JPH1022435A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH1022435A
JPH1022435A JP17247096A JP17247096A JPH1022435A JP H1022435 A JPH1022435 A JP H1022435A JP 17247096 A JP17247096 A JP 17247096A JP 17247096 A JP17247096 A JP 17247096A JP H1022435 A JPH1022435 A JP H1022435A
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Masaaki Takahashi
正昭 高橋
Toshio Ogawa
敏夫 小川
Kazuji Yamada
一二 山田
Masahiro Aida
正広 合田
Noritaka Kamimura
典孝 神村
Kazuhiro Suzuki
和弘 鈴木
Hiroyoshi Kokado
博義 小角
Masahiko Ogino
雅彦 荻野
Toshiaki Ishii
利昭 石井
Junichi Saeki
準一 佐伯
Shigeharu Tsunoda
重晴 角田
Tsunehiro Endo
常博 遠藤
Tatsuya Shigemura
達也 茂村
Tetsuo Kumazawa
鉄雄 熊沢
Kinya Nakatsu
欣也 中津
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁特性が充分に向上できるようにした半導
体装置及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 半導体チップ４などの電子部品に接続し
たリードフレーム２の入出力端子になる部分２２を、図
２(c)に示すように、折り曲げて上型９１内に配置し、
樹脂封止後、図２(e)に示すように、引き起こして入出
力端子とすることにより、トランスファモールド工法に
よる樹脂層の上面に入出力端子が得られるようにしたも
の。 【効果】 熱硬化性樹脂のトランスファモールド封止さ
れたにもかかわらず、ベース基板のヒートシンク面とは
反対側の面に入出力端子を有する半導体装置を容易に得
ることができるので、入出力端子と冷却フィン間の絶縁
耐圧を大幅に向上させ、インバータ装置など電力用の半
導体モジュールに適用可能な半導体装置を容易に得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂封止型の半導
体装置とその製造方法に係り、特にインバータ装置など
の電力変換装置のスイッチング素子として好適な半導体
装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータ装置など、特に電力を扱う半
導体装置では、いかにして効率的な冷却が得られるかが
重要な命題であり、このため、金属ベース回路基板を用
い、その一方の面上に、半導体素子、或いは半導体素子
とそれらを制御するドライバＩＣ、抵抗、コンデンサな
どの各種電子部品を搭載し、金属ベース回路基板の他方
の面を露出した状態にして樹脂で気密封止し、半導体モ
ジュール化した樹脂封止型の半導体装置が従来から使用
されている。
【０００３】例えば、公開特許公報(Ａ)昭６０−７４６
５５号では、複数の半導体素子が搭載された金属ベース
回路基板の側面を樹脂のケースで覆い、シリコーン系ゲ
ル及びエポキシ系樹脂で気密封止した半導体モジュール
について開示しており、これによれば、金属ベース回路
基板の露出面に直接放熱フィンが取付けられるので、必
要とする冷却能力を容易に得ることができる。
【０００４】ところで、これら従来の半導体モジュール
では、その外部回路との接続端子、すなわち入出力端子
が、気密封止に用いられたエポキシ系樹脂の表面、つま
り、金属ベース回路基板の金属表面が露出して放熱面に
なっている面とは反対側の面に配置されており、この結
果、従来の半導体モジュールによれば、以下の利点があ
る。
【０００５】まず、入出力端子が金属ベース回路基板の
放熱面、更には放熱フィンと反対側にあるので、共通電
位(アース)との間の沿面距離が長くとれ、良好な絶縁特
性が確保できるという利点がある。
【０００６】次に、入出力端子が半導体モジュールの樹
脂の表面にあることにより、例えば電源回路、或いは制
御回路など各種外部回路装置を前記半導体モジュールの
上面に積み重ね配置するることができ、この結果、各種
外部回路との接続のための配線間距離が短くでき、ノイ
ズの低減と、これによる信頼性の向上が得られ、更には
半導体モジュール自体を含むシステムの取付面積が小さ
くでき、小型化が図れるという利点がある。
【０００７】しかしながら、従来の半導体モジュール
は、上記したように、樹脂封止に際して樹脂ケースが必
要であり、この結果、部品点数や組立工程数が多いとい
う問題があり、低価格化に限界があった。
【０００８】一方、例えば特公平３−６３８２２号公
報、或いは特公平６−８０７４８号公報では、気密封止
にトランスファモールド法を用い、リードフレームのベ
ッド部に半導体素子を搭載した上で、２重に樹脂モール
ドしたトランジスタアレイのような半導体装置について
開示している。
【０００９】そこで、以下、これら従来技術のうち、特
公平６−８０７４８号公報に開示されている半導体装置
について、図１５により説明すると、半導体チップ４
