワイヤ３４
と内部放熱部１０とがそれぞれ接触しないスペースを確
保できる十分な厚みを有すること、ならびに熱加工時に
変形、変質が少ないこと、などが要求される。
【００３６】絶縁部４０を構成する材料としては、絶縁
性を有する樹脂、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂
等の熱硬化性樹脂などを用いることができる。また、絶
縁部４０は、前記樹脂からなるテープ状部材から構成さ
れることが好ましい。
【００３７】樹脂封止部５０は、前記内部放熱部１０の
露出面１４ａを露出した状態で形成される。
【００３８】前記放熱フィン６０は、フィン本体６４の
先端側に多数の突起６２が形成され、基端側には接合用
突部６６が形成されている。このような接合用突部６６
を形成することにより、放熱フィン６０の接合領域を特
定しやすい。そして、接合用突部６６の端面（以下、
「接合端面」という）６６ａと内部放熱部１０の露出面
１４ａとがハンダ層７０によって接合されている。内部
放熱部１０と放熱フィン６０との接合領域を図３に拡大
して示す。放熱フィン６０は、熱電導率が高い材料、例
えば銅、アルミニウム、金、銀、鉄等の金属あるいはこ
れらの各金属を主成分とする合金から構成されることが
望ましく、軽量性ならびに経済性を考慮すれば特にアル
ミニウムが好ましい。
【００３９】この実施の形態においては、図４に示すよ
うに、内部放熱部１０の露出面１４ａの面積をＳ１と
し、放熱フィン６０の接合用突部６６の接合端面６６ａ
の面積をＳ２とすると、Ｓ１＞Ｓ２の関係が成立する。
そして、内部放熱部１０の露出面１４ａと放熱フィン６
０の接合端面６６ａとは相似形をなしている。本実施の
形態では、各面１４ａ，６６ａは、正方形であるが、こ
の形状は特に限定されず、例えば円形、長方形など他の
形状であってもよい。
【００４０】このように、接合用突部６６の接合端面６
６ａは内部放熱部１０の露出面１４ａより小さい面積を
有することにより、ハンダ層７０は、図３に示すよう
に、接合端面６６ａの外周から露出面１４ａの外周にか
けて徐々に厚みが薄くなる、いわゆるフィレット部７２
を形成する。すなわち、露出面１４ａの径をＬ１、接合
端面６６ａの径をＬ２、フィレット部７２の幅をＬ３と
すると、以下の式が成り立つ。
【００４１】Ｌ１＝Ｌ２＋２×Ｌ３ また、このような関係を面積の点からみれば、内部放熱
部１０の露出面１４ａの面積をＳ１、外部放熱部の接合
端面６６ａの面積をＳ２とすると、図４に示すように、
面積Ｓ１は、面積Ｓ２に対し、ハンダ層７０におけるフ
ィレット部７２の前記露出面１４ａに面する部分の面積
Ｓ３だけ大きく設定されていることになる。
【００４２】内部放熱部１０の露出面１４ａと放熱フィ
ン６０の接合端面６６ａとが上述したような形状および
面積（大きさ）に規定されることにより、内部放熱部１
０と放熱フィン６０とを接合する際に、特に位置決め操
作をすることなく、放熱フィン６０を所定の位置で、つ
まり図４に示すように、接合端面６６ａが露出面１４ａ
のほぼ中央に位置する状態で、両者の接合が可能とな
る。この点について、図５を参照しながら、さらに詳し
く説明する。
【００４３】図５において、実線で示す状態は放熱フィ
ン６０が所定位置よりずれた状態（この場合には所定位
置より右側にずれた状態）を示し、鎖線は所定の位置に
放熱フィン６０が接合された状態を示す。まず、溶融し
たハンダ層７４上に放熱フィン６０の接合用突部６６を
載置すると、接合端面６６ａは溶融ハンダ層７４の表面
張力（詳しくは液体と固体との間の付着力）によってこ
の層７４に密着し、さらに放熱フィン６０には図５にお
いて矢印Ｂで示すように表面張力（詳しくは液体の凝集
力）により溶融ハンダ層７４の中央に向かう張力が作用
する。この張力によって放熱フィン６０は溶融ハンダ層
７４の表面上を移動し、そして、接合端面６６ａの外端
部のいずれの部分でもほぼ均一な表面張力が作用する点
で放熱フィン６０は停止する。
【００４４】本実施の形態においては、前述したよう
に、内部放熱部１０の露出面１４ａと放熱フィン６０の
接合端面６６ａとがそれぞれ対称的な形状を有し、かつ
相互に相似形をなしていることから、接合端面６６ａの
周囲のいずれの部分でもほぼ均一な表面張力が作用する
点とは、露出面１４ａの中心と接合端面６６ａの中心と
が重なる点を意味し、つまり接合端面６６ａは露出面１
４ａに対して同心状に配置することとなる。したがっ
て、本実施の形態においては、溶融ハンダ層７４の表面
張力を利用することにより、放熱フィン６０の接合端面
６６ａを内部放熱部１０の露出面１４ａのほぼ中央に自
動的に位置させた状態で接合することができる。
【００４５】以上の構成の半導体装置１００において
は、主として熱を発生する半導体素子３０を内部放熱部
１０に接合し、さらに内部放熱部１０の露出面１４ａに
放熱フィン６０を設けることにより、きわめて高い放熱
効果を得ることができる。つまり、金属製の内部放熱部
１０と金属製の放熱フィン６０とをハンダによって接合
することにより、放熱体全体を高い熱伝導率にすること
ができ、効率のよい放熱を行うことができる。また、金
属製の内部放熱部１０と金属製の放熱フィン６０との接
合をハンダ層７０によって行っているため、両者の接合
強度を十分に大きなものとすることができ、高い機械的
強度を得ることができる。
【００４６】そして、内部放熱部１０の形状を断面ほぼ
凸状とすることにより、内部放熱部１０の表面積を増大
させることができ、放熱効果を高めることができる。ま
た、露出面１４ａから半導体素子３０が搭載された素子
設置面１６にいたる距離を大きくすることができ、外部
からのガスあるいは水分等の侵入による素子特性の劣化
を抑制することができる。
【００４７】また、本実施の形態においては、内部放熱
部１０の露出面１４ａと放熱フィン６０の接合端面６６
ａとを、前述した特定の形状および大きさに設定し、か
つ両者をハンダによって接合することにより、両者の接
合時に溶融ハンダの表面張力を利用して放熱フィン６０
の位置決めを自動的に行うことができ、組立てを容易か
つ確実に行うことができる。
【００４８】図６（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置１００
の製造プロセスを概略的に示す断面図である。
【００４９】（ａ）この製造例においては、まず、図６
（ａ）に示すように、内部放熱部１０の素子設置面１６
上の所定位置に銀ペーストなどの接着剤層３６を介して
半導体素子３０を接合する。そして、内部放熱部１０の
素子設置面１６上に、素子設置面１６の周縁に沿って絶
縁部４０を配置し（図２参照）、さらに絶縁部４０上
に、複数のリード３２を含むリードフレーム３８を配置
し、３者を例えばエポキシ樹脂等の接着剤を用いて熱圧
着し、内部放熱部１０、絶縁部４０およびリードフレー
ム３８を相互に固定する。
【００５０】なお、内部放熱部１０、半導体素子３０、
絶縁部４０およびリードフレーム３８の接合方法および
接合順序は特に制限されるものではない。
【００５１】次いで、半導体素子３０の電極パッド３０
ａと対応するリード３２とを所定の配線パターンでワイ
ヤ３４によって電気的に接続する。
【００５２】（ｂ）次いで、図６（ｂ）に示すように、
通常のモールディング手段を用いて樹脂封止部５０が形
成され、パッケージＰが完成する。このとき、内部放熱
部１０の露出面１４ａは樹脂封止部５０から露出した状
態で形成される。つまり、図示しない成形金型の下の壁
面と内部放熱部１０の露出面１４ａとが接する状態で、
図６（ａ）で形成された被封入体をキャビティ内にセッ
トし、内部放熱部１０の露出面１４ａが樹脂封止部５０
に覆われないように樹脂封止を行って、露出面１４ａを
露出した状態にする。
【００５３】内部放熱部１０が銅にて構成された場合に
は、露出面１４ａにニッケルやハンダの膜を形成してお
いてもよい。こうすることで、次の工程に移るまでにし
ばらく期間が経過しても、露出面１４ａに緑青が生成す
るのを防止できる。
【００５４】そして、内部放熱部１０の露出面１４ａの
表面全域にわたって第１のハンダ層７０ａを形成する。
第１のハンダ層７０ａの膜厚は、必要とされる溶融ハン
ダの量や放熱フィン６０の接合端面６６ａの大きさなど
を考慮して設定される。
【００５５】露出面１４ａにニッケル膜を形成しておい
た場合には、ニッケルにハンダが付きにくいことから、
電気メッキの方法によりハンダメッキを施しておくこと
が好ましい。また、ハンダメッキは、リード３２にハン