は、リードフレーム２に設けてあるベッド部(熱拡散板)
２１上にマウント(はんだ)材３で固着され、半導体チッ
プ４とリード部２２間をボンデイングワイヤ５で接続さ
れている。
【００１０】次に、半導体チップ４とボンデイングワイ
ヤ５及び半導体チップ４が搭載されたリードフレーム２
のベッド部２１の裏面を除くリード部２２を第１のモー
ルド樹脂層６１でモールドして気密封止し、さらに、ベ
ッド部２１の絶縁と放熱を考慮して、ベッド部２１とヒ
ートシンク１間及び第１のモールド樹脂層６１で覆われ
た部分の側面を第２のモールド樹脂層６２で再度モール
ドし、２層の樹脂封止構造にしたものである。
【００１１】ここで、この半導体モジュールは、図１５
から明らかなように、外部回路と接続するためのリード
部(入出力端子)２２が半導体モジュールの側面にあり、
このため、入出力端子とヒートシンク間の距離が極端に
短くなっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、入出
力端子の位置や、これに対する電線路の接続方法いにつ
いて配慮がされておらず、絶縁性能の確保や小型化促進
の点で問題があった。以下、この点について説明する。
気密封止にトランスファモールド法を用いた従来の半導
体モジュールは、樹脂封止に際してケースを要しないの
で、製造工程が簡単でコストも抑えられるという利点を
有している。
【００１３】しかしながら、この半導体モジュールは、
前述したように、入出力端子が半導体モジュールの側面
にあるため、半導体チップが搭載されているベッド部２
１とヒートシンク１間が樹脂で絶縁されていても、側面
に露出している入出力端子とヒートシンク間、又はそれ
に取り付けられる放熱用フィン間の距離が短いため、絶
縁性能の保持が難しく、このため、比較的高電圧を扱う
インバータ装置などの電力装置には適用が困難であっ
た。
【００１４】また、入出力端子が半導体モジュールの側
面にあるため、制御回路などの外部回路を積み重ねるこ
とことができず、例えば、インバータ装置に適用した場
合、システムの小型化が困難であり、入出力端子がリー
ドフレームのままなので、電線との接続にボルト締めが
できないなどの問題があった。
【００１５】さらに、図１５に示されているように、半
導体チップが搭載されているベッド部２１とヒートシン
ク１間での絶縁のため、これらの間に第２のモールド樹
脂６２の層を介在させているので、モールド時、治具に
よって固定され間隔が一定となっているとはいえ、一般
の金属ベース回路基板で用いられている絶縁樹脂層と比
較した場合、モールド樹脂層では厚み精度が劣り、この
ため、熱伝達特性にばらつきが多く見られるという問題
もあった。
【００１６】本発明の目的は、トランスファモールド法
によって樹脂封止された従来の半導体装置で絶縁性低下
の原因となっている入出力端子の位置を、金属ベース回
路基板の金属表面が露出したヒートシンク側の面から見
て反対側にあたる封止樹脂面で、この樹脂部分の最外周
から内側にあたる部分に配置できるようにし、これによ
り絶縁特性の向上が得られるようにした半導体装置及び
その製造方法を提供することにあり、更には、従来のト
ランスファモールド法では達成できなかった入出力端子
のボルト締めによる外部回路との接続を可能にした半導
体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】トランスファモールド法
による樹脂封止された従来の半導体モジュールは、リー
ドフレーム上に半導体チップを搭載した後、金型に入
れ、熱硬化性樹脂を加圧封入することで得られる。
【００１８】このときの製法は、基本的には、個別半導
体装置、或いはＩＣ等の樹脂封止法と同じで、外部回路
と接続するための入出力端子となるリード部分は、モー
ルド時、上型(上側の金型)と下型(下側の金型)の間に挾
み込まれ、更にリード部分にはダムなどを形成して樹脂
が回り込まないように工夫していた。
【００１９】つまり、上記した従来の半導体モジュール
の入出力端子が側面に形成されている理由は、これらの
手法によるものであったからである。そこで、本発明の
目的を達成するためには、入出力端子と金型の形状、及
び金型への挿入方法を変えなければならない。従って、
本発明の目的は、以下に説明する手段により達成され
る。
【００２０】第１の手段は、予め金属ベース回路基板の
入出力端子となるリード部分を金属ベース回路基板から
垂直に引出し、更に、このリード部が封止樹脂から露出
する部分を、金型内の天井部分で、且つ封止後、樹脂の
上面となる位置で、金属ベース回路基板と平行になるよ
うに折り曲げておくようにしたものである。
【００２１】この際、金属ベース回路基板と平行になる
ように折り曲げられた入出力端子の表面で、樹脂封止
後、樹脂に接触する部分、或いは埋没する部分に、ポリ
イミドテープを貼付るか、シリコーン系又はフッソ系の
離型剤を塗布するかして、樹脂封止後入、出力端子を樹
脂から剥離して金属ベース回路基板に対して垂直に立て
られるようにしておく。
【００２２】そして、この折り曲げたリード部が接続さ
れた金属ベース回路基板を金型に挿入し、通常のトラン
スファモールド法で樹脂を加圧封入する。次いで、樹脂
面から露出したリード部分を垂直に引き起こすことで、
封止樹脂の上面に入出力端子が配置された半導体装置を
得ることができる。
【００２３】次に、第２の手段について説明すると、こ
れは、上記した第１の手段の一部を変えたもので、入出