ダメッキを施すのと同時に、電気メッキの方法により形
成することが好ましい。
【００５６】（ｃ）次いで、図６（ｃ）に示すように、
放熱フィン６０を内部放熱部１０に接合する。この工程
においては、まず、放熱フィン６０の接合端面６６ａの
表面に第２のハンダ層７０ｂが形成される。
【００５７】なお、放熱フィン６０がアルミニウムによ
って形成されている場合には、アルミニウムとハンダと
は接着しないため、接合端面６６ａに、電気メッキの方
法によって予めハンダメッキをしてから、第２のハンダ
層７０ｂを形成することが好ましい。あるいは、接合端
面６６ａに、ハンダと合金を形成することが可能な金
属、例えばスズ、銀、金、パラジウムなどからなる金属
層をあらかじめ形成するか、これらの金属層を形成する
代わりに接合端面６６ａをイオンプラズマ洗浄によって
あらかじめ洗浄しておいてもよい。
【００５８】そして、放熱フィン６０を、図示しない加
熱手段によって好ましくは１８０〜２５０℃、より好ま
しくは１８０〜２００℃の温度にあらかじめ加熱してお
く。この加熱手段は、放熱フィン６０を着脱自在に保持
して所定位置から接合位置まで移動させることが可能な
支持手段（ハンドラー）を兼ねていることが望ましい。
前記温度範囲のうち下限の１８０℃は、ハンダの溶融温
度にほぼ対応している。放熱フィン６０、特に接合用突
部６６の温度が１８０℃より低いと、接合時にハンダを
十分に溶解することができない。また、前記温度範囲の
上限値である２５０℃は、図６（ｂ）に示すプロセスで
得られたパッケージＰの熱によるストレスを考慮したも
のである。放熱フィン６０が２５０℃より高いと、放熱
フィン６０を内部放熱部１０に接触させた時に、半導体
素子３０や樹脂封止部５０に過大な熱応力を与えること
なるため望ましくない。
【００５９】一方、樹脂封止部５０は、好ましくは１０
０〜２００℃、より好ましくは１２５〜１８０℃の温度
に予熱されている。このように樹脂封止部５０を予熱す
ることにより、高温な放熱フィン６０に接触したときの
パッケージＰの熱応力を抑制することができる。予熱温
度が１００℃よりも低いと、高温な放熱フィン６０に接
触したときのパッケージＰの温度変化が急激となって熱
応力の抑制が不十分となる。また、予熱温度が２００℃
を超えると半導体素子３０などに悪影響を与える。
【００６０】また、本発明では、溶融したハンダ層７４
の表面張力を利用して放熱フィン６０を位置合わせする
が、表面張力は液体の温度にも依存するので、この点か
らも上記温度とすることが好ましい。
【００６１】以上のように、放熱フィン６０の加熱およ
び樹脂封止部５０の予熱が完了した状態で、放熱フィン
６０を内部放熱部１０の露出面１４ａに向けて降下さ
せ、第１のハンダ層７０ａと第２のハンダ層７０ｂとを
接触させる。すると、第１のハンダ層７０ａは、放熱フ
ィン６０の熱によってほぼ瞬時にないしは数秒間で溶解
し、溶融ハンダ層７４が形成される。そして、溶融ハン
ダ層７４の表面に載置された放熱フィン６０は、前述し
た作用（図５参照）によってその接合用突部６６が内部
放熱部１０の露出面１４ａのほぼ中央に位置し、さらに
冷却されることによりハンダ層７０が形成される。
【００６２】リードフレーム３８は、通常の手段によっ
てフレームおよびダムバーなどが切断され、さらに必要
に応じて外部に突出するアウターリードの曲げ形成やハ
ンダメッキなどが行われる。
【００６３】以上の工程によって本実施の形態の半導体
装置１００が形成される。
【００６４】以上、本発明の好適な実施の形態について
述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、種
々の変更が可能である。
【００６５】例えば、前記実施の形態においては、内部
放熱部１０の露出面１４ａと放熱フィン６０の接合用突
部６６の接合端面６６ａとの形状を相似形としたが、各
面の形状はこれに限定されず、種々の形態を取り得る。
ただし、両者の面に作用する溶融ハンダの表面張力を均
一にすることを考慮すれば、両者の面はいずれも対称的
な形状であることが好ましい。例えば、図７に示すよう
に、内部放熱部１０の露出面１４ａを矩形とし、放熱フ
ィン６０の接合端面６６ｂを円形とし、両者の形状を異
なったものとすることも可能である。
【００６６】また、前記実施の形態においては、ハンダ
層７０は、内部放熱部１０の露出面１４ａ上に形成され
た第１のハンダ層７０ａと放熱フィン６０の接合端面６
６ａに形成された第２のハンダ層７０ｂとによって構成
されたが、いずれか一方の面にハンダ層７０を形成して
もよい。すなわち、ハンダ層７０を、露出面１４ａに形
成してもよく、接合端面６６ａに形成してもよい。ただ
し、面積の大きい内部放熱部１０の露出面１４ａに形成
されることが好ましい。
【００６７】さらに、内部放熱部１０の露出面１４ａの
面積Ｓ１と放熱フィン６０の接合端面６６ａの面積Ｓ２
とは、放熱フィンの位置決め精度の観点からはＳ１＞Ｓ
２であることが好ましいが、Ｓ１＝Ｓ２の場合であって
も本発明の目的をほぼ達成することができる。
【００６８】また、内部放熱部および外部放熱部の形
状、大きさ等も前記実施の形態に限定されない。例え
ば、放熱フィンは、前記実施の形態においては接合用突
部６６を有していたが、この接合用突部６６は必ずしも
必要ではなく、図８に示すように、平坦な面に接合領域
を構成するハンダ層７０ｃを形成してもよい。また放熱
フィンを形成する突起の形状等も限定されるものではな
い。
【００６９】また、前記実施の形態においては、半導体
素子と内部放熱部とが直接接合されていたが両者の接合
関係はこれに限定されず、例えばリードフレームのアイ
ランドの一面に半導体素子を接合し他面に内部放熱部を
接合した構造としてもよい。
【００７０】次に、図９は、他の実施の形態に係る半導
体装置２００を示す図であり、図１０は、図９に示す半
導体装置２００から外部放熱部２６０を取り除いた状態
を示す図である。
【００７１】図９において、外部放熱部２６０は、４枚
の円板部２６２が、所定間隔をあけて、中央部で小径の
柱部（図示せず）を介して連結された形状をなしてい
る。このような形状とすることで、各円板部２６２の表
裏面の大部分が露出し、外部放熱部２６０全体の表面積
が大きくなって、空冷されやすくなっている。外部放熱
部２６０の材質については、図１の外部放熱部６０と同
様である。
【００７２】また、外部放熱部２６０は、色が黒いほど
放熱しやすいことから、表面を黒化処理すると放熱効果
が高まる。この黒化処理は、外部放熱部２６０がアルミ
ニウムで構成されているときには、アルミニウムを湿式
で酸化処理することで行われる。
【００７３】なお、アルミニウムにハンダが付きにくい
ことから、外部放熱部２６０における内部放熱部２１０
の露出面２１４ａとの接合端面に、電気メッキの方法に
よりハンダメッキを施しておくことが好ましく、酸化処
理とハンダメッキとの、いずれを先に行うかで２種類の
工程が考えられる。
【００７４】ハンダメッキを先に行う場合は、外部放熱
部２６０におけるハンダメッキをしない部分をレジスト
で覆ってハンダメッキを行い、レジストを除去し、その
後、ハンダメッキされた部分をレジストで覆って酸化処
理を行って黒化処理する。この方法ではレジストで外部
放熱部２６０を覆う工程が２回必要である。
【００７５】これに対して、酸化処理を先に行う場合
は、まず、外部放熱部２６０全体の酸化処理を行って黒
化処理し、次に、ハンダメッキしない部分をレジストで
覆って黒化処理を除去する。こうして、ハンダメッキす
る部分の黒化処理が除去されるので、この部分にハンダ
メッキを行う。この方法によれば、レジストで覆う工程
が１回で済む。
【００７６】次に、図１０に示すように、内部放熱部２
１０の露出面２１４ａの形状は、図１に示す半導体装置
１００の内部放熱部１０の露出面１４ａと異なる。この
露出面２１４ａは、正方形の全ての角部が丸く窪むよう
に切り欠かれた形状になっている。このような形状とし
たのは次の理由からである。
【００７７】つまり、半導体装置２００の製造工程で
は、上記半導体装置１００に関して上述したのと同様
に、内部放熱部２１０の露出面２１４ａが樹脂で覆われ
ないように、この露出面２１４ａを成形金型のキャビテ
ィ面に接触させて内部放熱部２１０を配置する必要があ
る。また、成形金型を用いた樹脂成形の工程において
は、エジェクタピンを成形金型から突き出して成形品を
押し出すことで、成形金型から成形品を離型するように
なっている。このエジェクタピンは、成形品に凸部が形