力端子となるリード部の樹脂から露出部分を折り曲げず
に、従来技術と同様に上型と下型の間に挾み込んでモー
ルドし、半導体チップなどが搭載された回路部分だけを
第１の樹脂で封止した後、樹脂の端面に露出したリード
部を樹脂の端面に沿って折り曲げ、第１の樹脂の表面に
もたらした上で、リード部の樹脂側面に露出している部
分を含む側面全体を第２の樹脂で封止するようにしたも
のである。
【００２４】一方、ねじ止め接続形の入出力端子を有す
る半導体装置の形成手段は、基本的には、上記した第１
と第２の手段と同じである。しかしながら、このとき
は、モールド樹脂面に雌ねじ部材(ナット)を挿入する穴
を形成する必要があり、このため上型に加工を要する。
すなわち、上型の天井の面に、モールド樹脂の内部に入
り込むようにした凸部を形成するのである。
【００２５】この場合、リード部は、穴が形成された面
と同じ面で、穴のある位置とは反対の方向に折り曲げら
れており、穴にナットを挿入した後、リード部をナット
の位置に折り返えすことにより、ねじ止め接続形の入出
力端子を有する半導体装置を得ることができる。
【００２６】別の手段としては、所望の位置に折り曲げ
られたリード部の入出力端子となる部分に予めナットを
取付けておき、そのまま樹脂封止する方法がある。この
場合、ナットに締め付けたビスの先端が飛び出す部分に
空間を確保する必要があり、このため、予めナットを所
望の容器に入れ、この容器をリード部に取付けるように
してある。
【００２７】従って、これらの手段によれば、入出力端
子が封止樹脂の上面で、封止樹脂の上面から見て外周の
内側に配置できるので、絶縁耐圧を大幅に向上させるこ
とができる。
【００２８】また、このように、入出力端子が封止樹脂
の上面に配置できるようになった結果、例えば、コント
ロール回路、或いは電源回路など各種の外部回路を半導
体モジュールの上面に配置することができ、システムの
小型化が図れる。
【００２９】さらに、上記手段によれば、ねじ止め接続
形の入出力端子を有する半導体装置を得ることができる
ので、外部回路との接続をビスねじ締めで行なえること
になり、接続部の信頼性が向上する。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体装置及
びその製造方法について、図示の実施形態例により詳細
に説明する。
【００３１】実施形態 この実施形態は、入出力端子の樹脂から露出する部分
が、金属ベース回路基板に対して垂直方向に立ち上げ配
置された半導体装置を対象としたもので、以下、この実
施形態について、図１(a)〜(e)により説明する。
【００３２】まず、図１(a)、(b)に示す半導体素子の組
立体Ａを作成する。すなわち、例えばアルミ合金板など
の所望の金属板からなる金属ベース回路基板７を用意す
る。この金属ベース回路基板７の一方の面、つまり図１
(b)では上側の面には、絶縁層７１と、電極配線７２が
形成してあり、他方の面、つまり図１(b)では下側の面
はそのまま露出され、ヒートシンク面となる。
【００３３】そして、この電極配線７２の上に、複数の
半導体チップ４(或いは半導体チップとそれを制御する
ドライバＩＣ、抵抗、コンデンサなど)を、はんだ付け
など公知の方法により搭載し、さらにリードフレーム２
を電極配線７２の所望の位置に、同じく公知の方法で接
続する。
【００３４】ここで、まず２２は、リードフレーム２の
入出力端子となる部分(リード部と記す)を表わし、２３
は、リードフレーム２のタイバー及び後で切り離される
部分を表わす。そして、２６は、電極配線７２に対する
リードフレーム２の接続部を表わす。
【００３５】リードフレーム２は、図１(b)に示すよう
に、電極配線７２に対する接続部２６から、金属ベース
回路基板７に対して垂直に折り曲げられ、さらに、封止
される樹脂の厚みの高さ、つまり樹脂封止の際に用いら
れる上型と下型からなる金型(後述)の内、上型の天井に
接する位置で金属ベース回路基板７と平行となるように
折り曲げ成形されている。
【００３６】ここで、リードフレーム２の金属ベース回
路基板７と平行となるように折り曲げられた部分の内、
リード部２２から先の部分２３は、後述するように、上
下の金型にはさみ込まれて封止樹脂から露出する部分
で、その後の工程で切り離される部分である。
【００３７】そして、樹脂封止工程では、このリード部
２２の折り曲げられて樹脂と接する面には、離型剤８と
して示してあるように、シリコーン系又はフッ素系の樹
脂の塗布層を設けたり、或いはポリイミド系樹脂のテー
プを貼るなどの処理を施しておく。
【００３８】次に、図１(c)は、この半導体素子組立体
Ａをトランスファモールド工法により樹脂で封止する工
程で、該組立体Ａは、上型９１と下型９２からなる金型
９の中に挿入され、熱硬化性の樹脂によりモールド樹脂
６を形成させ、加圧封止される。
【００３９】このとき、リードフレーム２の入出力端子
となるリード部２２から先の部分２３は、従来技術での
トランスファモールド工法と同様に、上型９１と下型９
２の接合面に挟み込まれている。
【００４０】ここで用いられた封止用の熱硬化性樹脂
は、ガラス転移温度以下の熱膨張係数が６〜２０×１０
6／℃の範囲内にあるノボラック型エポキシ樹脂、ビフ
ェニール型エポキシ樹脂、ナフタリン骨格を有するエポ
キシ樹脂、及びシクロペンタジェンエポキシ樹脂の中か
ら選ばれたものである。
【００４１】なお、ガラス転移温度以下の熱膨張係数が
６〜２０×１０6／℃の範囲を越える樹脂を用いた場合
は、モールド樹脂６と金属ベース回路基板７の熱膨張係
数差により、反りの発生や内部応力による半導体素子の
破壊発生などの不具合が生じる。
【００４２】図１(d)は、樹脂封止後の断面図で、樹脂
封止後、リードフレーム２のタイバーなどの不要部分２
３は切断される。
【００４３】図１(e)は、樹脂表面上に片面が接するよ
うに封止された入出力端子となるリード部２２をモール
ド樹脂６の表面から引き起こし、垂直に立てる工程を示
したもので、このとき、予め離型剤８が設けてあるの
で、モールド樹脂６からは容易に剥離される。なお、以
上の結果、この実施形態による半導体装置では、封止
用モールド樹脂６の表面には、出力端子となったリード
部２２の剥離痕６３が残る。
【００４４】従って、この実施形態によれば、図１
(e)に示すように、金属ベース回路基板７のヒートシン
ク面とは反対側にある封止用モールド樹脂６の表面か
ら、リード部２２が垂直に突き出て入出力端子を構成し
ている半導体装置を容易に得ることができる。
【００４５】次に、図２は、図１の実施形態の変形例
で、この変形例は、組立体Ａをトランスファモールド工
法により樹脂封止する前でのリードフレーム２のリード
部２２の折り曲げ方向を、組立体Ａの外側ではなくて、
中心部に向う方向にしたものであり、その他は、図１の
場合と同じである。
【００４６】この図２の変形例の場合は、リードフレー
ム２を金型に挟み込む必要がないので、図２(b)に示す
ように、予めリードフレーム２からタイバーなどの不要
部２３を切離して、入出力端子となるリード部２２だけ
とし、このリード部２２の折り曲げられた部分で樹脂と
接する面に、シリコーン系やフッ素系の樹脂、或いはポ
リイミド樹脂などからなる離型剤８が設けてある。
【００４７】以下、同様に、まず図２(c)に示すよう
に、この半導体素子の組立体Ａを上型９１と下型９２か
らなる金型９の中に挿入し、ノボラック型エポキシ樹脂
などで気密封止する。このとき、図示のように、上型９
１のリード部２２が接する部分には、凹み９３を形成し
ておくと良い。
【００４８】以下の工程は、図１の場合と同じである。
すなわち、図２(d)に示す樹脂封止後、図２(e)に示すよ
うに、リード部２２をモールド樹脂６の表面から引き起
こし、垂直に立てて入出力端子とするのである。
【００４９】実施形態 この実施形態は、封止樹脂の上面にある入出力端子に
雌ねじ部材、つまりナットを有し、入出力端子に対する
外部回路からの電線の接続がねじ止めにより得られるよ
うにしたもので、以下、図３により説明する。
【００５０】まず、図３(a)は、組立体Ａを上型９１と
下型９２の中に挿入し、トランスファモールド工法によ
り、熱硬化性のモールド樹脂６で加圧封止した状態を示
したもので、この場合も、実施形態と同様、入出力端
子となるリード部２２は、予め所望の形状に折り曲げら
れているが、このとき、図２の場合と同様に、折り曲げ
方向は、中心方向にしてある。そして、このとき、リー
ド部２２にはねじ用の孔２４が設けてある。
【００５１】ここで、上型９１には、ナット挿入用の凹
部６４(後述)の形成に必要な凸部９４が形成してあり、
その位置は、リード部２２の折り曲げ方向とは反対の方
向にしてある。
【００５２】図３(b)は、樹脂注入後、封止された組立
体Ａを金型から取り出した状態を示したもので、上型９
１の凸部９４により、モールド樹脂６にはナット挿入用
の凹部(穴)６４が形成されている。そこで、まず、この
凹部６４にナット１０を挿入する。このとき、リード部
２２は、このナット１０が挿入される凹部６４が存在す
る位置とは反対側にある。
【００５３】次に、図３(c)に示すように、リード部２
２を引き起こし、ナット１０側に折り曲げ、ナット１０
の上に重なるようにする。そうすると、予め所望の寸法
に作られているので、リード部２２に設けてある孔２４
が、ナット１０の雌ねじ孔に一致した状態となり、これ
により、図示のように、下側にナット１０が位置したリ
ード部２２がモールド樹脂６の表面に形成され、ねじ止
め接続が可能な入出力端子を有する半導体装置か得られ
ることになる。なお、この結果、モールド樹脂６のリー
ド部２２があった部分には剥離痕６３が残る。
【００５４】図３(d)は、リード部２２に外部リード１
１を接続する様子を示したもので、外部リード１１の電
線に取付けてある端子金具の孔にビスねじ１２を挿入
し、リード部２２の孔２４を通してナット１０にねじ込
むことにより、容易に、しかも確実な接続を得ることが
できる。
【００５５】次に、図４は、この実施形態の変形例
で、ナット１０の挿入位置とリード部２２の折り曲げ方
向を、図３の場合とは入れ替え、ナット１０の位置が中
心よりになるようにしたものである。
【００５６】実施形態 この実施形態は、リードフレームのリード部を折り曲
げることなく、そのまま一般的な手法により第１の樹脂
モールドを行った後、リード部の露出している部分を折
り曲げ、さらに第２の樹脂でモールドして露出している
リード部の１部を覆うようにしたものである。
【００５７】まず図５(a)に示すように、半導体チップ
などが搭載された組立体Ａを、図１で説明した実施形態
と同様に金型に入れ、樹脂を注入して第１のモールド樹
脂層６１を形成する。このとき、図示のように、リード
フレーム２は折り曲げずに、そのまま図示してない上型
と下型の接合面に挟み込んだままでモールドする。ま
た、このとき、図３の場合と同様な上型を使用して、ナ