成されないように、樹脂の射出中においても成形金型の
キャビティ面からわずかに突出した状態となっている。
したがって、エジェクタピンが露出面２１４ａに接触す
ると、成形金型のキャビティ面と露出面２１４ａとの間
に隙間が形成されて、樹脂が入り込んでしまう。そこ
で、エジェクタピンの端面（図１０において破線で示
す）を避けるために、露出面２１４ａを上記形状とし
た。
【００７８】また、露出面２１４ａは、正方形の四つの
角部全てを切り欠いた形状となっている。したがって、
二本のエジェクタピンによって成形品を離型する場合で
も、半導体装置２００の方向を決める必要がない。つま
り、図１０に示す状態から９０度回転した状態でも、露
出面２１４ａはエジェクタピンを避けられるようになっ
ている。なお、これ以外の構成については、特開平５−
５５４１０号公報に開示されている。
【００７９】図９に示す外部放熱部２６０は、４枚の円
板部２６２を有するものであるが、円板部を３枚にして
もよい。
【００８０】図１１（ａ）〜（ｅ）は、３枚の円板部３
６２を有する外部放熱部３６０を、樹脂封止された内部
放熱部３１０の露出面３１４ａに取り付ける工程を示す
概略図である。
【００８１】図１１（ａ）において、内部放熱部３１０
の露出面３１４ａには、ハンダペーストによるハンダ層
３７０が形成されている。詳しくは、露出面３１４ａに
ハンダメッキが施され、このハンダメッキ上にハンダ層
３７０が形成されている。
【００８２】図１１（ｂ）には、外部放熱部３６０がハ
ンダ層３７０上に載置された状態が示されている。詳し
くは、外部放熱部３６０の接合端面３６６ａにハンダメ
ッキが施され、このハンダメッキがハンダ層３７０上に
接触した状態となっている。
【００８３】こうして、外部放熱部３６０を、ハンダ層
３７０を介して露出面３１４ａ上に載置して、次に、図
１１（ｃ）に示すように、ヒータ３８０によって樹脂封
止部３５０を加熱する。この加熱は、ハンダ層３７０を
溶かすための加熱によって樹脂封止部３５０が急激に加
熱されて破損されるのを防ぐために行われ、１２５℃程
度で行われることが好ましい。
【００８４】次に、図１１（ｄ）に示すように、外部放
熱部３６０を、他のヒータ３９０によって１８０〜２０
０℃程度に加熱して、ハンダ層３７０を溶かす。このと
き、ヒータ３８０による樹脂封止部３５０の加熱も継続
させることが好ましい。
【００８５】こうして、ハンダ層３７０が溶けると、す
でに説明したように、溶融したハンダの表面張力によっ
て外部放熱部３６０の接合端面３６６ａが、露出面３１
４ａの中央に引き寄せられて、図１１（ｅ）に示す状態
となる。
【００８６】以上の工程によって、半導体装置３００が
製造される。そして、この半導体装置３００は、リフロ
ーの工程によってリードに供給されたハンダが溶融され
て、基板に実装される。
【００８７】
【実施例】図１２は、このリフローの工程における半導
体装置３００の温度を測定した結果を示すグラフであ
る。このグラフにおいて、リードの最高温度は２４５℃
を指している。外部放熱部を設けない半導体装置であれ
ば、樹脂封止部の表面もこの程度の温度となる。一方、
本実施例における半導体装置３００によれば、樹脂封止
部３５０の最高温度は１７０℃となっている。この温度
は、樹脂封止部３５０が外部放熱部３６０によって冷却
されて得られた温度である。ここで、外部放熱部３６０
と内部放熱部３１０とを接着しているハンダ層３７０
は、１８０℃程度にならないと溶融しない。したがっ
て、樹脂封止部３５０の最高温度は１７０℃であるた
め、ハンダ層３７０は溶融せず、内部放熱部３１０から
外部放熱部３６０が外れないようになっている。
【００８８】このように、本実施例によれば、外部放熱
部３６０の接着性においても優れた効果を達成できる。
【００８９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の半導体装置を模式的
に示す縦断面図である。
【図２】図１における樹脂封止部および放熱フィンを除
いた状態で、Ａ−Ａ線に沿ってみた半導体装置の平面図
である。
【図３】図１に示す半導体装置の、内部放熱部と放熱フ
ィンとの接合部分を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図１に示す半導体装置の、内部放熱部の露出面