ット挿入用の凹部６４を形成しておく。
【００５８】次に、第１のモールド樹脂層６１の形成
後、リードフレーム２のタイバーなど不要部を切断して
除去し、図５(b)に示すように、ナット挿入部となる凹
部６４にナット１０を挿入した後、リード部２２をモー
ルド樹脂層６１の側面に沿って折り曲げ、ナット１０の
上に平らに乗るようにする。
【００５９】次いで、図５(c)に示すように、これを更
に別の上型９１と下型９２の間に入れ、樹脂を注入して
第２のモールド樹脂６２を側面に形成させ、半導体装置
を得るのである。この場合の樹脂としては、第１のモー
ルド樹脂と同じ熱硬化性樹脂でも良く、或いは熱可塑性
樹脂を用いても良い。
【００６０】次に、図６は、図５で説明した実施形態の
変形例で、この場合、ナット１０の挿入位置は、第２の
モールド樹脂層６２の上になる。
【００６１】一方、図７は、外部リードの接続にねじ止
めを要しない場合の変形例で、この場合、図７(a)、図
７(b)に示すようにして、第２のモールド樹脂層６２を
形成した後、図７(c)に示すように、単にリード部２２
を第１のモールド樹脂層６１から引き起こし、金属ベー
ス回路基板７に対して垂直方向になった入出力端子が形
成されるようにするだけでよい。
【００６２】ところで、図５、図６及び図７で説明した
半導体装置における第２のモールド樹脂６２は、第１の
モールド樹脂６１と金属ベース回路基板７の側端面にだ
け形成すれば良いので、金型を用いたモールド工法によ
る必要は特に無い。
【００６３】そこで、図８、及び図９に示す変形例で
は、組立体Ａに第１のモールド樹脂６１を形成後、皿状
の埋込用治具１３の中に入れ、第２のモールド樹脂６２
となる溶融した熱可塑性樹脂を流し込み、硬化後、埋込
用治具１３から取り出すことにより、第２のモールド樹
脂６２が形成されるようにしたものである。
【００６４】ここで、図８の変形例は、図５(ｂ)で示し
たモジュールを、また、図９の変形レベルは、図７(ｂ)
で示したモジュールを、夫々埋込用治具１３に入れ、溶
融した熱可塑性樹脂を流し込み、硬化させて第２のモー
ルド樹脂６２を形成させ、硬化後、埋込用治具１３を除
くようにしたものである。
【００６５】実施形態 実施形態は、外部リード接続用のナットを収容するた
めの凹部を、モールド樹脂に形成するための方法とし
て、モールド用の金型とは独立した中子を用いたもので
ある。
【００６６】まず図１０(a)に示すように、リード部２
２の孔２４が設けてある部分の下側に、所望の形状の金
属製又は樹脂製の中子９５を離型剤８により貼り付け、
これを図１０(b)に示すように、上型９１と下型９２か
らなる金型内に挿入し、モールド樹脂６で封止する。
【００６７】次いで、モールド封止後、金型から取り出
し、図１０(c)に示すように、リード部２２を引き起こ
し、離型剤８により貼り付けられていた中子９５を取り
除いてやれば、ナット挿入孔６４が形成されたモールド
樹脂６が得られる。
【００６８】そこで、このナット挿入孔６４にナット１
０を挿入し、再びリード部２２を折り曲げて元の状態に
戻してやれば、図３(c)、(d)に示した実施形態と同じ
く、入出力端子に外部リード１１のねじ止め接続が可能
な半導体装置を得ることができる。なお、この中子を用
いる方法は、図５及び図６の場合にも適用することがで
きる。
【００６９】実施形態 実施形態は、外部リード接続用のナットが、樹脂封止
時、そのままモールド樹脂内に埋め込み成形されるよう
にしたものである。
【００７０】まず図１１(a)に示すように、ナット１０
をナットホルダ１４に収容し、このナットホルダ１４を
リード部２２に固着する。このとき、後でナット１０及
びナットホルダ１４を取り外すことがないので、離型剤
は必要とせず、任意の方法で固着することができる。そ
して、ナットホルダ１４は、蓋の無い箱形をしていて、
内部にナット１０を収容したとき、その下部に空間が残
るようにしてあり、例えばモールド樹脂６と同じ材質の
樹脂で作られている。
【００７１】次いで、図１１(b)に示すように、ナット
ホルダ１４がリード部２２に取付けられている組立体Ａ
を上型９１と下型９２からなる金型に入れ、熱硬化性樹
脂を封入し、それをナットホルダ１４ごと硬化させ、モ
ールド樹脂６を形成する。
【００７２】そして、硬化後、金型から取り出せば、図
１１(c)に示すように、リード部２２の下のモールド樹
脂６内に、ナットホルダ１４ごと埋め込まれたナット１
０を有する半導体装置を得ることができる。従って、こ
の実施形態によれば、樹脂封止後、特に加工を必要と
せずに半導体装置を得ることができる。なお、このナッ
トホルダを用いる方法は、図５及び図６の場合にも適用
することができる。
【００７３】実施形態 実施形態は、図３に示した、ねじ止め接続形入出力端
子による実施形態を、インバータ装置などに用いられる
半導体モジュールに適用した場合の応用例で、図１２
(a)は、この実施形態例６による半導体モジュールＭの
端子部分を示したもので、３個のリード部２２が樹脂で
絶縁分離され、入出力端子を構成している。
【００７４】次に、図１２(b)及び(c)は、Ａ−Ａ’線に
よる断面図を示したもので、この例では、図１２(b)に
示すように、熱硬化性樹脂で気密封止する際、リード部
２２は、上型９１の内側面に沿って垂直方向に立てられ
た状態にしてあり、さらに上型９１には、図３の場合と
同じくナット挿入用の凹部６４を形成するための凸部９
４が設けてある。
【００７５】従って、樹脂硬化後、金形から取り出して
ナット挿入用の凹部６４にナット１０を挿入し、その上
にリード部２２を折り曲げ、ナット１０にかぶせるよう
にすれば良く、外部リードのねじ止め接続が可能な多数
個の入出力端子を有する電力用の半導体モジュールを容
易に得ることができる。
【００７６】実施形態 以上の実施形態は、一部の例を除いて、何れも樹脂モ
ールド加工後、リードフレームの折り曲げ加工、或いは
引き起こし加工を行ない、これにより、入出力端子とな
るリード部を得るようになっている。そこで、これらリ
ードフレームの加工を要する場合に好適な実施形態が、
この実施形態である。
【００７７】すなわち、この実施形態は、図１３
(a)、(b)に示すように、リードフレーム２の所望の位置
に予め折り溝２５を形成しておき、この部分でリード部
２２の折り曲げ加工、或いは引き起こし加工を行なうよ
うにしたものである。
【００７８】このときの折り溝２５の位置は、図示のよ
うに、樹脂封止加工後、リードフレーム２がモールド樹
脂６から外部に露出する部分の根本部分になるようにし
てあり、これにより、リードフレームの曲げ加工を容易
にし、所望の折り曲げ位置に正確に加工することができ
るなどの利点が得られる。
【００７９】ところで、以上は、基板として、何れも金
属ベース回路基板７を使用した実施形態により説明した
が、本発明の実施形態は、これに限らないことは言うま
でもなく、例えば図１４に示すように、アルミニューム
など、所望の金属からなるヒートシンク１上に絶縁シー
ト１５を貼るなどした基板を用い、この基板の上に半導
体チップ４が搭載されたリードフレーム２を貼り合わせ
て半導体素子の組立体Ａを得、この半導体素子組立体Ａ
をトランスファモールド工法によりモールド樹脂を形成
させ、加圧封止して半導体装置を得るようにしても良
い。
【００８０】
【発明の効果】本発明によれば、熱硬化性樹脂のトラン
スファモールド加工により封止され、ベース基板のヒー
トシンク面とは反対側の面に入出力端子を有する半導体
装置を容易に得ることができるので、入出力端子と冷却
フィン間の絶縁耐圧を大幅に向上させることができる。
【００８１】そして、この結果、インバータ装置など電
力用の半導体モジュールに適用可能な半導体装置を容易
に得ることができる。また、本発明によれば、入出力端
子が封止樹脂の上面に配置できるので、例えば制御回
路、或いは電源回路などの外部回路装置を半導体モジュ
ールの上面に配置することができ、システムの小型化が
得られる。
【００８２】更に本発明によれば、ねじ止め接続が可能
な入出力端子を有する半導体装置を容易に得ることがで
きるので、電線接続についての信頼性を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置の第１の実施形態を示
す説明図である。
【図２】本発明による半導体装置の第２の実施形態を示
す説明図である。
【図３】本発明による半導体装置の第３の実施形態を示
す説明図である。
【図４】本発明による半導体装置の第４の実施形態を示
す説明図である。
【図５】本発明による半導体装置の第５の実施形態を示
す説明図である。
【図６】本発明による半導体装置の第６の実施形態を示
す説明図である。
【図７】本発明による半導体装置の第７の実施形態を示
す説明図である。
【図８】本発明による半導体装置の第８の実施形態を示
す説明図である。
【図９】本発明による半導体装置の第９の実施形態を示
す説明図である。
【図１０】本発明による半導体装置の第１０の実施形態
を示す説明図である。
【図１１】本発明による半導体装置の第１１の実施形態
を示す説明図である。
【図１２】本発明による半導体装置の第１２の実施形態
を示す説明図である。
【図１３】本発明による半導体装置の第１３の実施形態
を示す説明図である。
【図１４】本発明による半導体装置の第１４の実施形態
を示す説明図である。
【図１５】従来技術による樹脂封止型半導体装置の一例
を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ヒートシンク ２ リードフレーム ２１ ベッド部 ２２ リード部(入出力端子となる部分) ２３ タイバー及び後で切り離される部分 ２４ ねじ用の孔 ２５ 折り溝 ３ はんだ ４ 半導体チップ ５ ボンディングワイヤ ６ モールド樹脂 ６１ 第１のモールド樹脂 ６２ 第２のモールド樹脂 ６３ 剥離痕 ６４ ナット挿入用の凹部 ７ 金属ベース回路基板 ８ 離型剤 ９ 金型 ９１ 上型(上側の金型) ９２ 下型(下側の金型) ９３ 凹み ９４ 凸部 ９５ 中子 １０ ナット １１ 外部リード １２ ビスねじ １３ 埋込用治具 １４ ナットホルダ １５ 絶縁シート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 合田 正広 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 神村 典孝 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 和弘 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小角 博義 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 荻野 雅彦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石井 利昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐伯 準一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 角田 重晴 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 遠藤 常博 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 茂村 達也 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 熊沢 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 中津 欣也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属基板の一方の面にリード部を備えた
    回路素子を搭載し、該金属基板の他方の面を露出させた
    状態で、該金属基板と前記回路素子を熱硬化性樹脂によ
    りモールドした半導体装置において、 前記熱硬化性樹脂によるモールド後、前記リード部の折
    り曲げ加工により、前記金属基板の他方の面とは反対側
    のモールド樹脂面に入出力端子が形成されていることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の発明において、 前記入出力端子が、前記モールド樹脂面でほぼ垂直に配
    置されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１の発明において、 前記モールド樹脂面に埋め込まれた雌ねじ部材を設け、 前記入出力端子を前記雌ねじ部材に重なるようにして前
    記モールド樹脂面にほぼ水平に配置することにより、該
    入出力端子に対する電線のねじ止め接続が得られるよう
    に構成したことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項４】 金属基板の一方の面にリード部を備えた
    回路素子を搭載し、該金属基板の他方の面を露出させた
    状態で、該金属基板と前記回路素子を熱硬化性樹脂によ
    りモールドした半導体装置において、 前記リード部に雌ねじ部材を収容した中空部材を取付け
    てモールド加工することにより、前記金属基板の他方の
    面とは反対側のモールド面にねじ止め接続形の入出力端
    子が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項１又は請求項４の何れかの発明に
    おいて、 前記熱硬化性樹脂が、ガラス転移温度以下の温度での線
    熱膨張係数が６〜２０×１０6／℃の範囲内にあるノボ
    ラック型エポキシ樹脂、ビフェニール型エポキシ樹脂、
    ナフタリン骨格を有するエポキシ樹脂、シクロペンタジ
    ェンエポキシ樹脂の中から選ばれた熱硬化性樹脂である
    ことを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項６】 金属基板の一方の面にリード部を備えた
    回路素子を搭載し、該回路素子を含む前記金属基板の一
    方の面を封止した熱硬化性樹脂からなる第１のモールド
    層と、該第１のモールド層及び前記金属基板の側端面を
    封止した熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の何れか一方の
    樹脂からなる第２のモールド層とを備えた半導体装置に
    おいて、 前記第１のモールド層形成後、前記第２のモールド層形
    成前の前記リード部の折り曲げ加工により、前記金属基
    板の他方の面とは反対側のモールド層の表面に入出力端
    子が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項７】 請求項６の発明において、 前記入出力端子が、前記第１のモールド層の表面でほぼ
    垂直に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項８】 請求項６の発明において、 前記第１のモールド層、又は前記第２のモールド層の何
    れか一方の面に埋め込まれた雌ねじ部材を設け、 前記入出力端子を前記雌ねじ部材に重なるようにして前
    記第１のモールド層、又は前記第２のモールド層の何れ
    か一方の面にほぼ水平に配置することにより、該入出力
    端子に対する電線のねじ止め接続が得られるように構成
    したことを特徴とする半導体装置。
  9. 【請求項９】 請求項６の発明において、 前記第１のモールド層が、ノボラック型エポキシ樹脂、
    ビフェニール型エポキシ樹脂、ナフタリン骨格を有する
    エポキシ樹脂、シクロペンタジェンエポキシ樹脂の中か
    ら選ばれ、かつ、それらの線熱膨張係数が、ガラス転移
    温度以下の温度で６〜２０×１０6／℃の範囲内にある
    熱硬化型樹脂で構成され、 前記第２のモールド層が、ガラス転移温度以下の温度で
    の線熱膨張係数が６〜１００×１０6／℃の範囲内にあ
    るノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニール型エポキシ