と放熱フィンの接合端面の関係を示す図である。
【図５】放熱フィンが溶融ハンダ層の表面張力によって
移動する状態を示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す半導体装置の製
造プロセスを模式的に示した縦断面図である。
【図７】内部放熱部の露出面と放熱フィンの接合端面の
形状の変形例を示した図である。
【図８】放熱フィンの変形例を示す縦断面図である。
【図９】他の実施の形態に係る半導体装置を示す図であ
る。
【図１０】図９に示す半導体装置から外部放熱部を取り
除いた状態を示す図である。
【図１１】３枚の円板部を有する外部放熱部を、樹脂封
止された内部放熱部の露出面に取り付ける工程を示す概
略図である。
【図１２】リフローの工程における半導体装置の温度を
測定した結果を示す図である。
【図１３】放熱フィンを有する従来の半導体装置を示す
縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 内部 １２ 基部 １４ 突出部 １４ａ 露出面 １６ 素子設置面 ３０ 半導体素子 ４０ 絶縁部 ５０ 樹脂封止部 ６０ 放熱フィン（外部放熱部） ６４ フィン本体 ６６ 接合用突部 ６６ａ 接合端面 ７０ ハンダ層 ７２ フィレット部 ７４ 溶融ハンダ層 １００ 半導体装置 Ｐ パッケージ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子と直接的にもしくは素子載置
    部を介して間接的に接合され、かつ一部が樹脂封止部か
    ら露出する露出面を有する内部放熱部と、 この内部放熱部の前記露出面に設けられるハンダ層と、 このハンダ層に接合される接合端面を有し、前記ハンダ
    層を介して前記内部放熱部に取り付けられる外部放熱部
    と、 を含み、 前記露出面及び前記接合端面は、前記ハンダ層が溶融状
    態のときに表面張力によって前記露出面を前記接合端面
    の方向に引き寄せたときに、前記露出面が前記接合端面
    の中央に位置する形状をなす樹脂封止型半導体装置。
  2. 【請求項２】 半導体素子と直接的にもしくは素子載置
    部を介して間接的に接合され、かつ一部が樹脂封止部か
    ら露出する露出面を有する内部放熱部と、 この内部放熱部の前記露出面に、ハンダ層を介して固着
    された外部放熱部と、 を含み、 前記内部放熱部の露出面の面積をＳ１、前記外部放熱部
    の前記ハンダ層との接合端面の面積をＳ２とすると、Ｓ
    １≧Ｓ２が成立する、樹脂封止型半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項２において、 前記内部放熱部の露出面の面積Ｓ１は、前記外部放熱部
    の前記ハンダ層との接合端面の面積Ｓ２に対し、前記ハ
    ンダ層が溶融状態のときに形成されるフィレット部の前
    記露出面に面する面積にほぼ相当する面積Ｓ３だけ大き
    く設定されている樹脂封止型半導体装置。
  4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかにおい
    て、 前記内部放熱部の露出面は、前記外部放熱部の前記接合
    端面の形状と相似形をなす樹脂封止型半導体装置。
  5. 【請求項５】 半導体素子を設置するための素子設置面
    を有する内部放熱部と、 この内部放熱部の前記素子設置面に接合された半導体素
    子と、 この半導体素子に対して離間して配設された複数のリー
    ドと、 これらのリードと前記半導体素子の電極部とを電気的に
    接続するワイヤと、 前記内部放熱部と前記リードとの間に設けられた絶縁部
    と、 少なくとも前記内部放熱部の一部を露出面として形成さ
    れた樹脂封止部と、 前記内部放熱部の前記露出面に設けられるハンダ層と、 このハンダ層に接合される接合端面を有し、前記ハンダ
    層を介して前記内部放熱部に取り付けられる外部放熱部
    と、を含み、 前記露出面及び前記接合端面は、前記ハンダ層が溶融状
    態のときに表面張力によって前記露出面を前記接合端面