    樹脂、ナフタリン骨格を有するエポキシ樹脂、シクロペ
    ンタジェンエポキシ樹脂の中から選ばれた熱硬化型樹
    脂、或いはオレフィン系樹脂、ポリフェニレンサルファ
    イド系樹脂、ポリブチルテレフタレート系樹脂、ポリス
    チレン系樹脂の中から選ばれた熱可塑性樹脂の何れか一
    方で構成されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１又は請求項６の何れかの発明
    において、前記リード部の根本部分に折り溝が設けられ
    ていることを特徴とする半導体装置。
  11. 【請求項１１】 予め回路素子が配置された金属基板の
    所望の位置にリードフレームを取り付ける工程と、 該リードフレームの入出力端子となる部分から先の部分
    を金型の上型と下型の接合面に挾み込んだ状態で、前記
    回路素子と前記金属基板を熱硬化性樹脂で加圧封止して
    モールド層を形成する工程と、 前記リードフレームのタイバーなど不要部分を切断する
    工程と、 前記リードフレームの前記モールド層から露出している
    部分を折り曲げ加工して入出力端子を形成する工程とを
    備え、 前記金属基板の他方の面とは反対側のモールド層面に入
    出力端子が設けられている半導体装置を得るように構成
    したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 予め回路素子が配置された金属基板の
    所望の位置にリードフレームを取り付ける工程と、 該リードフレームの入出力端子となる部分から先の部分
    を金型の上型と下型の接合面に挾み込んだ状態で、前記
    回路素子と前記金属基板を熱硬化性樹脂で加圧封止し、
    第１のモールド層を形成する工程と、 前記リードフレームのタイバーなど不要部分を切断する
    工程と、 前記リードフレームの前記第１のモールド樹脂層から露
    出している部分を折り曲げ加工して入出力端子を形成す
    る工程と、 前記第１のモールド層及び前記金属基板の側端面を熱硬
    化性及び熱可塑性の何れか一方の樹脂で加圧封止して第
    ２のモールド層を形成する工程とを備え、 前記金属基板の他方の面とは反対側のモールド層面に入
    出力端子が設けられている半導体装置を得るように構成
    したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項１３】 予め回路素子が配置された金属基板の
    所望の位置にリードフレームを取り付ける工程と、 該リードフレームのタイバーなど不要部分を切断する工
    程と、 前記リードフレームの入出力端子となる部分をモールド
    用金型の上型の天井部分で一方の方向に折り曲げた状態
    で、前記回路素子と前記金属基板を熱硬化性樹脂で加圧
    封止し、雌ねじ部材挿入用凹部が形成されたモールド層
    を形成する工程と、 前記凹部に雌ねじ部材を挿入する工程と、 前記リードフレームの入出力端子となる部分を前記雌ね
    じ部材に重なるように折り返し加工してねじ止め接続形
    の入出力端子を形成する工程とを備え、 前記金属基板の他方の面とは反対側のモールド層面に入
    出力端子が設けられている半導体装置を得るように構成
    したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項１４】 予め回路素子が配置された金属基板の
    所望の位置にリードフレームを取り付ける工程と、 該リードフレームのタイバーなど不要部分を切断する工
    程と、 前記リードフレームの入出力端子となる部分に雌ねじ部
    材が収容された箱形部材を取付ける工程と、 前記箱形部材を含めて、前記回路素子と前記金属基板を
    熱硬化性樹脂で加圧封止してモールド層を形成する工程
    と備え、 前記金属基板の他方の面とは反対側のモールド層面にね
    じ止め接続形の入出力端子が設けられている半導体装置
    を得るように構成したことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  15. 【請求項１５】 予め回路素子が配置された金属基板の
    所望の位置にリードフレームを取り付ける工程と、 該リードフレームのタイバーなど不要部分を切断する工
    程と、 前記リードフレームの入出力端子となる部分に、雌ねじ
    部材挿入用の凹部をモールド層に形成するための中子を
    取付ける工程と、 前記中子を含めて、前記回路素子と前記金属基板を熱硬
    化性樹脂で加圧封止してモールド層を形成する工程と、 前記リードフレームの入出力端子となる部分を折り曲げ
    て前記中子を取外す工程と、 前記中子により形成されたモールド層の凹部に雌ねじ部
    材を挿入する工程と、 前記リードフレームの入出力端子となる部分を折り返し
    て前記凹部に挿入された雌ねじ部材に重ねる工程とを備
    え、 前記金属基板の他方の面とは反対側のモールド層面にね
    じ止め接続形の入出力端子が設けられている半導体装置
    を得るように構成したことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
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