    の方向に引き寄せたときに、前記露出面が前記接合端面
    の中央に位置する形状をなす樹脂封止型半導体装置。
  6. 【請求項６】 半導体素子を設置するための素子設置面
    を有する内部放熱部と、 この内部放熱部の前記素子設置面に接合された半導体素
    子と、 この半導体素子に対して離間して配設された複数のリー
    ドと、 これらのリードと前記半導体素子の電極部とを電気的に
    接続するワイヤと、 前記内部放熱部と前記リードとの間に設けられた絶縁部
    と、 少なくとも、前記内部放熱部の一部を露出する状態で形
    成された樹脂封止部と、 前記内部放熱部の露出面に、ハンダ層を介して接合され
    た外部放熱部と、を含み、 前記内部放熱部の露出面の面積をＳ１、前記外部放熱部
    の前記ハンダ層との接合端面の面積をＳ２とすると、Ｓ
    １≧Ｓ２が成立する、樹脂封止型半導体装置。
  7. 【請求項７】 以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む樹脂封
    止型半導体装置の製造方法。 （ａ）内部放熱部に、絶縁部を介して複数のリードを含
    むリードフレームを固定し、かつ半導体素子を前記内部
    放熱部に直接的もしくは素子載置部を介して間接的に接
    合し、さらに前記リードと前記半導体素子の電極部とを
    ワイヤによって電気的に接続する工程、 （ｂ）樹脂のモールディングによって、少なくとも、前
    記内部放熱部の一部を露出面とする状態で樹脂封止を行
    って樹脂封止部を形成する工程、 （ｃ）前記内部放熱部の露出面と外部放熱部の接合端面
    との間にハンダ層を設け、このハンダ層を加熱して溶融
    状態とし、表面張力によって前記露出面を前記接合端面
    の方向に引き寄せたときに、前記露出面を前記接合端面
    の中央に位置させる工程。
  8. 【請求項８】 以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む樹脂封
    止型半導体装置の製造方法。 （ａ）内部放熱部に、絶縁部を介して複数のリードを含
    むリードフレームを固定し、かつ半導体素子を前記内部
    放熱部に直接的もしくは素子載置部を介して間接的に接
    合し、さらに前記リードと前記半導体素子の電極部とを
    ワイヤによって電気的に接続する工程、 （ｂ）樹脂のモールディングによって、少なくとも、前
    記内部放熱部の一部が露出する状態で樹脂封止を行って
    樹脂封止部を形成する工程、 （ｃ）前記内部放熱部の露出面の面積をＳ１、この露出
    面に接合される外部放熱部の接合端面の面積をＳ２とす
    ると、Ｓ１≧Ｓ２が成立し、前記露出面と前記接合端面
    との間にハンダ層を設け、前記ハンダ層を加熱して溶融
    させて前記接合端面と前記露出面とを接合する工程。
  9. 【請求項９】 請求項７又は請求項８において、 前記工程（ｃ）において、前記ハンダ層は、前記露出面
    および前記接合端面の両者に予め設けられている樹脂封
    止型半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項７又は請求項８において、 前記工程（ｃ）において、前記ハンダ層は、前記露出面
    に予め設けられている樹脂封止型半導体装置の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項７から請求項１０のいずれかに
    おいて、 前記工程（ｃ）において、前記外部放熱部を１８０〜２
    ５０℃に加熱して前記ハンダ層を溶融する樹脂封止半導
    体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 請求項７から請求項１１のいずれかに
    おいて、 前記工程（ｃ）において、前記工程（ｂ）で形成された
    樹脂封止部は、あらかじめ１００〜２００℃の温度範囲
    に加熱されている樹脂封止型半導体装置の製造方法。
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